高中化学分子的空间结构
分子的空间结构
[知识点回顾]
一、杂化轨道理论
(1)能量相近的原子轨道才能参与杂化;
(2)杂化后的轨道一头大,一头小,电子云密度大的一端与成键原子的原子轨道沿键轴方向重叠,形成σ键;由于杂化后原子轨道重叠更大,形成的共价键比原有原子轨道形成
的共价键稳定。
(3)杂化轨道能量相同,成分相同,如:每个sp
3杂化轨道占有
个s轨道、
个p轨道;
(4)杂化轨道总数等参与杂化的原子轨道数目之和。
sp3杂化(举例:
)
sp2杂化(举例: )
sp杂化:
二、价层电子对互斥理论
1、价电子对:包括孤对电子对和成键电子对,一般孤对电子对离核较近。
2、价电子对之间存在相互排斥作用,为减小斥力,相互之间尽可能远离,因此分子的空间构型受到影响,一般,分子尽可能采取对称的空间结构以减小斥力。 相邻电子对间斥力大小顺序:
孤对电子对孤对电子对>孤对电子对成键电子对>成键电子对成键电子
对
三、确定分子空间构型的简易方法 1型分子
(1)对于主族元素,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n=
5+1⨯5
=5 2
(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; (3)离子的价电子对数计算 如:NH4+ : n=
5+1⨯4-16+0+2
=4; SO42- :n==4
22
例2:指出下列分子或离子中,中心原子可能采用的杂化轨道类型,并预测几何构型。 ①HCHO ②H3O+ ③SO2、SO3、SO42- ④CO32-、NO3-、NO2- ⑤ClO4-、PO43- 、SiO44-
四、等电子原理
1、规律内容:具有相同构特征,某些物理性质也相似。如:CO与N2,SiCl4、SiO44-与SO42- 2、常见的等电子体(见《解读》P42) 五、分子的极性与手性分子
[巩固练习] 1、下列有关杂化轨道的说法不正确的是 ( ) A、原子中能量相近的某些轨道,在成键时能重新组合成能量相等的新轨道 B、轨道数在杂化前后可以相等,也可以不等
C、杂化轨道成键时,要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理
D、NH3分子中N原子形成三个杂化轨道,CH4分子中C原子形成4个杂化轨道。 2、下列分子中,结构构成平面三角形的是 ( ) A、SO3 B、BF3 C、NCl3 D、PF3
3、下列分子中,键角最大的是 ( ) A、P4 B、H2O C、CCl4 D、NH3
4、下列分子中所有原子都满足8电子结构的是 ( ) A、光气(COCl2) B、六氟化硫 C、二氟化氙 D、三氟化硼 5、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( ) A、CO2和SO2 B、CH4 和NH3 C、BeCl2 和BF3 D、C2H4 和C2H2 6、 下列分子中的碳原子采取sp2杂化的是 ( ) A、C6H6 B、C2H2 C、C2H4 D、C3H8 E、CO2 F、石墨 7、 下列分子的键角均是109°28′的是 ( ) A、P4 B、NH3 C、CCl4 D、CH2Cl2
8、有关苯分子中的化学键描述正确的是 ( )
A.每个碳原子的sp2杂化轨道中的其中一个形成大π键 B.每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成大π键 C.碳原子的三个sp2杂化轨道与其它形成三个σ键 D.碳原子的未参加杂化的2p轨道与其它形成σ键
9、下列判断正确的是 ( ) A、BF3是三角锥形分子 B、铵根离子呈平面形结构
C、甲烷分子中的4个C-H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的p轨道形成的s-pσ键 D、甲烷分子中的4个C-H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的4个sp3杂化轨道重叠形成的
σ键
10、B3N3H6和苯就是等电子体,人们把B3N3H6称作无机苯,下列说法中正确的是( ) A、B3N3H6是由极性键组成的非极性分子 B、B3N3H6能发生加成反应和取代反应
C、B3N3H6具有碱性 D、B3N3H6各原子不在同一个平面上
E、B3N3H6中B和N原子的原子轨道可能采取sp2型杂化 11、下列说法中不正确的是 ( ) A、分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)之间存在相互排斥作用 B、分子中的价电子对之间趋向于彼此远离
C、分子在很多情况下并不是尽可能采取对称的空间构型
D、当价电子对数目分别是2、3、4时,价电子对分布的几何构型分别为直线型、平面三角型、正四面体型
12、成键原子中的孤电子对对键能有影响,孤电子对的排斥作用使得键能变小。第
-1
2周期元素A与氢形成的化合物中A-A键的键能(kJ·mol)如下:H3C-CH3 a ;H2N-NH2 b ;HO-OH c 。则a、b、c的大小关系为( )
A. a>b>c B. b>a>c C. c>b>a D. 无法确定 13、有下列两个系列的物质:X、Y、Z、W可能是下列各组物质中的( ) 系列一:CH4 C2H6 CO32- Y C2O42- W 系列二:NH4+ N2H62+ X NO2+ Z N2
A、NO3- CO2 N2O4 CO B、NO3- CO2 N2H4 C2H2 C、NO3- CO NO2- C2H2 D、NO3- HCO3- N2O42- CO
14、写出符合下列条件的相应的分子或离子的化学式:
⑴硼原子用sp2杂化轨道形成三个σ键:
⑵氮原子用sp3杂化轨道形成四个完全相同的化学键: ;氮原子形成一个σ键两个π键
⑶碳原子分别以sp 、sp2、sp3杂化轨道成键 、 、 。 15、若ABn的中心原子上有一对孤对电子未能成键,当n=2时,其分子结构为 ;当n=3时,其分子结构为 。
16、1994年度诺贝尔化学奖授予为研究臭氧做出特殊贡献的化学家。O3能吸收有害紫外线,保护人类赖以生存的空间。O3分子的结构如图,呈V型,键角116.5℃。三个原子以一个O原子为中心,与另外两个O原子分别构成一个非极性共价键;中间O原子提供2个电子,旁边两个O原子各提供1个电子,构成一个特殊的化学键——三个O原子均等地享有这4个电子。请从下列选项中选择合适的答案:中心原子与臭氧的中心氧原子的杂化轨道类型相同的有: 。与O3分子构型最相似的是 。 A.H2O B.CO2 C.SO2 D.BF3 E. NO2-
17、已知H2O2分子的结构如图所示,此分子不是直线形的,两个H原子犹如在半展开的书的两面纸上,试回答:
(1)写出H2O2分子的电子式和结构式: 、 。 (2)写出分子内的键型: 。 (3)估计它难溶于CS2,简要说明原因
(4)指出氧元素的化合价,简要说明原因: 。 *(5)中心氧原子的孤对电子对数为,中心原子原子轨道可能采取类型杂化,该杂化轨道间夹角为 ,而H-O-O键角为96°52′,可能原因是 ,该原因也可能间接导致O-O键长变 (长或短)。 18、(1)CNS—、NO2+具有相同的通式:AX2,它们的价电子总数都是16,因此它们的结构与由第二周期两元素组成的 分子的结构相同,微粒呈 形,中心原子都取 杂化。 (2)CO32—、NO3—等微粒具有相同的通式: ,它们的价电子总数都是 ,因此它们与由第六主族两元素组成的 分子的结构相同,呈 形,中心原子都取 杂化。
(3)N2O(笑气)可用作麻醉剂,其与 CO2构成等电子体,已知N2O分子中氧原子中只与一个氮原子相连,则N2O的电子式可表示为,其空间构型为 19、果糖分子的结构简式为CH2OH(CHOH)3COCH2OH,试写出其结构式。并用*标记出其中的手性碳原子;在果糖分子中C原子以何种杂化轨道成键?成何种键?