2023版高三一轮总复习化学（苏教版）第3部分 专题5 第25讲分子空间结构与物质性质(基础课)

第25讲分子空间结构与物质性质(基础课)1.了解杂化轨道理论及简单的杂化轨道类型。2.能用外围(价层)电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测简单分子或离子的空间结构。3.能依据分子的极性预测其溶解性。4.能描述手性分子的结构特征和性质特点，认识手性分子在药物研究中的重要作用。5.认识配位键与配位化合物，能正确运用化学符号描述配合物的组成，能联系配合物的组成和结构解释相关的实验现象。eq\a\vs4\al(分子的空间结构)1．价层电子对互斥模型及应用(1)价层电子对互斥理论①价电子对：包括成键电子对和孤电子对，即价电子对＝成键电子对＋孤电子对。②分子中的价电子对由于相互排斥作用，而趋向于尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间结构。(2)价电子对数(ABm型分子)的计算方法对于ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：价电子对数目(n)＝eq\f(中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m,2)①对于主族元素，中心原子的价电子数＝最外层电子数。②配位原子中卤素原子、氢原子按提供1个价电子数计算。如PCl5中n＝5。O、S作为配位原子时按不提供价电子计算。③对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上或减去离子所带的电荷数。如NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))中n＝4，SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))中n＝4。④若剩余1个电子，即出现奇数电子，也把这个单电子当作1对电子处理。如NO2中n＝3。(3)实例分析填表价电子对数σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型空间结构实例220直线形直线形CO2330平面三角形平面三角形BF3、COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))21V形SO2440四面体形正四面体形CH4、NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))31三角锥形NH322V形H2O2．杂化轨道理论(1)当原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。(2)杂化轨道的类型(3)实例分析杂化类型杂化轨道数目杂化轨道间夹角空间结构实例sp2180°直线形BeCl2或HCNsp23120°平面三角形BF3或COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))sp34109°28′正四面体形CH4或NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))空间结构与杂化1．用价层电子对互斥模型(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构，有时也能用于推测键角大小，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都是平面三角形的分子D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子C[A项，SO2为V形；B项，SnBr2为sp2杂化，中心原子有一对孤电子对，键角小于120°；D项，PCl5不是三角锥形。]2．(2021·茂名模拟)氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成，已知其阴离子的空间结构为平面三角形，则其阳离子的空间结构和阳离子中氮的杂化方式为()A．直线形sp杂化 B．V形sp2杂化C．三角锥形sp3杂化 D．平面三角形sp2杂化A[氮的最高价氧化物为N2O5，根据N元素的化合价为＋5和原子组成可知，阴离子为NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、阳离子为NOeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(2))，NOeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(2))中N原子形成了2个σ键，孤电子对数目为0，所以杂化类型为sp，空间结构为直线形，故A项正确。]3．(1)有两种活性反应中间体粒子，它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种微粒的球棍模型，写出相应的化学式：甲：；乙：。(2)SOCl2的空间结构为，中心原子杂化类型为。(3)分子中碳的杂化类型有，氮的杂化类型为。[答案](1)CHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(3))CHeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))(2)三角锥形sp3(3)sp、sp2、sp3sp3“五方法”判断中心原子的杂化类型(1)根据杂化轨道的空间分布构型①直线形—sp，②平面三角形—sp2，③四面体形—sp3。(2)根据杂化轨道间的夹角①109°28′—sp3，②120°—sp2，③180°—sp。(3)利用价电子对数确定三种杂化类型(适用于含一个中心原子XYeq\o\al(\s\up1(n±),\s\do1(m)))2对—sp杂化，3对—sp2杂化，4对—sp3杂化。(4)根据σ键数与孤电子对数(适用于结构式已知的粒子)①含C有机物：2个σ键—sp，3个σ键—sp2，4个σ键—sp3。②含N化合物：2个σ键—sp2，3个σ键—sp3。③含O(S)化合物：2个σ键—sp3。(5)根据等电子原理如CO2是直线形分子，CNS－、Neq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))与CO2是等电子体，所以分子空间结构均为直线形，中心原子均采用sp杂化。键角比较4．比较下列分子或离子中的键角大小(1)比较大小①BF3NCl3，H2OCS2，SO3SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))。②H2ONH3CH4。③H2OH2S，NCl3PCl3。④NF3NCl3，PCl3PBr3。(2)在分子中，键角∠HCO(填“＞”“＜”或“＝”)∠HCH。理由是。[答案](1)①＞＜>②＜＜③＞＞④＜＜(2)＞π键斥力大于σ键斥力键角比较的四种思维模板(1)杂化类型不同→sp>sp2>sp3。(3)在同一分子中，π键电子斥力大，键角大。(4)三种斥力的相对大小孤电子对间斥力>孤电子对与σ电子对的斥力>σ电子对间斥力。eq\a\vs4\al(分子的性质)1．分子的极性2．分子溶解性(1)“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。若能形成氢键，溶剂和溶质之间的氢键越强，溶解性越好，如NH3极易溶于水。(2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性，如乙醇和水互溶(C2H5OH和H2O中的羟基相近)，而戊醇在水中的溶解度明显减小。(3)分子与H2O反应，也能促进分子在水中的溶解度，如SO2、NO2。3．分子的手性(1)手性异构：具有完全相同的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的现象。(2)手性分子：有手性异构体的分子叫做手性分子。(3)手性碳原子：在有机物分子中，连有四个不同基团的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子，如。1．(2021·湖北模考)关于有机化合物，下列说法错误的是()A．分子式为C14H18O2B．含有2个手性碳原子C．可与热的新制氢氧化铜悬浊液反应D．该有机物的同分异构体中无芳香族化合物D[由结构式可知该有机物分子式为C14H18O2，A正确；含有2个手性碳原子，如图，B正确；该有机物含醛基，可与热的新制氢氧化铜悬浊液反应，C正确；该分子的不饱和度为6，苯环不饱和度为4，则该有机物的同分异构体中一定有芳香族化合物，D错误。]2.(1)已知H2O2分子的结构如图所示：H2O2分子不是直线形的，两个氢原子犹如在半展开的书的两面上，两个氧原子在书脊位置上，书页夹角为93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。试回答：①H2O2分子是含有键和键的(填“极性”或“非极性”)分子。②H2O2难溶于CS2，简要说明理由：。(2)已知高碘酸有两种形式，化学式分别为H5IO6()和HIO4，前者为五元酸，后者为一元酸。请比较二者酸性强弱：H5IO6(填“>”“<”或“＝”)HIO4。依据是。[答案](1)①极性非极性极性②H2O2为极性分子，而CS2为非极性溶剂，根据“相似相溶”规律，H2O2难溶于CS2(2)<HIO4分子中非羟基氧较多分子极性判断(1)共价键的极性与分子极性的关系(2)判断ABn型分子极性的经验规律若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，若不等则为极性分子。如SO2为极性分子，SO3为非极性分子。eq\a\vs4\al(配位键和配合物)1．配位键(1)孤电子对：分子或离子中没有与其他原子共用的电子对。(2)配位键：当共价键中共用的电子对是由其中一原子独自供应，另一原子提供空轨道时，就形成配位键。即电子对给予­接受键。(3)配位键的表示方法：如A→B：A表示提供孤电子对的原子，B表示接受电子对的原子。2．配位化合物(1)概念：由金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物。(2)配合物的组成如[Cu(NH3)4]SO4①配体有孤电子对，如H2O、NH3、CO、F－、Cl－、CN－等。②中心原子有空轨道，如Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等。3．配位化合物的形成条件(1)中心原子(或离子)必须有接受孤电子对的空轨道。像Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等离子，都有空轨道，在形成配位键时，先形成杂化轨道，再与配位体中的配位原子形成配位键(σ键)。(2)配位体具有孤电子对。像H2O、NH3、CO、F－、Cl－、CN－、SCN－等分子或离子，都有孤电子对，含有孤电子对的原子通过孤电子对与中心原子形成配位键。提供孤电子对的原子才能称为配位原子，有的配位体中有两个及以上的原子都能提供孤电子对，要根据配合物的具体成键情况确定哪一个原子是配位原子。4．配合物的结构特点(1)配合物整体(包括内界和外界)显电中性，外界离子所带电荷总数等于配离子的电荷数。如K3[Fe(CN)6]，外界总电荷数为＋3，内界为－3，又知CN－为－1价，中心原子Fe为＋3价。(2)一个中心原子(离子)可同时结合多种配位体。如[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O，配位体是H2O和Cl－，配位数为6。(3)配合物的内界不仅可为阳离子、阴离子，还可以是中性分子。如K3[Fe(CN)6]，内界为[Fe(CN)6]3－，Fe(CO)5为电中性，没有外界。(4)对于具有内外界的配合物，中心原子和配位体通过配位键结合，一般很难发生解离；内、外界之间以离子键结合，在水溶液中较易电离。可以通过实验方法确定有些配合物的内界和外界，如[Co(NH3)5Cl]Cl2，由于外界的Cl－易电离，可以通过实验测定外界含有的Cl－个数，从而确定配合物的化学式。(5)配位键是一种特殊的共价键，具有饱和性和方向性。方法技巧判断：判断配位键的常用方法①看成键原子(或离子)的特点，一方有空轨道，另一方有孤电子对；②看成键原子(或离子)双方的成键能力，成键能力一般等于8－最外层电子数，或等于最外层电子数，超出成键能力的键为配位键；③看化学式的写法，一般“·H2O”这样含结晶水类的微粒中均含有配位键。1．(2021·萍乡模拟)向黄色的氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液，溶液变成红色，该反应在有的教材中用方程式FeCl3＋3KSCN=Fe(SCN)3＋3KCl表示。经研究表明，Fe(SCN)3是配合物，Fe3＋与SCN－不仅能以1∶3的个数比配合，还可以其他个数比配合，请按要求填空：(1)Fe3＋与SCN－反应时，Fe3＋提供，SCN－提供，二者通过配位键结合。(2)所得Fe3＋与SCN－的配合物中，主要是Fe3＋与SCN－以个数比1∶1配合所得离子显红色，含该离子的配合物的化学式是。[解析](1)Fe3＋与SCN－反应生成的配合物中，Fe3＋提供空轨道，SCN－提供孤电子对，二者通过配位键结合。(2)Fe3＋与SCN－以个数比1∶1配合所得离子为[Fe(SCN)]2＋，故FeCl3与KSCN在水溶液中反应生成[Fe(SCN)]Cl2与KCl。[答案](1)空轨道孤电子对(2)[Fe(SCN)]Cl22．配位化学创始人维尔纳发现，取CoCl3·6NH3(黄色)、CoCl3·5NH3(紫红色)、CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)四种化合物各1mol，分别溶于水，加入足量硝酸银溶液，立即产生氯化银，沉淀的量分别为3mol、2mol、1mol和1mol。上述配合物中，中心离子的配位数均为6。请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。CoCl3·6NH3，CoCl3·5NH3，CoCl3·4NH3(绿色和紫色)：。[解析]由题意知，四种配合物中的自由Cl－分别为3、2、1、1，则它们的化学式分别为[Co(NH3)6]Cl3、[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)4Cl2]Cl、[Co(NH3)4Cl2]Cl。[答案][Co(NH3)6]Cl3[Co(NH3)5Cl]Cl2[Co(NH3)4Cl2]Cl1．(2021·山东等级考，T9)关于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2的结构与性质，下列说法错误的是()A．CH3OH为极性分子B．N2H4空间结构为平面形C.N2H4的沸点高于(CH3)2NNH2D．CH3OH和(CH3)2NNH2中C、O、N杂化方式均相同B[甲醇可看成是甲烷中的一个氢原子被羟基取代得到的，为四面体结构，是由极性键组成的极性分子，A正确；N2H4中N原子的杂化方式为sp3，不是平面形结构，B错误；N2H4分子中连接N原子的H原子数多，存在氢键的数目多，而偏二甲肼只有一端可以形成氢键，另一端的两个甲基基团比较大，影响了分子的排列，沸点较N2H4的低，C正确；CH3OH为四面体结构，—OH结构类似于水的结构，(CH3)2NNH2的结构简式为，两者分子中C、O、N杂化方式均为sp3，D正确。]2．(2021·全国甲卷，T35节选)(1)CO2分子中存在个σ键和个π键。(2)甲醇的沸点(64.7℃)介于水(100℃)和甲硫醇(CH3SH，7.6℃)之间，。[解析](1)CO2分子的结构为O=C=O，则1个CO2分子中含2个σ键和2个π键。(2)甲醇的结构简式是CH3OH，1个甲醇分子可形成1个分子间氢键，而1个H2O分子可形成2个分子间氢键，水中氢键比例比甲醇高，故水的沸点比甲醇高，甲硫醇中不存在氢键，其沸点最低。[答案](1)22(2)甲醇和水均能形成分子间氢键，而甲硫醇不能，且水比甲醇的氢键多[教师备选](2021·湖南选择性考试，T18节选)硅和卤素单质反应可以得到SiX4，SiX4的熔、沸点如下表：SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔点/K183.0203.2278.6393.7沸点/K187.2330.8427.2560.7(1)0℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是(填化学式)，沸点依次升高的原因是，气态SiX4分子的空间构型是(2)SiCl4与N­甲基咪唑()反应可以得到M2＋，其结构如图所示：N­甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为，H、C、N的电负性由大到小的顺序为，1个M2＋中含有个σ键。[解析](1)0℃≈273K，由题表中的数据可知，只有SiCl4的熔点低于273K，沸点高于273K，则SiCl4在0℃时为液态。SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4均为分子晶体，结构相似，相对分子质量依次增大，则分子间作用力依次增大，沸点逐渐升高。SiX4的中心原子Si周围的σ键电子对数＝4＋eq\f(1,2)×(4－