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1、专题专题4分子空间结构与物质性质分子空间结构与物质性质第一单元第一单元分子构型与物质的性质分子构型与物质的性质目标导航预习引导目标导航预习引导一、分子的空间构型由分子聚集成的物质的性质主要是由分子的组成和结构决定的。分子的结构可以通过X射线衍射、电子衍射等实验手段进行测定,也可以根据相关理论进行解释或预测。分子结构对物质的极性、磁性、旋光性、溶解性、化学反应活泼性等都有很大的影响。1.杂化轨道理论(1)杂化轨道:在形成多原子分子的过程中,中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合,形成的一组能量相等、成分相同的新轨道。杂化的目的就是为了形成键和容纳孤电子对。目标导航预习引导目标导航预习引导目标导
2、航预习引导(3)杂化轨道的类型:杂化的轨道通常是s轨道、p轨道和d轨道。目标导航预习引导目标导航预习引导sp3杂化:sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化而成,每个sp3杂化轨道含 的成分,sp3杂化轨道间的夹角为109.5,空间构型是正四面体。正四面体结构的分子或离子的中心原子一般采用sp3杂化轨道成键,如CCl4、 等。金刚石中碳原子、晶体硅和石英晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道成键。预习交流交流1任意不同的轨道都可以杂化吗?答案:原子轨道只有在形成分子的过程中才能杂化,孤立的原子不会发生杂化;另外,不是任意的不同轨道都能杂化,只有能量相近的轨道才能杂化。目标导航预习引导2.价层
3、电子对互斥理论(1)价层电子对互斥理论:分子中的价层电子对(包括键电子对和中心原子上的孤电子对)由于相互排斥作用,而趋向尽可能彼此远离以减小斥力,分子尽可能采取对称的空间构型。电子对之间的夹角越大,排斥力越小。(2)价电子对数的计算方法(ABm型):A为中心原子,价电子数等于最外层电子数,B为配位原子,卤素原子、氢原子按提供1个价电子计算,氧原子、硫原子按不提供价电子计算。目标导航预习引导(3)根据价层电子对互斥理论判断分子空间构型: 目标导航预习引导(4)相关说明:具有相同价电子对数的分子,中心原子的杂化轨道类型相同,价电子对分布的几何构型也相同。如果分子中中心原子的杂化轨道上存在孤电子对,
4、价电子对之间的斥力大小顺序为孤电子对与孤电子对之间的斥力孤电子对与成键电子对之间的斥力成键电子对与成键电子对之间的斥力,且随着孤电子对数目的增多,成键电子对与成键电子对之间的斥力减小,键角也减小。目标导航预习引导3.等电子原理(1)等电子原理:内容:具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构。CO分子与N2分子结构非常相似,它们的分子中价电子数都是10,都形成1个键和2个键,键能都比较大。它们的某些物理性质都比较相似,如熔点和沸点相近、都难溶于水等。所以CO和N2互为等电子体。(2)等电子原理的应用:利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体结构。例如,SiCl4、 的原子数目
5、和价电子总数都相等,它们互为等电子体,中心原子都是sp3杂化,都形成正四面体立体构型。等电子原理在制造新材料等方面也有重要的应用。如晶体硅、锗是良好的半导体材料,它们的等电子体磷化铝(AlP)、砷化镓(GaAs)也都是良好的半导体材料。111111目标导航预习引导4.分子的空间构型对物质的性质的影响具有相似分子空间构型的物质,在性质方面通常表现出一定的相似性。预习交流交流2四原子分子都为平面三角形或三角锥形吗?请查阅资料找出不同的例子。目标导航预习引导二、分子的极性1.极性分子与非极性分子(1)极性分子:正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子。(2)非极性分子:正电荷重心和负电荷重心相重合的分子
6、。2.非极性分子、极性分子的判断方法(1)双原子分子:分子的极性取决于成键原子之间的共价键是否有极性,以极性键结合的双原子分子是极性分子,以非极性键结合的双原子分子是非极性分子。目标导航预习引导(2)以极性键结合的多原子分子(ABm型):分子的极性取决于分子的空间对称。若配位原子对称地分布在中心原子周围,整个分子的正、负电荷重心相重合,则分子为非极性分子。3.分子的极性对物质溶解性的影响相似相溶经验规则非极性分子构成的物质一般易溶于非极性溶剂,极性分子构成的物质一般易溶于极性溶剂。如NH3作为极性分子极易溶于极性分子H2O中(氢键也影响溶解性),而CH4作为非极性分子则难溶于水。不符合此规律的
7、如CO、NO等极性分子难溶于水。目标导航预习引导预习交流交流3如何判断键的极性及分子的极性?答案:(1)判断键有无极性,需根据成键的原子是否相同。(2)判断分子有无极性,需根据分子的空间构型确定,如该构型能使正负电荷重心重合,分子无极性,否则分子有极性。目标导航预习引导三、手性分子1.概念(1)手性异构体:如果一对分子,它们的组成和原子的排列方式完全相同,但如同人的左手和右手一样互为镜像,在三维空间里不能重叠,这对分子互称手性异构体,又叫对映异构体、光学异构体。(2)手性分子:有手性异构体的分子称为手性分子。(3)手性碳原子:当四个不同的原子或基团连接在碳原子上时,形成的化合物存在手性异构体。
8、其中,连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。2.手性分子的应用手性分子的结构不同,性质也不同。手性分子在生命科学和生产手性药物方面有广泛的应用。问题导学即时检测121.杂化轨道理论活动与探究轨道杂化的目的就是为了形成键和容纳孤电子对。用杂化轨道理论分析C2H6、C2H4、C2H2的成键情况。3sp3杂化 sp3杂化 1s CH 1个sp3杂化 CC 问题导学即时检测123sp2杂化 sp2杂化 1s CH sp2杂化 CC 2p 问题导学即时检测123sp杂化 sp杂化 1s CH sp杂化 CC 2p 问题导学即时检测12迁移与应用H+可与H2O形成H3O+,H3O+和H2O中氧原
9、子杂化方式是否相同?为什么H3O+中HOH键角比水中HOH键角大?答案:H3O+和H2O中氧原子均采取sp3杂化,每个水分子中氧原子上有2对孤电子对,H3O+中氧原子上只有1对孤电子对,排斥力较小,故H2O中HOH的键角小。3问题导学即时检测12杂化轨道理论要点:(1)原子在成键时,同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。杂化轨道只能形成键或容纳孤电子对,不能形成键。(2)参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。(3)杂化改变了原子轨道的形状和方向,杂化使原子的成键能力增加。如杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中,如s、p杂化后轨道一头大一头小,与其他原子成键时
10、重叠程度更大,形成的共价键更牢固。(4)杂化轨道为使相互间的排斥力最小,故在空间上取最大夹角分布,不同的杂化轨道伸展方向不同。在多原子分子中,两个化学键之间的夹角叫键角。键角与分子的形状(空间构型)有着密切联系。3问题导学即时检测122.价层电子对互斥理论确定分子空间构型的方法活动与探究运用价层电子对互斥理论确定下列分子或离子的VSEPR(价层电子对互斥理论)模型和空间构型。3问题导学即时检测123答案:问题导学即时检测123问题导学即时检测12解析:(1)在CCl4中,C有4个键电子对,没有孤电子对,C的价层电子对的排布为正四面体形,CCl4的空间构型为正四面体形。(2)在 中,Cl有3个键
11、电子对和1对孤电子对,价层电子对为4对。Cl的价层电子对的排布为四面体形, 空间构型为三角锥形。(3)在PCl5中,P有5个键电子对,没有孤电子对,价层电子对的空间排布方式为六面体形,PCl5的空间构型为六面体形。答案:(1)正四面体形(2)三角锥形(3)六面体形3问题导学即时检测12使用价层电子对互斥理论判断分子空间构型时需注意:价层电子对互斥理论模型是价层电子对的空间构型,而分子的空间构型指的是成键电子对的空间构型,不包括孤电子对。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对(未用于形成共价键的电子对),当中心原子上无孤电子对时,两者的构型一致;当中心原子上有孤电子对时,两者的构型不一致。3问
12、题导学即时检测1323.化学键与分子极性之间的关系活动与探究非极性分子、极性分子的判断,首先看键是否有极性,然后再看各键的空间排列状况。键无极性,分子必无极性;键有极性,各键空间排列均匀,使键的极性相互抵消,分子无极性;各键空间排列不均匀,不能使键的极性相互抵消,分子有极性。请根据上述理论分析,完成下表中分子极性的判断。问题导学即时检测132问题导学即时检测132答案:问题导学即时检测132迁移与应用完成下表中键的极性与分子极性的判断。问题导学即时检测132答案:非极性分子非极性键非极性分子极性键极性分子极性键非极性分子极性键极性分子极性键非极性分子极性键极性分子 极性键非极性分子问题导学即时
13、检测132(1)以极性键结合成的双原子分子是极性分子。如:HCl、HF、HBr。(2)以非极性键结合成的双原子分子(全部是非极性键)是非极性分子。如:O2、H2等。(3)以极性键结合的多原子分子,有的是极性分子,有的是非极性分子。主要看分子空间对称性如何。(4)在多原子分子中,若中心原子上价电子都用于形成共价键,而周围的原子是相同的原子,一般是非极性分子。问题导学即时检测123451.下列关于苯分子结构或性质的描述错误的是()A.苯分子呈平面正六边形,六个碳碳键完全相同,键角皆为120B.苯分子中的碳原子采取sp2杂化,6个碳原子中未参与杂化的2p轨道以“肩并肩”形式形成一个大键C.苯分子中的
14、碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊类型的键D.苯能使溴水和酸性KMnO4溶液因发生化学反应褪色解析:苯分子中的碳原子采取sp2杂化,六个碳碳键完全相同,呈平面正六边形结构,键角皆为120;在苯分子中有一个六电子的大键,因此苯分子中的碳碳键并不是单、双键交替结构,也就不能使溴水和酸性KMnO4溶液因化学反应而褪色。答案:D问题导学即时检测12345解析:若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对,则根据斥力最小的原则,当n=2时,分子的空间构型为直线形;当n=3时,分子的空间构型为平面三角形;当n=4时,分子的空间构型为正四面体形。 答案:C 问题导学即时检测123453.下列不是等电子体的是()
15、解析:原子总数相同,价电子总数相同的分子或离子称作等电子体,它们具有相似的化学键特征,结构相似。A、B、C项的原子总数相同,价电子总数也相同;D项的原子总数不同。答案:D 问题导学即时检测123454.通过计算判断下列中心原子的杂化轨道类型(点“”的原子为中心原子)。答案:4sp33sp24sp34sp34sp3问题导学即时检测12345 问题导学即时检测12345 解析:(1)主族元素的价电子就是最外层电子,所以基态氮原子的价电子排布式为2s22p3。(2)同周期,从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,但由于基态氮原子的2p轨道处于半充满状态,较稳定,所以其第一电离能比氧元素的大。(3)NH3的杂化轨道数是4,中心原子杂化类型是sp3,有一对孤电子对,所以空间构型是三角锥形;N2H4分子中N原子的杂化类型与NH3相同,也是sp3。N2的结构式是NN,每个分子中含有1个键,2个键,而在1个N2H4分子中有4个NH键,所以当有4 mol NH键断裂时,有1.5 mol N2生成,即形成3 mol 键。硫酸铵晶体属于离子晶体,所以含有离子键,在 中还含有配位键,但不存在范德华力(分子间作用力)。答案:(1)2s22p3(2)NOC (3)三角锥形sp33d
