苏教版高中化学选修三专题4 分子空间结构与物质性质第一单元 分子构型与物质的性质.docx

1、苏教版高中化学选修三专题4 分子空间结构与物质性质第一单元 分子构型与物质的性质高中化学学习材料（精心收集*整理制作）专题4分子空间结构与物质性质第一单元分子构型与物质的性质课前预习问题导入氮气的化学性质不活泼，通常难以与其他物质发生化学反应，以N2为例分析氮原子的原子轨道是如何重叠形成共价键的？ 答：氮原子的核外电子排布式为1s22s22p1x2p1y2p1z,有3个未成对电子，当结合成分子时，Px-Py轨道“头碰头”方式重叠，Py-Py和Pz-Pz轨道“肩并肩”方式重叠，我们把原子轨道在核间连线两侧以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键叫键。所以在N2分子中有一个键和两个键。氮分子的结构式为N

2、，电子式：。知识预览1.分子的立体构型：_常称为分子的立体构型。2.杂化与杂化轨道的概念 （1）轨道的杂化：_的过程。 （2）杂化轨道：_叫杂化原子轨道。3.对称性的概念：对称性是指一个物体包含若干等同部分，这些部分_，它们经过不改变物体内任意两点间距离的操作_，即操作前在物体某个地方有的部分，经操作后_，也就是说，_。4.极性分子和非极性分子的概念 （1）极性分子：_称为极性分子。 （2）非极性分子：_称为非极性分子。5.杂化轨道的类型： （1）sp1杂化：sp1杂化轨道是由_个s轨道和_个p轨道组合而成。每个sp1杂化轨道含有_s和_p的成分。sp1杂化轨道之间的夹角为_,呈_形，如_。

3、（2）sp2杂化轨道是由_个s轨道和_个p轨道组合而成。每个sp2杂化轨道含有_s和_p的成分。sp2杂化轨道之间的夹角为_，呈_形，如_。（3）sp3杂化轨道是由_个s轨道和_个p轨道组合而成。每个sp3杂化轨道含有_s和_p的成分。sp3杂化轨道之间的夹角为_，呈_形，如_。6.分子极性的判断 （1）双原子分子的极性：不同种原子形成的双原子分子为_，同种原子形成的双原子分子为_。 （2）多原子分子的极性：多原子分子的极性与分子中键的极性关系比较复杂，如果组成分子的所有化学键均为非极性键，则分子通常为_；但组成分子的化学键为极性键时，则分子可能是_，也可能是_。这是由于多原子分子的极性除了与

4、键的极性有关外，还与_有关。答案：1.分子的空间结构 2.(1)原子内部能量相近的原子轨道重新组合生成一组新轨道 （2）杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道 3. 相互对应且相称能够复原在原有的地方依旧存在相同的部分无法区别操作前后的物体 4.（1）分子内存在正、负两极的分子 （2）分子内没有正、负两极的分子 5. (1)111212180直线BeCl2 （2）121323120平面三角BF3 （3）131434109.5空间正四面体CH4 6. (1)极性分子非极性分子 （2）非极性分子极性分子非极性分子分子立体构型课堂互动三点剖析一、分子的空间构型杂化轨道理论（1）杂化 杂化是指在形成分

5、子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。 (2)杂化的过程 杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。如CH4分子的形成过程：碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上，这个过程称为激发。但此时各个轨道的能量并不完全相同，于是1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来，形成能量相等，成分相同的4个sp3杂化轨道。然后4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使四个杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的四个顶点，碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道形

6、成4个相同的键,从而形成CH4分子。由于4个CH键完全相同，所以形成的CH4分子为正四面体形，键角是109.5。C原子的杂化轨道注意：a.杂化轨道理论认为：在形成分子时，通常存在激发、杂化、轨道重叠等过程。但应注意，原子轨道的杂化，只有在形成分子的过程中才会发生，而孤立的原子是不可能发生杂化的。同时只有能量相近的原子轨道（如2s,2p等）才能发生杂化，而1s轨道与2p轨道由于能量相差较大，它是不能发生杂化的。 b.杂化轨道成键时，要满足能量最低原理，键与键间排斥力大小决定键的方向，即决定杂化轨道间的夹角。由于键角越大化学键之间的排斥力越小，对sp1杂化来说，当键角为180时，其能量最小，所以s

7、p1杂化轨道成键时分子呈直线形；对sp2杂化来说，当键角为120时，其能量最小，所以sp2杂化轨道成键时，分子呈平面三角形。由于杂化轨道类型不同，杂化轨道间夹角也不相同，其成键时键角也就不相同，故杂化轨道的类型与分子的空间构型有关。杂化轨道类型、空间构型以及成键能力之间的关系杂化类型sp1sp2sp3dsp2sp3dsp3d2用于杂化的原子轨道数234456杂化轨道的数目234456杂化轨道的夹角180120109.590、180120、90、18090、180空间构型直线平面三角形四面体平面正方形三角双锥形八面体二、分子的极性1.分子对称性 有机化合物分子中的对称轴对称性是指一个物体包含若干

8、等同部分，这些部分相互对应且相称，它们经过不改变物体内任意两点间距离的操作能够复原，即操作前在物体某个地方有的部分，经操作后在原有的地方依旧存在相同的部分，也就是说，无法区别操作前后的物体。例如，上图中的有机化合物分子，以通过两个碳原子的连线为轴旋转120或240时，分子完全恢复原状，我们称这根连线为对称轴。同样，对于甲烷分子而言，相对于通过其中两个氢和碳所构成的平面，分子被分割成相同的两部分，我们称这个平面为对称面。分子的许多性质如极性、旋光性及化学反应都与分子的对称性有关。2.分子的极性（1）极性分子和非极性分子。极性分子：分子内存在着正、负两极的分子；非极性分子；分子内没有正、负两极的分

9、子。 （2）分子极性的判断方法： 双原子分子的极性：不同种原子形成的双原子分子为极性分子。同种原子形成的双原子分子为非极性分子。 多原子分子的极性：多原子分子的极性与分子中键的极性关系比较复杂，如果组成分子的所有化学键均为非极性键，则分子通常为非极性分子，如白磷分子（P4）；但组成分子的化学键为极性键时，则分子可能是极性分子如H2O、NH3等，也可能是非极性分子如CO2、CH4等。这是由于多原子分子的极性除了与键的极性有关外，还与分子的立体构型有关。 水分子和二氧化碳分子都是由三个原子组成的分子，但二氧化碳分子为直线形，分子内两个C=O极性键位于碳原子的两侧，所以两个键的极性互相抵消，使正负电

10、荷重心重合，因此二氧化碳分子无极性，是非极性分子。在水分子中，分子内的两个OH键的夹角为104.5，所以分子的正电荷重心位于两个氢原子核连线的中点，正、负电荷重心不重合，所以水分子具有极性，是极性分子。判断ABn型分子极性有一经验规律：若中心原子A的化合价（在分子ABn中所呈现的）的绝对值等于该元素所在的主族序数，则ABn为非极性分子；若二者不相等，则ABn为极性分子。三、物质的溶解性和手性 1.物质的溶解性：物质的溶解性一般有“相似相溶”的规律：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。水是常见的极性溶剂，故一般极性物质比非极性物质在水中溶解度大。此外，分子结构相似也能用相

11、似相溶原理去解释，如乙醇和水中均含OH，因而乙醇与水能互溶。氢键也能影响物质的溶解性，氢键作用力越大，溶解性越好。 2.手性：具有完全相同组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠，互称手性异构体，有手性异构的分子叫做手性分子。手性分子的性质差别很大，经常需要用手性催化剂在合成线路中将其按所需的产品合成。下图为一对酒石酸盐晶体的手性分子。一对手性酒石酸盐晶体各个击破【例1】说明在下列分子中是由哪些轨道或杂化轨道重叠成键的ICl，NI3，CH3Cl，CO2解析：ICl：Cl以一个3p轨道与I以一个5p轨道重合组成一对共价键； NI3：N原子不等性sp3杂化，除一孤

12、电子对外的三个杂化轨道分别与三个I原子的各一5p轨道杂化成键； CH3Cl：C原子sp3杂化形成四个杂化轨道，其中三个与三个H原子的1s轨道重叠形成三对sp3-s共价键，另一杂化轨道与Cl原子的含单电子的3p轨道重叠，形成一个sp3-p共价键；CO2：C原子的一个2s轨道与一个2p轨道实行sp杂化，形成两个成分相同，能量相等的sp杂化轨道，再与两个O原子中各一个含单电子的2p轨道重叠，形成sp-p键；C原子中余下的两个2p轨道（各含一个电子）再分别与一个O原子（共两个）中的另一个2p轨道重叠形成sp-p键。因此每一对碳氧组合间含有一个键和一个键，为双键结构。类题演练1指出下列化合物可能采取的杂

13、化类型，并预测其分子的几何构型：BeH2；BBr3；SiH4；PH3。分子杂化轨道类型几何构型图形BeH2BBr3SiH4PH3答案： 分子杂化轨道类型几何构型图形BeH2sp1杂化直线形HBeHBBr3sp2杂化平面三角形SiH4sp3杂化正四面体PH3sp3不等性杂化三角锥形变式提升1关于原子轨道的说法正确的是（）A.凡中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的C.sp3杂化轨道是由同一原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相近的新轨道D.凡AB3型的共价化合物，其中心原

14、子A均采用sp3杂化轨道成键解析：凡中心原子采取sp3杂化的分子构型都是四面体形，但是根据孤对电子占据杂化轨道数目的多少，造成了其分子几何构型可以呈现V形（H2O）、三角锥形（NH3）；CH4sp3杂化轨道是由中心碳原子的能量相近2s轨道和3个2p轨道杂化形成，与氢原子结合时，四个杂化轨道分别和四个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-H 键；BF3采用sp2杂化。 答案：C 变式提升2（2006全国高考理综，11）下列叙述正确的是()A.NH3是极性分子，分子中N原子是在3个H原子所组成的三角形的中心B.CCl4是非极性分子，分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心C.H2O是极性分子，

15、分子中O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央D.CO2是非极性分子，分子中C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央解析：分子极性构型ANH3极性分子三角锥型BCCl4非极性分子正四面体型CH2O极性分子折线型DCO2非极性分子直线型答案：C 【例2】下列物质中既有极性键，又有非极性键的非极性分子的是（）A.二氧化硫B.四氯化碳C.过氧化氢D.乙炔解析：分子极性的判断方法。 从分子组成上看 从形成的化学键看 分子中既有极性键又有非极性键，则分子必须有同种元素原子间成键又有不同种元素原子间成键，分子为非极性分子，则分子中原子的排列一定均匀。答案：D类题演练2NH3、H2S等是极性分子，CO2、B

16、F3、CCl4等是极性键形成的非极性分子。根据上述事实可推出ABn型分子是非极性分子的经验规律是（）A.分子中不能含有氢原子B.在ABn分子中A原子的所有价电子都参与成键C.在ABn分子中每个共价键都相同D.在ABn分子中A的相对原子质量应小于B的相对原子质量解析：NH3中的N有5个价电子，只有3个价电子参与成键，H2S中的S有6个价电子，只有2个价电子参与成键，NH3、H2S都是极性分子；而CO2、BF3、CCl4中的C、B、C分别有4、3、4个价电子，它们均都参与成键，CO2、BF3和CCl4都是非极性分子。综上所述，可以推出ABn型分子是非极性分子的经验规律；在ABn中A原子的所有价电子

17、都参与成键，故答案应为B。 答案：B 变式提升3两种非金属元素，A、B所形成的下列分子中，属于极性分子的是（）解析：对于多原子分子是否是极性分子，取决于结构是否对称，正负电荷的重心是否重合。A项正四面体、C项平面正三角形都是结构对称的，都是非极性分子，而B、D项的结构不对称，是极性分子。 答案：BD 变式提升4请完成下列表格的填空：双原子分子三原子分子四原子分子五原子分子分子H2HClH2OCO2BF3NH3CH4CH3Cl键的极性键角空间构型分子极性根据以上分析结果，试推测以上哪些物质易溶于水_。解析：本题着重考查分子的极性与键的极性以及分子空间构型之间的关系。由非极性键构成的分子一般都是非

18、极性分子。由极性键构成的分子，若能空间对称，分子中电荷不显电性，分子则无极性，这样的空间对称有三种：一是直线形对称，键角为180，常见的分子有：CO2、C2H2等；二是平面对称，键角为120，分子构型为平面正三角形，常见的分子有BF3、BBr3等；三是立体对称，键角为10928，分子构型为正四面体，常见有CH4、CCl4、SiH4等。 根据相似相溶规则，易溶于水的有：HCl、NH3、CH3Cl。 答案：双原子分子三原子分子四原子分子五原子分子分子H2HClH2OCO2BF3NH3CH4CH3Cl键的极性非极性极性极性极性极性极性极性极性键角104.5180120107.3109.5空间构型直线

19、形直线形V形直线形平面正三角形三角锥形正四面体形四面体形分子极性非极性极性极性非极性非极性极性非极性极性HCl,NH3,CH3Cl 【例3】根据物质的溶解性“相似相溶”的一般规律，说明溴、碘单质在四氯化碳中比在水中溶解度大，下列说法正确的是()A.溴、碘单质和四氯化碳中都含有卤素B.溴、碘是单质，四氯化碳是化合物C.Cl2、Br2、I2是非极性分子，CCl4也是非极性分子，而水是极性分子D.以上说法都不对解析：根据相似相溶原理：极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，难溶于非极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂，难溶于极性分子组成的溶剂。Cl2、Br2、I2是

20、非极性分子，它们易溶于非极性溶剂CCl4；而在极性溶剂水中的溶解度较小。答案：C类题演练3利用相似相溶原理这一经验规律可说明的事实是()A.HCl易溶于水B.I2微溶于水C.Cl2能溶于水D.NH3易溶于水解析：HCl、NH3、H2O均属于非极性分子，故利用相似相溶原理可以解释。 答案：AD课后集训基础过关1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是（）A.原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新轨道B.轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等C.杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原理D.杂化轨道可分为等性杂化轨道和不等性杂化 轨道 答案：B2.有关苯分子说法不正确的

21、是（）A.苯分子中C原子均以sp2杂化方式成键，形成120的三个sp2杂化轨道，故为正六边形的碳环B.每个碳原子还有一个参与杂化的2p轨道，垂直碳环平面，相互交盖，形成共轭大键C.大键中6个电子被6个C原子共用，故称为中心6电子大键D.苯分子中共有六个原子共面，六个碳碳键完全相同解析：苯分子中共有六个碳原子和六个氢原子共面。 答案：D 3.中心原子采取sp2杂化的分子是（）A.NH3 B.BCl3 C.PCl3 D.H2O答案：B4.实验测得BeCl2为共价化合物，两个Be-Cl键之间的夹角为180并有对称性，由此可判断BeCl2属于（）A.由极性键形成的极性分子B.由极性键形成的非极性分子C

22、.由非极性键形成的极性分子D.由非极性键形成的非极性分子解析：BeCl2由Be、Cl两种元素构成，故其中的键为极性键。BeCl键之间的夹角为180并有对称性，故其中电荷分布均匀，为非极性分子，B项正确。 答案：B 5.下列含有非极性键的非极性分子是（）A.H2 B.H2O C.H2O2 D.CO2解析：H2是非极性键结合成的非极性分子，H2O是含极性键的极性分子，CO2是含极性键的非极性分子，而H2O2是含有非极性键的极性分子。 答案：A 6.下列分子中，属于含有极性键的非极性分子的一组是（）A.CH4、CCl4、CO2B.C2H4、C2H2、C6H6C.Cl2、H2、N2D.NH3、H2O、

23、SO2解析：单质分子一般都是非极性分子，但单质分子中的化学键是非极性键，不符合题目要求，故不选C。多原子分子的极性取决于分子的空间结构，仔细分析题中选项可知A、B项符合题意。 答案：AB 7.下列说法中，不正确的是（）A.极性分子一定含有极性键B.非极性分子不一定含有非极性键C.CH4和P4分子都是正四面体结构，但键角大小不同 D.常温常压下的气体分子中都含有共价键解析：化学键的极性是分子有极性的必要条件，只要极性键在分子中排列对称，分子就无极性，所以A、B项的说法都是正确的。CH4和P4均具有正四面体空间构型，但CH4分子中碳原子位于体心，键角为109.5，而P4无体心原子，键角为60，把以

24、C也是正确的，常温常压下，稀有气体是单原子分子，不含化学键，故D项的说法不正确。 答案：D 8.通常情况下，NCl3是一种油状液体，其分子空间构型与氨分子相似，下列对NCl3的有关叙述正确的是（）A.分子中NCl键键长与CCl4分子中CCl键键长相等B.分子中的所有原子均达到8电子稳定结构C.NCl3分子是非极性分子D.NBr3比NCl3易挥发答案：B 综合运用9.用萃取法从碘水中分离碘，所用萃取剂应具有的性质是（）不和碘或水起化学反应能溶于水不溶于水应是极性溶剂应是非极性溶剂A. B. C. D.解析：非极性分子的溶质易溶于非极性分子的溶剂中。 答案：C 10.能说明BF3分子中的四个原子在

25、同一平面内的理由是（）A.任意两个BF键之间的夹角为120B.BF键是非极性键C.B原子与每个F原子的相互作用相同D.B原子与每个F原子的距离相等解析：BF3分子中的四个原子在同一平面内，BF3中只有3个BF键，故两个BF之间的夹角为3603=120。分子的空间构型取决于键与键之间的夹角。故只有A正确。 答案：A 11.下列叙述正确的是（）A.两种元素构成的共价化合物分子中的化学键都是性极键B.两种元素原子间形成的化学键都是极性键C.含有极性键的分子不一定是极性分子D.极性分子一定含有极性键解析：A项中说法不一定，如H2O2中OO键是非极性键；两种元素间可能形成离子键，也可能形成共价键；极性键

26、属共价键；含有极性键的化合物不一定是极性分子，如CH4、CO2等：在极性分子中一定含有极性键。 答案：CD 12.通常把具有相同电子数和相同原子数的分子或离子称为等电子体。等电子体的结构和性质相似（等电子原理）。有下列两个系列的物质：系列一：CH4C2H6COYC2OW系列二：NHN2HXNOZN2试根据等电子体的概念及上述两系列物质的排列规律，推断X、Y、Z、W可能是下列各组物质中的（）A.NO CO2N2O4COB.NOCO2N2H4C2H2C.NOCONOC2H2D.NOHCON2OCO答案：A 13.为什么由不同种元素的原子生成的PCl5分子为非极性分子，而由同种元素的原子形成的O3分

27、子却是极性分子？答案：在PCl5分子中，虽然PCl为极性键，但由于PCl5分子为三角双锥构型，键的偶极矩互相抵消，使分子的正电重心和负电重心重合，分子的偶极矩为零。因此，PCl5为非极性分子。在O3分子中，虽然分子中的原子为同种元素原子，由于O3分子为V形构型，三个O原子上的孤对电子数不同，中心原子与其他原子的电子密度不同。由于分子的非对称性和中心原子与端原子的电子密度不同使O3分子的偶极矩不为零，分子有微弱的极性。 14.已知氟化硼（BF3）是共价化合物，分子中的四个原子在同一平面上，那么BF3分子是否具有极性：_（“具有”或“不具有”），分子中键与键之间的夹角为_。又已知三氟化磷（PF3）也是共价化合物，与BF3不同的是PF3是极性分子，则PF3分子中的4个原子是否在同一平面上_（“在”或“不在”），PF3分子中的键与键之间的夹角比BF3分子中的键与键之间的夹角_（填“大”“小”或“相等”）。答案：不具有120不在小 15.根据杂化理论回答下列问题：分子CH4H2ONH3CO2C2H4键角109.5104.5107.3180120(1)上表中各种物质中心原子是否以杂化轨道成键？以何