高二化学分子的立体结构人教实验版知识精讲.doc

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1、高二化学分子的立体构造人教实验版【本讲教育信息】一. 教学内容：分子的立体构造1. 价电子互斥理论2. 杂化轨道理论3. 配合物理论二. 重点、难点1. 认识共价分子的多样性和复杂性。2. 初步认识价层电子对互斥模型，能用VSEPR模型预测简单分子或离子的立体构造。3. 认识杂化轨道理论的要点，能依照杂化轨道理论推断简单分子或离子的构型。4. 认识配位键、配位化合物的概念，掌握配位键、配位化合物的表示方法。三. 教学过程（一）价电子互斥理论分子的立体构造决定了分子许多重要的性质，例如分子中化学键的类型、分子的极性、分子之间的作用力大小、分子在晶体里的陈列方式等等。分子的立体构造通常是指其键的分

2、子骨架在空间的排布。1、价层电子对互斥模型（VSEPR模型）：价层电子对互斥模型（VSEPR模型）是一种能够用来预测分子立体构造的理论模型，总的原则是中心原子价电子层电子对（包括成键电子对和未成键的孤对电子对）的互相排挤作用，使分子的几何构型总是采取电子对互相排挤最小的那种构型，即分子尽可能采取对称的空间构型。2、VSEPR模型的内容：VSEPR模型把分子分为两类：（1）中心原子上的价电子都用于构成共价键，即中心原子无孤对电子的，依照键的条数或者说ABn 型分子中n的个数，推断分子构型。如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子。它们的立体构造可用中心原子四周的原子数来预测，概括如下：ABn立

3、体构造范例n=2直线型CO2n=3平面三角形CH2On=4正四面体型CH4（2）中心原子上有孤对电子（未用于构成共价键的电子对）的分子，则将孤对电子也算作键数，同上推出包括孤对电子的分子构型，然后去掉孤对电子后看分子新构型。如H2O和NH3中心原子上的孤对电子也要占据中心原子四周的空间，并参与互相排挤。因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角锥型。【拓展】ABm型分子或离子中的价电子对数（孤对电子+构成共价键的电子对）的计算方法：（1）关于主族元素，中心原子价电子数=最外层电子数，配位原子按提供的价电子数计算，如：PCl5 中（2）O、S作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为6

4、；（3）离子的价电子对数计算 如：NH4+ ： ； SO42 ：3、VSEPR模型的应用：【验证】应用VSEPR理论推断下表中分子或离子的构型。（C原子孤对电子数一般为0）【总结】（1）VSEPR模型预测分子立体构造方法：首先确定中心原子的价层电子对数，然后确定中心原子有无孤对电子数，再结合实际例子分析。（2）VSEPR模型是模型化方法的详细表达，它把原子数一样、价电子数一样的一类化学粒子的构造加以概括，表达了等电子原理的思想，例如五原子八电子的CH4、SiH4、NH4+，它们都是正四面体构型。（二）杂化轨道理论价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构形，却无法解释许多深层次的咨询题，如无

5、法解释甲烷中四个 CH的键长、键能一样及HC H的键角为109 28。由于按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C H单键都应该是键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个互相垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。为理处理这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。1、杂化的概念：杂化是指原子在互相结合成键过程中,原来能量接近的原子轨道要重新混合,构成新的原子轨道。这种轨道重新组合的过程叫做杂化。所构成的新的轨道叫杂化轨道。2、杂化轨道的类型：（1）sp3 杂化：一个s轨道与三个p轨道杂化后，得四个sp3杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为1

6、/4，p成分为3/4，它们的空间取向是四面体构造，互相的键角=10928。CH4、CCl4、NH4+、CH3Cl、NH3、H2O等等都采取sp3杂化。 （2）sp2杂化：一个s轨道与两个p轨道杂化，得三个sp2杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为1/3，p成分为2/3，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，互成120 。以sp2杂化轨道构建构造骨架的中心原子必有一个垂直于sp2骨架的未参与杂化的p轨道，假如这个轨道跟邻近原子上的平行p轨道重叠，并填入电子，就会构成键。BCl3、CO32、NO3、H2C=O、SO3、烯烃C=C构造中的中心原子等等都采取sp2杂化。（3）sp杂化：一个s轨道与一个p轨

7、道杂化后，得两个sp杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为1/2，p成分为1/2，杂化轨道之间的夹角为180度。当中心原子取sp杂化轨道构成直线形的s骨架时，中心原子上有一对垂直于分子sp骨架的未参与杂化的p轨道。例如乙炔分子构成二个键。CO2中的碳原子、HCN中的碳原子、BeCl2分子中的铍原子、炔烃中的CC的s骨架等等都是由sp杂化轨道构建的。【总结】sp型的三种杂化【小结】杂化轨道的特点（1）构成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。（2）原子轨道的杂化只有在构成分子的过程中才会发生,孤立的原子是不可能发生杂化的（3）杂化轨道的数目杂化前后轨道数目不变。（4）杂化后轨道伸展方向，形状发生

8、改变。（5）只有能量相近的轨道才能杂化（nSnP）（6）杂化轨道成键时要满足化学键间最小排挤原理，杂化轨道间的夹角决定分子空间构型。（7）杂化轨道的角度部分一头大，一头小，成键时利用大的一头，能够使轨道重叠程度更大，从而构成稳定的化学键。即杂化轨道加强了成键才能。 （8）杂化轨道所构成的化学键全部为键。3、杂化轨道的应用范围：杂化轨道只应用于构成键或者用来包容未参加成键的孤对电子。4、推断分子或离子中，中心原子的杂化轨道类型的一般方法：（1）看中心原子有没有构成双键或叁键，假如有1个叁键，则其中有2个键，用去了2个p轨道，构成的是sp杂化；假如有1个双键则其中有1个键，构成的是sp2杂化；假如

9、全部是单键，则构成的是sp3杂化。（2）没有填充电子的空轨道一般不参与杂化，1对孤对电子占据1个杂化轨道。（三）配合物理论1、配位键配位键的概念：配位键属于共价键，它是由一方提供孤对电子，另一方提供空轨道所构成的共价键。配位键的表示： A（电子对给予体）B（电子对接受体）配位键的构成条件：其中一个原子必须提供孤对电子,另一原子必须能接受孤对电子轨道。如NH4+的构成：在NH4+中，尽管有一个NH键构成过程与其它3个NH键构成过程不同，但是一旦构成之后，4个共价键就完全一样。再如H3O+的构成：2、配位化合物：（1）配位化合物的定义：简称配合物，通常是由中心离子（或原子）与配位体（某些分子或阴离

10、子）以配位键的方式结合而成的复杂离子或分子。如：Cu（H2O）42+ 、Cu（NH3）42+、Ag（NH3）2+、Fe（SCN）63。Cu（NH3）42+的制备：Fe（SCN）2+的制备：利用Fe（SCN）2+的颜色可鉴定Fe3+，由于该离子的颜色极似血液，常被用于电影特技和魔术表演。（2）配位化合物的组成：中心离子或原子（也称构成体）：有空轨道。主要是一些过渡金属，如铁、钴、镍、铜、银、金、铂等金属元素的离子；或是具有高氧化数的非金属元素，硼，硅、磷等，如NaBF4中的B（）、K2SiF6中的Si（）和NH4PF6中的P（）；或是不带电荷的中性原子，如Ni（CO）4, Fe（CO）5中的Ni

11、,Fe都是中性原子。配位体和配位原子：有孤对电子配位数：与中心离子直截了当以配位键结合的配位原子个数。配离子的电荷：配离子的电荷等于中心离子电荷与配位体总电荷的代数和。【典型例题】例1. 用价层电子对互斥模型揣测以下分子或离子的空间构型：BeCl2 SCl2 SO32 PF3 分析：用价层电子对互斥模型揣测分子或离子的空间构型关键是计算中心原子的价层电子对数、成键电子对数和孤对电子对数，价层电子对数决定其可能的空间构造，而成键电子对数和孤对电子对数的互相妨碍决定分子或离子的空间构造。化学式价层电子对数成键电子对数孤对电子对数空间构型BeCl2（2+2）/2=220直线形SCl2（6+2）/2=

12、422V字形SO32（6+0）/2=330平面三角形PF3（5+3）/2=431三角锥形例2. BF3和NF3都是四个原子的分子，BF3的中心原子是 ，NF3的中心原子是 ；BF3分子的立体构型是平面三角形，而NF3分子的立体构型是三角锥形的缘故是 。分析：BF3分子中B原子的价层电子数为（3+3）/2=3，B原子采纳sp2杂化，3个价电子都与F原子构成共价键，而NF3分子中N原子的价层电子数为（5+3）/2=4，N原子采纳sp3杂化，3个价电子与F原子构成共价键，还有一对为成键的电子对，占据了N原子四周的空间，参与互相排挤，构成三角锥形。例3. 氨气分子空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形

13、，这是由于（ ）A. 两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化B. NH3分子中N原子构成三个杂化轨道，CH4分子中C原子构成4个杂化轨道C. NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排挤作用较强D. 氨气分子是极性分子而甲烷是非极性分子分析：NH3分子中中心原子N原子的价层电子数为（5+3）/2=4，CH4分子中中心原子C原子的价层电子数为（4+4）/2=4，N原子和C原子均采纳sp3杂化，但由于NH3分子中N原子有一对孤对电子，而CH4分子中C原子孤对电子为0，因而氨气分子空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形。答案：C例4. 以下分子中心原

14、子是sp2杂化的是（ ）A. PBr3 B. CH4 C. BF3 D. H2O分析：A中P原子的价层电子数为（5+3）/2=4，B原子采纳sp3杂化，B 中C原子的价层电子数为（4+4）/2=4，C原子均采纳sp3杂化，C中B原子的价层电子数为（3+3）/2=3，B原子采纳sp2杂化，D中O原子的价层电子数为（6+2）/2=4，O原子采纳sp3杂化，答案：C例5. （1）CNS、NO2+具有一样的通式：AX2，它们的价电子总数都是16，因而它们的构造与由第二周期两元素组成的 分子的构造一样，微粒呈 形，中心原子都取 杂化。（2）CO32、NO3等微粒具有一样的通式： ，它们的价电子总数都是

15、，因而它们与由第六主族两元素组成的 分子的构造一样，呈_形，中心原子都取 杂化。分析：互为等电子体应该满足的条件：在微粒的组成上，微粒所含原子数目一样；在微粒的构成上，微粒所含电子数目一样；在微粒的构造上，微粒中原子的空间陈列方式一样。（1）中CNS、NO2+的原子个数都为3，N、S的价电子数均与O原子一样，为6，N+与C原子的价电子数均为4，两者的价电子总数与CO2一样，都是16，因而CNS、NO2+与CO2为等电子体。由于CO2中C原子采纳sp杂化，构成直线形分子，因而CNS、NO2+中心原子都取sp杂化。（2）中CO32、NO3原子个数都为4，C2、N的价电子数与S原子一样均为6，因而C

16、O32、NO3与SO3为等电子体，SO3采纳sp2杂化，构成平面三角形分子。答案：（1）CO2、直线、sp （2）AX3、24、平面三角、sp2例6. 以下粒子中不存在配位键的是（ ）A、H3O+ B、Cu（NH3）42+ C NH4+ D、NH3分析：H3O+是H2O分子中O原子提供孤对电子，H+提供空轨道通过配位键构成，Cu（NH3）42+是NH3分子中N原子提供孤对电子，Cu 2+提供空轨道通过配位键构成，NH4+是NH3分子中N原子提供孤对电子，H+提供空轨道通过配位键构成，NH3分子中只存在N、H极性共价键，不存在配位键。答案：D例7. 某配位化合物的化学式为CoClSO45NH3。

17、该物质的水溶液不与硝酸银反响，但与氯化钡溶液相遇生成白色沉淀，该溶液中检验不出氨。用内外界表示其组成分析：该物质的水溶液不与硝酸银反响，说明配位化合物中Cl为配位体，该溶液中检验不出氨，说明配位化合物中NH3为配位体，即Co（NH3）5Cl2为内界，其中Co3+ 离子为中心离子，Cl、NH3为配位体，配位数为6，与氯化钡溶液相遇生成白色沉淀，说明SO42为外界，因而配位化合物的化学式为Co（NH3）5ClSO4。答案：Co（NH3）5ClSO4【模仿试题】1. 以下物质中，分子的立体构造与水分子类似的是（ ）A、CO2 B、H2S C、PCl3 D、SiCl42. 以下分子的立体构造，其中属于

18、直线型分子的是（ ）A、H2O B、CO2 C、C2H2 D、P43. 以下分子中，各原子均处于同一平面上的是（ ）A、NH3 B、CCl4 C、H2O D、CH2O4. 以下分子中，键角最大的是（ ）A、P4 B、H2O C、CCl4 D、NH35. 以下分子或离子的中心原子，带有一对孤对电子的是（ ）A、XeO4 B、BeCl2 C、CH4 D、PCl36. 关于原子轨道的说法正确的选项（ ）A、但凡中心原子采取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轨道混合起来而构成的C、sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近

19、的s 轨道和p轨道混合起来构成的一组能量相近的新轨道D、凡AB3型的共价化合物，其中中心原子A均采纳sp3杂化轨道成键7. 用Pauling的杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体构造，以下说法不正确的选项A、C原子的四个杂化轨道的能量一样B、C原子的sp3杂化轨道之间的夹角一样C、C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道D、C原子有1个sp3杂化轨道由孤对电子占据8. 以下对sp3 、sp2 、sp杂化轨道的夹角的比拟，得出结论正确的选项（ ）A、sp杂化轨道的夹角最大 B、sp2杂化轨道的夹角最大C、sp3杂化轨道的夹角最大 D、sp3 、sp2 、sp杂化轨道的夹角相等9. 乙烯分子中含有

20、4个CH和1个C=C双键，6个原子在同一平面上。以下关于乙烯分子的成键情况分析正确的选项（ ）A、每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化，构成两个sp杂化轨道B、每个C原子的1个2s轨道与2个2p轨道杂化，构成3个sp2杂化轨道C、每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化，构成4个sp3杂化轨道D、每个C原子的3个价电子占据3个杂化轨道，1个价电子占据1个2p轨道10. 以下分子中的中心原子杂化轨道的类型一样的是（ ） A. CO2与SO2 B. CH4与NH3 C. BeCl2与BF3 D. C2H2与C2H411. 对SO2与CO2说法正确的（ ）A、都是直线形构造 B、中心原子都采取sp杂化轨

21、道C、S原子和C原子上都没有孤对电子 D、SO2为V形构造，CO2为直线形构造12. 铵根离子中存在的化学键类型按离子键、共价键和配位键分类，应含有（ ）A、离子键和共价键 B、离子键和配位键 C、 配位键和共价键 D、离子键13. 以下属于配合物的是（ ）A、NH4Cl B、Na2CO3.10H2O C、CuSO4. 5H2O D、Co（NH3）6Cl314. 以下分子或离子中，能提供孤对电子与某些金属离子构成配位键的是 （ ）H2O NH3 F CN COA、 B、 C、 D、15. 配合物在许多方面有着广泛的应用。以下表达不正确的选项 （ ）A、以Mg2+为中心的大环配合物叶绿素能催化光

22、合作用B、Fe2+的卟啉配合物是输送O2的血红素C、Ag（NH3）2+是化学镀银的有效成分D、向溶液中逐滴参加氨水，可除去硫酸锌溶液中的Cu2+ 16. 以下微粒：H3O+NH4+CH3COO NH3CH4中含有配位键的是（ ）A、 B、 C、 D、 17. 写出你所明白的分子具有以下形状的物质的化学式，并指出它们分子中的键角分别是多少？直线形： 平面三角形： 三角锥形： 正四面体： 18. 用价层电子对互斥模型揣测以下分子或离子的空间构型：分子或离子实例中心原子有无孤对电子分子或离子空间构造键角AB2AB3AB4AB5AB619. ClO、ClO2、ClO3、ClO 4中Cl都是以sp3杂化

23、轨道与O原子成键的，试揣测以下微粒的立体构造微粒ClOClO2ClO3ClO4立体构造20. 依照杂化轨道理论，请预测以下分子或离子的几何构型：CO2 ， CO32 ,H2S ， PH3 21. 已经明白Cr3+的配位数为6。有三个组成一样的络合物（即配位化合物），化学式为CrCl36H2O,但颜色各不一样。亮绿色者参加硝酸银后有2/3的氯沉淀析出，暗绿色者能析出1/3的氯，紫色者能沉淀出全部的氯。试分别写出它们的构造式（用内外界表示）【试题答案】1. B 2. C 3. D 4. C 5. D6. C 7. D 8. A 9. BD 10. B11. D 12. C 13. AD 14. D

24、 15. D 16. A 17. CO2、CS2、HCN 键角180；BF3、BCl3、SO3、CH2O键角60；NH3、PCl3键角107.3；CH4、CCl4键角10928。18. 分子或离子实例中心原子有无孤对电子分子或离子空间构造键角C02、CS2等无直线型180AB2H2O、H2S等2对折线型10430AB3BF3、BCl3等无平面三角形180NH3、PH3、PCl3等l对三角锥型10718AB4CH4、CCl4、SiH4等无正四面体10928AB5PCl5等无三角双锥AB6SF6等无正八面体19. 直线；V型；三角锥形；正四面体20. sp杂化，直线；sp2杂化， 三角形；sp3杂化，V型；sp3杂化，三角锥形21. CrCl（H2O）5Cl2H2O CrCl2（H2O）4Cl2H2O Cr （H2O）6Cl3