导学案高中化学导学案鲁科选修教师用书 一些典型分子的立体构型

第2节共价键与分子的立体构型第1课时一些典型分子的立体构型1.初步认识共价分子结构的多样性和复杂性,了解简单分子的空间构型。

2.了解杂化轨道的概念及类型。

3.能运用杂化轨道理论判断分子的空间构型。

一、典型分子的立体构型1.在外界条件的影响下,原子内部①能量相近的原子轨道重新组合的过程叫作轨道杂化。

组合后形成的新的②能量相同的一组原子轨道叫作杂化轨道。

2.甲烷分子中碳原子的杂化轨道是由一个③s轨道和三个④p轨道重新组合而成的,这种杂化叫作⑤sp3杂化。

3.乙烯分子中碳原子的原子轨道采用⑥sp2杂化。

形成乙烯分子时,两个碳原子各用 1个⑦sp2杂化轨道上的电子相互配对,形成一个σ键,每个碳原子的另外两个⑧sp2杂化轨道分别与两个氢原子的⑨1s轨道上的电子配对形成共价键;每个碳原子剩下的一个未参与杂化的⑩2p轨道以“肩并肩”的方式重叠形成π键。

4.在形成氨气分子时,氮原子中的原子轨道发生sp3杂化,生成的四个杂化轨道中,只有3个轨道含有未成对电子,所以只能与3个氢原子形成共价键。

由于氨分子中存在未成键的孤对电子,它对成键电子对的排斥作用较强,所以三个N—H键的键角从109.5°被压缩到107.3°,氨气分子的空间构型为三角锥形。

5.根据杂化轨道理论,形成苯分子是每个碳原子的原子轨道发生sp2杂化,由此形成的三个sp2杂化轨道在同一平面内。

三个sp2杂化轨道分别与两个碳原子、一个氢原子形成σ键。

同时每个碳原子还有一个未参加杂化的2p轨道,他们均有一个未成对电子。

六条轨道相互平行,以“肩并肩”的方式相互重叠,形成一个多电子的π键。

二、价层电子对互斥模型1.价层电子对互斥模型的概述该理论模型认为,在一个共价分子或离子中,中心原子A周围所配置的B原子的几何构型,主要取决于中心原子的价电子层中各电子对间的相互排斥作用。

这些电子对在中心原子周围按尽可能互相远离的位置排布,以使彼此间的斥力最小。

这就是价层电子对互斥模型。

2.对于AB m型分子的价电子对数的确定对于AB m型分子(A是中心原子,B是配位原子),分子的价电子对数可以通过下式确定:n=其中,中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数,配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子,氧原子和硫原子按不提供价电子计算。

3.中心原子价层电子对互斥模型和分子立体结构的确定价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型,而分子的立体结构(空间构型)指的是成键电子对的空间构型,不包括中心原子上的孤电子对;若无孤电子对,则价层电子对模型和分子的空间构型一致;若有孤电子对,则价层电子对模型与分子的空间构型不一致,分子的空间构型为不对称结构。

1.杂化轨道形成的化学键可以是π键吗?【答案】不能,杂化轨道所形成的化学键全部为σ键。

2.请用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况,并分析它们的空间构型。

【答案】乙烯分子中的碳原子采用sp2杂化类型,形成3个sp2杂化轨道,两个碳原子间形成1个σ键,每个碳原子还分别与两个氢原子形成σ键,两个碳原子各自还有一个未参与杂化且有一个未成对电子的2p轨道,再形成一个π键,乙烯分子为平面结构,键角为120°。

乙炔分子中的碳原子采用sp杂化类型,形成两个sp杂化轨道,两个碳原子间形成一个σ键,每个碳原子还分别与一个氢原子形成σ键,两个碳原子各自还有两个未参与杂化且有一个未成对电子的2p轨道,再形成两个互相垂直的π键,乙炔分子为直线形结构,键角为180°。

3.H2O分子与CO2分子、NH3分子与BF3分子,它们分子中的原子个数相同,为何立体结构不同?【答案】H2O分子和NH3分子中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间,并参与相互排斤,因而H2O分子呈V形,NH3分子呈三角锥形。

而CO2分子和BF3分子中心原子上无孤对电子,分子的立体结构与VSEPR 模型相同,分别为直线形和平面三角形。

的是( )。

1.下列关于杂化轨道理论的说法不正确．．．A.原子中能量相近的某些轨道,在成键时,能重新组合成能量相等的新轨道B.轨道数目杂化前后可以相等,也可以不等C.杂化轨道成键时,要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理D.原子轨道杂化只有在形成分子的过程中才会发生【解析】轨道数目在杂化前后一定相等。

【答案】B的是( )。

2.用杂化轨道理论解释甲烷分子的正四面体结构,下列说法不正确．．．A.C原子的四个杂化轨道的能量一样B.C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样C.C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道D.C原子有1个sp3杂化轨道由孤对电子占据【答案】D3.回忆课上所学,分析、归纳、总结多原子分子立体结构的判断规律,完成下表:化学式中心原子孤对电子对数杂化轨道类型CH4H2OBF3NH3【答案】0;sp3;2;sp3;0;sp2;1;sp3探究:价层电子对互斥理论用价层电子对互斥模型预测下列分子或离子的立体结构,其中不正确的是( )。

．．．A.NH3为三角锥形B.CS2为直线形C.SCl2为V形D.PCl3为正四面体形【解析】NH3分子中,N原子杂化方式为sp3,含有1个孤电子对,所以为三角锥形,A项正确;CS2分子中C原子杂化方式为sp,空间构型为直线形,B项正确;SCl2分子中S原子杂化方式为sp3,含有2个孤电子对,为V形,C 项正确;PCl3分子中P原子杂化方式为sp3,含有1个孤电子对,空间构型为三角锥形,D项错误。

【答案】DS、S、N等离子中,中心原子分别为何种杂化方式?【解析】孤电子对数=(中心原子价电子数-配位原子提供的价电子数×m-电荷数)÷2。

如S :孤电子对数=[6-2×3-(-2)]÷2=1,成键电子对数为3,所以S中S原子杂化方式为sp3;S:孤电子对数=[6-2×4-(-2)]÷2=0,成键电子对数为4,所以S中S原子杂化方式为sp3;N:孤电子对数=[5-1×4-1]÷2=0,成键电子对数为4,所以N中N原子杂化方式为sp3。

【答案】均为sp3一、杂化轨道类型的判断方法(1)①公式:n=×(中心原子的价电子数+配位原子的成键电子数±电荷数)。

②根据n值判断杂化轨道类型:n=2,sp杂化;n=3,sp2杂化;n=4,sp3杂化。

例如:SO2:n=×(6+0)=3,sp2杂化;N:n=×(5+1)=3,sp2杂化;NH3:n=×(5+3)=4,sp3杂化。

注意:上述公式中正电荷取“-”,负电荷取“+”,当配位原子为氧原子或硫原子时,成键电子数为0。

(2)因为杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系:杂化轨道数=中心原子孤电子对数+中心原子结合的原子数,再由杂化轨道数判断杂化轨道类型。

注意:分子中出现双键或三键时,可将双键或三键当成一对电子或一个原子对待。

二、确定分子空间构型的两种方法(1)根据价层电子对互斥模型确定利用价层电子对互斥模型确定分子空间构型要分两步进行。

①首先要确定价层电子对的空间构型。

由于价层电子对之间的相互排斥作用,它们趋向于尽可能相互远离,价层电子对的空间构型和价层电子对数目密切相关,其相互关系可简单表示如下:价层电子对数234价层电子对的空间构型直线形三角形正四面体形②在确定了价层电子对空间构型的基础上,确定分子的空间构型。

关键是比较分子中成键电子对数和孤电子对数之间的关系,确定相应分子的空间构型。

(2)根据杂化轨道理论确定采取sp杂化的为直线形分子;采取sp2杂化的为平面三角形或V形分子;采取sp3杂化的为四面体形、V形或三角锥形分子。

1.下列分子的中心原子采取sp2杂化的是 ( )。

A.H2SB.CH4C.BF3D.H2O【解析】A、B、D三项中中心原子均为sp3杂化。

【答案】C2.PCl3分子的空间构型是( )。

A.平面三角形,键角小于120°B.平面三角形,键角120°C.三角锥形,键角小于109.5°D.三角锥形,键角109.5°【解析】PCl3中P原子采取sp3杂化,P原子中含有孤电子对,空间构型为三角锥形,键角小于109.5°。

【答案】C3.乙烯分子中含有4个C—H和1个,6个原子在同一平面上。

下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是( )。

A.每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化,形成2个sp杂化轨道B.每个C原子的1个2s轨道与2个2p轨道杂化,形成3个sp2杂化轨道C.每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化,形成4个sp3杂化轨道D.每个C原子的3个价电子占据3个杂化轨道,1个价电子占据1个2p轨道【答案】B4.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )。

A.BeCl2与BF3B.CO2与SO2l4与NH3D.C2H2与C2H4【解析】BeCl2中Be原子采取sp杂化,BF3中B原子采取sp2杂化;CO2中C原子采取sp杂化,SO2中S原子采取sp2杂化;CCl4中C原子采取sp3杂化,NH3中N原子采取sp3杂化;C2H2中C原子采取sp杂化,C2H4中C原子采取sp2杂化。

【答案】C。