新2020-2021版高中化学 第2章 化学键与分子间作用力 第2节 共价键与分子的空间构型 第1课时学案 鲁科版选修

最新人教版小学试题 部编本试题，欢迎下载！ 第1课时 一些典型分子的空间构型 [学习目标定位] 1.了解常见分子的空间构型。2.理解杂化轨道理论的主要内容，并能用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间构型。

一、杂化轨道及其理论要点 1．试解释CH4分子为什么具有正四面体的空间构型？ 答案 在形成CH4分子时，碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道发生混杂，形成四个能量相等的sp3杂化轨道。四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—H是等同的。可表示为

2．轨道杂化与杂化轨道

杂化轨道理论四要点 (1)能量相近 原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。 (2)数目不变 形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。 (3)成键能力增强 杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。 (4)排斥力最小 杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。 例1 下列关于杂化轨道的说法错误的是( ) A．所有原子轨道都参与杂化 最新人教版小学试题 部编本试题，欢迎下载！ B．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化 C．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键 D．杂化轨道中不一定有电子 答案 A 解析 只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大，不能形成杂化轨道，故A项不正确，B项正确；杂化轨道重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都有电子，可以是空轨道，也可以有1对孤对电子(如NH3、H2O的形成)，故D项正确。 易错警示 (1)杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤对电子。 (2)未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。 例2 用鲍林的杂化轨道理论解释CH4分子的正四面体结构，下列说法不正确的是( ) A．C原子的4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 D 解析 甲烷中C原子采取sp3杂化，每个杂化轨道上1个电子分别与1个H原子上的电子结合形成共价键，这四个共价键完全相同，轨道间的夹角为109.5°，形成正四面体形的分子。 规律总结 1个ns轨道和3个np轨道杂化得到4个能量相等的sp3杂化轨道，且4个轨道间夹角相等。 二、杂化轨道类型和分子的空间构型 1．sp1杂化——BeCl2分子的形成 (1)BeCl2分子的形成

杂化后的2个sp1杂化轨道分别与氯原子的3p轨道发生重叠，形成2个σ键，构成直线形的BeCl2分子。

(2)sp1杂化：sp1杂化轨道是由1个ns轨道和1个np轨道杂化而得，sp1杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形。 (3)sp1杂化后，未参与杂化的2个np轨道可以用于形成π键，如乙炔分子中的C≡C键的形成。 最新人教版小学试题 部编本试题，欢迎下载！ 2．sp2杂化——BF3分子的形成 (1)BF3分子的形成

(2)sp2杂化：sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而得，sp2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。 (3)sp2杂化后，未参与杂化的1个np轨道可以用于形成π键，如乙烯分子中的C==C键的形成。 3．sp3杂化——NH3、H2O与CH4分子的形成 (1)CH4分子的空间构型

(2)sp3杂化：sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道杂化而得，sp3杂化轨道的夹角为109.5°，呈正四面体构型。 (3)NH3、H2O分子中N原子和O原子的杂化类型分别为sp3、sp3杂化。由于N原子和O原子分别有1对和2对孤对电子，孤对电子对成键电子对的排斥作用较强，且孤对电子数越多，排斥作用越强，使键角依次变小。

1.杂化轨道类型的判断方法 (1)根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为109.5°，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp1杂化。 (2)根据分子(或离子)的空间构型判断 ①正四面体形―→中心原子为sp3杂化；三角锥形―→中心原子为sp3杂化； ②平面三角形―→中心原子为sp2杂化； 最新人教版小学试题 部编本试题，欢迎下载！ ③直线形―→中心原子为sp1杂化。 2．杂化轨道类型与分子空间构型的关系 (1)当杂化轨道全部用于形成σ键时 杂化类型 sp1 sp2 sp3 参与杂化的原子轨道及数目

ns 1 1 1

np 1 2 3

杂化轨道数目 2 3 4 杂化轨道间的夹角 180° 120° 109.5° 空间构型 直线形 平面三角形 正四面体形 实例 BeCl2、CO2、CS2 BCl3、BF3、BBr3 CF4、SiCl4、SiH4

(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤对电子时，由于孤对电子的排斥作用，会使分子的空间构型与杂化轨道的形状不同，如H2O和NH3，O与N的杂化类型都为sp3杂化，孤电子对数分别为2、1，分子空间构型分别为V形、三角锥形。 例3 NH3分子空间构型是三角锥形，而CH4是正四面体形，这是因为 ( ) A．两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化 B．NH3分子中N原子形成3个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道 C．NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强 D．NH3分子中有3个σ键，而CH4分子中有4个σ键 答案 C 解析 NH3和CH4的中心原子均是sp3杂化，但NH3分子中有一对孤对电子，CH4分子中没有孤对电子，由于孤对电子与成键电子对之间的排斥作用＞成键电子对与成键电子对之间的排斥作用，NH3分子进一步被“压缩”成三角锥形，甲烷则呈正四面体形。 方法规律 ABm型分子(或离子)的空间构型与中心原子杂化轨道类型和孤电子对数的关系： ABm型分子或离子 中心原子杂化类型 中心原子孤电子对数 空间构型 AB4 sp3 0 正四面体形

AB3(B3A) sp3 1 三角锥形 sp2 0 平面三角形

AB2(B2A) sp2 1 V形 sp1 0 直线形

中心原子或离子的杂化轨道空间构型与分子或离子的空间构型不一定相同。中心原子杂化轨道最新人教版小学试题 部编本试题，欢迎下载！ 类型相同的分子或离子的空间构型不一定相同。 例4 下列有关NCl3分子的叙述正确的是( ) A．NCl3分子中的N原子采取sp2杂化 B．NCl3分子为平面三角形 C．NCl3分子中Cl—N—Cl键角小于109.5° D．NCl3分子中含有非极性键 答案 C

解析 NCl3分子中心原子N原子的杂化轨道数为n＝12×(5＋3)＝4，N原子的杂化类型为sp3，其中1个杂化轨道含有1对孤对电子，对成键电子对具有排斥作用，使键角小于109.5°，NCl3

分子为三角锥形，分子中N—Cl键为极性键。

方法规律——比较键角大小的方法 (1)中心原子杂化轨道类型不同时，键角按sp1、sp2、sp3顺序减小。 (2)中心原子杂化轨道类型相同时，孤电子对数越多，键角越小。 如NH3中的氮原子与CH4中的碳原子均为sp3杂化，但键角分别为107.3°、109.5°。 三、苯分子的空间构型与大π键 1．根据杂化轨道理论，形成苯分子时每个碳原子中一个2s轨道和两个2p轨道都发生了sp2杂化(如2s、2px、2py杂化)，由此形成的三个sp2杂化轨道在同一平面内，还有一个未参与杂化的2p轨道(如2pz)垂直于这个平面。 2．每个碳原子的两个sp2杂化轨道上的电子分别与邻近的两个碳原子的sp2杂化轨道上的电子配对形成σ键，于是六个碳原子组成一个正六边形的碳环；每个碳原子的另一个sp2杂化轨道上的电子分别与一个氢原子的1s电子配对形成σ键。 3．6个碳原子上各有1个未参与杂化的垂直于碳环平面的p轨道，这6个轨道以“肩并肩”的方式形成含有6个电子、属于6个C原子的大π键。

例5 下列有关苯分子中的化学键描述正确的是( ) A．每个碳原子的sp2杂化轨道中的其中一个形成大π键 B．每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成大π键 C．碳原子的三个sp2杂化轨道与其他原子形成三个π键 D．碳原子的未参加杂化的2p轨道与其他原子形成σ键 最新人教版小学试题 部编本试题，欢迎下载！ 答案 B 解析 苯分子中每个碳原子的三个sp2杂化轨道分别与两个碳原子和一个氢原子形成σ键。同时每个碳原子还有一个未参加杂化的2p轨道，它们均有一个未成对电子，这些2p轨道相互平行，以“肩并肩”方式相互重叠，形成一个多电子的大π键。 方法规律——有机物中碳原子的杂化类型 (1)根据碳原子形成的σ键数目判断 有机物中，碳原子杂化轨道形成σ键，未杂化轨道形成π键。 (2)由碳原子的饱和程度判断 ①饱和碳原子采取sp3杂化； ②双键上的碳原子或苯环上的碳原子采取sp2杂化； ③叁键上的碳原子采取sp1杂化。

杂化轨道类型 典型分子 空间构型 sp1 CO2 直线形 sp2 SO2 V形 sp3 H2O V形 sp2 SO3 平面三角形 sp3 NH3 三角锥形 sp3 CH4 正四面体形

1．能正确表示CH4中碳原子的成键方式的示意图为( ) A. B. C. D. 答案 D 解析 碳原子的2s轨道与2p轨道形成4个等性的杂化轨道，因此碳原子4个价电子分占在4个sp3杂化轨道上，且自旋状态相同。