2018-2019版高中化學(xué) 專(zhuān)題4 分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì) 第一單元 分子構(gòu)型與物質(zhì)的性質(zhì) 第1課時(shí)學(xué)案 蘇教版選修3.docx

第一單元分子構(gòu)型與物質(zhì)的性質(zhì)第1課時(shí)雜化軌道理論與分子空間構(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結(jié)構(gòu)。一、雜化軌道及其理論要點(diǎn)1試解釋CH4分子為什么具有正四面體的空間構(gòu)型？(1)雜化軌道的形成碳原子的1個(gè)2s軌道上的電子進(jìn)入2p空軌道，1個(gè)2s軌道和3個(gè)2p軌道“混合”起來(lái)，形成能量相同的4個(gè)sp3雜化軌道，可表示為(2)共價(jià)鍵的形成碳原子的4個(gè)sp3雜化軌道分別與四4個(gè)H原子的1s軌道重疊形成4個(gè)相同的鍵。(3)CH4分子的空間構(gòu)型甲烷分子中的4個(gè)CH是等同的，CH之間的夾角鍵角是109.5，形成正四面體型分子。2軌道雜化與雜化軌道(1) 軌道的雜化：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(guò)程叫做原子軌道的雜化。(2)雜化軌道：重新組合后的新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡(jiǎn)稱(chēng)雜化軌道。(3)軌道雜化的過(guò)程：激發(fā)雜化軌道重疊。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。例1下列關(guān)于雜化軌道的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A所有原子軌道都參與雜化形成雜化軌道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)，故D項(xiàng)正確。二、用雜化軌道理論解釋分子的形成及分子中的成鍵情況1用雜化軌道理論解釋BeCl2、BF3分子的形成(1)BeCl2分子的形成雜化后的2個(gè)sp雜化軌道分別與氯原子的3p軌道發(fā)生重疊，形成2個(gè)鍵，構(gòu)成直線(xiàn)形的BeCl2分子。 (2)BF3分子的形成2用雜化軌道理論解釋乙烯、乙炔分子中的成鍵情況(1)乙烯分子中的成鍵情況在乙烯分子中，C原子采取sp2雜化，形成3個(gè)雜化軌道，兩個(gè)碳原子各以1個(gè)雜化軌道互相重疊，形成1個(gè)CC鍵，另外兩個(gè)雜化軌道分別與氫原子的1s軌道重疊，形成2個(gè)CH鍵，這樣形成的5個(gè)鍵在同一平面上，此外每個(gè)C原子還剩下1個(gè)未雜化的p軌道，它們發(fā)生重疊，形成一個(gè)鍵。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：(2) 乙炔分子中的成鍵情況在乙炔分子中，碳原子采取sp雜化，形成2個(gè)雜化軌道，兩個(gè)碳原子各以1個(gè)雜化軌道互相重疊，形成1個(gè)CC鍵，每一個(gè)碳原子又各以1個(gè)sp軌道分別與1個(gè)氫原子形成鍵，這樣形成的3個(gè)鍵在同一直線(xiàn)上，此外每個(gè)碳原子還有2個(gè)未雜化的2p軌道，它們發(fā)生重疊，形成兩個(gè)鍵。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：雜化軌道的類(lèi)型與分子空間構(gòu)型的關(guān)系雜化類(lèi)型spsp2sp3參與雜化的原子軌道及數(shù)目ns111np123雜化軌道數(shù)目234雜化軌道間的夾角180120109.5空間構(gòu)型直線(xiàn)形平面三角形正四面體實(shí)例BeCl2、CO2、CS2BCl3、BF3、BBr3CF4、SiCl4、SiH4特別提醒雜化軌道只能形成鍵，不能形成鍵。例2下列分子的空間構(gòu)型可用sp2雜化軌道來(lái)解釋的是()BF3CH2=CH2CHCHNH3CH4ABCD答案A解析sp2雜化軌道形成夾角為120的平面三角形，BF3為平面三角形且BF鍵夾角為120；C2H4中碳原子以sp2雜化，且未雜化的2p軌道形成鍵；同相似；乙炔中的碳原子為sp雜化；NH3中的氮原子為sp3雜化；CH4中的碳原子為sp3雜化。例3有關(guān)雜化軌道的說(shuō)法不正確的是()A雜化前后的軌道數(shù)不變，但軌道的形狀發(fā)生了改變Bsp3、sp2、sp雜化軌道的夾角分別為109.5、120、180C雜化軌道既可形成鍵，又可形成鍵D已知CO2為直線(xiàn)形分子，其分子結(jié)構(gòu)可以用sp雜化軌道解釋答案C解析雜化前后的軌道數(shù)不變，雜化后，各個(gè)軌道盡可能分散、對(duì)稱(chēng)分布，導(dǎo)致軌道的形狀發(fā)生了改變， A正確； sp3、sp2、sp雜化軌道其空間構(gòu)型分別是正四面體型、平面三角形、直線(xiàn)形，所以其夾角分別為109.5、120、180，B正確；雜化軌道只能形成鍵，C錯(cuò)誤；直線(xiàn)形分子的鍵角為180，中心原子的雜化方式是sp, D正確。方法規(guī)律中心原子雜化類(lèi)型的判斷方法(1)由分子構(gòu)型判斷雜化類(lèi)型直線(xiàn)形sp雜化平面形sp2雜化四面體型sp3雜化(2)由碳原子的飽和程度判斷飽和碳原子sp3雜化雙鍵上的碳原子sp2雜化叁鍵上的碳原子sp雜化1s軌道和p軌道雜化的類(lèi)型不可能有()Asp雜化Bsp2雜化Csp3雜化Dsp4雜化答案D解析p軌道只有3個(gè)方向不同的軌道px、py、pz，與1個(gè)s軌道可形成sp雜化如二氧化碳分子中碳原子，sp2雜化如BCl3中硼原子，最多形成sp3雜化如CCl4分子中碳原子，不可能有sp4出現(xiàn)。2下列有關(guān)sp雜化軌道的敘述正確的是()A是由一個(gè)1s軌道和一個(gè)2p軌道線(xiàn)性組合而成Bsp雜化軌道中的兩個(gè)雜化軌道完全相同Csp雜化軌道可與其他原子軌道形成鍵和鍵Dsp雜化軌道有兩個(gè)，一個(gè)能量升高，另一個(gè)能量降低，但總能量保持不變答案B解析sp雜化軌道是同一原子內(nèi)同一電子層內(nèi)軌道發(fā)生的雜化，A項(xiàng)錯(cuò)誤；不同類(lèi)型能量相近的原子軌道混合起來(lái)，重新組合成一組新的軌道，所形成兩個(gè)能量等同的sp雜化軌道，B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；雜化軌道用于形成鍵，未雜化的軌道形成鍵，不是雜化軌道形成鍵，C項(xiàng)錯(cuò)誤。3在乙炔分子中有3個(gè)鍵、2個(gè)鍵，它們分別是()Asp雜化軌道形成鍵、未雜化的2個(gè)2p軌道形成2個(gè)鍵，且互相垂直Bsp雜化軌道形成鍵、未雜化的2個(gè)2p軌道形成2個(gè)鍵，且互相平行CCH之間是sp雜化軌道形成的鍵，CC之間是未參加雜化的2p軌道形成的鍵DCC之間是sp雜化軌道形成的鍵，CH之間是未參加雜化的2p軌道形成的鍵答案A解析碳原子形成乙炔時(shí)，一個(gè)2s軌道和一個(gè)2p軌道雜化成兩個(gè)sp軌道，另外的兩個(gè)2p軌道保持不變，其中一個(gè)sp軌道與氫原子的1s軌道頭碰頭重疊形成CH鍵，另一個(gè)sp軌道則與另一個(gè)碳原子的sp軌道頭碰頭重疊形成CC 鍵，碳原子剩下的兩個(gè)p軌道則肩并肩重疊形成兩個(gè)CC 鍵，且這兩個(gè)鍵相互垂直。4在分子中，羰基碳原子與甲基碳原子成鍵時(shí)所采取的雜化方式分別為()Asp2雜化；sp2雜化Bsp3雜化；sp3雜化Csp2雜化；sp3雜化Dsp雜化；sp3雜化答案C解析羰基上的碳原子共形成3個(gè)鍵，為sp2雜化；兩側(cè)甲基中的碳原子共形成4個(gè)鍵，為sp3雜化。5石墨烯(圖甲)是一種由單層碳原子構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)新型材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯(圖乙)。(1)圖甲中，1號(hào)C與相鄰C形成鍵的個(gè)數(shù)為_(kāi)。(2)圖乙中，1號(hào)C的雜化方式是_，該C與相鄰C形成的鍵角_(填“”“”或“”)圖甲中1號(hào)C與相鄰C形成的鍵角。答案(1)3(2)sp3解析(1)圖甲中，1號(hào)C與相鄰的3個(gè)C形成1個(gè)碳碳雙鍵和2個(gè)碳碳單鍵，即形成3個(gè)鍵和1個(gè)鍵。(2)圖乙中，1號(hào)C除與3個(gè)C形成化學(xué)鍵外，還與羥基氧原子形成化學(xué)鍵，故該C采取sp3雜化。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練題組一原子軌道雜化與雜化軌道1(2018石室佳興外國(guó)語(yǔ)學(xué)校月考)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sp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)未雜化的2p軌道形成鍵D兩個(gè)碳原子形成兩個(gè)鍵答案B解析乙炔中每個(gè)碳原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)是2且不含孤電子對(duì)，所以碳原子采用sp雜化，A正確，B錯(cuò)誤；每個(gè)碳原子中兩個(gè)未雜化的2p軌道肩并肩重疊形成鍵，C正確；兩個(gè)碳原子之間形成1個(gè)鍵2個(gè)鍵，D正確。2下列有關(guān)雜化軌道的說(shuō)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(mǎn)足原子軌道最大重疊原理、能量最低原理DCH4分子中任意兩個(gè)CH鍵的夾角為109.5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(mǎn)足最大重疊程度，故選B。3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鍵，也可用于形成鍵Bsp3雜化軌道是由同一原子中能量相近的s和p軌道混合形成的一組新軌道CNH3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)CH鍵答案B解析雜化軌道只用于形成鍵，或用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)，不能用來(lái)形成鍵，A錯(cuò)誤；sp3雜化軌道是由同一個(gè)原子中能量相近的s軌道和p軌道通過(guò)雜化混合起來(lái)形成的一組能量相同的新軌道，B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錯(cuò)誤；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)CH 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)CC 鍵，D錯(cuò)誤。題組二雜化軌道類(lèi)型及其判斷4已知SO3分子結(jié)構(gòu)呈平面三角形，則分子中S原子的雜化方式為()AspBsp2Csp3D無(wú)法判斷答案B解析在SO3中與S原子相連的原子數(shù)為3且呈平面三角形，類(lèi)似于BF3。所以根據(jù)雜化軌道理論可推知中心原子S的雜化方式為sp2雜化。5甲烷中的碳原子是sp3雜化，下列用*表示碳原子的雜化和甲烷中的碳原子雜化狀態(tài)一致的是()ACHCH3B.H2=CHCH3CCH2=HCH3DCH2=CHH3答案D解析D項(xiàng)中用*表示碳原子形成了四個(gè)碳碳單鍵，與甲烷類(lèi)似，其雜化類(lèi)型為sp3雜化。6下列分子所含原子中，既有sp3雜化，又有sp2雜化的是()A乙醛B丙烯腈C甲醛D丙炔答案A解析乙醛中甲基的碳原子采取sp3雜化，醛基中碳原子采取sp2雜化；丙烯腈中碳碳雙鍵的兩個(gè)碳原子采取sp2雜化，另一個(gè)碳原子采取sp雜化；甲醛中碳原子采取sp2雜化；丙炔中甲基碳原子采取sp3雜化，碳碳叁鍵中兩個(gè)碳原子采取sp雜化。7BF3是典型的平面三角形分子，它溶于氫氟酸或NaF溶液中都形成正四面體型的BF離子，則BF3和BF中B原子的雜化軌道類(lèi)型分別是()Asp2、sp2Bsp3、sp3Csp2、sp3Dsp、sp2答案C解析根據(jù)粒子的空間構(gòu)型可知BF3中B原子為sp2雜化，BF中B原子為sp3雜化。題組三雜化軌道理論的應(yīng)用8形成下列分子時(shí)，中心原子采用sp3雜化軌道和另一個(gè)原子的p軌道成鍵的是()PF3CF4NH3H2OABCD答案A解析PF3、CF4、NH3、H2O分子中P原子、C原子、N原子、O原子都采取sp3雜化， NH3和H2O分子中H原子以1s軌道與N或O原子形成鍵，PF3和CF4分子中F原子以2p軌道分別與P和C原子形成鍵。9下列分子中的中心原子的雜化方式為sp雜化，分子的空間構(gòu)型為直線(xiàn)形，且分子中沒(méi)有形成鍵的是()ACHCHBCO2CBeCl2DBBr3答案C解析CHCH和CO2中的C原子均采取sp雜化，且都含有鍵；BeCl2分子中Be采取sp雜化，沒(méi)形成鍵；BBr3中B原子采取sp2雜化，且沒(méi)有鍵。10下列關(guān)于丙烯(CH3CH=CH2)的說(shuō)法正確的是()A丙烯分子有8個(gè)鍵，1個(gè)鍵B丙烯分子中3個(gè)碳原子都是sp3雜化C丙烯分子不存在非極性鍵D丙烯分子中所有原子都共平面答案A解析CC、CH鍵均為鍵，C=C中有一個(gè)鍵，一個(gè)鍵，則丙烯分子有8個(gè)鍵，1個(gè)鍵， A正確；甲基中的C原子為sp3雜化，C=C中的C原子為sp2雜化，則丙烯分子中1個(gè)碳原子是sp3雜化，2個(gè)碳原子是sp2雜化， B錯(cuò)誤；同種元素之間形成非極性鍵，則丙烯中存在CC非極性共價(jià)鍵， C錯(cuò)誤；由甲基為四面體結(jié)構(gòu)可知，丙烯分子中所有原子不可能共平面，故D錯(cuò)誤。11(2017石室佳興外國(guó)語(yǔ)學(xué)校月考)有關(guān)苯分子中的化學(xué)鍵描述正確的是()A每個(gè)碳原子的sp2雜化軌道中的其中一個(gè)形成大鍵B每個(gè)碳原子的未參加雜化的2p軌道形成大鍵C碳原子的三個(gè)sp2雜化軌道只形成2個(gè)鍵D碳原子的未參加雜化的2p軌道形成鍵答案B解析苯分子中，每個(gè)碳原子中的三個(gè)sp2雜化軌道分別與兩個(gè)碳原子和一個(gè)氫原子形成3個(gè)鍵，同時(shí)每個(gè)碳原子還有一個(gè)未參加雜化的2p軌道，它們均有一個(gè)未成對(duì)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(gè)多電子的大鍵。12氮的最高價(jià)氧化物為無(wú)色晶體，它由NO和NO構(gòu)成，已知其陰離子構(gòu)型為平面三角形，陽(yáng)離子中氮的雜化方式為sp雜化，則其陽(yáng)離子的構(gòu)型和陰離子中氮的雜化方式為()A直線(xiàn)形sp2雜化BV形sp雜化C.平面三角形sp2雜化D平面三角形sp3雜化答案A解析NO構(gòu)型為平面三角形，其中氮原子的雜化類(lèi)型為sp2雜化；NO中氮的雜化方式為sp雜化，構(gòu)型為直線(xiàn)形。綜合強(qiáng)化13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(wèn)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))。單鍵雙鍵鍵鍵鍵和鍵(3)甲醛分子中CH鍵與CH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)(3)<碳氧雙鍵中存在鍵，它對(duì)CH鍵的排斥作用較強(qiáng)解析(1)原子的雜化軌道類(lèi)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(lèi)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(lái)說(shuō)，雙鍵是鍵和鍵的組合。(3)由于碳氧雙鍵中存在鍵，它對(duì)CH鍵的排斥作用較強(qiáng)，所以甲醛分子中CH鍵與CH鍵間的夾角小于120。142001年是偉大的化學(xué)家、1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、著名的化學(xué)結(jié)構(gòu)大師、20世紀(jì)的科學(xué)怪杰鮑林(L.Pauling)教授的誕辰100周年。1994年這位老人謝世后，人們打開(kāi)他的辦公室，發(fā)現(xiàn)里面有一塊黑板，畫(huà)得滿(mǎn)滿(mǎn)的，其中一個(gè)結(jié)構(gòu)式如圖所示。老人為什么畫(huà)這個(gè)結(jié)構(gòu)式？它能合成嗎？它有什么性質(zhì)？不得而知。這是鮑林留給世人的一個(gè)謎，也許這是永遠(yuǎn)無(wú)法解開(kāi)的謎，也許有朝一日你就能解開(kāi)它。不管結(jié)果如何，讓我們先對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)作一番了解。(1)它的分子式是_。(2)它是否帶有電荷？_(填“是”或“否”)。(3)該分子中sp雜化的氮原子有_個(gè)；sp2雜化的氮原子有_個(gè)；sp3雜化的氮原子有_個(gè)。(4)為什么人們推測(cè)它是炸藥？_。答案(1)C6H2O2N10(2)否(3)190(4)它分解能產(chǎn)生大量很穩(wěn)定的氣體N2解析(1)根據(jù)有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的書(shū)寫(xiě)規(guī)則，不難確定，每個(gè)環(huán)上除3個(gè)氮原子外還有3個(gè)碳原子，由此可以確定其分子式。(2)由電子數(shù)可以確定，該分子不帶電荷。(3)根據(jù)氮原子的成鍵特征和結(jié)構(gòu)可以確定，采用sp2雜化方式的氮原子數(shù)為9個(gè)，采用sp雜化方式的氮原子數(shù)為1個(gè)，無(wú)sp3雜化方式。15化合物YX2、ZX2中X、Y、Z都是短周期元素，X與Y同周期，Y與Z同主族，Y原子的最外層p軌道上的電子數(shù)等于前一電子層電子總數(shù)；X原子最外層的p軌道中有一個(gè)軌道填充了2個(gè)電子。(1)X元素基態(tài)原子的電子排布式是_，Y原子的價(jià)層電子的軌道表示式是_。(2)YX2的分子構(gòu)型是_。(3)YX2分子中，Y原子的雜化軌道類(lèi)型是_，1個(gè)YX2分子中含有_個(gè)鍵。答案(1)1s22s22p4(2)直線(xiàn)形(3)sp2解析解此類(lèi)題，首先從信息尋找突破口，如Y屬于短周期元素，Y原子的最外層p軌道上的電子數(shù)等于前一電子層電子總數(shù)，可判斷p軌道上有2個(gè)電子，則Y為碳元素；X原子最外層的p軌道中有一個(gè)軌道填充了2個(gè)電子，則p軌道上有4個(gè)電子，根據(jù)X與Y同周期可知X為氧元素；sp雜化得到夾角為180的直線(xiàn)形雜化軌道，所以CO2的分子構(gòu)型為直線(xiàn)形，Y原子的雜化類(lèi)型為sp；雙鍵中一個(gè)是鍵，一個(gè)是鍵，CO2的結(jié)構(gòu)式為O=C=O，故CO2分子中含有2個(gè)鍵。