《制作分子的空間結(jié)構(gòu)模型》【研究目的】實(shí)物模型可以建立對(duì)分子的空間結(jié)構(gòu)的直觀認(rèn)識(shí)，通過借助實(shí)物搭建分子的空間結(jié)構(gòu)模型的活動(dòng)，使抽象性極強(qiáng)的分子結(jié)構(gòu)直觀化?！狙芯咳蝿?wù)】用橡皮泥或黏土和牙簽等材料制作下列分子的空間結(jié)構(gòu)模型。分子鍵長/pm鍵角H274—Cl2198—H2O96105°CO2116180°NH3101107°CH4109109°28′【結(jié)果與討論】1.什么是鍵長？鍵角？能說H2、Cl2的鍵角為180°嗎？答案鍵長是構(gòu)成化學(xué)鍵的兩個(gè)原子的核間距；在多原子分子中，兩個(gè)相鄰共價(jià)鍵之間的夾角稱為鍵角。不能說H2、Cl2的鍵角為180°，因?yàn)樗鼈兪请p原子分子，只有一個(gè)共價(jià)鍵。2.鍵長、鍵能的大小和分子的穩(wěn)定性有什么關(guān)系？答案鍵長越短，鍵能越大，分子越穩(wěn)定。3.中心原子同是sp3的分子，鍵角和孤電子對(duì)的多少有什么關(guān)系。答案孤電子對(duì)數(shù)越多，排斥作用越強(qiáng)，鍵角越小。4.將形狀、大小相同的4個(gè)氣球用橡皮筋扎在一起，這4個(gè)氣球是一個(gè)什么樣的狀態(tài)？答案呈四面體狀態(tài)。1.從鍵長的角度來判斷下列共價(jià)鍵中最穩(wěn)定的是A.H—F B.N—HC.C—H D.S—H理解應(yīng)用解析原子半徑越小，與氫化合形成的化學(xué)鍵鍵長越短，鍵能越大，鍵越穩(wěn)定。√2.下列分子中鍵角最大的是A.CH4

B.NH3

C.H2O D.CO2√解析CH4分子為正四面體結(jié)構(gòu)，鍵角為109°28′，NH3分子為三角錐形，鍵角為107°，H2O分子為V形，鍵角為105°，CO2分子為直線形，鍵角為180°。3.實(shí)驗(yàn)測得四種結(jié)構(gòu)相似的單質(zhì)分子的鍵能、鍵長的數(shù)據(jù)如下：

A—AB—BC—CD—D鍵長/(10－10m)a0.74c1.98鍵能/(kJ·mol－1)193b151d已知D2分子的穩(wěn)定性大于A2，則a>_______；d>______；比較a、c的大小______；比較b、d的大小______。解析結(jié)構(gòu)相似的單質(zhì)分子中，鍵長越短，鍵能越大，分子越穩(wěn)定。1.98193a<cb>d專題一原子雜化類型和分子空間結(jié)構(gòu)的判斷典例1(1)磷酸根離子的空間結(jié)構(gòu)為

,其中P的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為

、雜化軌道類型為

。

(2)氨硼烷在催化劑作用下水解釋放氫氣:

的結(jié)構(gòu)為

。在該反應(yīng)中,B原子的雜化軌道類型由

變?yōu)?/p>

。

(3)(2019·全國Ⅰ卷)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機(jī)化合物,分子中氮、碳的雜化類型分別是

、

。

(4)(2018·全國Ⅰ卷)LiAlH4是有機(jī)合成中常用的還原劑,LiAlH4中的陰離子空間結(jié)構(gòu)是

、中心原子的雜化形式為

。

(5)(2018·全國Ⅱ卷)①根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型,H2S、SO2、SO3的氣態(tài)分子中,中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)不同于其他分子的是

。

②氣態(tài)三氧化硫以單分子形式存在,其分子的空間結(jié)構(gòu)為

形,固體三氧化硫中存在如圖所示的三聚分子,該分子中S原子的雜化軌道類型為

。

答案

(1)正四面體4

sp3

(2)sp3

sp2

(3)sp3

sp3

(4)正四面體sp3

(5)①H2S

②平面三角sp3解析

(1)的中心原子P的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,孤電子對(duì)數(shù)為0,中心原子P為sp3雜化,故

的空間結(jié)構(gòu)為正四面體。(2)NH3BH3中B形成4個(gè)σ鍵,為sp3雜化,中B形成3個(gè)σ鍵,為sp2雜化。(3)乙二胺中N形成3個(gè)單鍵,含有1對(duì)孤電子對(duì),屬于sp3雜化;C形成4個(gè)單鍵,不存在孤電子對(duì),也是sp3雜化。思維建模

判斷分子空間結(jié)構(gòu)及中心原子雜化類型的方法判斷分子或離子的空間結(jié)構(gòu)時(shí),要能夠正確計(jì)算價(jià)層電子對(duì)數(shù):一是運(yùn)用計(jì)算式推導(dǎo)出價(jià)層電子對(duì)數(shù)。二是看配位原子數(shù);如下表:價(jià)層電子對(duì)數(shù)雜化類型配位原子數(shù)孤電子對(duì)數(shù)價(jià)電子對(duì)空間結(jié)構(gòu)分子空間結(jié)構(gòu)實(shí)例2sp20直線形直線形BeCl23sp230三角形三角形BF321V形SnBr24sp340四面體形正四面體形CH431三角錐形NH322V形H2O對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練

1-1下列分子中,中心原子雜化軌道類型相同,分子的空間結(jié)構(gòu)也相同的是(

)A.H2O、SO2 B.BeCl2、CO2C.H2O、NH3 D.NH3、CH2O答案

B解析

各選項(xiàng)分子中中心原子的雜化軌道類型和分子空間結(jié)構(gòu)分別為:A項(xiàng),H2O分子中心原子采取sp3雜化,V形;SO2分子中心原子采取sp2雜化,V形。B項(xiàng)中BeCl2和CO2分子中心原子都是采取sp雜化,直線形。C項(xiàng),NH3分子中心原子采取sp3雜化,三角錐形;H2O分子中心原子采取sp3雜化,V形。D項(xiàng),CH2O分子中心原子采取sp2雜化,平面三角形;NH3分子中心原子采取sp3雜化,三角錐形。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練

1-2按要求完成下列空白。(1)硫酸鎳溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4藍(lán)色溶液。[Ni(NH3)6]SO4中陰離子的空間結(jié)構(gòu)是

。

(2)①碳在形成化合物時(shí),其鍵型以共價(jià)鍵為主,原因是

。

②CS2分子中,共價(jià)鍵的類型有

,C原子的雜化軌道類型是

。

(3)A、B、C、D為原子序數(shù)依次增大的四種元素,A2-和B+具有相同的電子構(gòu)型;C、D為同周期元素,C核外電子總數(shù)是最外層電子數(shù)的3倍;D元素最外層有一個(gè)未成對(duì)電子?；卮鹣铝袉栴}:①C和D反應(yīng)可生成組成比為1∶3的化合物E,E的空間結(jié)構(gòu)為

,中心原子的雜化軌道類型為

。

②化合物D2A的空間結(jié)構(gòu)為

,中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為

。

答案

(1)正四面體(2)①C有4個(gè)價(jià)電子且半徑小,難以通過得或失電子達(dá)到穩(wěn)定電子結(jié)構(gòu)②σ鍵和π鍵sp(3)①三角錐形sp3

②V形4解析

(1)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型,中S原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,孤電子對(duì)數(shù)為

(6+2-4×2)=0,其空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。(2)①碳原子核外最外層有4個(gè)電子,在化學(xué)反應(yīng)中很難失去4個(gè)電子形成陽離子,也很難得到4個(gè)電子形成陰離子。因此,碳在形成化合物時(shí),主要通過共用電子對(duì)形成共價(jià)鍵。②CS2分子中存在σ鍵和π鍵。CS2分子中,C原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2,雜化軌道類型為sp。(3)C核外電子總數(shù)是最外層電子數(shù)的3倍,則C為P元素。A、B的原子序數(shù)小于C,且A2-和B+具有相同的電子構(gòu)型,則A為O元素,B為Na元素。C、D為同周期元素,且D元素最外層有一個(gè)未成對(duì)電子,則D為Cl元素。①P和Cl元素形成的組成比為1∶3的化合物E為PCl3,中心原子P形成3個(gè)σ鍵且含有1對(duì)未成鍵的孤電子對(duì),故P原子采取sp3雜化,分子空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。②化合物D2A為Cl2O,其中O原子形成2個(gè)σ鍵且含有2對(duì)未成鍵的孤電子對(duì),則O原子采取sp3雜化,故Cl2O為V形結(jié)構(gòu),中心原子O的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4。專題二分子間作用力對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響典例2按要求完成以下各題。(1)(2020山東等級(jí)考)NH3、PH3、AsH3的沸點(diǎn)由高到低的順序?yàn)?/p>

(填化學(xué)式,下同),還原性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?/p>

,鍵角由大到小的順序?yàn)?/p>

。

(2)(2019全國Ⅱ卷)元素As與N同族。預(yù)測As的氫化物分子的空間結(jié)構(gòu)為

,其沸點(diǎn)比NH3的

(填“高”或“低”),其判斷理由是

。

(3)(2019全國Ⅲ卷)苯胺()與甲苯()的相對(duì)分子質(zhì)量相近,但苯胺的熔點(diǎn)(-5.9℃)、沸點(diǎn)(184.4℃)分別高于甲苯的熔點(diǎn)(-95.0℃)、沸點(diǎn)(110.6℃),原因是

。

(4)ZnF2為離子化合物,ZnF2不溶于有機(jī)溶劑而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能夠溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑,原因是

。

(5)我國科學(xué)家最近成功合成了世界上首個(gè)五氮陰離子鹽(N5)6(H2O)3(NH4)4Cl(用R代表)。圖中虛線代表氫鍵,其表示式為()N—H…Cl、

、

。

答案

(1)NH3、AsH3、PH3

AsH3、PH3、NH3

NH3、PH3、AsH3(2)三角錐形低NH3分子間存在氫鍵(3)苯胺分子之間存在氫鍵(4)ZnF2為離子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化學(xué)鍵以共價(jià)鍵為主、極性較小(5)(H3O+)O—H…N()

()N—H…N()解析

(1)NH3分子間存在氫鍵,氮元素的氫化物NH3比同主族的P、As元素的氫化物PH3、AsH3的沸點(diǎn)要高,而PH3、AsH3中均不存在分子間氫鍵,故影響PH3、AsH3沸點(diǎn)的因素為范德華力,相對(duì)分子質(zhì)量越大,沸點(diǎn)越高,則沸點(diǎn)由高到低的順序?yàn)镹H3、AsH3、PH3。通常同主族元素隨著原子序數(shù)的遞增,氣態(tài)氫化物的還原性逐漸增強(qiáng),則還原性由強(qiáng)到弱的順序是AsH3、PH3、NH3。同主族元素,隨著原子序數(shù)的遞增,電負(fù)性逐漸減弱,則其氣態(tài)氫化物中的成鍵電子對(duì)逐漸遠(yuǎn)離中心原子,致使成鍵電子對(duì)的排斥力降低,鍵角逐漸減小,故鍵角由大到小的順序是NH3、PH3、AsH3。(2)As與N同族,則AsH3分子的空間結(jié)構(gòu)類似于NH3,為三角錐形;由于NH3分子間存在氫鍵,使沸點(diǎn)升高,故AsH3的沸點(diǎn)較NH3低。(3)苯胺分子中有N元素,可以形成分子間氫鍵。(4)由電負(fù)性:F>Cl>Br>I,結(jié)合4種物質(zhì)溶解性的差別可推知溶解性不同的原因是ZnF2為離子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化學(xué)鍵以共價(jià)鍵為主,且極性較小。(5)由題圖知還存在氫鍵(H3O+)O—H…N()、()N—H…N()。思維建模

分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)“原因解釋”型解題模型

規(guī)律總結(jié)

1.范德華力對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響范德華力是普遍存在于分子間的作用力,其強(qiáng)度比化學(xué)鍵弱,對(duì)物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和硬度有影響,范德華力越大,熔、沸點(diǎn)越高,硬度越大。一般來講,組成和結(jié)構(gòu)相似的分子,相對(duì)分子質(zhì)量越大,范德華力越大;分子的極性越大,范德華力越大。2.氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響

對(duì)物質(zhì)熔、沸點(diǎn)的影響(1)含有分子間氫鍵的物質(zhì),熔、沸點(diǎn)往往比同系列氫化物的熔、沸點(diǎn)高,如ⅤA、ⅥA、ⅦA三個(gè)主族中NH3、H2O和HF的熔、沸點(diǎn)反常高。(2)含有分子內(nèi)氫鍵的物質(zhì),熔、沸點(diǎn)一般會(huì)有所降低,如有分子內(nèi)氫鍵的鄰硝基苯酚熔點(diǎn)比有分子間氫鍵的間硝基苯酚熔點(diǎn)和對(duì)硝基苯酚熔點(diǎn)都要低對(duì)溶解度的影響在極性溶劑中,如果溶質(zhì)分子與溶劑分子之間可以形成氫鍵,則溶質(zhì)的溶解度增大,如HF和NH3在水中的溶解度比較大。而溶質(zhì)分子內(nèi)如果能夠形成氫鍵,它在極性溶劑中的溶解度則會(huì)有所降低對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練

2-1下列說法正確的是(

)A.HF的穩(wěn)定性很強(qiáng),是因?yàn)镠F分子之間能形成氫鍵B.水結(jié)成冰時(shí),H—O的鍵長變長,密度減小C.含氫元素的化合物中一定有氫鍵D.能與水分子形成氫鍵的物質(zhì)易溶于水答案

D解析

氫鍵是一種相對(duì)較強(qiáng)的分子間作用力,它主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì),如熔沸點(diǎn)、密度、溶解度等,而分子的穩(wěn)定性由分子內(nèi)共價(jià)鍵的強(qiáng)弱決定,與氫鍵無關(guān),A項(xiàng)錯(cuò)誤。在冰中,水分子之間以氫鍵結(jié)合,形成比較疏松的晶體,在晶體結(jié)構(gòu)中有許多空隙,造成冰的密度比水的密度小,B項(xiàng)錯(cuò)誤。形成氫鍵必須有電負(fù)性很大的非金屬元素的原子,如N、O、F,C項(xiàng)錯(cuò)誤。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練

2-2按要求填空。(1)硫的氫化物的沸點(diǎn)低于與其組成相似的氧的氫化物,其原因是

。

(2)Ge與C是同族元素,C原子之間可以形成雙鍵、三鍵,但Ge原子之間難以形成雙鍵或三鍵。從原子結(jié)構(gòu)角度分析,原因是

。

(3)氨的沸點(diǎn)

(填“高于”或“低于”)膦(PH3),原因是

;氨是

(填“極性”或“非極性”)分子,中心原子的軌道雜化類型為

。

(4)①關(guān)于下列分子的說法不正確的是

。

A.既有σ鍵又有π鍵B.O—H的極性強(qiáng)于C—H的極性C.是非極性分子D.該物質(zhì)的分子之間不能形成氫鍵,但它可以與水分子形成氫鍵②下列說法正確的是

。

A.HOCH2CH(OH)CH2OH與CH3CHClCH2CH3都是手性分子B.和CH4的空間結(jié)構(gòu)相似C.BF3與

都是平面形分子D.CO2和H2O都是直線形分子答案

(1)H2S分子間不能形成氫鍵,H2O分子間可以形成氫鍵(2)Ge原子半徑大,原子間形成的σ單鍵較