2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第2章 化學(xué)鍵與分子間作用力 第2節(jié) 第1課時(shí) 一些典型分子的空間構(gòu)型學(xué)案 魯科版選修3.docx

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第1課時(shí)　一些典型分子的空間構(gòu)型 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]　知道共價(jià)分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性，能用雜化軌道理論解釋或預(yù)測(cè)某些分子或離子的空間構(gòu)型。 一　雜化軌道及其理論要點(diǎn) 1．C原子與H原子結(jié)合形成的分子為什么是CH4，而不是CH2或CH3？CH4為什么具有正四面體的空間構(gòu)型？ 答案　在形成CH4分子時(shí)，碳原子的一個(gè)2s軌道和三個(gè)2p軌道發(fā)生混雜，形成四個(gè)能量相等的sp3雜化軌道。四個(gè)sp3雜化軌道分別與四個(gè)H原子的1s軌道重疊成鍵形成CH4分子，所以四個(gè)C—H是等同的?？杀硎緸? 2．由以上分析可知： (1)在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道重新組合形成一組新軌道的過程叫做原子軌道的雜化，重新組合后的新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡(jiǎn)稱雜化軌道。 (2)軌道雜化的過程：激發(fā)→雜化→軌道重疊。 3．雜化軌道理論要點(diǎn) (1)原子在成鍵時(shí)，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。 (2)參與雜化的原子軌道數(shù)等于形成的雜化軌道數(shù)。 (3)雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增大。 [歸納總結(jié)] 1．雜化軌道數(shù)與參與雜化的原子軌道數(shù)相同，但能量不同。 2．雜化軌道為使相互間的排斥力最小，故在空間取最大夾角分布，不同的雜化軌道伸展方向不同。 3．雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。 4．未參與雜化的p軌道，可用于形成π鍵。 [活學(xué)活用] 1．下列關(guān)于雜化軌道的說法錯(cuò)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．雜化軌道能量集中，有利于牢固成鍵 D．雜化軌道中不一定有一個(gè)電子 答案　A 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(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；雜化軌道的電子云一頭大一頭小，成鍵時(shí)利用大的一頭，可使電子云重疊程度更大，形成牢固的化學(xué)鍵，故C項(xiàng)正確；并不是所有的雜化軌道中都會(huì)有電子，也可以是空軌道，也可以有一對(duì)孤電子對(duì)(如NH3、H2O的形成)，故D項(xiàng)正確。 2．能正確表示CH4中碳原子成鍵方式的示意圖為(　　) 答案　D 解析　碳原子中的2s軌道與2p軌道形成4個(gè)等性的雜化軌道，因此碳原子最外層上的4個(gè)電子分占在4個(gè)sp3雜化軌道上并且自旋方向相同。二　雜化軌道類型和空間構(gòu)型 1．sp1雜化——BeCl2分子的形成 (1)BeCl2分子的形成 雜化后的2個(gè)sp1雜化軌道分別與氯原子的3p軌道發(fā)生重疊，形成2個(gè)σ鍵，構(gòu)成直線形的BeCl2分子。 (2)sp1雜化：sp1雜化軌道是由1個(gè)ns軌道和1個(gè)np軌道雜化而得，每個(gè)sp1雜化軌道含有s和p軌道的成分。sp1雜化軌道間的夾角為180，呈直線形(如BeCl2)。 (3)sp1雜化后，未參與雜化的兩個(gè)np軌道可以用于形成π鍵，如乙炔分子中的C≡C鍵的形成。 2．sp2雜化——BF3分子的形成 (1)BF3分子的形成 (2)sp2雜化：sp2雜化軌道是由1個(gè)ns軌道和2個(gè)np軌道雜化而得，每個(gè)sp2雜化軌道含有s和p的成分。sp2雜化軌道間的夾角為120，呈平面三角形(如BF3)。 (3)sp2雜化后，未參與雜化的1個(gè)np軌道可以用于形成π鍵，如乙烯分子中的C===C鍵的形成。 3．sp3雜化——CH4分子的形成 (1)CH4分子的空間構(gòu)型 (2)sp3雜化：sp3雜化軌道是由1個(gè)ns軌道和3個(gè)np軌道雜化而得，每個(gè)sp3雜化軌道含有s和p的成分。sp3雜化軌道的夾角為109.5，呈空間正四面體形(如CH4、CF4、CCl4)。 [歸納總結(jié)] 雜化類型的判斷方法 (1)由分子構(gòu)型判斷雜化類型 ①直線形——sp1雜化 ②平面形——sp2雜化 ③四面體形——sp3雜化 (2)由電子對(duì)數(shù)判斷雜化類型(包括孤電子對(duì)和電子對(duì)) ①2對(duì)——sp1雜化 ②3對(duì)——sp2雜化 ③4對(duì)——sp3雜化 (3)由碳原子的飽和程度判斷 ①飽和碳原子——sp3雜化 ②雙鍵上的碳原子——sp2雜化 ③叁鍵上的碳原子——sp1雜化 [活學(xué)活用] 3．下列分子的空間構(gòu)型可用sp2雜化軌道來解釋的是(　　) ①BF3?、贑H2===CH2　③?、蹸H≡CH ⑤NH3?、轈H4 A．①②③ B．①⑤⑥ C．②③④ D．③⑤⑥ 答案　A 解析　sp2雜化軌道形成夾角為120的平面三角形，①BF3為平面三角形且B—F鍵夾角為120；②C2H4中碳原子以sp2雜化，且未雜化的2p軌道形成π鍵；③同②相似；④乙炔中的碳原子為sp1雜化；⑤NH3中的氮原子為sp3雜化；⑥CH4中的碳原子為sp3雜化。 理解感悟　分子的空間構(gòu)型與雜化軌道的類型有關(guān)，因此掌握分子的空間構(gòu)型并據(jù)此判斷分子中雜化軌道類型。 4．關(guān)于原子軌道的說法正確的是(　　) A．凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子其空間構(gòu)型都是正四面體形 B．CH4分子中的sp3雜化軌道是由4個(gè)H原子的1s軌道和C原子的2p軌道混合起來而形成的 C．sp3雜化軌道是由同一個(gè)原子中能量相近的s軌道和p軌道混合起來形成的一組能量相近的新軌道 D．凡AB3型的共價(jià)化合物，其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵 答案　C 當(dāng)堂檢測(cè) 1．有關(guān)乙炔分子中的化學(xué)鍵描述不正確的是(　　) A．兩個(gè)碳原子采用sp1雜化方式 B．兩個(gè)碳原子采用sp2雜化方式 C．每個(gè)碳原子都有兩個(gè)未參與雜化的2p軌道形成π鍵 D．兩個(gè)碳原子間形成兩個(gè)π鍵和一個(gè)σ鍵 答案　B 解析　乙炔分子中碳原子以1個(gè)2s軌道和1個(gè)2p軌道形成sp1雜化軌道。故乙炔分子中碳原子采用sp1雜化方式，且每個(gè)碳原子以兩個(gè)未參與雜化的2p軌道形成2個(gè)π鍵，構(gòu)成碳碳叁鍵。解答本題時(shí)必須要了解乙炔分子的結(jié)構(gòu)，理解其成鍵過程，才能準(zhǔn)確的判斷其雜化類型。 2．形成下列分子時(shí)，一個(gè)原子用sp3雜化軌道和另一個(gè)原子的p軌道成鍵的是(　　) ①PF3　②CCl4?、跱H3?、蹾2O A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　A 3．有關(guān)甲醛分子的說法正確的是(　　) ①C原子采取sp1雜化?、诩兹┓肿訛槿清F形結(jié)構(gòu) ③C原子采取sp2雜化?、芗兹┓肿訛槠矫嫒切谓Y(jié)構(gòu) A．①②B．②③C．③④D．①④ 答案　C 解析　甲醛分子(CH2O)中的中心C原子采取的是sp2雜化，3個(gè)雜化軌道呈平面三角形，2個(gè)sp2雜化軌道分別與1個(gè)H原子的s軌道形成C—Hσ鍵，另1個(gè)sp2雜化軌道與O原子的p軌道形成1個(gè)σ鍵，C原子中未用于雜化的一個(gè)p軌道與O原子的p軌道形成1個(gè)π鍵。 4．CH、CH3、CH都是重要的有機(jī)物反應(yīng)的中間體，CH中四個(gè)原子是共平面的，則C原子是________雜化，鍵角應(yīng)是________。 答案　sp2　120 解析　根據(jù)雜化軌道類型中sp2雜化軌道的空間構(gòu)型特點(diǎn)，可得答案。 40分鐘課時(shí)作業(yè) [基礎(chǔ)過關(guān)] 一、原子軌道雜化與雜化軌道 1．下列有關(guān)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(shí)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(shí)，要滿足原子軌道最大重疊原理、最小排斥原理 D．雜化軌道可分為等性雜化軌道和不等性雜化軌道 答案　B 解析　原子軌道形成雜化軌道前后，軌道數(shù)目不變化，用于形成雜化軌道的原子軌道的能量相近，并滿足最大重疊程度。 2．下列關(guān)于雜化軌道的敘述正確的是(　　) A．雜化軌道可用于形成σ鍵，也可用于形成π鍵 B．雜化軌道可用來容納未參與成鍵的孤對(duì)電子 C．NH3中N原子的sp3雜化軌道是由N原子的3個(gè)p軌道與H原子的s軌道雜化而成的 D．在乙烯分子中1個(gè)碳原子的3個(gè)sp2雜化軌道與3個(gè)氫原子的s軌道重疊形成3個(gè)C—Hσ鍵 答案　B 解析　雜化軌道只用于形成σ鍵，或用來容納未參與成鍵的孤對(duì)電子，不能用來形成π鍵，故B正確，A不正確；NH3中N原子的sp3雜化軌道是由N原子的1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道雜化而成的，C不正確；在乙烯分子中，1個(gè)碳原子的3個(gè)sp2雜化軌道中的2個(gè)sp2雜化軌道與2個(gè)氫原子的s軌道重疊形成2個(gè)C—Hσ鍵，剩下的1個(gè)sp2雜化軌道與另一個(gè)碳原子的sp2雜化軌道重疊形成1個(gè)C—Cσ鍵，D不正確。 3．用鮑林的雜化軌道理論解釋甲烷分子的正四面體結(jié)構(gòu)，下列說法不正確的是(　　) A．C原子的四個(gè)雜化軌道的能量一樣 B．C原子的sp3雜化軌道之間夾角一樣 C．C原子的4個(gè)價(jià)電子分別占據(jù)4個(gè)sp3雜化軌道 D．C原子有1個(gè)sp3雜化軌道由孤電子對(duì)占據(jù) 答案　D 解析　甲烷中碳原子采取sp3雜化，四個(gè)等同的雜化軌道分別與四個(gè)氫原子的s軌道重疊，形成正四面體形的分子。 二、雜化軌道類型及其判斷 4．在BrCH===CHBr分子中，C—Br鍵采用的成鍵軌道是(　　) A．sp1p B．sp2s C．sp2p D．sp3p 答案　C 解析　分子中的兩個(gè)碳原子都是采用sp2雜化，溴原子的價(jià)電子排布為4s24p5,4p軌道上有一個(gè)單電子，與碳原子的1個(gè)sp2雜化軌道成鍵。 5．下列分子中的碳原子采用sp2雜化的是(　　) A．C2H2 B．CS2 C．HCHO D．C3H8 答案　C 解析　乙炔是直線形分子，碳原子采取sp1雜化形成兩個(gè)sp1雜化軌道，碳原子上的另兩個(gè)p軌道未參與雜化，而是與另一個(gè)碳原子同樣的軌道形成兩個(gè)π鍵；CS2類似于CO2，是直線形分子，也采取sp1雜化；HCHO是平面三角形分子，碳原子采取sp2雜化；C3H8是烷烴，類似于CH4，碳原子采取sp3雜化。 6．乙烯分子中含有4個(gè)C—H鍵和1個(gè)C===C鍵，6個(gè)原子在同一平面上。下列關(guān)于乙烯分子的成鍵情況分析正確的是(　　) ①每個(gè)C原子的2s軌道與2p軌道雜化，形成兩個(gè)sp1雜化軌道?、诿總€(gè)C原子的2s軌道與2個(gè)2p軌道雜化，形成3個(gè)sp2雜化軌道?、勖總€(gè)C原子的2s軌道與3個(gè)2p軌道雜化，形成4個(gè)sp3雜化軌道?、苊總€(gè)C原子的3個(gè)價(jià)電子占據(jù)3個(gè)雜化軌道，1個(gè)價(jià)電子占據(jù)1個(gè)2p軌道 A．①③ B．②④ C．①④ D．②③ 答案　B 解析　乙烯分子中每個(gè)C原子與1個(gè)C原子和2個(gè)H原子成鍵，必須形成3個(gè)σ鍵，6個(gè)原子在同一平面上，則鍵角為120，為sp2雜化，形成3個(gè)sp2雜化軌道，1個(gè)價(jià)電子占據(jù)1個(gè)2p軌道，2個(gè)C原子成鍵時(shí)形成1個(gè)π鍵。 三、雜化軌道類型與分子構(gòu)型 7．下列推斷正確的是(　　) A．BF3為三角錐形分子 B．NH的電子式為[HN,H]＋，離子呈平面正方形結(jié)構(gòu) C．CH4分子中的4個(gè)C—H鍵都是氫原子的1s軌道與碳原子的2p軌道形成的spσ鍵 D．甲醛分子為平面三角形，有一個(gè)π鍵垂直于三角形平面 答案　D 解析　BF3為平面三角形，NH為正四面體形，CH4分子中碳原子的2s軌道與2p軌道形成4個(gè)sp3雜化軌道，然后與氫的1s軌道重疊，形成4個(gè)ssp3σ鍵。甲醛分子為平面三角形，為sp2雜化，還有一個(gè)未參與雜化的p軌道與O原子形成π鍵，該π鍵垂直于雜化軌道的平面。 8．下列關(guān)于苯分子結(jié)構(gòu)或性質(zhì)的描述錯(cuò)誤的是(　　) A．苯分子呈平面正六邊形，六個(gè)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(gè)碳原子中未參與雜化的2p軌道以“肩與肩”形式形成一個(gè)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溶液褪色 答案　D 解析　苯分子中的碳原子采取sp2雜化，六個(gè)碳碳鍵完全相同，呈平面正六邊形結(jié)構(gòu)，鍵角皆為120；在苯分子中有一個(gè)大π鍵，因此苯分子中的碳碳鍵并不是單、雙鍵交替結(jié)構(gòu)，也就不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。 9．下列分子中的中心原子的雜化方式為sp1雜化，分子的空間構(gòu)型為直線形且分子中沒有形成π鍵的是(　　) A．CH≡CH B．CO2 C．BeCl2 D．BF3 答案　C 10．下列分子的中心原子的雜化軌道類型相同的是(　　) A．CO2與SO2 B．CH4與NH3 C．BeCl2與BF3 D．C2H4與C2H2 答案　B 解析　 [能力提升] 11．如圖是甲醛分子的模型，根據(jù)該圖和所學(xué)化學(xué)知識(shí)回答下列問題： (1)甲醛分子中碳原子的雜化方式是__________，作出該判斷的主要理由是________________________________________________________________________。 (2)下列是對(duì)甲醛分子中碳氧鍵的判斷，其中正確的是________(填序號(hào))。 ①單鍵?、陔p鍵?、郐益I?、堞墟I?、荭益I和π鍵 (3)甲醛分子中C—H鍵與C—H鍵間的夾角________(填“＝”、“>”或“<”)120，出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是 ________________________________________________________________________。 答案　(1)sp2　甲醛分子的空間構(gòu)型為平面三角形 (2)②⑤　(3)<　碳氧雙鍵中存在π鍵，它對(duì)C—H鍵的排斥作用較強(qiáng) 解析　(1)原子的雜化軌道類型不同，分子的空間構(gòu)型也不同。由圖可知，甲醛分子為平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采用sp2雜化。 (2)醛類分子中都含有C===O鍵，所以甲醛分子中的碳氧鍵是雙鍵。一般來說，雙鍵是σ鍵和π鍵的組合。 (3)由于碳氧雙鍵中存在π鍵，它對(duì)C—H鍵的排斥作用較強(qiáng)，所以甲醛分子中C—H鍵與C—H鍵間的夾角小于120。 12．通過計(jì)算判斷下列中心原子的雜化軌道類型(點(diǎn)“”的原子為中心原子)。 微粒 雜化軌道數(shù) 雜化軌道類型 ①H3O＋ ②CH2===CH2 ③CCl4 ④NCl3 ⑤PH3 答案?、?　sp3?、?　sp2?、?　sp3　④4　sp3 ⑤4　sp3 解析　根據(jù)雜化軌道數(shù)＝中心原子孤電子對(duì)數(shù)＋中心原子結(jié)合的原子數(shù)，以及雜化軌道數(shù)為2時(shí)雜化方式為sp1，雜化軌道數(shù)為3時(shí)雜化方式為sp2，雜化軌道數(shù)為4時(shí)雜化方式為sp3，可得出正確答案。 13．中國(guó)古代四大發(fā)明之一——黑火藥，它的爆炸反應(yīng)為 2KNO3＋3C＋SA＋N2↑＋3CO2↑(已配平) (1)除S外，上列元素的電負(fù)性從大到小依次為______________________________ ______________。 (2)在生成物中，A的晶體類型為_________________________________________， 含極性共價(jià)鍵的分子的中心原子軌道雜化類型為____________________________。 (3)已知CN－與N2結(jié)構(gòu)相似，推算HCN分子中σ鍵與π鍵數(shù)目之比為__________。 答案　(1)O>N>C>K　(2)離子晶體　sp1　(3)1∶1 解析　由原子守恒可知A為K2S，其晶體類型為離子晶體，含有極性共價(jià)鍵的分子為CO2，其中心原子軌道雜化為sp1雜化，N2中含有1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵，所以CN－中也含有1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵，在HCN中又多了一個(gè)H—Cσ鍵，所以在HCN中σ鍵和π鍵各為2個(gè)。 14．已知：①紅磷在氯氣中燃燒可以生成兩種化合物——PCl3和PCl5，氮與氫也可形成兩種化合物——NH3和NH5。 ②PCl5分子中，P原子的1個(gè)3s軌道、3個(gè)3p軌道和1個(gè)3d軌道發(fā)生雜化形成5個(gè)sp3d雜化軌道，PCl5分子呈三角雙錐型(ClPClClClCl)。 (1)NH3、PCl3和PCl5分子中，所有原子的最外層電子數(shù)都是8個(gè)的是______________(填分子式)，該分子的空間構(gòu)型是________。 (2)有同學(xué)認(rèn)為，NH5與PCl5類似，N原子的1個(gè)2s軌道、3個(gè)2p軌道和1個(gè)2d軌道可能發(fā)生sp3d雜化。請(qǐng)你對(duì)該同學(xué)的觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)：_________________________________。 (3)經(jīng)測(cè)定，NH5中存在離子鍵，N原子最外層電子數(shù)是8，所有氫原子的最外層電子數(shù)都是2，則NH5中H元素的化合價(jià)為__________和__________；該化合物中N原子的雜化方式__________。 答案　(1)PCl3　三角錐形 (2)不對(duì)，因?yàn)镹原子沒有2d軌道 (3)＋1?。?　sp3 [拓展探究] 15．“三鹿奶粉事件”在社會(huì)上引起了人們對(duì)食品質(zhì)量的恐慌，三 鹿奶粉中被摻雜了被稱為“蛋白精”的工業(yè)原料三聚氰胺。已知三聚氰胺的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如圖所示。三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚體，請(qǐng)回答下列問題： (1)寫出基態(tài)碳原子的電子排布式______________。 (2)氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的氮原子和氨基中的氮原子，這三種氮原子的雜化軌道類型分別是__________、__________、__________。 (3)一個(gè)三聚氰胺分子中有______個(gè)σ鍵。 (4)三聚氰胺與三聚氰酸(NHNNHHOOO)分子相互之間通過氫鍵結(jié)合，在腎臟內(nèi)易形成結(jié)石。三聚氰酸分子中C原子采取________雜化。該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式中，每個(gè)碳氧原子之間的共價(jià)鍵是__________(填字母)。 A．2個(gè)σ鍵B．2個(gè)π鍵 C．1個(gè)σ鍵，1個(gè)π鍵 答案　(1)1s22s22p2　(2)sp1　sp2　sp3　(3)15 (4)sp2　C 解析　(2)—C≡N中的N原子、環(huán)上的N原子、—NH2中的N原子分別形成1、2、3個(gè)σ鍵且均有一對(duì)未成鍵電子，所以分別采取sp1、sp2、sp3雜化。 (3)除每個(gè)雙鍵上有1個(gè)π鍵外，其余均為σ鍵，共15個(gè)。 (4)由于該分子中C與O形成雙鍵，則應(yīng)采取sp2方式成鍵，sp2雜化的C原子與氧原子間有1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵。