分子空间结构与物质性质【知识提要+拓展延伸】高二化学期末单元复习知识清单（苏教版2019选择性必修2）

专题4分子空间结构与物质性质考点1杂化轨道理论为了解释CH4等分子的空间构型，美国化学家鲍林于1931年提出了杂化轨道理论。1．杂化轨道理论的要点(1)原子轨道的杂化只有在形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。(2)杂化前后轨道数目不变。(3)只有能量相近的轨道才能杂化(如2s和2p)。(4)杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理。杂化轨道间的夹角决定分子空间构型。(5)杂化轨道所形成的化学键全部为σ键。2．杂化轨道及成键规律（1）当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是σ键，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致。（2）当杂化轨道数目大于成键轨道数目时，分子中存在孤电子对，对成键电子对产生排斥作用，使键角增大，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型不同。（3）若未杂化的轨道上有成单电子，则形成π键。考点2杂化轨道理论与分子的结构1．sp3杂化与CH4分子的空间构型(1)杂化轨道的形成碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。基态原子轨道激发态原子轨道杂化轨道sp3杂化轨道的空间构型4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体形，轨道之间的夹角为109°28'，每个轨道上都有一个未成对电子。(2)共价键的形成碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个相同的σ键。(3)CH4分子的空间构型CH4分子为空间正四面体结构，分子中C—H键之间的夹角都是109°28′。(4)正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。2．sp2杂化与BF3分子的空间构型(1)sp2杂化轨道的形成硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的3个sp2杂化轨道。硼原子的3个sp2杂化轨道呈平面三角形，3个sp2杂化轨道间的夹角为120°。(2)共价键的形成硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的1个2p轨道重叠，形成3个相同的σ键。(3)BF3分子的空间构型BF3分子的空间构型为平面三角形，键角为120°。3．sp杂化与BeCl2分子的空间构型(1)杂化轨道的形成Be原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道，1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。Be原子的sp杂化轨道呈直线形，其夹角为180°。(2)共价键的形成Be原子的2个sp杂化轨道分别与2个Cl原子的1个3p轨道重叠形成2个相同的σ键。(3)BeCl2分子的空间构型BeCl2分子为空间构型为直线形，分子中Be—Cl键之间的夹角为180°。考点3乙烷、乙烯、乙炔分子的成键情况1．乙烷分子的成键情况(1)碳原子的杂化方式：碳原子为sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道。(2)成键情况及空间结构每个碳原子的sp3杂化轨道分别与3个氢原子的1s轨道形成3个C-Hσ键（sp3—s），与另一个碳原子sp3轨道形成1个C-Cσ键（sp3—sp3）。每个C原子与3个H原子和1个C原子形成四面体结构。2．乙烯分子的成键情况(1)碳原子的杂化方式：碳原子为sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道。(2)成键方式和空间构型：每个碳原子的sp2杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道形成2个C-Hσ键（sp2—s），与另一个碳原子的sp2杂化轨道形成C-Cσ键（sp2—sp2）。2个碳原子未杂化的2p轨道形成1个π键。乙烯分子的空间构型为平面结构。(3)C=C、C=O、石墨、苯环中的碳原子，都是sp2杂化。3．乙炔分子的成键情况(1)碳原子的杂化方式：碳原子为sp杂化，形成2个sp杂化轨道。(2)成键方式和空间构型：每个碳原子的sp杂化轨道分别与1个氢原子的1s轨道形成2个C-Hσ键（sp—s），与另一个碳原子的sp杂化轨道形成C-Cσ键（sp—sp）。碳原子未杂化的2p轨道两两形成2个π键。乙炔分子的空间构型为直线形。(3)C≡C、C≡N、CO2中的碳原子，都是sp杂化。考点4用杂化轨道理论解释H2O和NH3分子的空间构型1．H2O分子的空间构型H2O中O原子的sp3杂化轨道H2O的空间构型(1)杂化轨道类型：O原子上的1个2s轨道与3个2p轨道混合，形成4个sp3化轨道，杂化轨道的空间构型是正四面体形。(2)成键情况：O原子的2个sp3杂化轨道分别与H原子的1s轨道重叠，形成2个σ键，2对孤电子对没有参加成键。(3)空间构型：由于孤电子对—成键电子对的排斥作用>成键电子对—成键电子对作用，使键角小于109°28'。H2O分子的空间构型为V形，键角为104°30'。2．NH3的空间构型NH3中N原子的sp3杂化轨道NH3的空间构型(1)杂化轨道类型：N原子上的1个2s轨道与3个2p轨道混合，形成4个sp3杂化轨道，该杂化轨道的空间构型是正四面体形。(2)成键情况：N原子的3个sp3杂化轨道分别与H原子的1s轨道重叠，形成3个σ键，1对孤电子对没有参加成键。(3)空间构型：NH3分子的空间构型为三角锥形，键角为107°18'。3．CH4、NH3、H2O的杂化方式和空间结构比较CH4NH3H2O中心原子的杂化方式sp3sp3sp3分子空间构型正四面体三角锥V形中心原子孤电子对数012键角109°28'107°18'104°30'当中心原子的杂化轨道数上存在孤电子对时，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型不同。三个分子的中心原子的杂化方式相同，中心原子上的孤电子对数越多，键角越小。考点5分子空间构型与杂化轨道的关系1．全部为σ键的分子空间构型与杂化类型中心原子的杂化类型杂化轨道数杂化轨道空间构型成键电子对数孤电子对数分子的空间构型实例分子式结构式sp2直线形20直线形BeCl2Cl—Be—Clsp23平面三角形30平面三角形BF321V形——sp34正四面体形40正四面体型CH431三角锥型NH322V形H2O2．含σ键和π键的分子空间构型与杂化类型物质结构式杂化轨道类型分子中共价键数键角分子的空间构型甲醛sp23个σ键1个π键约120°平面三角形乙烯5个σ键1个π键120°平面形氢化氰sp2个σ键2个π键180°直线形乙炔3个σ键2个π键180°直线形考点6价层电子对互斥模型1．价层电子对互斥模型的基本要点（1）价电子对：包括孤电子对和成键电子对，即价电子对数=成键电子对数+孤电子对数。在价层电子对互斥模型中，成键电子对数等于成键数目，不用区别单键还是双键。（2）价电子对的几何构型：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构型。价电子对数分别为2、3、4时，价电子对的几何分布分别为直线形、平面三角形、正四面体结构。2．ABm型分子的价电子对数的计算方法对于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）中心原子的价电子数=最外层电子数；（2）配位原子提供的价电子数：①卤素原子、氢原子按提供1个价电子数计算。如PCl5中n=eq\f(5+1×5,2)=5。②O、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(+,4)中n=eq\f(5+1×4-1,2)=4，SOeq\o\al(2－,4)中n=eq\f(6+0×4+2,2)=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=eq\f(5+0×2,2)=3。3．价电子对数与中心原子的杂化轨道类型（1）价电子对数相同，中心原子的杂化轨道类型相同，价电子对分布的几何构型相同。即价电子对数=杂化轨道数。（2）CH4、NH3、H2O分子的价电子对数都是4，中心原子的杂化轨道数目为4，杂化类型为sp3杂化，价电子对分布的几何构型为正四面体。考点7用价层电子对互斥模型推测分子空间构型1．价电子对数与配位原子数目相等的ABm型分子的几何构型对于价层电子对全是成键电子对的分子，价电子对的几何构型与分子的空间构型是一致的。价电子对数价电子对的几何构型分子的空间构型实例2直线形直线形CO2、BeCl2、CS23平面三角形平面三角形BF3、SO34正四面体结构正四面体结构CH4、CCl42．孤电子对数≠0的分子空间构型（1）孤电子对、成键电子对之间斥力大小的顺序为：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。（2）填写下表：分子价电子对数成键电子对数孤电子对数分子的空间构型键角同类型分子CH4440正四面体109.5°SiH4、CCl4NH3431三角锥107.3°NF3、PCl3H2O422V形104.5°H2S、SCl2考点8等电子原理1．等电子原理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特征。符这一原理称为“等电子原理”。等电子体的价电子总数相同，而组成原子的核外电子总数不一定相同。2．等电子体实例原子10电子N2、CO、NO+、Ceq\o\al(2－,2)、CNˉ三键二原子11电子NO、Oeq\o\al(+,2)二原子14电子F2、Oeq\o\al(2－,2)三原子16电子CO2、CS2、N2O、NOeq\o\al(+,2)、N3ˉ、SCN-直线形三原子18电子O3、SO2、NOeq\o\al(-,2)V形四原子24电子BF3、NOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)、SiOeq\o\al(2－,3)、SO3平面三角形四原子16电子NF3、PCl3、SOeq\o\al(2－,3)、ClO3-三角锥五原子32电子CCl4、SiF4、BFeq\o\al(－,4)、SiOeq\o\al(4－,4)、POeq\o\al(3－,4)SOeq\o\al(2－,4)、ClOeq\o\al(－,4)正四面体3．等电子原理的应用(1)判断一些简单分子或离子的立体结构：SiCl4、SiOeq\o\al(4－,4)、SOeq\o\al(2－,4)互为等电子体，空间结构为正四面体。(2)判断分子的结构性质：CO和N2，它们的分子中价电子总数是10，都形成1个σ键和2个π键，CO的结构式为C≡O，CO和N2键能都较大，性质也相似。(3)等电子原理在制造新材料方面的应用：晶体硅、锗、磷化铝（AlP）、砷化镓（GaAs）互为等电子体，都是良好的半导体材料。考点9分子的极性1．极性分子和非极性分子（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。2．分子的极性对物质性质的影响（1）分子的极性对物质的熔点、沸点、溶解性等物理性质有显著的影响。一般情况下，极性分子的熔、沸点比非极性分子的熔、沸点高。（2）相似相溶规则：一般情况下，由极性分子构成的物质易溶于极性溶剂，如NH3易溶于水；由非极性分子构成的物质易溶于非极性溶剂，如I2易溶于CCl4。考点10分子极性的判断方法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。(1)单质分子由同种元素组成，原子之间以非极性键结合，是非极性分子。(2)化合物由不同种元素组成，原子之间以极性键结合，是极性分子。2．多原子分子(1)分子的极性取决于分子的空间构型，与键的极性无关。①若分子的空间构型是对称的，则是非极性分子，例：CH4、CO2、BF3；②若分子的空间构型是不对称的，则是极性分子，例：NH3、H2O、CCl3F、CH2Cl2。③只含有非极性键的双原子分子或多原子分子大多数是非极性分子。如O2、H2、P4、C60。(2)ABm型分子的极性①空间构型为直线形、平面三角形、正四面体型，为非极性分子；空间构型为V形、三角锥型，为极性分子。②中心原子的价电子对有不参与成键，即存在孤电子对，分子的空间构型不对称的，为极性分子。(3)不是ABm型分子，一般是极性分子。考点11手性分子1．手性异构体和手性分子组成和原子的排列方式完全相同，但如同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。含有手性异构体的分子称为手性分子。2．手性碳原子当四个不同的原子或基团连接在同一碳原子上时，形成的化合物存在手性异构体。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。一对手性异构体的物理性质基本相同，但它们的旋光性和生理作用往往不同。3．手性分子的确定(1)观察实物与其镜像能否重合，如果不能重合，说明是手性分子。如图：(2)有机物分子中如果有一个手性碳原子，则该有机物分子就是手性分子，具有手性异构体。4．手性碳原子的确定(1)判断一种有机物是否具有手性碳原子，就看该有机物含有的碳原子是否连有四个互不相同的原子或基团。如：，R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基团，中心碳原子即为手性碳原子。如其中*C即为手性碳原子。具有手性异构的分子都具有特殊的光学性质。(2)不饱和碳原子(如碳碳双键、—C≡C—等中的碳原子)一定不是手性碳原子。考点12配合物的形成1．【实验探究】铜氨配合物的形成过程（1）操作步骤：（2）实验现象：三支试管中先生成蓝色沉淀，随浓氨水的滴入，沉淀逐渐溶解，最后变为深蓝色溶液。（3）反应方程式：Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))；Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O2．配合物(1)概念：由提供孤电子对的分子或离子（称为配位体）与接受孤电子对的原子或离子（称为中心原子）以配位键结合形成的化合物。(2)组成：①内界和外界中心原子与配位体以配位键结合，形成配合物的内界。配合物的内界可以是离子，也可以是分子。与配合物内界结合的离子，称为配合物的外界。②中心原子（离子）和配位体中心原子是指提供空轨道的原子或离子，配位体是指提供孤电子对的分子或离子。③配位原子和配位数配位原子是指配位体中提供孤电子对的原子，配位数是指形成配位键的个数。(3)形成条件①配位体有孤电子对，如中性分子H2O、NH3、CO等；离子有F－、Cl－、CN－等。②中心原子有空轨道，如Fe3＋、Cu2＋、Ag＋、Zn2＋等。3．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]Cl（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(N