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2019高考化学总复*12物质结构与性质(选学)(41)分子结构与性质(2)课件新人教版

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物质结构与性质(选学)

第41讲 分子结构与性质
考点二 分子的立体构型

李仕才

知识梳理

1.价层电子对互斥理论 (1)理论要点 ①价层电子对在空间上彼此相距最远时,排斥力最小,体系的能量最低。 ②孤电子对的排斥力较大,孤电子对越多,排斥力越强,键角越小。 (2)价层电子对互斥模型与分子立体构型的关系

2.杂化轨道理论 (1)杂化轨道概念:在外界条件的影响下,原子内部 ________的原子轨道重新组合的 过程叫原子轨道的杂化,组合后形成的一组新的原子轨道,叫杂化原子轨道,简称杂化轨 道。

(2)杂化轨道的类型与分子立体构型的关系

(3)由杂化轨道数判断中心原子的杂化类型 杂化轨道用来形成 σ 键和容纳孤电子对,所以有公式: 杂化轨道数=中心原子的孤电子对数+中心原子的 σ 键个数。 代表物 杂化轨道数 中心原子杂化轨道类型 CO2 0+2=2 ________ CH2O 0+3=3 ________ CH4 0+4=4 ________ SO2 1+2=3 ________ NH3 1+3=4 ________ H2 O 2+2=4 ________

(4)中心原子杂化类型和分子构型的相互判断

3.配位键 (1)孤电子对 分子或离子中没有跟其他原子共用的电子对称孤电子对。 (2)配位键 ①配位键的形成:成键原子一方提供_________,另一方提供________形成共价键。 ②配位键的表示:常用“________”来表示配位键,箭头指向接受孤电子对的原子,如

NH+ 4 可表示为

,在 NH+ 4 中,虽然有一个 N—H 键形成过程与其他 3 个 N—H

键形成过程不同,但是一旦形成之后,4 个共价键就完全相同。

(3)配合物 如 [Cu(NH3)4]SO4

配位体有孤电子对,如 H2O、 NH3、CO、 F 、Cl 、 CN 等。 中心原子有空轨道,如 Fe3 、 Cu2 、 Zn2 、 Ag 等。
+ + + +







4.实验探究配合物的形成 实验操作 实验现象 滴加氨水后,试管中首先 出现 ________,氨水过量 后沉淀逐渐 ____,得到 ____色的透明溶液 ___________ 有关离子方程式

5.配合物的结构和性质 (1)几种配合物的空间构型

(2)配合物的异构现象 ①形成配合物异构现象的原因 a.含有________或 ________配位体。 b.配位体____________不同。 ②配合物异构体的分类 a.顺式异构体:同种配位体处于________位置。 b.反式异构体:同种配位体处于________位置。 ③配合物异构体的性质 顺、反异构体在________、 ________、 ________等方面都有差异。

(3)配合物的稳定性 配合物中的配位键越强,配合物越________,中心原子的金属离子相同时,配合物的 稳定性与 ________的性质有关。 6.配合物的应用 (1)在实验研究中,常用形成配合物的方法来________________。 (2)在生产中,配合物被广泛应用于__________________________领域。 (3)在许多尖端领域如激光材料、超导材料、抗癌药物的研究、催化剂的研制等方面, 配合物发挥着越来越大的作用。

特别提醒: 属于盐类的配合物的内界和外界之间是以离子键结合, 因而属于离子化合 物、强电解质,能完全电离成内界离子和外界离子。内界离子也能电离但程度非常小,可 谓“强中有弱”。例如配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2 溶液中加入 AgNO3 溶液,外界的(2 个)Cl- 能被沉淀,而内界中的(1 个 )Cl-不能形成沉淀。

答案 1.(2)直线形 锥形 NH3 H2O BeCl2 180° *面正三角形 BF3 120° SnBr2 105° CH4 三角

2.(1)能量相* (2)2 (3)sp 直线形 sp2 sp3 3 120° 4 四面体形 sp2 sp3 sp3

(4)V *面三角 三角锥 3.(2)孤电子对 空轨道 →

(3)配位原子 中心原子 配位数

4.蓝色沉淀 溶解 深蓝 Cu2 +2NH3· H2O===Cu(OH)2↓+ 2NH4
+ +

Cu(OH)2+4NH3· H2O===[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O 5.(1)正四面体 2 4 空间排列方式 不同边 同边 颜色 溶解性 活性

(2)两种 两种以上 (3)稳定 配位体

6.(1)检验金属离子、分离物质、定量测定物质的组成 (2)染色、电镀、硬水软化、金属冶炼

基础自测

填表,VSEPR 模型中心原子杂化类型和分子(或离子)立体模型的确定

答案:(1)直线形 直线形 (3)直线形 直线形 (6)四面体形 V形

(2)四面体形 直线形 (5)四面体形 V 形 V形

(4)直线形

(7)*面三角形

(8)*面三角形 *面三角形 (9)*面三角形 *面三角形 (10)*面三角形 *面三角形 (11)*面三角形 *面三角形

(12)*面三角形 *面三角形 (13)四面体形 三角锥形

(14)四面体形 (15)四面体形 (16)四面体形 (17)四面体形

三角锥形 三角锥形 三角锥形 三角锥形

(18)正四面体形 正四面体形 (19)正四面体形 正四面体形 (20)正四面体形 正四面体形 (21)正四面体形 正四面体形 (22)立体网状结构 (24)*面形 (23)层状结构

(25)*面六边形

考向探究 好题冲关

考向 1 价层电子对互斥理论及其应用 【例 1】 (2018 年武汉模拟)用价层电子对互斥理论(VSEPR)预测 H2S 和 COCl2 的立 体结构,两个结论都正确的是( A.直线形;三角锥形 C.直线形;*面三角形 ) B.V 形;三角锥形 D.V 形;*面三角形

【解析】

H2S 分子中的中心原子 S 原子上的孤对电子对数是 1/2×(6-1×2)=2,

则说明 H2S 分子中中心原子有 4 对电子对,其中 2 对是孤对电子因此空间结构是 V 形; 而 COCl2 中中心原子的孤对电子对数是 1/2×(4-2× 1-1×2)= 0,因此 COCl2 中的中心 原子电子对数是 3 对,是*面三角形结构,故选 D。
【答案】 D

总结提升: 判断分子或离子立体构型“三步曲” 第一步;确定中心原子上的价层电子对数

a 为中心原子的价电子数减去离子的电荷数,b 为电荷数,x 为非中心原子的原子个 数。 1 + 如 NH4 的中心原子为 N,a=5-1,b= 1,x= 4, 所以中心原子孤电子对数= (a- xb) 2 1 = × (4- 4× 1)= 0。 2 第二步:确定价层电子对的立体构型 由于价层电子对之间的相互排斥作用, 它们趋向于尽可能的相互远离, 这样已知价层 电子对的数目,就可以确定它们的立体构型。

第三步:分子立体构型的确定 价层电子对有成键电子对和孤电子对之分, 价层电子对的总数减去成键电子对数, 得 孤电子对数。根据成键电子对数和孤电子对数,可以确定相应的较稳定的分子立体构型。

好题冲关 1.下列离子的 VSEPR 模型与离子的空间立体构型一致的是(
2- A.SO3

)

B.ClO- 4 D.ClO- 3

C.NO- 2

2 解析:当中心原子无孤电子对时,VSEPR 模型与立体构型一致。A 项,SO3 的中心


1 1 - 原子的孤电子对数= × (6+ 2- 3×2)=1, B 项,ClO4 的中心原子的孤电子对数= ×(7 2 2 1 - + 1- 4× 2)= 0;C 项,NO2 的中心原子的孤电子对数= ×(5+1-2×2)=1;D 项,ClO3 2


1 中心原子的孤电子对数= ×(7+ 1-3×2)=1。所以只有 B 符合题意。 2
答案:B

2.用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型,有时也能 用来推测键角大小,下列判断正确的是( A.SO2、CS2、HI 都是直线形的分子 B.BF3 键角为 120° ,SnBr2 键角大于 120° C.CH2O、BF3、SO3 都是*面三角形的分子 D.PCl3、NH3、PCl5 都是三角锥形的分子 )

解析:A.SO2 是 V 形分子;CS2、HI 是直线型的分子,错误;B.BF3 键角为 120° ,是 *面三角形结构;而 Sn 原子价电子是 4,在 SnBr2 中两个价电子与 Br 形成共价键,还有 一对孤对电子,对成键电子有排斥作用,使键角小于 120° ,错误;C.CH2O、BF3、SO3 都是*面三角形的分子,正确;D.PCl3、NH3 都是三角锥形的分子,而 PCl5 是三角双锥 形结构,错误。
答案:C

考向 2 【例 2】

杂化轨道理论及其应用 下列分子所含原子中,既有 sp3 杂化,又有 sp2 杂化的是( )

【解析】 乙醛中甲基的碳原子采取 sp3 杂化,醛基中碳原子采取 sp2 杂化;丙烯腈 中碳碳双键的两个碳原子采取 sp2 杂化,另一个碳原子采取 sp 杂化;甲醛中碳原子采取 sp2 杂化;丙炔中甲基碳原子采取 sp3 杂化,碳碳三键中两个碳原子采取 sp 杂化。
【答案】 A

总结提升: 中心原子杂化方式的判断 (1)根据分子结构式进行推断 ①公式 杂化轨道数=中心原子孤电子对数(未参与成键)+中心原子形成的 σ 键个数 ②中心原子形成 σ 键个数的判断方法 因为两原子之间只能形成一个 σ 键,所以中心原子形成的 σ 键个数=中心原子结合 的原子数。

③中心原子孤电子对数的判断方法
± a.依据经验公式进行计算,对于通式 AXn m 中心原子 (A)未用于成键的孤电子对数=

A的族序数-X能接受的最多电子数× m-? ± n? ; 2 如 6-2×4-?-2? 5- 4-?+1? + 2- SO4 中的孤电子对数= =0,NH4 中的孤电子对数= = 2 2

4- 1- 3 0, HCN 中的孤电子对数= =0。 2

b.根据分子结构式推断出中心原子的孤电子对数。如 HCN;结构简式(H—C≡N), 中心原子 C 形成两个 σ 键,C 原子的四个价电子全部参与成键无孤电子对;H2O:结构 式 (H—O—H),中心原子 O 形成两个 σ 键,O 只有两个价电子参与成键,还余四个电子 形成两对孤电子对。

(2)根据分子的空间构型推断杂化方式 多原子(3 个或 3 个以上)分子的立体结构与中心杂化方式的对照:

①只要分子构型为直线形的,中心原子均为 sp 杂化,同理,只要中心原子是 sp 杂化 的,分子构型均为直线形。 ②只要分子构型为*面三角形的,中心原子均为 sp2 杂化。 ③只要分子中的原子不在同一*面内的,中心原子均是 sp3 杂化。

④ V 形分子的判断需要借助孤电子对数,孤电子对数是 1 的中心原子是 sp2 杂化,孤 电子对数是 2 的中心原子是 sp3 杂化。 (3)根据等电子体原理结构相似推断 如 CO2 是直线形分子,CNS 、NO2 、 N3 与 CO2 是等电子体,所以分子构型均为直 线形,中心原子均采用 sp 杂化。
- + -

好题冲关 3.(2018 年石家庄调研)下列说法正确的是( )

A.凡是中心原子采取 sp3 杂化的分子,其立体构型都是正四面体形 B.在 SCl2 中,中心原子 S 采取 sp 杂化轨道成键 C.杂化轨道只用于形成 σ 键或用于容纳未参与成键的孤电子对 D.凡 AB3 型的共价化合物,其中心原子 A 均采用 sp3 杂化轨道成键

解析:A 项,中心原子采取 sp3 杂化的分子,其分子构型可以是正四面体形,也可以 是三角锥形或 V 形,错误;B 项,SCl2 中 S 原子采取 sp3 杂化轨道成键,错误;D 项, AB3 型共价化合物,中心原子可采取 sp2 杂化,如 SO3 等,错误。
答案:C

考向 3 配位键、配合物理论 【例 3 】 ( ) A. 向一定量的 AgNO3 溶液中加入氨水至沉淀消失 B. 向 FeCl3 溶液中加入 KSCN 溶液 C. 向一定量的 CuSO4 溶液中加入氨水至沉淀消失 D. 向硫酸铝溶液中加入氨水 (2018 年福建省师大附中高三月考 )下列过程与配合物的形成无关的是

【解析】 A. 向一定量的 AgNO3 溶液中加入氨水至沉淀消失,生成银氨络离子,A 错误;B. 向 FeCl3 溶液中加入 KSCN 溶液生成络合物,B 错误;C. 向一定量的 CuSO4 溶液中加入氨水至沉淀消失生成配合物,C 错误;D. 向硫酸铝溶液中加入氨水发生复分 解反应,与配合物形成没有关系,D 正确。
【答案】 D

好题冲关 4.(2018 年河南省周口市高三下 3 月模拟)下列微粒:
+ ① CH4 ②NH3 ③CH3COO- ④NH+ ⑤ H O 中含有配位键的是( 4 3

)

A. ①② C. ④⑤

B. ①③ D. ②④

解析: ①甲烷中碳原子满足 8 电子稳定结构, 氢原子满足 2 电子稳定结构, 无空轨道, 无孤电子对,CH4 不含有配位键;②氨气分子中氮原子含有孤电子对,但氢原子不含空轨 道,所以不能形成配位键;③CH3COO-中碳和氧最外层有 8 个电子达到稳定结构,氢满 足 2 电子稳定结构,无空轨道,无孤电子对,不含有配位键;④氨气分子中氮原子含有孤
+ 电子对,氢离子提供空轨道,可以形成配位键,NH+ 4 含有配位键;⑤ H3O 中 O 提供孤电

子对,H 提供空轨道,二者形成配位键,H3O 含有配位键。





答案:C

5.(2018 年广东省清远市一中高三模拟)向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水,首 先形成难溶物,继续滴加氨水,难溶物溶解得到深蓝色透明溶液,若加入乙醇将析出深蓝 色晶体。下列说法正确的是( )

A.反应后溶液中不存在任何沉淀,所以反应前后 Cu2+的浓度不变 B.在[Cu(NH3)4]2+离子中,Cu2+提供空轨道,NH3 提供孤电子对 C.沉淀溶解后将生成深蓝色的正四面体形的配离子[Cu(NH3)4]2


D.加入极性较小的溶剂乙醇后,将析出 Cu(NH3)4SO4· H2O 晶体

解析:本题考查配合物、配位键的形成等。A.硫酸铜和氨水反应生成氢氧化铜蓝色沉 淀,继续加氨水时,氢氧化铜和氨水继续反应生成络合物而使溶液澄清,铜离子转化到络 合物离子中,所以溶液中铜离子浓度减小,A 错误;B.在[Cu(NH3)4]2+ 离子中,铜离子含 有空轨道,氨气分子含有孤电子对,所以 Cu2+提供空轨道,NH3 给出孤电子对,B 正确; C.硫酸铜和氨水反应生成氢氧化铜蓝色沉淀, 继续加氨水时, 氢氧化铜和氨水继续反应生 成络合物离子[Cu(NH3)4]2 而使溶液澄清,但[Cu(NH3)4]2 的空间构型为*面正四边形,C
+ +

错误;D.Cu(NH3)4SO4 在乙醇中的溶解度小于在水中的溶解度,向溶液中加入乙醇后会析 出蓝色晶体 Cu(NH3)4SO4, D 错误。

答案:B




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