2023高三化学一轮复习第3单元分子空间结构与物质性质教师用书苏教版选修3

PAGEPAGE2第三单元分子空间结构与物质性质考纲定位考情播报1.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)，能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构。2．了解“等电子原理〞的含义，能结合实例说明“等电子原理〞的应用。3．了解极性分子和非极性分子及其性质的差异。4．了解简单配合物的成键情况和组成结构。考点1|分子的空间构型[根底知识自查]1．杂化轨道理论(1)杂化图式①sp3杂化(以CH4为例)②sp2杂化(以BF3为例)③sp杂化(以BeCl2为例)(2)分子空间构型与杂化关系杂化类型杂化轨道数目杂化轨道间夹角空间构型实例sp2180°直线形BeCl2、CO2sp23120°平面三角形COeq\o\al(2－,3)、BF3、SO3sp34109.5°正四面体CH4、CCl4、NHeq\o\al(＋,4)(3)规律：杂化轨道形成σ键和容纳孤电子对，未杂化轨道可以形成π键。2.价电子对互斥模型(1)价电子对数与价电子对构型价电子对数电子对空间构型分子空间构型实例2直线形直线形CO23三角形平面三角形BF3V形SO24四面体正四面体型CH4三角锥型NH3V形H2O说明：价电子对数＝成键电子对数＋孤电子对数(2)对ABm型分子价电子对数(n)的计算n＝eq\f(中心原子价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m,2)(说明：中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算。)(3)价电子对的几何构型与分子空间构型的关系①无孤电子对，二者相同。②有孤电子时，二者不同，分子构型为省略孤电子对的剩余构型。(4)价电子对之间斥力的大小顺序孤电子对与孤电子对间斥力＞孤电子对与成键电子对间斥力＞成键电子对与成键电子对斥力。即孤电子对越多，成键电子对之间的斥力减小，键角也减小。如CH4、NH3、H2O分子中键角依次减小。3．等电子原理原子总数相同，价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征和立体结构，许多性质相似，如N2与CO、O3与SO2、N2O与CO2、CH4与NHeq\o\al(＋,4)等。[应用体验]1．填表物质中心原子上的孤电子对数价层电子对数VSEPR模型名称分子或离子空间构型中心原子杂化类型①CS2②HCHO③NCl3④SOeq\o\al(2－,4)⑤H3O＋[提示]①02直线形直线形sp②03平面三角形平面三角形sp2③14四面体形三角锥型sp3④04正四面体型正四面体型sp3⑤14四面体形三角锥型sp32．写出与CCl4互为等电子体的分子或离子有________。[提示]SiCl4、CBr4、SOeq\o\al(2－,4)、CF4等[考点多维探究]角度1推测分子或离子的空间构型和中心原子的杂化类型1．指出以下分子或离子的空间构型和中心原子的杂化类型【导学号：37742322】(1)H2S__________，CO2__________，PH3__________，PCl3__________，BF3__________，HCN__________，HCHO________，SO2________，SiH4________。(2)NHeq\o\al(＋,4)________，NOeq\o\al(－,2)________，SOeq\o\al(2－,4)________，SOeq\o\al(2－,3)__________，ClOeq\o\al(－,3)__________，ClOeq\o\al(－,4)________，SiOeq\o\al(2－,3)________。[答案](1)V形、sp3直线形、sp三角锥型、sp3三角锥型、sp3平面三角形、sp2直线形、sp平面三角形、sp2V形、sp2正四面体型、sp3(2)正四面体型、sp3V形、sp2正四面体型、sp3三角锥型、sp3三角锥型、sp3正四面体型、sp3平面三角形、sp22．(1)(2022·全国乙卷)Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是______________________________。(2)(2022·全国甲卷)[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的空间构型是________，NH3中心原子的杂化类型是________。(3)(2022·全国丙卷)AsCl3分子的空间构型为________，其中As的杂化轨道类型为________。(4)(2022·江苏高考)HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类型是________。[解析](1)Ge单晶为金刚石型结构，金刚石中碳原子的杂化方式为sp3，因此Ge原子的杂化方式也为sp3。微粒之间存在的作用力为共价键。(2)SOeq\o\al(2－,4)中，S原子的价层电子对数为eq\f(6＋2,2)＝4，成键电子对数为4，故SOeq\o\al(2－,4)的空间构型为正四面体。NH3分子中，N原子形成3个σ键，且有1个孤电子对，N原子的轨道杂化类型为sp3。(3)As原子的价电子排布式为4s24p3，最外层有5个电子，那么AsCl3分子中As原子形成3个As—Cl键，且含有1对未成键的孤对电子，那么As的杂化轨道类型为sp3杂化，AsCl3分子的空间构型为三角锥型。(4)根据HOCH2CN的结构简式为可知，“CH2〞中的C原子形成4个σ键，该碳原子采取sp3杂化；“CN〞中的C原子形成1个σ键、2个π键，该碳原子采取sp杂化。[答案](1)sp3共价键(2)正四面体sp3(3)三角锥型sp3(4)sp3和sp3．(1)(2022·江苏高考)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为________。(2)(2022·海南高考)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。(3)(2022·江苏高考)醛基中碳原子的轨道杂化类型是________；1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为________。(4)(2022·四川高考)中碳原子的杂化轨道类型有________。(5)中C、O、N的杂化类型分别为________、________、________。[解析](1)CH3COOH中，甲基中C原子与其他原子形成4个σ键，故C原子采取sp3杂化；而羧基中C原子形成3个σ键和1个π键，故C原子采取的是sp2杂化。(2)金刚石中C形成4个σ键，属于sp3杂化；石墨烯中C形成3个σ键且无孤电子对，属于sp2杂化。(3)中C形成3个σ键，属于sp2杂化，1mol中有σ键6NA。(4)分子中—CH3和—CH2—中的C原子都采用sp3杂化，碳碳双键中的C原子采用sp2杂化。(5)根据C、N、O成σ键数和孤电子对数确定杂化类型。[答案](1)sp3和sp2(2)sp3sp2(3)sp26NA(或6mol)(4)sp3、sp2(5)sp2sp3sp3判断中心原子杂化轨道类型的两种方法(1)利用价层电子对数确定三种杂化类型2对—sp杂化，3对—sp2杂化，4对—sp3杂化。(2)根据σ键数与孤电子对数①含C有机物：2个σ—sp,3个σ—sp2,4个σ—sp3②含N化合物：2个σ—sp2,3个σ—sp3③含O(S)化合物：2个σ—sp3角度2分子或粒子中键角的大小比拟4．比拟以下分子或离子中键角大小。(1)H2O________H3O＋，NH3________NHeq\o\al(＋,4)。(2)H2O________H2S，NH3________PH3。(3)SO3________CCl4，CS2________SO2。[解析](1)H2O与H3O＋，NH3与NHeq\o\al(＋,4)的中心原子均采用sp3杂化，孤电子对越多，斥力越大，键角越小。(2)H2O与H2S，NH3与PH3中键长不同，键长越长，斥力越小，键角越小。(3)杂化不同，键角不同。[答案](1)<<(2)>>(3)>>5．(2022·山东高考节选)石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中局部碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。【导学号：37742323】(1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。(2)图乙中，1号C的杂化方式是________，该C与相邻C形成的键角________(填“>〞“<〞或“＝〞)图甲中1号C与相邻C形成的键角。[解析](1)石墨烯是层状结构，每一层上每个碳原子都是以3个共价键与其他碳原子形成共价键的。(2)图乙中1号碳形成了4个共价键，故其杂化方式为sp3；图甲中的键角为120°，而图乙中1号碳原子与甲烷中的碳原子类似，其键角接近109.5°。[答案](1)3(2)sp3＜键角比拟的三类型(1)杂化类型相同，孤电子对越多，键角越小。(2)杂化类型相同，组成相同，键长越长，键角越小。(3)杂化类型不同，sp>sp2>sp3。角度3等电子原理及其应用6．(1)(2022·全国卷Ⅰ)写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子________。(2)根据等电子原理，仅由第2周期元素形成的共价分子中，互为等电子体的是________和________；________和________。(3)在短周期元素组成的物质中，与NOeq\o\al(－,2)互为等电子体的分子有________、________。(4)(2022·江苏高考)与H2O互为等电子体的一种阳离子为________(填化学式)，阴离子为________。(5)(2022·江苏高考)与OH－互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。(6)与SO3互为等电子体的阴离子为________。(7)与N2互为等电子体的分子是________，阴离子是________，阳离子是________。[答案](1)CO2、SCN－(或COS等)(2)N2CON2OCO2(3)SO2O3(4)H2F＋NHeq\o\al(－,2)(5)HF(6)COeq\o\al(2－,3)或NOeq\o\al(－,3)(7)COCN－或Ceq\o\al(2－,2)NO＋常见的等电子体汇总微粒通式价电子总数空间构型CO2、CNS－、NOeq\o\al(＋,2)、Neq\o\al(－,3)AX216直线形COeq\o\al(2－,3)、NOeq\o\al(－,3)、SO3AX324平面三角形SO2、O3、NOeq\o\al(－,2)AX218V形CCl4、SOeq\o\al(2－,4)、POeq\o\al(3－,4)、ClOeq\o\al(－,4)AX432正四面体型POeq\o\al(3－,3)、SOeq\o\al(2－,3)、ClOeq\o\al(－,3)AX326三角锥型Ceq\o\al(2－,2)、CO、N2、CN－AX10直线形CH4、NHeq\o\al(＋,4)、SiH4AX48正四面体型NH3、PH3、H3O＋AX38三角锥型考点2|配合物和分子的性质[根底知识自查]1．配位键与配位化合物(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——电子对给予接受键①配位键的形成：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成共价键。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NHeq\o\al(＋,4)可表示为，在NHeq\o\al(＋,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)配合物的组成如[Cu(NH3)4]SO4配体有孤电子对，如H2O、NH3、CO、F－、Cl－、CN－等。中心原子有空轨道，如Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等。2．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。假设能形成氢键，那么溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。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反响，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，如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠的现象。②手性分子：具有手性碳原子的分子。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。(4)无机含氧酸分子的酸性无机含氧酸的通式可写成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，那么n值越大，R的正电性越高，使R—O—H中O的电子向R偏移，在水分子的作用下越易电离出H＋，酸性越强，如酸性：HClO<HClO2<HClO3<HClO4。[应用体验]1．对于K3[Fe(CN)6]配合物中含有的化学键有____________________，其中配离子的结构简式为________，配体的电子式为________，配位数是________。1mol[Fe(CN)6]3－中含有σ键的数目为________。[提示]离子键、配位键、共价键[Fe(CN)6]3－612NA2．(1)对于葡萄糖分子CH2OH(CHOH)4CHO中有________个手性碳原子。(2)对于HNO3和HNO2，________酸性较强。(3)NH3极易溶于水的原因为__________________________________________________________________________________________________。[提示](1)4(2)HNO3(3)NH3为极性分子且NH3与H2O形成分子间氢键[考点多维探究]角度1配位键、配合物理论1．铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途，如金属铜用来制造电线电缆，五水硫酸铜可用作杀菌剂。(1)往硫酸铜溶液中参加过量氨水，可生成[Cu(NH3)4]2＋配离子。NF3与NH3的空间构型都是三角锥型，但NF3不易与Cu2＋形成配离子，其原因是____________________________________________________________________________________________________________________________。(2)向CuSO4溶液中参加过量NaOH溶液可生成[Cu(OH)4]2－。不考虑空间构型，[Cu(OH)4]2－的结构可用示意图表示为____________________________________________________________________________________________________________________________。(3)胆矾CuSO4·5H2O可写作[Cu(H2O)4]SO4·H2O，其结构示意图如下：①胆矾中含有的粒子间作用力有________________________________。②1molCuSO4·5H2O中有σ键的数目为________。[解析](1)N、F、H三种元素的电负性：F>N>H，所以NH3中共用电子对偏向N原子，而在NF3中，共用电子对偏向F原子，偏离N原子。(2)Cu2＋中存在空轨道，而OH－中O原子有孤电子对，故O与Cu之间以配位键结合。(3)σ键的数目为：(4＋8＋2)NA＝14NA。[答案](1)N、F、H三种元素的电负性：F>N>H，在NF3中，共用电子对偏向F原子，偏离N原子，使得氮原子上的孤电子对难与Cu2＋形成配位键(2)(3)①离子键、共价键、配位键、氢键②14NA2．(2022·全国甲卷)①在[Ni(NH3)6]2＋中Ni2＋与NH3之间形成的化学键称为________，提供孤电子对的成键原子是________。②氨的沸点________(填“高于〞或“低于〞)膦(PH3)，原因是_________________________________________________________________________；氨是________分子(填“极性〞或“非极性〞)。[解析]①[Ni(NH3)6]2＋中，由于Ni2＋具有空轨道，而NH3中N原子含有孤电子对，两者可通过配位键形成配离子。②由于NH3分子间可形成氢键，故NH3的沸点高于PH3。NH3分子中，N原子形成3个σ键，且有1个孤电子对，N原子的轨道杂化类型为sp3，空间构型为三角锥型。由于空间结构不对称，NH3属于极性分子。[答案]①配位键、N②高于、NH3分子间可形成氢键、极性3．(2022·昭通模拟)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，参加足量硝酸银溶液，立即产生氯化银，沉淀的量分别为3mol、2mol、1mol和1mol。(1)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)：______________________________________。(2)CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)的组成相同而颜色不同的原因是____________________________________________________________________________________________________________________________。(3)上述配合物中，中心离子的配位数都是________。[解析]沉淀量为3mol、2mol、1mol和1mol，可知四种配合物中能电离出来的Cl－即外界Cl－分别有3、2、1、1个，故它们的化学式分别[Co(NH3)6]Cl3，[Co(NH3)5Cl]Cl2，[Co(NH3)4Cl2]Cl。[答案](1)[Co(NH3)6]Cl3[Co(NH3)5Cl]Cl2[Co(NH3)4Cl2]Cl(2)它们互为同分异构体(3)6角度2分子的某些性质(极性、溶解性、酸性、手性等)4．以下说法不正确的选项是()【导学号：37742324】A．HClO、H2CO3、HNO3、HClO4的酸性依次增强B．苹果酸含有1个手性碳原子C．HCl、NH3、C2H5OH均易溶于水的原因之一是与H2O分子均形成氢键D．以极性键结合的分子不一定是极性分子C[HCl与H2O不能形成氢键。]5．(2022·开封模拟)(1)如下图是H2O2的空间构型，H2O2分子中每个氧原子都是________杂化，H2O2为________(填“极性〞或“非极性〞)分子。(2)H2S和H2O2的主要物理性质如表所示：熔点/K沸点/K水中的溶解度(标准状况)H2S1872022.6H2O2272423以任意比互溶H2S和H2O2的相对分子质量根本相同，造成上述物理性质差异的主要原因是____________________________________________________________________________________________________________________________。(3)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。请比拟二者酸性强弱：H5IO6________HIO4。(填“>〞“<〞或“＝〞)[解析](1)H2O2的空间不对称，正、负电荷中心不重合，为极性分子。(2)H2O2分子间易形成氢键又能与H2O分子间形成氢键，故H2O2沸点较高，易溶于水。(3)HIO4比H5IO6非羟基氧多，酸性强。[答案](1)sp3极性(2)H2O2分子间存在氢键，溶于水后也可与H2O形成氢键(3)<(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假设中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，那么为非极性分子，假设不等那么为极性分子。如SO2为极性分子，SO3为非极性分子。[课堂小结·反响达标1＋1]全新理念探究高考明确考向1．一组判断，展示高考易误点(1)(2022·浙江高考)关于以下分子的说法请判断正误A．既有σ键又有π键()B．O—H键的极性强于C—H键的极性()C．是非极性分子()D．该物质的分子之间不能形成氢键，但它可以与水分子形成氢键()E．1mol该分子有27NA个σ键()F．该分子易溶于水()G．该分子中碳原子的杂化类型有sp、sp2、sp3三种杂化方式()H．分子中的氧原子采取sp3杂化()(2)为手性分子。 ()(3)H2O、NH3、CH4中的中心原子均采用sp3杂化，键角相同。 ()(4)乙醇比乙醛的沸点高的原因是乙醇的相对分子质量较大。 ()(5)同主族从上到下，气态氢化物的沸点依次升高。 ()(6)BCl3与NCl3均为三角锥型，为极性分子。 ()[提示](1)A√B√C×D×E√F×G×H√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×2．一题串知，覆盖高考考什么————————————————————————2022·全国卷Ⅱ周期表前四周期的元素a、b、c、