專題4分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)考點(diǎn)1雜化軌道理論為了解釋CH4等分子的空間構(gòu)型，美國(guó)化學(xué)家鮑林于1931年提出了雜化軌道理論。1．雜化軌道理論的要點(diǎn)(1)原子軌道的雜化只有在形成分子的過(guò)程中才會(huì)發(fā)生，孤立的原子是不可能發(fā)生雜化的。(2)雜化前后軌道數(shù)目不變。(3)只有能量相近的軌道才能雜化(如2s和2p)。(4)雜化軌道成鍵時(shí)要滿足化學(xué)鍵間最小排斥原理。雜化軌道間的夾角決定分子空間構(gòu)型。(5)雜化軌道所形成的化學(xué)鍵全部為σ鍵。2．雜化軌道及成鍵規(guī)律（1）當(dāng)雜化軌道數(shù)目等于成鍵軌道數(shù)目時(shí)，雜化軌道全部參與成鍵，成鍵類型是σ鍵，分子的空間構(gòu)型與雜化軌道的空間構(gòu)型一致。（2）當(dāng)雜化軌道數(shù)目大于成鍵軌道數(shù)目時(shí)，分子中存在孤電子對(duì)，對(duì)成鍵電子對(duì)產(chǎn)生排斥作用，使鍵角增大，分子的空間構(gòu)型與雜化軌道的空間構(gòu)型不同。（3）若未雜化的軌道上有成單電子，則形成π鍵?？键c(diǎn)2雜化軌道理論與分子的結(jié)構(gòu)1．sp3雜化與CH4分子的空間構(gòu)型(1)雜化軌道的形成碳原子2s軌道上的1個(gè)電子進(jìn)入2p空軌道，1個(gè)2s軌道和3個(gè)2p軌道“混合”，形成能量相等、成分相同的4個(gè)sp3雜化軌道?；鶓B(tài)原子軌道激發(fā)態(tài)原子軌道雜化軌道sp3雜化軌道的空間構(gòu)型4個(gè)sp3雜化軌道在空間呈正四面體形，軌道之間的夾角為109°28'，每個(gè)軌道上都有一個(gè)未成對(duì)電子。(2)共價(jià)鍵的形成碳原子的4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)氫原子的1s軌道重疊，形成4個(gè)相同的σ鍵。(3)CH4分子的空間構(gòu)型CH4分子為空間正四面體結(jié)構(gòu)，分子中C—H鍵之間的夾角都是109°28′。(4)正四面體結(jié)構(gòu)的分子或離子的中心原子，一般采用sp3雜化軌道形成共價(jià)鍵，如CCl4、NH4+等。金剛石中的碳原子、晶體硅和石英（SiO2）晶體中的硅原子也是采用sp3雜化軌道形成共價(jià)鍵的。2．sp2雜化與BF3分子的空間構(gòu)型(1)sp2雜化軌道的形成硼原子2s軌道上的1個(gè)電子進(jìn)入2p軌道。1個(gè)2s軌道和2個(gè)2p軌道發(fā)生雜化，形成能量相等、成分相同的3個(gè)sp2雜化軌道。硼原子的3個(gè)sp2雜化軌道呈平面三角形，3個(gè)sp2雜化軌道間的夾角為120°。(2)共價(jià)鍵的形成硼原子的3個(gè)sp2雜化軌道分別與3個(gè)氟原子的1個(gè)2p軌道重疊，形成3個(gè)相同的σ鍵。(3)BF3分子的空間構(gòu)型BF3分子的空間構(gòu)型為平面三角形，鍵角為120°。3．sp雜化與BeCl2分子的空間構(gòu)型(1)雜化軌道的形成Be原子2s軌道上的1個(gè)電子進(jìn)入2p軌道，1個(gè)2s軌道和1個(gè)2p軌道發(fā)生雜化，形成能量相等、成分相同的2個(gè)sp雜化軌道。Be原子的sp雜化軌道呈直線形，其夾角為180°。(2)共價(jià)鍵的形成Be原子的2個(gè)sp雜化軌道分別與2個(gè)Cl原子的1個(gè)3p軌道重疊形成2個(gè)相同的σ鍵。(3)BeCl2分子的空間構(gòu)型BeCl2分子為空間構(gòu)型為直線形，分子中Be—Cl鍵之間的夾角為180°。考點(diǎn)3乙烷、乙烯、乙炔分子的成鍵情況1．乙烷分子的成鍵情況(1)碳原子的雜化方式：碳原子為sp3雜化，形成4個(gè)sp3雜化軌道。(2)成鍵情況及空間結(jié)構(gòu)每個(gè)碳原子的sp3雜化軌道分別與3個(gè)氫原子的1s軌道形成3個(gè)C-Hσ鍵（sp3—s），與另一個(gè)碳原子sp3軌道形成1個(gè)C-Cσ鍵（sp3—sp3）。每個(gè)C原子與3個(gè)H原子和1個(gè)C原子形成四面體結(jié)構(gòu)。2．乙烯分子的成鍵情況(1)碳原子的雜化方式：碳原子為sp2雜化，形成3個(gè)sp2雜化軌道。(2)成鍵方式和空間構(gòu)型：每個(gè)碳原子的sp2雜化軌道分別與2個(gè)氫原子的1s軌道形成2個(gè)C-Hσ鍵（sp2—s），與另一個(gè)碳原子的sp2雜化軌道形成C-Cσ鍵（sp2—sp2）。2個(gè)碳原子未雜化的2p軌道形成1個(gè)π鍵。乙烯分子的空間構(gòu)型為平面結(jié)構(gòu)。(3)C=C、C=O、石墨、苯環(huán)中的碳原子，都是sp2雜化。3．乙炔分子的成鍵情況(1)碳原子的雜化方式：碳原子為sp雜化，形成2個(gè)sp雜化軌道。(2)成鍵方式和空間構(gòu)型：每個(gè)碳原子的sp雜化軌道分別與1個(gè)氫原子的1s軌道形成2個(gè)C-Hσ鍵（sp—s），與另一個(gè)碳原子的sp雜化軌道形成C-Cσ鍵（sp—sp）。碳原子未雜化的2p軌道兩兩形成2個(gè)π鍵。乙炔分子的空間構(gòu)型為直線形。(3)C≡C、C≡N、CO2中的碳原子，都是sp雜化?？键c(diǎn)4用雜化軌道理論解釋H2O和NH3分子的空間構(gòu)型1．H2O分子的空間構(gòu)型H2O中O原子的sp3雜化軌道H2O的空間構(gòu)型(1)雜化軌道類型：O原子上的1個(gè)2s軌道與3個(gè)2p軌道混合，形成4個(gè)sp3化軌道，雜化軌道的空間構(gòu)型是正四面體形。(2)成鍵情況：O原子的2個(gè)sp3雜化軌道分別與H原子的1s軌道重疊，形成2個(gè)σ鍵，2對(duì)孤電子對(duì)沒(méi)有參加成鍵。(3)空間構(gòu)型：由于孤電子對(duì)—成鍵電子對(duì)的排斥作用>成鍵電子對(duì)—成鍵電子對(duì)作用，使鍵角小于109°28'。H2O分子的空間構(gòu)型為V形，鍵角為104°30'。2．NH3的空間構(gòu)型NH3中N原子的sp3雜化軌道NH3的空間構(gòu)型(1)雜化軌道類型：N原子上的1個(gè)2s軌道與3個(gè)2p軌道混合，形成4個(gè)sp3雜化軌道，該雜化軌道的空間構(gòu)型是正四面體形。(2)成鍵情況：N原子的3個(gè)sp3雜化軌道分別與H原子的1s軌道重疊，形成3個(gè)σ鍵，1對(duì)孤電子對(duì)沒(méi)有參加成鍵。(3)空間構(gòu)型：NH3分子的空間構(gòu)型為三角錐形，鍵角為107°18'。3．CH4、NH3、H2O的雜化方式和空間結(jié)構(gòu)比較CH4NH3H2O中心原子的雜化方式sp3sp3sp3分子空間構(gòu)型正四面體三角錐V形中心原子孤電子對(duì)數(shù)012鍵角109°28'107°18'104°30'當(dāng)中心原子的雜化軌道數(shù)上存在孤電子對(duì)時(shí)，分子的空間構(gòu)型與雜化軌道的空間構(gòu)型不同。三個(gè)分子的中心原子的雜化方式相同，中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)越多，鍵角越小。考點(diǎn)5分子空間構(gòu)型與雜化軌道的關(guān)系1．全部為σ鍵的分子空間構(gòu)型與雜化類型中心原子的雜化類型雜化軌道數(shù)雜化軌道空間構(gòu)型成鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)分子的空間構(gòu)型實(shí)例分子式結(jié)構(gòu)式sp2直線形20直線形BeCl2Cl—Be—Clsp23平面三角形30平面三角形BF321V形——sp34正四面體形40正四面體型CH431三角錐型NH322V形H2O2．含σ鍵和π鍵的分子空間構(gòu)型與雜化類型物質(zhì)結(jié)構(gòu)式雜化軌道類型分子中共價(jià)鍵數(shù)鍵角分子的空間構(gòu)型甲醛sp23個(gè)σ鍵1個(gè)π鍵約120°平面三角形乙烯5個(gè)σ鍵1個(gè)π鍵120°平面形氫化氰sp2個(gè)σ鍵2個(gè)π鍵180°直線形乙炔3個(gè)σ鍵2個(gè)π鍵180°直線形考點(diǎn)6價(jià)層電子對(duì)互斥模型1．價(jià)層電子對(duì)互斥模型的基本要點(diǎn)（1）價(jià)電子對(duì)：包括孤電子對(duì)和成鍵電子對(duì)，即價(jià)電子對(duì)數(shù)=成鍵電子對(duì)數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)。在價(jià)層電子對(duì)互斥模型中，成鍵電子對(duì)數(shù)等于成鍵數(shù)目，不用區(qū)別單鍵還是雙鍵。（2）價(jià)電子對(duì)的幾何構(gòu)型：分子中的價(jià)電子對(duì)由于相互排斥作用，而趨向于盡可能彼此遠(yuǎn)離以減小斥力，分子盡可能采取對(duì)稱的空間構(gòu)型。價(jià)電子對(duì)數(shù)分別為2、3、4時(shí)，價(jià)電子對(duì)的幾何分布分別為直線形、平面三角形、正四面體結(jié)構(gòu)。2．ABm型分子的價(jià)電子對(duì)數(shù)的計(jì)算方法對(duì)于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子的價(jià)電子對(duì)數(shù)可以通過(guò)下式確定：價(jià)電子對(duì)數(shù)目(n)=eq\f(中心原子的價(jià)電子數(shù)+每個(gè)配位原子提供的價(jià)電子數(shù)×m,2)（1）中心原子的價(jià)電子數(shù)=最外層電子數(shù)；（2）配位原子提供的價(jià)電子數(shù)：①鹵素原子、氫原子按提供1個(gè)價(jià)電子數(shù)計(jì)算。如PCl5中n=eq\f(5+1×5,2)=5。②O、S作為配位原子時(shí)按不提供價(jià)電子計(jì)算。（3）對(duì)于復(fù)雜離子，在計(jì)算價(jià)電子對(duì)數(shù)時(shí)，還應(yīng)加上或減去離子所帶的電荷數(shù)。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個(gè)電子，即出現(xiàn)奇數(shù)電子，也把這個(gè)單電子當(dāng)作1對(duì)電子處理。如NO2中n=eq\f(5+0×2,2)=3。3．價(jià)電子對(duì)數(shù)與中心原子的雜化軌道類型（1）價(jià)電子對(duì)數(shù)相同，中心原子的雜化軌道類型相同，價(jià)電子對(duì)分布的幾何構(gòu)型相同。即價(jià)電子對(duì)數(shù)=雜化軌道數(shù)。（2）CH4、NH3、H2O分子的價(jià)電子對(duì)數(shù)都是4，中心原子的雜化軌道數(shù)目為4，雜化類型為sp3雜化，價(jià)電子對(duì)分布的幾何構(gòu)型為正四面體?？键c(diǎn)7用價(jià)層電子對(duì)互斥模型推測(cè)分子空間構(gòu)型1．價(jià)電子對(duì)數(shù)與配位原子數(shù)目相等的ABm型分子的幾何構(gòu)型對(duì)于價(jià)層電子對(duì)全是成鍵電子對(duì)的分子，價(jià)電子對(duì)的幾何構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型是一致的。價(jià)電子對(duì)數(shù)價(jià)電子對(duì)的幾何構(gòu)型分子的空間構(gòu)型實(shí)例2直線形直線形CO2、BeCl2、CS23平面三角形平面三角形BF3、SO34正四面體結(jié)構(gòu)正四面體結(jié)構(gòu)CH4、CCl42．孤電子對(duì)數(shù)≠0的分子空間構(gòu)型（1）孤電子對(duì)、成鍵電子對(duì)之間斥力大小的順序?yàn)椋汗码娮訉?duì)與孤電子對(duì)之間的斥力>孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間的斥力>成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間的斥力。（2）填寫下表：分子價(jià)電子對(duì)數(shù)成鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)分子的空間構(gòu)型鍵角同類型分子CH4440正四面體109.5°SiH4、CCl4NH3431三角錐107.3°NF3、PCl3H2O422V形104.5°H2S、SCl2考點(diǎn)8等電子原理1．等電子原理具有相同價(jià)電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征。符這一原理稱為“等電子原理”。等電子體的價(jià)電子總數(shù)相同，而組成原子的核外電子總數(shù)不一定相同。2．等電子體實(shí)例原子10電子N2、CO、NO+、Ceq\o\al(2－,2)、CNˉ三鍵二原子11電子NO、Oeq\o\al(+,2)二原子14電子F2、Oeq\o\al(2－,2)三原子16電子CO2、CS2、N2O、NOeq\o\al(+,2)、N3ˉ、SCN-直線形三原子18電子O3、SO2、NOeq\o\al(-,2)V形四原子24電子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電子NF3、PCl3、SOeq\o\al(2－,3)、ClO3-三角錐五原子32電子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)正四面體3．等電子原理的應(yīng)用(1)判斷一些簡(jiǎn)單分子或離子的立體結(jié)構(gòu)：SiCl4、SiOeq\o\al(4－,4)、SOeq\o\al(2－,4)互為等電子體，空間結(jié)構(gòu)為正四面體。(2)判斷分子的結(jié)構(gòu)性質(zhì)：CO和N2，它們的分子中價(jià)電子總數(shù)是10，都形成1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵，CO的結(jié)構(gòu)式為C≡O(shè)，CO和N2鍵能都較大，性質(zhì)也相似。(3)等電子原理在制造新材料方面的應(yīng)用：晶體硅、鍺、磷化鋁（AlP）、砷化鎵（GaAs）互為等電子體，都是良好的半導(dǎo)體材料?？键c(diǎn)9分子的極性1．極性分子和非極性分子（1）極性分子：正電荷重心和負(fù)電荷重心不相重合的分子。（2）非極性分子：正電荷重心和負(fù)電荷重心相重合的分子。2．分子的極性對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響（1）分子的極性對(duì)物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解性等物理性質(zhì)有顯著的影響。一般情況下，極性分子的熔、沸點(diǎn)比非極性分子的熔、沸點(diǎn)高。（2）相似相溶規(guī)則：一般情況下，由極性分子構(gòu)成的物質(zhì)易溶于極性溶劑，如NH3易溶于水；由非極性分子構(gòu)成的物質(zhì)易溶于非極性溶劑，如I2易溶于CCl4。考點(diǎn)10分子極性的判斷方法1．雙原子分子分子的極性取決于成鍵原子之間的共價(jià)鍵是否有極性。(1)單質(zhì)分子由同種元素組成，原子之間以非極性鍵結(jié)合，是非極性分子。(2)化合物由不同種元素組成，原子之間以極性鍵結(jié)合，是極性分子。2．多原子分子(1)分子的極性取決于分子的空間構(gòu)型，與鍵的極性無(wú)關(guān)。①若分子的空間構(gòu)型是對(duì)稱的，則是非極性分子，例：CH4、CO2、BF3；②若分子的空間構(gòu)型是不對(duì)稱的，則是極性分子，例：NH3、H2O、CCl3F、CH2Cl2。③只含有非極性鍵的雙原子分子或多原子分子大多數(shù)是非極性分子。如O2、H2、P4、C60。(2)ABm型分子的極性①空間構(gòu)型為直線形、平面三角形、正四面體型，為非極性分子；空間構(gòu)型為V形、三角錐型，為極性分子。②中心原子的價(jià)電子對(duì)有不參與成鍵，即存在孤電子對(duì)，分子的空間構(gòu)型不對(duì)稱的，為極性分子。(3)不是ABm型分子，一般是極性分子?？键c(diǎn)11手性分子1．手性異構(gòu)體和手性分子組成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一樣互為鏡像，在三維空間里不能重疊，這對(duì)分子互稱手性異構(gòu)體。含有手性異構(gòu)體的分子稱為手性分子。2．手性碳原子當(dāng)四個(gè)不同的原子或基團(tuán)連接在同一碳原子上時(shí)，形成的化合物存在手性異構(gòu)體。其中，連接四個(gè)不同的原子或基團(tuán)的碳原子稱為手性碳原子。一對(duì)手性異構(gòu)體的物理性質(zhì)基本相同，但它們的旋光性和生理作用往往不同。3．手性分子的確定(1)觀察實(shí)物與其鏡像能否重合，如果不能重合，說(shuō)明是手性分子。如圖：(2)有機(jī)物分子中如果有一個(gè)手性碳原子，則該有機(jī)物分子就是手性分子，具有手性異構(gòu)體。4．手性碳原子的確定(1)判斷一種有機(jī)物是否具有手性碳原子，就看該有機(jī)物含有的碳原子是否連有四個(gè)互不相同的原子或基團(tuán)。如：，R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基團(tuán)，中心碳原子即為手性碳原子。如其中*C即為手性碳原子。具有手性異構(gòu)的分子都具有特殊的光學(xué)性質(zhì)。(2)不飽和碳原子(如碳碳雙鍵、—C≡C—等中的碳原子)一定不是手性碳原子?？键c(diǎn)12配合物的形成1．【實(shí)驗(yàn)探究】銅氨配合物的形成過(guò)程（1）操作步驟：（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：三支試管中先生成藍(lán)色沉淀，隨濃氨水的滴入，沉淀逐漸溶解，最后變?yōu)樯钏{(lán)色溶液。（3）反應(yīng)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：由提供孤電子對(duì)的分子或離子（稱為配位體）與接受孤電子對(duì)的原子或離子（稱為中心原子）以配位鍵結(jié)合形成的化合物。(2)組成：①內(nèi)界和外界中心原子與配位體以配位鍵結(jié)合，形成配合物的內(nèi)界。配合物的內(nèi)界可以是離子，也可以是分子。與配合物內(nèi)界結(jié)合的離子，稱為配合物的外界。②中心原子（離子）和配位體中心原子是指提供空軌道的原子或離子，配位體是指提供孤電子對(duì)的分子或離子。③配位原子和配位數(shù)配位原子是指配位體中提供孤電子對(duì)的原子，配位數(shù)是指形成配位鍵的個(gè)數(shù)。(3)形成條件①配位體有孤電子對(duì)，如中性分子H2O、NH3、CO等；離子有F－、Cl－、CN－等。②中心原子有空軌道，如Fe3＋、Cu2＋、Ag＋、Zn2＋等。3．配合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）配合物整體(包括內(nèi)界和外界)顯電中性，外界離子所帶電荷總數(shù)等于配離子的電荷數(shù)。如K3[Fe(CN)6]，外界總電荷數(shù)為+3，內(nèi)界為-3，又知CN-為-1價(jià)，中心原子Fe為+3價(jià)。（2）一個(gè)中心原子(離子)可同時(shí)結(jié)合多種配位體。如[Cr(H2O)5Cl]Cl（3）配合物的內(nèi)界不僅可為陽(yáng)離子、陰離子，還可以是中性分子。如K3[Fe(CN)6]，內(nèi)界為[Fe(CN)6]3-，F(xiàn)e(CO)5為電中性，沒(méi)有外界。（4）對(duì)于具有內(nèi)外界的配合物，中心原子和配位體通過(guò)配位鍵結(jié)合，一般很難發(fā)生解離；內(nèi)、外界之間以離子鍵結(jié)合，在水溶液中較易電離?？梢酝ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)方法確定有些配合物的內(nèi)界和外界，如[Co(N