分子的结构与性质
【知识动脉】
知识框架
分子的空间构型
一、杂化轨道理论
1. 杂化的概念：在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。
思考：甲烷分子的轨道是如何形成的呢？
形成甲烷分子时，中心原子的2s和2px，2py，2pz等四条原子轨道发生杂化，形成一组新的轨道，即四条sp3杂化轨道，这些sp3杂化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道。
根据参与杂化的s轨道与p轨道的数目，除了有sp3杂化外，还有sp2 杂化和sp杂化，sp2 杂化轨道表示由一个s轨道与两个p轨道杂化形成的，sp杂化轨道表示由一个s轨道与一个p轨道杂化形成的。 思考：
应用轨道杂化理论，探究分子的立体结构。 化学式 CH4 C2H4 BF3 CH2O C2H2 杂化轨道数 杂化轨道类型 分子结构 空间构型决定性质 配合物
决定因素：杂化轨道方式 产生原因：共价键的方向性
Sp3 sp2 sp
空间构型的判断：VSEPR理论
等电子原理 手性分子
小结：引导学生分析、归纳、总结多原子分子立体结构的判断规律，完成下表。 化学式 CH4 中心原子孤对电子对数 杂化轨道数 杂化轨道类型 分子结构 共8页 第1页
C2H4 BF3 CH2O C2H2 思考：怎样判断有几个轨道参与了杂化？
[讨论总结]：三种杂化轨道的轨道形状，SP杂化夹角为 °的直线型杂化轨道，SP2 杂化轨道为 °的平面三角形，SP3杂化轨道为 ° ′的正四面体构型。
小结：HCN中C原子以sp杂化，CH2O中C原子以sp2杂化；HCN中含有2个σ键和2π键；CH2O中含有3σ键和1个π键
【例1】（09江苏卷21 A部分）（12分）生物质能是一种洁净、可再生的能源。生物质气（主要成分为CO、CO2、H2等）与H2混合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为 。甲醛分子的空间构型是 ；1mol甲醛分子中σ键的数目为 。
解析与评价：甲醛分子中含有碳氧双键，故碳原子轨道的杂化类型为sp2杂化；分子的空间构型为平面型；1mol甲醛分子中含有2mol碳氢δ键，1mol碳氧δ键，故含有δ键的数目为 3NA
2
答案：sp
平面型 3NA
【变式训练1】（09宁夏卷38）［化学—选修物质结构与性质］（15分）
已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题： （1）X与Z可形成化合物XZ3，该化合物的空间构型为____________; 2、价层电子对互斥模型
把分子分成两大类：一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键。如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子。它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测，概括如下： ABn n=2 n=3 n=4 立体结构 直线型 平面三角形 正四面体型 范例 CO2 CH2O CH4 另一类是中心原子上有孤对电子（未用于形成共价键的电子对）的分子。如 ．．．．．．．．．．．．．．．．
H2O和NH3中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角锥型。
练习2、应用VSEPR理论判断下表中分子或离子的构型。进一步认识多原子分子的立体结构。 化学式 H2S NH2-
中心原子含有孤对电子对数 中心原子结合的原子数 共8页 第2页 空间构型 BF3 CHCl3 SiF4 3. 等电子原理
等电子体：原子数相同，价电子数也相同的微粒，如：CO和N2，CH4和NH4+；等电子体具有相似的化学键特征，性质相似。
练习3、（09江苏卷21 A）（12分）生物质能是一种洁净、可再生的能源。生物质气（主要成分为CO、CO2、H2等）与H2混合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。 （1）根据等电子原理，写出CO分子结构式 。
【例2】(09全国卷Ⅰ29部分）（15分）已知周期表中，元素Q、R、W、Y与元素X相邻。Y的最高化合价氧化物的水化物是强酸，W的氯化物分子呈正四面体结构，W与Q形成高温陶瓷。这5个元素的氢化物分子中，①立体结构类型相同的氢化物的沸点从高到低排列次序是（填化学式） ，其原因是 ；电子总数相同的氢化物的化学式和立体结构分别是 ；
解析与评价：本题可结合问题作答。W的氯化物为正四体型，则应为SiCl4或CCl4，又W与Q形成高温陶瓷，故可推断W为Si。显然x为P元素。①氢化物沸点顺序为NH3> AsH3 > PH3,因为前者中含有氢键后两者构型相同，分子间作用力不同。②SiH4、PH3和H2S的电子数均为18。，结构分别为正四面体，三角锥和V形。
答案：①NH3> AsH3 > PH3,因为前者中含有氢键,后两者构型相同，分子间作用力不同；②电子数相同的有SiH4、PH3和H2S结构分别为正四面体，三角锥和V形。 二、分子的极性
一般说来，同种原子形成的共价键中的电子对不发生偏移，是 。而由不同原子形成的共价键，电子对会发生偏移，是 。 提出问题：
（1）共价键有极性和非极性；分子是否也有极性和非极性？
（2）由非极性键形成的分子中，正电荷的中心和负电荷的中心怎样分布？是否重合？ （3）由极性键形成的分子中，怎样找正电荷的中心和负电荷的中心？ 讨论交流：
利用教科书提供的例子，以小组合作学习的形式借助图示以及数学或物理中学习过的向量合成方法，讨论、研究判断分子极性的方法。 总结归纳：
（1）由极性键形成的双原子、多原子分子，其正电中心和负电中心重合，所以都是非极性分子。如： 。
（2）含极性键的分子有没有极性，必须依据分子中极性键的极性向量和是否等于零而定。
当分子中各个键的极性的向量和等于零时，是非极性分子。如： 。当分子中各个键的极性向量和不等于零时，是极性分子。如： 。
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（3）引导学生完成下列表格 分子 共价键的极性 分子中正负 电荷中心 结论 举例 同核双原子分子 异核双原子分子 异核多原子分子 一般规律：
a． 以极性键结合成的双原子分子是极性分子。如：HCl、HF、HBr
b． 以非极性键结合成的双原子分子或多原子分子是非极性分子。如：O2、H2、P4、C60。 c． 以极性键结合的多原子分子，有的是极性分子也有的是非极性分子。
d． 在多原子分子中，中心原子上价电子都用于形成共价键，而周围的原子是相同的原子，一般是非极性分子。
【例3】（08全国Ⅰ卷）下列叙述中正确的是（ ） A．NH3、CO、CO2都是极性分子
B．CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子 C．HF、HCl、HBr、Hl的稳定性依次增强 D．CS2、H2O、C2H2都是直线型分子
解析：分子的极性一般与物质的空间结构有关，空间结构对称，这属于非极性分子，反之属于极性分子，对于ABn分子，其经验规则是中心原子A的化合价的绝对值若等于最外层电子数，则属于非极性分子，反之属于极性分子。当然根据分子的极性也可以判断它的空间结构。键的极性只与是否属于同种非金属有关，而物质的稳定性当结构相似的条件下，与原子半径有关。所以选项A中CO2属于非极性分子；选项C中HF、HCl、HBr、HI的稳定性减弱；选项D中的H2O属于V型结构。
答案：B。 三、手性碳原子 四、配位化合物 1、配位键 （1）概念 （2）表示 （3）条件：
[提问]举出含有配位键的离子或分子 举例：
2. 配位化合物
[讲解]金属离子或原子与某些分子或离子以配位键结合而形成的化合物称为配合物。
【例4】（09福建卷30）[化学——物质结构与性质]（13分）Q、R、X、Y、Z五种元素的原子序数依次递
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增。已知：①Z的原子序数为29，其余的均为短周期主族元素；②Y原子价电子（外围电子）排布msnmpn ③R原子核外L层电子数为奇数；④Q、X原子p轨道的电子数分别为2和4。请回答下列问题：
（1）Z2+ 的核外电子排布式是 。
（2）在[Z(NH3)4]2+离子中，Z2+的空间轨道受NH3分子提供的 形成配位键。
解析：本题考查物质结构与性质。29号为Cu。Y价电子：msnmpn中n只能取2，又为短周期，则Y可能为C或Si。R的核外L层为数，则可能为Li、B、N或F。Q、X的p轨道为
2和4，则C（或Si）和O(或S)。因为五种元素原子序数依次递增。故可推出：Q为C，R为N，X为O，Y为Si。（1）Cu的价电子排布为3d104s1，失去两个电子，则为3d9。（2）
Cu2＋可以与NH3形成配合物，其中NH3中N提供孤对电子，Cu提供空轨道，而形成配位键。
答案：（1）1s22s22p63s23p63d9 （2）孤对电子（孤电子对）
【变式训练4】（09广东化学27）（10分）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）胆矾CuSO4·5H2O可写成[Cu(H2O4)]SO4 ·H2O，其结构示意图如下：
下列说法正确的是__________（填字母）。
A. 在上述结构示意图中，所有氧原子都采用sp3杂化 B. 在上述结构示意图中，存在配位键、共价键和离子键 C. 胆矾是分子晶体，分子间存在氢键 D. 胆矾中的水在不同温度下会分步失去
（2）往硫酸铜溶液中加入过量氨水，可生成[Cu(NH3)4]2＋配离子。已知NF3与NH3的空间构型都是三角锥形，但NF3不易与Cu2＋形成配离子，其原因是_______________。
【高考真题】
（08江苏卷）
已知A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素，它们的核电荷数A＜B＜C＜D＜E。其中A、B、C是同一周期的非金属元素。化合物DC的晶体为离子晶体，D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构。AC2为非极性分子。B、C的氢化物的沸点比它们同族相邻周期元素氢化物的沸点高。E的原子序数为24，ECl3能与B、C的氢化物形成六配位的配合物，且两种配体的物质的量之比为2∶1，三个氯离子位于外界。请根据以上情况，回答下列问题：（答题时，A、B、C、D、E用所对应的元素符号表示）
(1）A、B、C的第一电离能由小到大的顺序为 。
(2）B的氢化物的分子空间构型是 。其中心原子采取 杂化。
(3）写出化合物AC2的电子式 ；一种由B、C组成的化合物与AC2互为等电子体，其化学式
为 。
(4）E的核外电子排布式是 ，ECl3形成的配合物的化学式为 。
(5）B的最高价氧化物对应的水化物的稀溶液与D的单质反应时，B被还原到最低价，该反应的化学方程式是 。
感悟：分子结构与性质在选修部分出现，知识本身难度大，但考察难度较小，大约2-4分，只要熟记基础知识，
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高中化学-分子的结构与性质
