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分子空间结构与物质性质
专题4分子空间结构与物质性质
复习纲要：
第一单元分子构型与物质的性质
1、分子的空间构型：
运用杂化轨道理论和价层电子对互斥理论判断分子中心原子的杂化轨道类型和分子的空间构型。
⑴、杂化轨道理论：
①定义：
原子轨道杂化：
是指同一原子（中心原子）中几个能量相近的原子轨道重新组合成几个能量相等、成分相同的新轨道，这些新轨道称为杂化轨道。
杂化
激发
②杂化过程：
基态激发态杂化轨道（具有一定空间构型）。
③归纳：
表4-1
杂化轨道类型
参与杂化的原子轨道
杂化轨道数目
杂化轨道空间构型
分子空间构型
sp3
sp2
sp
⑵、价层电子对互斥理论确定分子空间构型的简易方法
对于ABm型分子或ABmn-型离子（A是中心原子、B是配位原子），人们认为：
分子中的价电子对（包括成键电子对和孤电子对）由于相互排斥作用，而趋向可能彼此原离以减少斥力，分子尽可能采取对称的空间构型，其价电子对数（n）可以通过以下公式确定：
n=
注意：
①中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数。
②配位原子中卤素原子、H原子提供1个价电子，第ⅥA族的O、S原子按不提供价电子计算。
③阳离子要减去电荷数，阴离子要加上电荷数。
表4-2价层电子对数与电子对空间构型的关系
价电子对数
2
3
4
5
6
电子对空间构型
直线型
平面三角形
正四面体
三角双锥
正八面体
☆☆确定分子空间构型的步骤：
①计算价电子对数
②确定电子对空间构型
③结合化学式分析是否有孤电子对，如果没有孤电子对，则分子的空间构型就是电子对的空间构型，如果有孤电子对，则进行分析后，再确定分子空间构型。
通过计算，分析下列微粒的空间构型和中心原子杂化轨道类型：
BeCl2、CO2、BF3、SO3、H3O+、OF2、NO3-、CH4、NH4+、SO42-
H2O、SO2、NH3
表4-3价层电子对数与分子空间构型的关系
实例
价电子
对数
电子对空间构型
中心原子杂化轨道类型
成键电子对数
孤电子对数
分子空间构型
2
直线型
3
平面三角形
4
正四面体
练习：
分析CH4、NH3、H2O分子中键角产生差异的原因。
2、等电子原理：
3、手性分子
4、分子的极性
①、双原子分子：
②、多原子分子（ABn型）：
以极性键结合的多原子分子，分子是否有极性取决
于分子的空间构型。
课堂练习：
1、下列分子中C原子是以sp3杂化轨道与其他原子成键的是（）
A、金刚石B、石墨C、苯D、甲醇
2、氨气分子空间构型是三角锥形，而甲烷分子是正四面体，这是因为（）
A、中心原子的杂化轨道类型不同，NH3为sp2而CH4是sp3
B、NH3分子中N原子形成3个杂化轨道，CH4分子中C形成4个杂化轨道
C、NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子对的排斥作用较强
D、NH3分子是极性分子而甲烷是非极性分子
3、下列有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是（）
A、两个C原子采用sp杂化方式B、两个C原子采用sp2杂化方式
C、每个C原子都有两个未杂化的2p轨道形成π键D、两个C原子形成两个π键
4、已知CN-含有叁键且成键原子满足8电子稳定结构，试写出其电子式：
写出两个与CN-互为等电子体的粒子的化学式、。
5、下列分子或离子中键角最小的是（）
A、NH3B、BF3C、H2SD、PCl4+
6、等电子体的结构相似、物理性质相似。
根据上述原理，下列各对粒子中，空
间结构相似的是（）
A、SO3与O3B、CO2与N2OC、CS2与NO2D、PCl3与BF3
7、根据“等电子体原理”回答下列问题：
仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电
子体的是和；和。
8、下列化学式及结构式中，从成键情况来看，不合理的是（）
9、由ⅢA族元素A和Ⅵ族元素B组成的阴离子结构如下图，所带电荷数x、y、z依次为（）。
A、2、3、4B、2、3、2C、5、6、4D、4、3、2
10、通常把原子数和电子数均相等的分子或离子称为等电子体。
人们发现等电子体间的结构和性质相似。
下列有关说法中，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各原子不在同一平面上
11、2000年1月底，罗马尼亚一金矿污水处理池因连降暴雨而发生裂口，100000L含氰化物和铅、汞等重金属的汗水流入蒂萨河（多瑙河支流），造成该河90%以上的动植物死亡。
这是继切尔诺贝利核泄漏以来，欧洲最严惩的环境污染事件。
氰气［（CN）2］和氰化物都是剧毒物质，氰分子的结构式为N
C—C
N，性质与卤素相似，下列叙述错误的是（）
（A）氰分子中，四原子共直线，是非极性分子
（B）氰分子中，C
N键长大于C
C键长
（C）氰气能与强碱溶液反应得到氰化物和次氰酸盐
（D）氰化氢在一定条件下能与烯烃发生加成反应
12、1996年诺贝尔化学奖授于斯莫利等三位化学家，以表彰他们发现富勒烯（C60），开辟了化学研究的新领域。
C60分子结构酷似足球，由12个五边形与20个六边形构成，碳—碳键长介于单键与双键之间。
在此基础上人们又发现了棒碳（链式炔烃）是由300～500个碳原子组成的新物质，其分子中只含有交替连接的单键和叁键。
请对以下三个问题进行选择。
（1）以下有关棒碳的说法中，不正确的是（）
A、棒碳是直线型结构B、棒碳在一定条件下可以转化成金刚石
C、棒碳是原子晶体D、棒碳中所有的化学键都是非极性共价键
（2）有关C60的说法不正确的是（）
A、C60是分子晶体B、C60能发生加成反应
C、C60摩尔质量是720D、C60在一定条件下能与CuO发生置换反应
（3）有关金刚石、石墨、C60、棒碳的说法，不正确的是（）
A、都是碳的同素异形体B、棒碳化学性质最活泼
C、它们的物理性质不同D、它们与氧气反应的唯一产物是二氧化碳
13、某共价化合物含碳、氢、氮三种元素，分子内有4个氮原子，且4个氮原子排列成内空的四面体（如白磷结构），每2个氮原子间都有1个碳原子。
已知分子内无碳碳单键，也没有碳碳双键，则该化合物的分子式为（）
A、CH8N4B、C6H12N4C、C6H10N4D、C4H8N4
14、CH3·、CH3+、CH3-都是重要的有机反应中间体，它们的电子式分别是、
、、，其中CH3+中四个原子是是共平面的，三个键角相等，
则键角应是。
15、在极性分子中，正电荷重心同负电荷重心间的距离称偶极长，通常用d表示。
极性分子的极性强弱同偶极长和正（或负）电荷重心的电量（q）有关，一般用偶极矩（μ）来衡量。
分子的偶极矩定义为偶极长和偶极上一端电荷电量的乘积，即μ=d·q。
试回答以下问题：
（1）、HCl、CS2、H2S、SO2四种分子中，μ=0的是____________________；
（2）、对硝基氯苯、邻硝基氯苯、间硝基氯苯，三种分子的偶极矩由大到小的排列顺序是_____________________________________________________________________________；
（3）、实验测得：
μ（PF3）=1.03deb、μ（BCl3）=0deb。
由此可知，PF3分子空间构型是______，
BCl3分子的空间构型是______。
（4）、治癌药Pt（NH3）2Cl2具有平面四边形结构，Pt处在四边形中心，NH3和Cl分别处在四边形的四个角上。
已知该化合物有两种异构体，棕黄色者μ＞0，淡黄色者μ=0。
试画出两种异构体的构型图，并比较在水中的溶解度。
第二单元配合物是如何形成的
1、配合物定义：
由中心原子和可以提供孤电子对的配体以配位键的形式结合而成的化合物。
2、配合物的组成
1）、中心原子与配体构成配合物的内界，书写时放在方括号内；方括号外称为外界。
内界与外界之间的结合力是键。
例如：
K2[PtCl6]内界是、外界是。
2）、中心原子：
一般绝大多数是金属离子，特别是过度元素的离子，也有电中性的原子。
例如：
Ag+、Cr3+、Fe2+、Fe3+、Co3+、Cu2+、Zn2+、Al3+、Mg2+等等。
3）、配体：
向中心原子提供孤电子对的分子、离子或原子。
例如：
NH3、H2O、CO、X-、OH-、CN-等等。
注意：
配体中直接与中心原子配位的原子称为配位原子。
4）、配位数：
向中心原子提供孤电子对形成的配位键的数目。
注意：
①中心原子的配位数并不是固定不变的，它与中心原子和配体的大小有关，还与配合物形成时的条件有关，如浓度和温度等。
3、配合物的结构与性质
⑴、配合物的空间构型，取决于中心原子所提供杂化轨道的数目和类型。
表4-2为中心原子常见的杂化轨道类型和配合物的空间构型。
表4-2中心原子的杂化轨道类型和配合物的空间构型
配位数
杂化轨道
空间构型
实例
2
sp
直线
[Ag（NH3）2]+、[AgCl2]-、[Au（CN）2]-
4
sp3
四面体
[Ni（CO）4]、[Cd（CN）4]2-、[ZnCl4]2-、[Ni（NH3）4]2+
dsp2
平面四方形
[Ni（CN）4]2-、[PtCl4]2-、[Pt（NH3）2Cl2]
6
sp3d2
八面体
[FeF6]3-、Fe（NCS）6]3-、[Co（NH3）6]2+、[Ni（NH3）6]2+
d2sp3
八面体
[Fe（CN）6]3-、[Co（NH3）6]3+、[Fe（CN）6]4-、[PtCl6]2-
⑵、配合物的稳定性：
配合物中的配位键越强，配合物越稳定。
当作为中心原子的金属离子
相同时，配合物的稳定性与配体性质有关。
例如：
血红素中的Fe2+与CO分子形成的配位键比与O2分子形成的配位键强，因此血红素
中的Fe2+与CO分子结合后，血红素就失去了输送氧气的功能。
⑶、配合物的几何异构体：
含有两种或两种以上配位体的配合物，若配位体在空间排列方式不同，就能形成不同几何构型的配合物。
例如：
Pt（NH3）2Cl2就有顺式和反式两种异构体。
4、配合物的应用：
⑴、常用形成配合物的方法检验金属离子：
例如：
检验某溶液中不含Fe3+而含Fe2+，加
入试剂的合理顺序为，有关反应的离子方程式为
。
⑵、分离物质：
例如：
硫酸铝溶液中混有硫酸锌，如何分离？
归纳：
①在含Mg2+的溶液中加入过量的氨水：
②在含Al3+的溶液中加入过量的氨水：
③在含Fe3+的溶液中加入过量的氨水：
④在含Zn2+的溶液中加入过量的氨水：
⑤在含Cu2+的溶液中加入过量的氨水：
⑥在含Ag+的溶液中加入过量的氨水：
练习：
1、下列说法正确的是（）
A、用过量的氨水可将Fe3+与Al3+分离
B、多数配离子能存在于水溶液中
C、配合物中配体的数目称为配位数
D、所有的配合物都包括内界和外界两部分
2、下列有关说法中，正确的是（）
A、除去硫酸锌溶液中的硫酸铜，可加入过量的氨水
B、在氯化铁和硫氰化钾混合溶液中加入过量铁粉，充分搅拌后，溶液褪色
C、极性分子中不可能含有非极性键
D、CH4、C2H4、C2H2分子中，C原子的杂化类型分别为sp、sp2、sp3
3、实验测得HClO4·H2O的结构为H3O+ClO4-，下列叙述中，不符合这种结构的是（）
A、HClO4与H2O通过范德华力结合B、HClO4与H2O通过氢键结合
C、含有配位键D、含有4个相同的共价键
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