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(guò)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(guò)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(lái)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(shuō)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(lái)解釋的是(　　) ①BF3?、贑H2===CH2?、邸、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(shuō)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(lái)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(lái)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(guò)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?、贑Cl4?、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(shuō)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(guò)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(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(lái)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(lái)容納未參與成鍵的孤對(duì)電子，不能用來(lái)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(shuō)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(méi)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(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))。 ①單鍵?、陔p鍵?、郐益I　④π鍵?、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(lái)說(shuō)，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(guò)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?、?　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_(kāi)_____________________________ ______________。 (2)在生成物中，A的晶體類型為_(kāi)________________________________________， 含極性共價(jià)鍵的分子的中心原子軌道雜化類型為_(kāi)___________________________。 (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_(kāi)_________。 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_(kāi)_________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(méi)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(wèn)題： (1)寫(xiě)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(guò)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。