032t第二节分子的空间构型Word文档下载推荐.docx
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(1)CO2的等电子体确定,除了上述结果以外,还可以采用价电子迁移法:
C、O原子的价电子数分别为4、6,从周期表中的位置看,中间夹着N元素,N原子价电子数为5,一个O原子拿一个电子给C原子,在电性不变条件下质子数同时变为7(价电子同时变为5),则可换为两个N原子(由此也可以看出N2与CO互为等电子体)得N2O;
如果将C原子的两个价电子转移给两个O原子,元素原子分别转换为1个Be、2个Cl,就可以得到CO2的另一个等电子体BeCl2。
同样可以判断:
金刚石C2n与晶体硅Si2n的等电子体还可以为金刚砂(SiC)n、GaAs、AlP等;
石墨C2n与白石墨(BN)n互为等电子体;
无机苯B3N3H6与有机苯C6H6互为等电子体。
(2)离子之间的等电子体也可以推导:
与N3-的等电子体查找方法,可将2个N原子换为1个C原子和一个O原子可得CNO-。
3、电子—电荷互换法
即将既定粒子中的某元素原子的价电子转化为粒子所带的电荷。
这种方法可实现分子与离子的互判。
CN-的等电子体查找可用N原子1个电子换作1个负电荷,则N原子换为C原子,离子带2个负电荷,其等电子体即为C22-;
反之,将CN-的电荷转化为1个电子,该电子给C原子,即得N2,若给N原子即得CO。
同样可判断HNO3的等电子体为HCO3-;
ICl4-与XeCl4互为等电子体。
【练习】
1.与CNO-互为等电子体的分子、离子化学式依次为、(各写一种)。
2.
(1)根据等电子原理,写出CO分子的结构式;
(2)写出NO2+离子的电子式。
【例1】分析:
就与CNO-互为等电子体的分子而言,首先需将这1个电荷转化为1个价电子,这个价电子给C变为N得N2O,给N变为O则得CO2(也可直接看作将N2O中2个N原子进行价电子转移换为C、O从而得CO2,再由CO2进行价电子转移或同族元素互换可得COS、CS2、BeCl2等。
若进行离子查找,除前面判断出的N3-外,利用同族元素互换可得CNS-;
利用电子—电荷互换可得NO2+和CN22-。
答案:
N2O或CO2或COS或CS2或BeCl2;
N3-或CNS-或NO2+或CN22-。
【例2】分析:
CO分子的结构式、NO2+离子的电子式中学中并不作已有知识要求,直接作答难度大,但在题给信息提示下,可以利用等电子原理,先找出我们熟知结构的等电子体:
CO与N2互为等电子体,NO2+与CO2互为等电子体,等电子体的结构相同,参照熟悉的N2的结构式、CO2的电子式便可轻松作答。
C≡O;
【例1】通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体.人们发现等电子体的空间结构相同,则下列有关说法中正确的是( )
A.CH4和NH4+是等电子体,键角均为60°
B.NO3﹣和CO32﹣是等电子体,均为平面正三角形结构
C.H3O+和PCl3是等电子体,均为三角锥形结构
D.B3N3H6和苯是等电子体,B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道
答案及解析:
1.B【考点】“等电子原理”的应用.
【分析】A、CH4和NH4+是等电子体,空间构型为正四面体结构,键角为109°
28′;
B、NO3﹣和CO32﹣原子数都是4,价电子数都是24,均为平面正三角形结构;
C、H3O+价电子数都是8,PCl3价电子数都是26,价电子数不同;
D、B3N3H6分子中有双键即有π键,π键是以“肩并肩”式重叠形式构成的.
【解答】解:
A、CH4和NH4+原子数都是5,价电子数都是8,是等电子体,空间构型为正四面体结构,键角为109°
28′,故A错误;
B、NO3﹣和CO32﹣原子数都是4,价电子数都是24,是等电子体,均为平面正三角形结构,故B正确;
C、H3O+价电子数都是8,PCl3价电子数都是26,价电子数不同,不是等电子体,故C错误;
D、B3N3H6分子中有双键即有π键,π键是以“肩并肩”式重叠形式构成的,所以B3N3H6分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道,故D错误;
故选B.
【例2】与CO32﹣不是等电子体的是( )
A.SO3B.BF3C.NO3﹣D.PCl3
2.D【考点】“等电子原理”的应用.
【分析】根据具有相同原子数和电子数的微粒互称为等电子体来解答.
CO32﹣含有4个原子,其价电子数都是24.
A.SO3含有4个原子,其价电子数都是24,所以是等电子体,故A正确;
B.BF3含有4个原子,其价电子数都是24,所以是等电子体,故B正确;
C.硝酸根离子含有4个原子,其价电子数都是24,所以是等电子体,故C正确;
D.PCl3含有4个原子,其价电子数都是23,不是等电子体,故D错误.
故选D.
1.根据等电子原理判断,下列说法中错误的是()
A.B3N3H6分子中所有原子均在同一平面上
B.B3N3H6分子中存在双键,可发生加成反应
C.H3O+和NH3是等电子体,均为三角锥形
D.CH4和NH4+是等电子体,均为正四面体
【分析】原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相同的化学键特征,其许多性质相似.
A、B3N3H6和苯是等电子体,其结构相似,根据苯的结构判断该物质的结构;
B、B3N3H6和苯是等电子体,其结构相似,根据苯的结构判断该物质的结构,根据其结构确定其性质;
C、H3O+和NH3是等电子体,根据氨气分子的空间构型判断水合氢离子的空间构型;
D、CH4和NH4+是等电子体,根据甲烷的空间构型判断铵根离子的空间构型.
A、B3N3H6和苯是等电子体,其结构相似,苯分子中所有原子处于同一平面上,所以B3N3H6分子中所有原子均在同一平面上,故A正确;
B、B3N3H6和苯是等电子体,其结构相似、性质相似,根据苯的性质和结构知,B3N3H6分子中不含双键,故B错误;
C、H3O+和NH3是等电子体,其结构相似,氨气分子是三角锥型,所以水合氢离子是三角锥型,故C正确;
D、CH4和NH4+是等电子体,其结构相似,甲烷是正四面体构型,所以铵根离子是正四面体构型,故D正确;
2.下表为周期表的一部分,其中的编号代表对应的元素。
(1)写出上表中元素I的价层电子排布图。
元素C、D、E、F的第一电离能由大到小的顺序是(用元素符号表示)。
(2)元素A分别与C、D、E形成最简单的常见化合物分子甲、乙和丙。
下列有关叙述不正确的有()
A.甲、乙和丙分子的空间构型分别为正四面体形、三角锥形、V形
B.甲、乙和丙分子中,中心原子均采取sp3的杂化方式
C.三种分子中键角由大到小的顺序是丙>
乙>
甲
D.甲、乙和丙分子均为由极性键构成的极性分子
(3)由元素J、C、E组成一种化学式为J(CE)的配位化合物,该物质常温下呈液态,熔点为
—20.5℃,沸点为103~C,易溶于非极性溶剂。
据此可判断:
该化合物的晶体中存在的作用力有()
A.离子键B.极性键C.非极性键D.范德华力E.氢键F.配位键
Ⅱ.
(1)BCl3中B原子的杂化方式为。
第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有种。
写出与BCl3结构相同的一种等电子体(写离子)。
(2)科学家测得胆矾中既含有配位键,又含有氢键,其结构示意图可简单表示如下:
①胆矾的化学式用配合物的形式表示为的
②胆矾中SO42-的空间构型为
6.I.
(1)
;
F>N>O>C
(2)CD(3)BDF
(3)根据其性质可知应为分子晶体,晶体中存在范德华力,Cr(CO)5为配位化合物,其中含有配位键,CO中存在碳氧极性键。
Ⅱ.
(1)sp2;
3;
NO3-或CO32-.
(2)①[Cu(H2O)4SO4]·
H2O②正四面体.
知识点:
原子轨道杂化方式及杂化类型判断,“等电子原理”的应用,不同晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别,元素周期律和元素周期表的综合应用
答案解析:
I
(1)
解析:
由元素在周期表中位置,可知A为氢、B为Be、C为碳、D为氮、E为氧、F为氟、G为Al、H为Cl、I为Cr、J为Fe.
(1)I为Cr,核外电子数目为24,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,价电子排布图为
同周期自左而右元素第一电离能呈增大趋势,N元素原子各轨道处于全满、半满稳定状态,能量较低,第一电离能高于同周期相邻元素,故第一电离能:
F>N>O>C。
(2)元素A分别与C、D、E形成最简单的常见化合物分子甲、乙和丙分别为CH4、NH3、H2O,
A.CH4、NH3、H2O的空间构型分别为正四面体形、三角锥形、V形,故A正确;
B.CH4、NH3、H2O中,中心原子均价层电子对数均为4,均采取sp3的杂化方式,故B正确;
C.由于排斥力:
孤电子对-孤电子对>孤电子对-成键电子对>成键电子-成键电子,故键角甲烷>氨气>水,故C错误;
D.甲烷是非极性分子,故D错误。
Ⅱ.
(1)BCl3中的B原子的价层电子对数是3且不含孤电子对,所以B原子属于sp2杂化;
同一周期元素中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于相邻元素,根据电离能的变化规律,半充满的N原子和全充满的Be原子第一电离能要比同周期原子序数大的原子高,故第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O三种元素;
BCl3互为等电子体的阴离子为:
NO3-或CO32-。
(2)①根据其结构示意图可以得到胆矾的化学式为:
[Cu(H2O)4SO4]·
H2O。
②SO42-中中心原子S的价层电子对数=4+(6+2−2×
4)/2=4、孤电子对数为0,为正四面体结构.
思路点拨:
本题是对物质结构的考查,涉及元素周期表、元素周期律、核外电子排布、分子结构与性质、配合物、氢键等,难度中等,侧重考查学生对知识的应用,需要学生具备扎实的基础;
物质结构与性质,较为综合,题目难度中等,本题注意把握晶格能的大小比较、空间构型的判断方法。
二、价电子互斥理论:
(1)价电子互斥理论的基本要点:
ABn型分子(离子)中中心原子A周围的价电子对的几何构型,主要取决于价电子对数(n),价电子对尽量远离,使它们之间斥力最小。
(2)ABn型分子价层电子对的计算方法:
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
②O、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;
Cl原子作为配位原子时,按提供1个价电子计算,作中心原子时价电子数为7.
③离子的价电子对数计算
如:
NH4+:
SO42-:
3、杂化轨道理论
(1)杂化轨道理论的基本要点:
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sp3杂化轨道占有1个s轨道、3个p轨道。
④杂化轨道总数等于参与杂化的原子轨道数目之和。
(2)s、p杂化轨道和简单分子几何构型的关系
杂化类型
sp
sp2
sp3
sp3不等性杂化
轨道夹角
180o
120o
109o28′
中心原子位置
ⅡA,ⅡB
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
中心原子孤对电子数
1
2
3
分子几何构型
直线形
平面三角形
正四面体形
三角锥形
V字形
实例
BeCl2、HgCl2
BF3
CH4、SiCl4
NH3、PH3
H2O、H2S
HCl
(3)杂化轨道的应用范围:
杂化轨道只应用于形成σ键或者用来容纳未参加成键的孤对电子。
(4)中心原子杂化方式的判断方法:
看中心原子有没有形成双键或叁键,如果有1个叁键,则其中有2个π键,用去了2个p轨道,形成的是sp杂化;
如果有1个双键则其中有1个π键,形成的是sp2杂化;
如果全部是单键,则形成的是sp3杂化。
4、分子空间构型、中心原子杂化类型和分子极性的关系
分子(离子)
中心原子价电子对
VSEPR模型
分子空间构型
键角
分子的极性
CO2
直线
非
SO2
平面三角
极
H2O、OF2、
4
——
HCN
NH3
正四面体
107o18′
BF3、SO3
H3O+
CH4、CCl4
NH4+
HCHO、COCl2
v杂化类型的判断方法
1、取代法
以中学常见的、熟悉的基础物质分子为原型,用其它原子或原子团取代原型分子中的部分原子或原子团,得到的新分子中心原子与原型分子对应的中心原子的杂化类型相同。
(1)CH3CH=CH2分子中C原子的杂化类型判断,看作乙烯基取代了甲烷分子中的一个H原子,则甲基C原子为sp3杂化,也可看作甲基取代了乙烯分子中的一个H原子,故两个不饱和C原子均为sp2杂化;
(2)(CH3)3N看作三个甲基取代了NH3分子中的三个H原子而得,所以其分子中N原子采用sp3杂化;
(3)H2O2看作羟基取代了H2O分子中一个H原子,H2O2中O原子应为sp3杂化;
(4)B(OH)3看作三个羟基取代了BF3中的F原子,可知B(OH)3中B原子为sp2杂化。
2、价电子对数计算法
对于ABm型分子(A为中心原子,B为配位原子),分子的价电子对数可以通过下列计算确定:
n=1/2(中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×
m),
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;
若为离子,须将离子电荷计算在内:
m±
离子电荷数),阳离子取“-”,阴离子取“+”。
根据价电子对数可以有以下结论:
分子价电子对数几何构型中心原子杂化类型
BeCl22直线型sp
BF33平面三角形sp2
SiCl44正四面体sp3
一般来讲,计算出的n值即为杂化轨道数,能直接对映中心原子的杂化类型。
SO42-的n=4,中心原子S原子为sp3杂化;
NO3-的n=3,中心原子N原子为sp2杂化;
ClO3-、ClO4-的n均为4,Cl原子均为sp3杂化(但离子空间构型不同,从价层电子对互斥模型看,前者为三角锥形,后者为正四面体型)。
这种方法不适用于结构模糊或复杂的分子、离子,如NO2+、H2B=NH2等的中心原子杂化类型学生就很难用该法进行判断,但可以从其它途径确定。
3、等电子原理应用
等电子体具有相同的结构特征,则等电子体的中心原子的杂化类型相同。
用此方法将结构模糊或复杂的分子、离子转化成熟悉的等电子体,然后进行确定。
如NO2+、H2B=NH2分别与CO2、CH2=CH2互为等电子体,而CO2、CH2=CH2中心原子C原子分别为sp、sp2杂化,则NO2+中心原子N原子为sp杂化,H2B=NH2中心原子B、N原子均为sp2杂化。
4、价键直查法
从杂化轨道理论可知,原子之间成键时,未杂化轨道形成键,杂化轨道形成键,若未参与成键,剩余的必然是杂化轨道上的孤对电子。
在能够明确结构式的分子、离子中心原子杂化类型分析时,可直接用下式判断:
杂化轨道数n=中心原子的键数+中心原子的孤电子对数(多重键中只有一个键,其余均为键),可方便找到中心原子的杂化类型。
(1)SiF4分子中Si原子轨道杂化类型分析,基态Si原子有4个价电子,与4个F原子恰好形成4个键,无未成键电子,n=4,则SiF4分子中Si原子采用sp3杂化;
(2)基态C原子有4个价电子,在HCHO分子中,C原子与2个H原子形成2个键,与O原子形成C=O双键,C=O双键中有1个键、1个键,C原子无剩余价电子,n=3,则HCHO分子中C原子采用sp2杂化;
(3)三聚氰胺中有两种环境的N原子,环外N原子形成3个键,用去基态N原子5个价电子中的3个,余下1个孤电子对,n=4,则环外N原子采用sp3杂化,环内N原子形成2个键、1个键,用去基态N原子5个价电子中的3个,余下1个孤电子对,n=3,则环内N原子采用sp2杂化。
1.三聚氰胺的结构简式如右:
⑴三聚氰胺的分子式为____________;
分子中碳原子的杂化方式是______;
分子中处于同一平面的氮原子有______个。
⑵三聚氰胺的水溶液呈弱碱性,其原因是_______________________________________。
⑶三聚氰胺在高温下可释放氰化物,六氰合亚铁离子[Fe(CN)64-]中也含有CN-,写出一种与CN-互为等电子体的单质分子的路易斯结构式________________。
⑷三聚氰胺性状为纯白色单斜棱晶体,无味,密度1.573g/cm3
(16℃)。
常压熔点354℃(分解);
快速加热升华,升华温度300℃。
据此可判断三聚氰胺的晶体类型应为______________晶体。
【练习】答案
⑴C3N6H6[C3N3(NH2)3];
sp2杂化;
6;
⑵三聚氰胺溶于水可结合水分子中的氢原子而使溶液呈弱碱性。
⑶
⑷分子;
⑸三聚氰胺分子式为C3N6H6,其含氮量约为
=66.7%,远高于一般的蛋白质。
解析:
⑴从结构简式可以得出分子式为C3N6H6或[C3N3(NH2)3],由于三聚氰胺具有类似苯环的结构,其分子中碳原子的杂化方式应为sp2杂化方式,分子中处于同一平面的氮原子有6个。
⑵三聚氰胺分子中含有三个氨基,溶于水可结合水分子中的氢原子而使溶液呈弱碱性。
⑶CN-中共有14个电子,因此与它等电子体的单质为N2。
⑷三聚氰胺熔点不高,易升化,故属分子晶体。
⑸根据结构简式可知三聚氰胺分子式为C3N6H6,其含氮量约为66.7%,远高于一般蛋白质,掺入奶粉或其他食品中可提高食品的含氮量,从而造成蛋白质含量高的假象。
【例1】以NA表示阿伏加德罗常数,则下列说法正确的是()
A.1molNH3分子中含有3NA个σ键和4NA个sp3杂化轨道
B.1molCO2分子中含有2NA个σ键和2NA个sp杂化轨道
C.1molC2H2分子中含有2NA个σ键、2NA个π键
D.1molC2H4分子中含有4NA个σ键、2NA个π键
1.B考点:
原子轨道杂化方式及杂化类型判断;
物质结构中的化学键数目计算.分析:
单键中只含有1个σ键,双键中含有1个σ键和1个π键,三键中含有1个σ键和2个π键,σ键由杂化轨道构成,π键由未杂化的p轨道形成,据此分析.
解答:
解:
A.1molNH3分子中含有3个N﹣H键,属于sp3杂化,则分子中含有3NA个σ键和3NA个sp3杂化轨道,故A错误;
B.CO2分子的结构为O=C=O,分子中含有2个双键,则1molCO2分子中含有2NA个σ键和2NA个sp2杂化轨道,故B正确;
C.C2H2分子中含有2个C﹣H键和1个C≡C,则1molC2H2含有3NA个σ键、2NA个π键,故C错误;
D.C2H4分子中含4个C﹣H键和1个C=C键,则1molC2H4分子中含有5NA个σ键、NA个π键,故D错误.故选B.点评:
本题考查了共价键的类型和形成,题目难度中等,注意把握杂化轨道的形成,侧重于考查学生的分析能力和对基础知识的综合应用能力.
【例2】下列说法中正确的是( )
A.PCl3分子是三角锥形,这是因为P原子是以sp2杂化的结果
B.sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的四个sp3杂化轨道
C.凡中心原子采取sp3杂化的分子,其VSEPR模型都是四面体
D.AB3型的分子立体构型必为平面三角形
2.C【考点】原子轨道杂化方式及杂化类型判断;
判断简单分子或离子的构型.
【分析】A.根据杂化类型判断分子构型;
B.能量相近的s轨道和p轨道形成杂化轨道;
C.根据杂化类型和中心原子的孤电子对数分析;
D.AB3型的分子空间构型与中心原子的孤电子对数也有关.
A.PCl3分子的中心原子P含有3个成键电子对和1个孤电子对,属于sp3杂化,含有1个孤电子对,属于空间构型为三角锥形,故A错误;
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- 032t第二节 分子的空间构型 032 第二 分子 空间 构型