高中化學 第2章 化學鍵與分子間作用力 第2節(jié) 第1課時 一些典型分子的空間構型學案 魯科版選修3

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1、 第1課時　一些典型分子的空間構型 1．了解典型的分子空間構型，能夠制作典型分子的空間模型。 2．了解雜化軌道理論，掌握常見的雜化軌道類型。 (重點) 3．能夠應用雜化軌道理論解釋典型分子的空間構型。(難點) 甲 烷 分 子 的 空 間 構 型 [基礎初探] 教材整理1　軌道雜化和雜化軌道 1. 2．甲烷中碳原子的雜化類型。 (1)任意能級的s軌道和p軌道都可以形成雜化軌道。() (2)有多少個原子軌道發(fā)生雜化就形成多少個雜化軌道。(√) (3)雜化軌道用于形成π鍵。() (4)雜化軌道能量相同。(√) 教材整理2　雜化軌道的類型 雜化類型

2、 sp1 sp2 sp3 用于雜化的原子軌道及數(shù)目 s 1 1 1 p 1 2 3 雜化軌道的數(shù)目 2 3 4 雜化軌道間的夾角 180 120 109.5 空間構型 直線形 平面三角形 正四面體形 實例 CO2、C2H2 BF3、苯、乙烯 CH4、CCl4 1個s軌道和2個p軌道能否形成sp1雜化軌道？ 【提示】　不能。軌道雜化后形成雜化軌道的數(shù)目與雜化之前相同。1個s軌道和2個p軌道形成sp2雜化軌道。 [合作探究] [探究背景] NH3、CH4兩分子中，N、C原子都采用sp3雜化，NH3分子空間構型是三角錐形，CH4分

3、子是正四面體形。 [探究問題] 1．形成sp3雜化的原子軌道是哪些？雜化軌道夾角是多少？ 【提示】　2s和2p原子軌道，109.5。 2．兩分子空間構型不同的原因是什么？ 【提示】　形成的4個sp3雜化軌道中，NH3分子中只有三個軌道中的未成對電子與H原子的1s電子成鍵。另1個軌道中有一對未成鍵的孤對電子不參加成鍵，但對成鍵電子對有較強的排斥作用，使三個N—H鍵角變小，成為三角錐形。而CH4分子中4個雜化軌道都分別與4個H原子形成共價鍵，軌道夾角＝共價鍵鍵角＝109.5，為正四面體形。 [核心突破] 1．雜化軌道的特點 (1)形成分子時，通常存在激發(fā)、雜化和軌道重疊等過程。

4、(2)原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發(fā)生，孤立的原子是不可能發(fā)生雜化的。 (3)雜化前后軌道數(shù)目不變。 (4)雜化后軌道伸展方向、形狀發(fā)生改變。 (5)只有能量相近的軌道才能雜化(ns、np)。 2．分子空間構型的確定 軌道雜化類型 電子對的空間構型 成鍵電子對數(shù) 孤對電子數(shù) 電子對的排列方式 分子的空間構型 實例 sp1 直線形 2 0 直線形 HC≡CH BeCl2 CO2 sp2 平面三角形 3 0 平面三角形 BF3 BCl3 2 1 V形 SnBr2 PbCl2 sp3 四面體 4 0 正四面體

5、形 CH4 CCl4 3 1 三角錐形 NH3 NF3 2 2 V形 H2O [題組沖關] 1．下列有關雜化軌道的說法不正確的是(　　) A．原子中能量相近的某些軌道，在成鍵時，能重新組合成能量相等的新軌道 B．軌道數(shù)目雜化前后可以相等，也可以不等 C．雜化軌道成鍵時，要滿足原子軌道最大重疊原理、能量最低原則 C．CH4分子中兩個sp3雜化軌道的夾角為109.5 【解析】　軌道數(shù)目雜化前后一定相等。 【答案】　B 2．下列關于雜化軌道的說法錯誤的是(　　) A．所有原子軌道都參與雜化 B．同一原子中能量相近的原子軌道參與雜化 C．雜化軌道

6、能量集中，有利于牢固成鍵 D．雜化軌道中不一定有電子 【解析】　參與雜化的原子軌道，其能量不能相差太大，如1s軌道與2s、2p軌道能量相差太大，不能形成雜化軌道，即只有能量相近的原子軌道才能參與雜化，故A項錯誤，B項正確；雜化軌道的電子云一頭大一頭小，成鍵時利用大的一頭，可使電子云重疊程度更大，形成牢固的化學鍵，故C項正確；并不是所有的雜化軌道中都會有電子，也可以是空軌道，也可以有一對孤電子對(如NH3、H2O的形成)，故D項正確。 【答案】　A 3．能正確表示CH4中碳原子成鍵方式的示意圖為(　　) 　 【解析】　碳原子中的2s軌道與2p軌道形成4個等性的雜化軌道，因此碳原子最外

7、層上的4個電子分占在4個sp3雜化軌道上并且自旋方向相同。 【答案】　D 4．乙炔分子中的碳原子采取的雜化方式是(　　) A．sp1雜化 B．sp2雜化 C．sp3雜化 D．無法確定 【解析】　乙炔的結構式為H—C≡C—H，其空間構型為直線形，屬于sp1雜化。 【答案】　A 5．在中，中間的碳原子和兩邊的碳原子分別采用的雜化方式是(　　) A．sp2　sp2 B．sp3　sp3 C．sp2　sp3 D．sp1　sp3 【解析】　中碳原子形成了3個σ鍵，無未成鍵價電子對，需要形成3個雜化軌道，采用的雜化方式是sp2。兩邊的碳原子各自形成了4個σ鍵，無未成鍵電子

8、對，需要形成4個雜化軌道，采用的是sp3雜化。 【答案】　C 6．(1)對于CH4、NH3、H2O三分子，中心原子都采用________雜化，鍵角由大到小順序是________。 (2)對于H2O、BeCl2、BF3、C2H2、C2H4、CH4、C6H6、NH3、CO2等分子，中心原子采用sp1雜化的：________，sp2雜化的：________，sp3雜化的：________。 【答案】　(1)sp3　 CH4＞NH3＞H2O (2)BeCl2、C2H2、CO2　BF3、C2H4、C6H6　CH4　H2O　NH3 【規(guī)律方法】　雜化軌道類型的判斷 (1)對于ABm型分子，中

9、心原子的雜化軌道數(shù)可以這樣計算。雜化軌道數(shù) n＝。 其中配位原子中，鹵素原子、氫原子提供1個價電子，硫原子、氧原子不提供價電子，即提供價電子數(shù)為0。 例如： 代表物 雜化軌道數(shù)(n) 雜化軌道類型 CO2 (4＋0)＝2 sp1 CH2O (4＋2＋0)＝3 sp2 CH4 (4＋4)＝4 sp3 SO2 (6＋0)＝3 sp2 NH3 (5＋3)＝4 sp3 H2O (6＋2)＝4 sp3 (2)離子的雜化軌道計算： n＝(中心原子的價電子數(shù)＋配位原子的成鍵電子數(shù)電荷數(shù))。 代表物 雜化軌道數(shù)(n) 雜化軌道類型 NO (5＋1)

10、＝3 sp2 NH (5－1＋4)＝4 sp3 苯 分 子 的 空 間 構 型 與 大 π 鍵 [基礎初探] 教材整理1　苯的空間構型 在乙烯分子和苯分子中，成鍵碳原子都采用sp2雜化方式，為何二者的化學性質(zhì)有較大差異？ 【提示】　在苯分子中，6個碳原子中未參與雜化的2p軌道形成π鍵，使原子軌道的重疊程度比乙烯中大，所以比乙烯中的鍵能大，性質(zhì)穩(wěn)定。 教材整理2　苯分子空間構型的解釋 每個C原子的兩個sp2雜化軌道上的電子分別與鄰近的兩個C原子的sp2雜化軌道上的電子配對形成σ鍵，六個碳原子組成一個正六邊形的碳環(huán)；另外一個sp2雜化軌道上的電子與H原子的1s

11、電子配對形成σ鍵。同時，六個C原子上剩余的2p軌道，以“肩并肩”的方式形成多原子、多電子的大π鍵。 (1)苯分子中C原子發(fā)生sp2雜化。(√) (2)苯分子中C—H鍵是σ鍵。(√) (3)苯分子中大π鍵是6個C原子共同形成的。(√) (4)苯分子為平面正六邊形，鍵角為120。(√) [核心突破] 1．苯分子中C原子均以sp2雜化方式成鍵，形成夾角為120的三個sp2雜化軌道，故為正六邊形的碳環(huán)。 2．苯分子中苯環(huán)上的六個碳碳鍵的鍵長、鍵能均相同，不是單、雙鍵交替形成。 3．由分子結構決定分子性質(zhì)可知，苯分子不具有烯烴分子的某些特征性質(zhì)，如能使溴水、酸性KMnO4溶液退色。

12、 [題組沖關] 1．有關苯分子中的化學鍵描述不正確的是(　　) A．每個碳原子的sp2雜化軌道中的其中一個形成大π鍵 B．每個碳原子的未參加雜化的2p軌道形成大π鍵 C．碳原子的三個sp2雜化軌道與其他原子形成三個σ鍵 D．苯分子中六個碳碳鍵完全相同，鍵角均為120 【解析】　苯分子中每個碳原子中的三個sp2雜化軌道分別與兩個碳原子和一個氫原子形成σ鍵。同時每個碳原子還有一個未參加雜化的2p軌道，它們均有一個未成對電子。這些2p軌道相互平行，以“肩并肩”方式相互重疊，形成一個多電子的大π鍵。所以苯分子中6個碳原子和6個氫原子都在同一平面內(nèi)，6個碳碳鍵完全相同，鍵角皆為120。

13、 【答案】　A 2．下列關于苯分子的性質(zhì)描述錯誤的是 (　　) A．苯分子呈平面正六邊形，六個碳碳鍵完全相同，鍵角皆為120 B．苯分子中的碳原子采取sp2雜化，6個碳原子中未參與雜化的2p軌道以“肩并肩”形式形成一個大π鍵 C．苯分子中的碳碳鍵是介于單鍵和雙鍵之間的一種特殊類型的鍵 D．苯能使溴水和酸性KMnO4溶液退色 【解析】　苯分子中的碳原子采取sp2雜化，六個碳碳鍵完全相同，呈平面正六邊形結構，鍵角皆為120；在苯分子中間形成一個較穩(wěn)定的六電子大π鍵，因此苯分子中的碳碳鍵并不是單、雙鍵交替結構，不能使溴水和酸性KMnO4溶液退色。 【答案】　D 3．指出下列原子

14、的雜化軌道類型及分子的結構式、空間構型。 【導學號：66240015】 (1)CO2分子中的C為_____雜化，分子的結構式為_____，空間構型為___； (2)CH2O分子中的C為________雜化，分子的結構式為________，空間構型為________； (3)CF4分子中的C為________雜化，分子的結構式為________，空間構型為________； (4)H2S分子中的S為________雜化，分子的結構式為________，空間構型為________。 【解析】　解答本題應首先通過資料或所學知識掌握各分子的雜化軌道類型或分子空間構型，然后再推斷其他問題。

15、雜化軌道類型決定了分子(或離子)的空間構型，如sp2雜化軌道的鍵角為120，空間構型為平面三角形。因此，也可根據(jù)分子的空間構型確定分子(或離子)中雜化軌道的類型，如CO2為直線形分子，因此分子中雜化軌道類型為sp1雜化。 【答案】　(1)sp1　O===C===O　直線形 (2)sp2　　平面三角形 (3)sp3　　正四面體形 (4)sp3　H—S—H　V形 【規(guī)律總結】　判斷分子空間構型的方法 (1)根據(jù)雜化軌道類型判斷：sp1雜化——直線形、sp2雜化——平面形、sp3雜化軌道全部形成σ鍵時——正四面體形。 (2)根據(jù)價電子對互斥理論判斷：sp3雜化軌道部分形成σ鍵時，結合σ鍵數(shù)目分析。如NH3分子中σ鍵數(shù)目為3，則為三角錐形，H2O分子中σ鍵數(shù)目為2，則為V形。 (3)利用等電子原理判斷：如CH4和NH均為正四面體形。 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375