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 一些典型分子的空間構(gòu)型學(xué)案 魯科版選修3.doc

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第1課時　一些典型分子的空間構(gòu)型 1．了解典型的分子空間構(gòu)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(yīng)用雜化軌道理論解釋典型分子的空間構(gòu)型。(難點) 甲 烷 分 子 的 空 間 構(gòu) 型 [基礎(chǔ)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 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(gòu)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(gòu)型是三角錐形，CH4分子是正四面體形。 [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(gòu)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(qiáng)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。 (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(gòu)型的確定 軌道雜化類型 電子對的空間構(gòu)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(gòu)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 正四面體形 CH4 CCl4 3 1 三角錐形 NH3 NF3 2 2 V形 H2O [題組沖關(guān)] 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，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(guān)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(xué)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(jié)構(gòu)式為H—C≡C—H，其空間構(gòu)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)＝3 sp2 NH (5－1＋4)＝4 sp3 苯 分 子 的 空 間 構(gòu) 型 與 大 π 鍵 [基礎(chǔ)初探] 教材整理1　苯的空間構(gòu)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(xué)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(gòu)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(jié)構(gòu)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。 [題組沖關(guān)] 1．有關(guān)苯分子中的化學(xué)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。 【答案】　A 2．下列關(guān)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，不能使溴水和酸性KMnO4溶液退色。 【答案】　D 3．指出下列原子的雜化軌道類型及分子的結(jié)構(gòu)式、空間構(gòu)型。 【導(dǎo)學(xué)號：66240015】 (1)CO2分子中的C為_____雜化，分子的結(jié)構(gòu)式為_____，空間構(gòu)型為___； (2)CH2O分子中的C為________雜化，分子的結(jié)構(gòu)式為________，空間構(gòu)型為________； (3)CF4分子中的C為________雜化，分子的結(jié)構(gòu)式為________，空間構(gòu)型為________； (4)H2S分子中的S為________雜化，分子的結(jié)構(gòu)式為________，空間構(gòu)型為________。 【解析】　解答本題應(yīng)首先通過資料或所學(xué)知識掌握各分子的雜化軌道類型或分子空間構(gòu)型，然后再推斷其他問題。雜化軌道類型決定了分子(或離子)的空間構(gòu)型，如sp2雜化軌道的鍵角為120，空間構(gòu)型為平面三角形。因此，也可根據(jù)分子的空間構(gòu)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(jié)】　判斷分子空間構(gòu)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(jié)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。