专题4 分子空间结构与物质性质 专题整体教学设计与验收评价（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修2（苏教版2019）

专题整体教学设计与验收评价 目录 一、主干知识——在微点判断中澄清 二、综合思维——在知识融会中贯通 三、迁移应用——在课题活动中践行 2 在微点判断中澄清 一、主干知识 1.判断下列有关杂化轨道理论叙述的正误 (1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同( ) (2)杂化轨道的键角与分子内的键角不一定相同( ) (3)只要分子的空间结构为平面三角形,中心原子均为sp2杂化( ) (4)杂化方式相同的分子,空间结构一定相同( ) √ √ √ × (5)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体( ) (6)凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键( ) (7)H2S分子中,S为sp杂化,为直线形( ) × × × 2.判断下列有关价层电子对互斥模型叙述的正误 (1)孤电子对的排斥力大于σ键电子对的排斥力( ) (2)所有的三原子分子都是直线形结构( ) (3)SO2与CO2分子的组成相似,故它们的空间结构相同( ) (4)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br键的键角小于180° ( ) √ × × √ (5)只有原子数目和价电子总数相同的分子才是等电子体( ) (6)互为等电子体的物质,物理性质、化学性质都相似( ) (7)N2与CO、CO2与COS均互为等电子体( ) × × √ 3.判断下列有关分子空间结构叙述的正误 (1)三原子分子的空间结构都是V形( ) (2)四面体结构的微粒键角都是109°28' ( ) (3)三角锥形的分子键角都是107° ( ) (4)若中心原子价层电子全部参与成键时,则VSEPR模型与其空间结构一致( ) × × × √ (5)六氟化硫分子的空间结构呈正八面体形,其中心原子的价层电子对数为4( ) (6) 为四角锥结构,中心原子I没有孤电子对( ) × × 4.判断下列有关分子性质叙述的正误 (1)范德华力与氢键可同时存在于分子之间( ) (2)范德华力的实质也是一种电性作用,所以范德华力是一种特殊的化学键( ) (3)CO2溶于水和干冰升华都只有分子间作用力改变( ) (4)分子的稳定性与分子间作用力的大小无关( ) √ × × √ (5)H2O2分子间存在氢键 ( ) (6)分子间氢键的形成除使物质的熔、沸点升高外,对物质的溶解、电离等也都有影响( ) (7)以非极性键结合的双原子分子一定是非极性分子( ) (8)以极性键结合的分子一定是极性分子( ) √ √ √ × (9)非极性分子只能是双原子单质分子 ( ) (10)既含极性键又含非极性键的分子一定是极性分子( ) (11)根据相似相溶规则,碘单质在水中的溶解度很小,但在CCl4中的溶解度很大( ) (12)乳酸(CH3—CHOH—COOH)中含有手性碳原子 ( ) × × √ √ 5.判断下列有关配合物叙述的正误 (1)配位键实质上是一种特殊的共价键( ) (2)提供孤电子对的微粒既可以是分子,也可以是离子( ) (3)有配位键的化合物就是配位化合物( ) (4)配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2中的Cl-均可与AgNO3溶液反应生成AgCl沉淀( ) √ √ × × (5)Ni(CO)4是配合物,它是由中心原子与配位体构成的 ( ) (6)白色CuSO4固体溶于水得蓝色溶液是形成了配合物离子[Cu(H2O)4]2+ ( ) (7)检验葡萄糖分子中醛基的试剂银氨溶液中,[Ag(NH3)2]+是一种配合物离子( ) (8)用KSCN检验溶液中的Fe3+时生成血红色溶液,是Fe3+与SCN-形成了配合物离子 ( ) √ √ √ √ 在知识融会中贯通 二、综合思维 (一)分子构型与物质的性质 分子的空间 结构 理论解释 杂化轨道(sp、sp2、sp3) 等电子体 价层电子对互斥模型 常见分子的空间 结构 直线形(如BeCl2) V形(如H2O) 平面三角形(如BF3) 三角锥形(如NH3) 正四面体形(如CH4) 分子的 性质 分子的极性 分类 极性分子 非极性分子 判断方法 正负电荷重心是否重合 分子的手性 手性分子 手性异构体 手性碳原子 续表 1.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是(　　) ①BF3　②CH2==CH2　③ 　 ④CH≡CH ⑤NH3　⑥CH4 A.①②③ B.①⑤⑥　 C.②③④ D.③⑤⑥ √ [综合训练] 解析:sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形。①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°;②C2H4中C原子为sp2杂化,且未杂化的2p轨道形成π键;③同②相似;④乙炔中的C原子为sp杂化;⑤NH3中的N原子为sp3杂化;⑥CH4中的C原子为sp3杂化。 2.根据VSEPR模型判断下列各组分子或离子空间结构相同的是 (　　) A.SO2和CO2 B.BF3和NH3 C.PH3和H2S D.CCl4和N 解析:CO2中心原子价电子对数为2+=2,中心C原子为sp杂化,为直线形分子;SO2中心原子价电子对数为2+=3,中心S原子为sp2杂化,有孤电子对,为V形分子,故A不选。 √ BF3中心原子价电子对数为3+=3,中心B原子为sp2杂化,为平面三角形分子;NH3中心原子价电子对数为×(5+3)=4,中心N原子为sp3杂化,有孤电子对,为三角锥形分子,故B不选。PH3中心原子价电子对数为×(5+3)=4,中心P原子为sp3杂化,有孤电子对,为三角锥形分子;H2S中心原子价电子对数为×(6+2)=4,中心S原子为sp3杂化,有孤电子对,为V形分子,故C不选。 CCl4中心原子价电子对数为×(4+4)=4,中心C原子为sp3杂化,没有孤电子对,为正四面体形分子;N中心原子价电子对数为×(5+4-1)=4,中心N原子为sp3杂化,没有孤电子对,为正四面体形分子,故选D。 3.下列分子或离子之间互为等电子体的是 (　　) A.CH4和H3O+ B.N和SO2 C.O3和CO2 D.N2和 解析:由短周期元素组成的微粒,只要其原子数目相同,价电子总数相同,即互为等电子体。CH4和H3O+原子数不同,A错误;N和SO2原子数、价电子数均不同,B错误;O3和CO2价电子总数不同,C错误;N2和原子数相同,价电子总数相同,D正确。 √ 4.下列各组化合物中,化学键的极性和分子的极性皆相同的是 (　　) A.CO2和SO2 B.CH4和PH3 C.BF3和NH3 D.HCl和HI 解析:题目所给各物质分子中均只含有极性键。CO2、CH4、BF3为非极性分子,SO2、PH3、NH3、HCl、HI为极性分子。 √ 5.已知氯化⁃1⁃乙基⁃3⁃甲基咪唑( )被广泛应用于有机合成和聚合反应、分离与提纯以及电化学研究中。下列说法错误的是(　) A.电负性:Cl>C>H B.五元环处于同一平面,则两个氮原子的杂化方式分别为sp3、sp2 C.1 mol氯化⁃1⁃乙基⁃3⁃甲基咪唑中含有σ键数目为16NA D.氯化⁃1⁃乙基⁃3⁃甲基咪唑中的化学键类型:离子键、共价键 √ 解析:根据同一周期从左往右元素电负性依次增大,同一主族从上往下元素电负性依次减小可知,电负性关系为Cl>C>H,A正确;由有机物结构简式可知,两个氮原子中,其中一个形成双键为sp2杂化,另一个全为单键为sp3杂化,B正确;由有机物结构简式并结合单键均为σ键,双键为一个σ键和一个π键可知,1 mol氯化⁃1⁃乙基⁃3⁃甲基咪唑中含有σ键数目为19NA,C错误;氯化⁃1⁃乙基⁃3⁃甲基咪唑中氯离子和阳离子之间为离子键,阳离子内部存在共价键,D正确。 (二)配合物的形成和应用 √ 6.关于[Cr(H2O)4Br2]Br·2H2O的说法正确的是 (　　) A.配位体为水分子,配位原子是O,外界为Br- B.中心原子的配位数为4 C.中心原子Cr采取sp3杂化 D.中心原子的化合价为+3价 [综合训练] 解析: [Cr(H2O)4Br2]Br·2H2O中的内界为[Cr(H2O)4Br2]+,Cr3+为中心原子,配位体为H2O和Br-,配位数为6,外界为Br-,Cr3+提供空轨道数为6,不是sp3杂化。 7.实验室中可用KSCN或K4[Fe(CN)6]来检验Fe3+,下列说法正确的是 (　　) A.铁元素位于周期表第4周期ⅧB族,属于ds区 B.FeCl3与KSCN溶液混合,得到的配合物K2[Fe(SCN)5]中,提供空轨道的是Fe3+,配位体是SCN-,配位数是5 C.K4[Fe(CN)6]中含有离子键、极性共价键和非极性共价键 D.K4[Fe(CN)6]与Fe3+反应可得到一种蓝色沉淀(普鲁士蓝),其化学式为Fe4[Fe(CN)6]3,普鲁士蓝的内界是[Fe(CN)6]4-,其中Fe元素为+3价,外界是Fe2+ √ 解析:Fe为26号元素,位于周期表第4周期Ⅷ族,属于d区,A错误;K2[Fe(SCN)5]中,中心原子为Fe3+,中心原子提供空轨道,配位体是SCN-,配位体提供孤电子对,配位数是5,B正确;K4[Fe(CN)6]中含有离子键、极性共价键,但不存在非极性共价键,C错误;蓝色沉淀(普鲁士蓝)的化学式为Fe4[Fe(CN)6]3,普鲁士蓝的内界是[Fe(CN)6]4-,其中Fe元素为+2价,外界是Fe3+,D错误。 8.含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2+配合物的结构如图所示,下列说法不正确的是 (　　) A.1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有7 mol B.N所形成的六元环中N的杂化方式为sp2 C.结构图右边N与O3互为等电子体 D.图中所涉及元素的电负性由大到小顺序为O>N>C>H>Cd √ 解析:螯合物是一种环状配合物,在螯合物结构中,一定有多个多齿配体提供多对电子与中心原子配位形成环,1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有6 mol,故A错误;邻二氮菲为平面结构,所以N原子的杂化方式都为sp2,且只有1种,故B正确;N与O3原子个数和电子数都相等,互为等电子体,故C正确;元素非金属性越强,电负性越强,得电子能力越强,则图中所涉及元素的电负性由大到小顺序为O>N>C>H>Cd,故D正确。 9.三氯化六氨合钴[Co(NH3)6]Cl3是重要的化工原料,可用反应2[Co(H2O)6]Cl2+10NH3+2NH4Cl+H2O2 2[Co(NH3)6]Cl3+14H2O制备,若没有活性炭催化,则生成[Co(NH3)5Cl]Cl3。下列说法错误的是(　　) A.[Co(H2O)6]Cl2和[Co(NH3)6]Cl3中Co的化合价不同 B.[Co(NH3)6]Cl3的配位体为NH3,中心原子的配位数为6 C.用1 mol [Co(NH3)5Cl]Cl2与足量AgNO3溶液反应,得到沉淀的物质的量为3 mol D.1 mol [Co(NH3)5Cl]Cl2中含有21 mol σ键 √ 解析: [Co(H2O)6]Cl2中Co为+2价,[Co(NH3)6]Cl3中Co为+3价,故A正确;[Co(NH3)6]Cl3的配位体为NH3,个数为6,中心原子的配位数为6,故B正确;[Co(NH3)5Cl]Cl2的电离方程式为[Co(NH3)5Cl]Cl2=== [Co(NH3)5Cl]2++2Cl-,故和足量AgNO3溶液反应,得到沉淀的物质的量为2 mol,故C错误;1 mol [Co(NH3)5Cl]Cl2中含有6 mol配位键,1 mol NH3中含有3 mol σ键,共含有21 mol σ键,故D正确。 10.钴(Co)在化学上称为铁系元素,其化合物在生产生活中应用广泛。以甲醇为溶剂,Co2+可与色胺酮分子配位结合形成对DNA具有切割作用的色胺酮钴配合物(合成过程如图所示),下列说法错误的是 (　　) A.色胺酮分子中所含元素第一电离能由大到小的顺序为N>O>H>C B.色胺酮分子中N均为sp3杂化 C.色胺酮钴配合物中钴的配位数为4 D.X射线衍射分析显示色胺酮钴配合物晶胞中还含有一个CH3OH分子,CH3OH通过氢键作用与色胺酮钴配合物相结合 √ 解析:色胺酮分子中所含元素为H、C、N、O,同周期元素,从左到右第一电离能呈增大趋势,氮原子的2p轨道为稳定的半充满结构,N的第一电离能大于O,则C、N、O三种元素第一电离能由大到小的顺序为N>O>C,H的原子半径小,其核外电子受到原子核的引力大于C,失去1个电子消耗的能量大于C,第一电离能大于C,则色胺酮分子中所含元素第一电离能由大到小的顺序为N>O>H>C,故A正确;色胺酮分子中形成双键的氮原子的杂化方式为sp2杂化,故B错误;由结构简式可知,色胺酮钴配合物中钴离子与2个氮原子和2个氧原子形成配位键,故钴的配位数为4,故C正确;甲醇分子中的羟基可以形成氢键,甲醇可以通过氢键作用与色胺酮钴配合物相结合,故D正确。 在课题活动中践行 三、迁移应用 课题活动　以卟啉配合物及其相关元素研究配合物及有关分子的结构 已知配合物种类繁多,新的配合物由于纷繁复杂的有机化合物配位体而层出不穷,使得无机化合物的品种迅速增长。叶绿素、血红素和维生素B12都是配合物,它们的配位体大同小异,是一种称为卟啉的大环有机化合物,而中心离子分别是镁离子、亚铁离子和钴离子。 探究目标(一)　卟啉及其金属卟啉的结构与性质 卟啉(图a)是一类重要的有机配合物,其分子可以与某些较高价态的金属离子络合形成具有相当稳定结构的金属有机配合物,即金属卟啉(图b) 1.卟啉作为配位体,配位原子是什么?配位数是多少? 提示:配位原子是N原子,配位数是4。 2.b图中的金属M离子,带有几个正电荷? 提示:2个。 3.为什么金属卟啉配合物一般比较稳定? 提示:配位体与中心原子形成六元环状配合物。 探究目标(二)　以叶绿素及相关元素探究配位化合物的结构及性质 已知叶绿素的结构为(其中R为长链有机基团): 1.该物质中含有的化学键类型有哪些? 提示:极性键、非极性键、配位键。 2.若该化合物中含有配位键,配位原子是什么?中心原子是什么? 提示:N原子与Mg2+之间形成的共价键为配位键,N原子提供孤电子对,所以N为配位原子, Mg2+提供空轨道,所以Mg为中心原子。 3.乙二胺也能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因是什么?其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是哪种离子? 提示:乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键。由于半径Cu2+>Mg2+,Cu2+的配位数比Mg2+大,故乙二胺与Cu2+形成的配合物更稳定。 探究目标(三)　以血红素为载体探究物质结构与性质 已知血红素的结构为 1.该分子中碳原子的杂化类型是什么? 提示:饱和碳原子的杂化方式为sp3杂化,形成双键碳原子的杂化方式为sp2杂化。 2.向黄色的三氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液,溶液变成血红色。该反应在有的教材中用方程式FeCl3+3KSCN===Fe(SCN)3+3KCl表示。经研究表明,Fe(SCN)3 是配合物, Fe3+与SCN-不仅能以1∶3的个数比配合,还可以其他个数比配合。 ①若Fe3+与SCN-以个数比1∶5配合,则FeCl3与KSCN在溶液中发生反应的化学方程式如何书写? 提示:FeCl3+5KSCN===K2[Fe(SCN)5]+3KCl。 ②尝试写出SCN-的一种等电子体。 提示:CS2、CO2 、COS等。 3.二茂铁[(C5H5)2Fe]的发现是有机金属化合物研究中具有里程碑意义的事件,它开辟了有机金属化合物研究的新领域。已知二茂铁熔点是173 ℃(在100 ℃时开始升华),沸点是249 ℃,不溶于水,易溶于苯、乙醚等非极性溶剂。已知:环戊二烯的结构式为 ,则其中有几个碳原子采取sp2杂化?所有的原子能否全部共面? 提示:有4个碳原子采取sp2杂化。其中1号碳原子为饱和碳原子,采取sp3杂化,所以其周围的原子位于四面体四个顶点方向,不可能所有原子全部共面。 1.(2024·扬州高二期中)元素周期表中第四周期的某些过渡元素(如Ni、Co、Cu等)在生产、生活中有着广泛的应用。 (1)Co2+能与水杨醛缩对氯苯胺形成具有发光性的配合物,水杨醛缩对氯苯胺制备反应方程式如下: [素养训练] ①基态Co2+核外电子排布式为 。 解析:Co的原子序数为27,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2,所以Co2+的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d7(或[Ar]3d7); ②C、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为　　　　。  解析:同周期从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,但是第ⅤA族反常,故C、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C; 1s22s22p63s23p63d7(或[Ar]3d7) N>O>C ③对羟基苯甲醛( )的沸点为246.6 ℃,而水杨醛( )的沸点为197 ℃,请从结构角度解释二者沸点差异的原因:　 解析:对羟基苯甲醛易形成分子间氢键,而邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键,则对羟基苯甲醛的沸点比邻羟基苯甲醛的沸点高。 对羟基苯甲醛分子间形成氢键,而邻羟基苯甲醛形成的是分子内氢键 。 (2)CuCl的晶胞如图1所示,距离每个Cu+最近的Cl-的个数为　 。  解析:由晶胞结构可知,CuCl晶胞中与Cl-最近的Cu+的个数是4,与Cu+距离最近的Cl-的个数是4。 4 (3)已知:4H2O2+Cr2+2H+ 2CrO5+5H2O,CrO5的结构如图2所示,该反应　　　 　(填“是”或“不是”)氧化还原反应,理由是 　 。  解析:根据CrO5的结构可看出:Cr为+6价,有4个O为-1价,一个O为-2价,反应前后的化合价没有改变,仅发生了过氧键的转移,所以不是氧化还原反应。 反应前后元素的化合价没有改变,仅发生了过氧键的转移 不是　 (4)有机净化剂的基本组分为大分子立体网格结构的聚合物,可用于工业废水“除钴镍”。其净化原理可表示为 在图中用“→”表示出Co2+参与的配位键。 解析:Co2+形成配位键时是中心离子,O与N提供孤电子对,是配位原子,则用“→”表示出Co2+参与的配位键见答案。 2.(2024·泉州一中阶段练习)CuInS2是生物医药、太阳能电池等领域的理想荧光材料。回答下列问题: (1)49In的外围电子排布式为　　　　。  解析:In为49号元素,外围电子排布式为5s25p1。 5s25p1 (2)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+表示,与之相反的用-表示,称为电子的自旋量子数,对于基态S原子,其价电子自旋磁量子数的代数和为　　　　　。S可以形成两种常见含氧酸,其通式为(HO)mSOn,解释H2SO4酸性更强的原因____________ +1(或-1) H2SO4中S的 化合价高(或与S相连的O多),吸电子能力强,O—H的极性大,易电离出H+ 。  解析:对于基态硫原子,其外围电子轨道表示式为 ,成对的电子自旋状态相反,自旋磁量子数的代数和为0,根据洪特规则可知,其3p轨道的两个单电子自旋状态相同,因此基态硫原子价电子的自旋磁量子数的代数和为×4+×2=-1或×2+×4=+1; H2SO4中S的化合价高,(或与S相连的O多)吸电子能力强,O—H的极性大,更易电离出H+,所以H2SO4酸性更强。 (3)矾土含Al3+,《诗经》言“缟衣茹藘(茜草)”,茜草中的茜素与矾土中的Al3+、Ca2+生成的红色配合物X是最早的媒染染料。 ①C、N、O、Al、H的第一电离能从大到小的顺序为　　　　　　　。  N>O>H>C>Al　 解析:同一周期主族元素的第一电离能从左向右呈增大的趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族比相邻元素大,活泼金属的第一电离能比非金属的小,所以C、N、O、Al、H的第一电离能从大到小的顺序为N>O>H>C>Al; ②X中C的杂化轨道类型是　　　,X中不存在的作用力有　　(填字母)。  A.配位键 B.离子键 C.共价键 D.氢键 F.范德华力 解析:X中每个C原子形成3个σ键和1个π键,所以C原子的杂化类型为sp2;X中存在离子键、配位键、共价键,故选D、F; sp2 DF ③茜素水溶性较好的原因是 ________________________________　　　　　　　　　　 。  解析:茜素含有亲水性的羟基、羰基,易与水形成数目较多的分子间氢键,使得茜素水溶性较好,导致该物质较易溶于水。 茜素含有亲水性的羟基、羰基,易 与水形成数目较多的分子间氢键 　 (4)CuInS2(相对分子质量为Mr)的晶胞结构如图a所示,阿伏加德罗常数的值为NA,则CuInS2晶体的密度为　　　　　　 g·cm-3(列出计算式),图b为Cu原子沿z轴方向向xy平面投影的位置,在图b中画出S原子在该方向的投影位置(用“ ”表示S原子)。  解析:根据均摊法,晶胞中Cu原子的个数为8×+4×+1=4,化学式为CuInS2,说明一个晶胞有4个CuInS2单元,所以晶胞的质量为 g,晶胞的体积为x2 y nm3=x2y×10-21cm3,所以密度为= g·cm-3;根据晶胞结构可知,Cu原子在z轴方向投影位于顶点和面心上,S原子在z轴方向投影位于顶点和面心的连线中点上,由此在图b中可画出S原子在该方向的投影位置(见答案图)。 $$