高中化學物質(zhì)結(jié)構(gòu)雜化軌道理論_第1頁
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第2課時雜化軌道理論[學習目標定位]知道雜化軌道理論的基本內(nèi)容,能根據(jù)雜化軌道理論確定簡單分子的立體構(gòu)型。一雜化軌道理論雜化軌道及其理論要點閱讀教材內(nèi)容,并討論甲烷分子中四個C—H鍵的鍵能、鍵長,為什么都完全相同?答案在形成CH4分子時,碳原子的一個2s軌道和三個2p軌道發(fā)生混雜,形成四個能量相等的sp3雜化軌道。四個sp3雜化軌道分別與四個H原子的1s軌道重疊成鍵形成CH4分子,所以四個C—H是等同的??杀硎緸閮铡啊啊篙p|7|""丨竹迤|f|f|f|「2s2p2s2p*二K-——"1——r「sjr基態(tài)激發(fā)態(tài)雜?化軌道由以上分析可知在外界條件影響下,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,簡稱雜化軌道。軌道雜化的過稈:激發(fā)一雜化一軌道重疊。雜化軌道理論要點原子在成鍵時,同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。參與雜化的原子軌道數(shù)等于形成的雜化軌道數(shù)。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加。雜化軌道類型和立體構(gòu)型sp雜化BeCl2分子的形成BeCl2分子的形成雜化后的2個sp雜化軌道分別與氯原子的3p軌道發(fā)生重疊,形成2個o鍵,構(gòu)成直線形的BeCl2分子。coo整ed炎民sp沖恥口扮子(宜線形)sp雜化:sp雜化軌道是由一個ns軌道和一個np軌道雜化而得,每個sp雜化軌道含有*s

軌道的成分。sp雜化軌道間的夾角為180。,呈直線形(如BeCl2)。sp雜化后,未參與雜化的兩個np軌道可以用于形成n鍵,如乙炔分子中的C三C鍵的形成。⑵sp2雜化——BF3分子的形成①bf3分子的形成rrrrn②sp2雜化:sp2雜化軌道是由一個ns軌道和兩個np軌道雜化而得,每個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)。sp2雜化后,未參與雜化的一個np軌道可以用于形成n鍵,如乙烯分子中的C===C鍵的形成。⑶sp3雜化——CH4分子的形成①CH4分子的立體構(gòu)型②sp3雜化:sp3雜化軌道是由一個ns軌道和三個np軌道雜化而得,每個sp3雜化軌道含有*s和3P的成分。sp3雜化軌道的夾角為109。28',呈空間正四面體形(如CH4、CF4、CCl4)。[歸納總結(jié)]雜化類型與分子間的空間構(gòu)型中心參與生成成鍵A原分子的實例原子雜化雜化電子子的空間構(gòu)型分子式結(jié)構(gòu)式

(A)的雜化類型黝道白軌道數(shù)對數(shù)孤電子對數(shù)sp1個s1個p220直線形BeCl2Cl—Be—ClFZ、Fsp21個s2個p330平面一角形sp31個s3個p440止四面體形CH4HHH31三角錐形NH322V形H2O八[活學活用]有關(guān)雜化軌道的說法不正確的是()雜化前后的軌道數(shù)不變,但軌道的形狀發(fā)生了改變sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角分別為109。28‘、120。、180。四面體形、三角錐形、V形分子的結(jié)構(gòu)可以用sp3雜化軌道解釋雜化軌道全部參與形成化學鍵答案D解析雜化軌道用于形成G鍵和容納孤電子對。①②③B.①⑤⑥C.②③④D.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n鍵;③同②相似;④乙炔中的碳原子為sp雜化;@NH3中的氮原子為Sp3雜化;⑥CH4中的碳原子為Sp3雜化。二雜化類型及分子構(gòu)型的判斷雜化類型的判斷方法雜化軌道只能用于形成G鍵或者用來容納孤電子對,而兩個原子之間只能形成一個G鍵,故有下列關(guān)系:雜化軌道數(shù)=中心原子孤電子對數(shù)+中心原子結(jié)合的原子數(shù),再由雜化軌道數(shù)判斷雜化類型。雜化軌道的立體構(gòu)型與微粒的立體構(gòu)型VSEPR模型和雜化軌道的立體構(gòu)型是一致的,略去VSEPR模型中的孤電子對,就是分子(或離子)的立體構(gòu)型。代表物項目CO2CH2OCH4SO2NH3H2O價層電子對數(shù)234344雜化軌道數(shù)234344雜化類型spsp2sp3sp2sp3sp3雜化軌道立體構(gòu)型直線形平面二角形正四面體形平面二角形四面體形四面體形VSEPR模型直線形平面二角形正四面體形平面二角形四面體形四面體形分子構(gòu)型直線形平面二角形正四面體形V形三角錐形V形[歸納總結(jié)]雜化類型的判斷方法利用價層電子對互斥理論、雜化軌道理論判斷分子構(gòu)型的思路:價層電子對*雜化軌道數(shù)—虬雜化類型―虬雜化軌道構(gòu)型。根據(jù)雜化軌道之間的夾角判斷:若雜化軌道之間的夾角為109。28‘,則中心原子發(fā)生sp3雜化;若雜化軌道之間的夾角為120°,則中心原子發(fā)生sp?雜化;若雜化軌道之間的夾角為180°,則中心原子發(fā)生sp雜化。有機物中碳原子雜化類型的判斷:飽和碳原子采取sp3雜化,連接雙鍵的碳原子米取sp2雜化,連接二鍵的碳原子米取sp雜化。[活學活用]3?計算下列各微粒中心原子的雜化軌道數(shù),判斷中心原子的雜化軌道類型,寫出VSEPR模型名稱。⑴gs2、、oTOC\o"1-5"\h\zNH、、。H2O、、。PCl3、、。BCl3、、。答案(1)2sp直線形(2)4sp3正四面體形(3)4sp3四面體形(4)4sp3四面體形(5)3sp2平面三角形碳原子有4個價電子,在有機化合物中價電子均參與成鍵,但雜化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔、苯、甲醛分子中,碳原子采取sp雜化的分子是(寫結(jié)構(gòu)簡式,下同),采取Sp2雜化的分子,采取Sp3雜化的分子是。答案CH三CHCH2==C巧、一:、HCHOCH3CH3解析采取sp雜化的分子呈直線形采取sp2雜化的呈平面形采取SP3雜化的呈四面體形。團學習小結(jié)雜化軌道類型VSEPR模型典型分子立體構(gòu)型spoO=oCO2直線形sp2ASO2V形sp3XH2OV形sp2SO3平面二角形sp3NH3三角錐形sp3CH4正四面體形當堂檢測1.關(guān)于原子軌道的說法正確的是()凡是中心原子采取SP3雜化軌道成鍵的分子其幾何構(gòu)型都是正四面體CH4分子中的sp3雜化軌道是由4個H原子的1s軌道和C原子的2p軌道混合起來而形成的SP3雜化軌道是由同一個原子中能量相近的s軌道和p軌道混合起來形成的一組能量相近的新軌道凡AB3型的共價化合物,其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵答案C解析中心原子采取sp3雜化,軌道形狀是正四面體,但如果中心原子還有孤電子對,分子的空間結(jié)構(gòu)不是正四面體。CH4分子中的SP3雜化軌道是C原子的一個2s軌道與三個2p軌道雜化而成的。AB3型的共價化合物,A原子可能采取sp2雜化或sp3雜化。2?原子軌道的雜化不但出現(xiàn)在分子中,原子團中同樣存在原子軌道的雜化。在SO曠中S原子的雜化方式為()spB.sp2C.sp3D.無法判斷答案C解析在SO2-中S原子的孤電子對數(shù)為0,與其相連的原子數(shù)為4,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sp3雜化,立體構(gòu)型為正四面體形,類似于CH4。3?在SO2分子中,分子的立體構(gòu)型為V形,S原子采用sp2雜化,那么SO2的鍵角()等于120°B.大于120°C.小于120°D.等于180。答案C解析由于SO2分子的VSEPR模型為平面三角形,從理論上講其鍵角應(yīng)為120°,但是由于SO2分子中的S原子有一對孤電子對,對其他的兩個化學鍵存在排斥作用,因此分子中的鍵角要小于120°。()II4?在〔ML;IL分子中,羰基碳原子與甲基碳原子成鍵時所采取的雜化方式分別為()sp2雜化;sp2雜化sp3雜化;sp3雜化sp2雜化;sp3雜化sp雜化;sp3雜化答案C解析羰基上的碳原子共形成3個o鍵為sp2雜化兩側(cè)甲基中的碳原子共形成4個o鍵,為sp3雜化。C1O-、CIO,、CIO亍、ClOy中,中心原子Cl都是以sp3雜化軌道方式與O原子成鍵,則C1O-的立體構(gòu)型是;ClOy的立體構(gòu)型是;C1O-的立體構(gòu)型是;C1O-的立體構(gòu)型。答案直線形V形三角錐形正四面體形解析C1O-的組成決定其立體構(gòu)型為直線形。其他3種離子的中心原子的雜化方式都為SP3雜化,那么從離子的組成上看其立體構(gòu)型依次類似于H2O、NH3、CH4(或NH打。40分鐘課時作業(yè)[基礎(chǔ)過關(guān)]一、原子軌道雜化與雜化軌道1.下列關(guān)于價層電子對互斥理論及雜化軌道理論的敘述不正確的是()價層電子對互斥理論將分子分成兩類:中心原子有孤電子對的和無孤電子對的價層電子對互斥理論既適用于單質(zhì)分子,也適用于化合物分子sp3雜化軌道是由同一個原子中能量相近的s軌道和p軌道通過雜化形成的一組能量相近的新軌道AB2型共價化合物的中心原子A采取的雜化方式可能不同答案B解析在VSEPR理論中,將分子分成了含孤電子對與不含孤電子對兩種情況,顯然分子的VSEPR模型與立體構(gòu)型可能相同(不含孤電子對的情況下),也可能不同(含孤電子對的情況下),A項正確;VSEPR模型的研究對象僅限于化合物分子,不適用單質(zhì)分子,B項錯誤;C項明顯正確;AB2型共價化合物由于其中心原子具有的孤電子對數(shù)和O鍵電子對數(shù)可能不同,則其采取的雜化方式也可能不同,D項正確。下列關(guān)于雜化軌道的敘述正確的是()雜化軌道可用于形成o鍵,也可用于形成n鍵雜化軌道可用來容納未參與成鍵的孤電子對NH3中N原子的sp3雜化軌道是由N原子的3個p軌道與H原子的s軌道雜化而成的在乙烯分子中1個碳原子的3個sp2雜化軌道與3個氫原子的s軌道重疊形成3個C—Ho鍵答案B解析雜化軌道只用于形成o鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對,不能用來形成n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s軌道和3個p軌道雜化而成的,C不正確;在乙烯分子中,1個碳原子的3個sp2雜化軌道中的2個sp2雜化軌道與2個氫原子的s軌道重疊形成2個C—Ho鍵,剩下的1個sp2雜化軌道與另一個碳原子的sp2雜化軌道重疊形成1個C—Co鍵,D不正確。二、雜化軌道類型及其判斷BF3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BF-,則BF3和BF-中BB的原子的雜化軌道類型分別是()sp2、sp2B.sp3、sp3C.sp2、sp3D.sp、sp2答案C解析BF3中B原子的價層電子對數(shù)為3,所以為SP2雜化,BF4-中B原子的價層電子對數(shù)為4,所以為sp3雜化。4?在BrCH===CHBr分子中,C—Br鍵采用的成鍵軌道是()A.sppB.sp2sC.sp2pD.sp3p答案C解析分子中的兩個碳原子都是采用sp2雜化,臭原子的價電子排布式為4S24p5,4p軌道上有—個單電子,與碳原子的一個SP2雜化軌道成鍵。5?下列分子所含原子中,既有sp3雜化,又有sp2雜化的是()d乙醛]H丙烯航甲醛]]).丙煥「H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碳原子采取SP2雜化,另一個碳原子采取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,碳碳三鍵中兩個碳原子采取Sp雜化。三、雜化軌道類型與分子構(gòu)型6?下列對于NH3和CO2的說法中正確的是()都是直線形結(jié)構(gòu)中心原子都采取sp雜化c.nh3為三角錐形結(jié)構(gòu),CO2為直線形結(jié)構(gòu)D.N原子和C原子上都沒有孤對電子答案c解析NH3和CO2分子的中心原子分別采取SP3雜化和sp雜化的方式成鍵,但nh3分子的N原子上有1對孤對電子來參與成鍵,根據(jù)雜化軌道理論,NH3的分子構(gòu)型應(yīng)為三角錐形,CO2的分子構(gòu)型為直線形。7.下列推斷正確的是()a.bf3為三角錐形分子[H:M:H」+NH4的電子式為「,離子呈平面正方形結(jié)構(gòu)CH4分子中的4個C—H鍵都是氫原子的1s軌道與碳原子的2p軌道形成的spo鍵甲醛分子為平面三角形,有一個n鍵垂直于三角形平面答案D解析BF3為平面三角形,NHf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sp3雜化軌道,然后與氫原子的1s軌道重疊,形成4個ssp3o鍵;甲醛分子為平面三角形,為sp2雜化,還有一個未參與雜化的p軌道與O原子形成n鍵,該n鍵垂直于雜化軌道的平面。8?甲烷分子(CH4)失去一個H+,形成甲基陰離子(CH_),在這個過程中,下列描述不合理的是()碳原子的雜化類型發(fā)生了改變微粒的形狀發(fā)生了改變微粒的穩(wěn)定性發(fā)生了改變微粒中的鍵角發(fā)生了改變答案A解析ch4為正四體結(jié)構(gòu),而ch3-為三角錐形結(jié)構(gòu),形狀、鍵角、穩(wěn)定性均發(fā)生改變,但雜化類型不變,仍是sp3雜化。9?有機物CH3CH==CH—QCH中標有“?”的碳原子的雜化方式依次為()A.sp、sp2、sp3B.sp2、sp、sp3sp3、sp2、spD.sp3、sp、sp2答案C[能力提升]如圖是甲醛分子的模型,根據(jù)該圖和所學化學知識回答下列問題卯醛你子的出例模型屮醛分予的球桎模利甲醛分子中碳原子的雜化方式是,作出該判斷的主要理由。下列是對甲醛分子中碳氧鍵的判斷,其中正確的(填序號)。①單鍵②雙鍵③o鍵④n鍵⑤o鍵和n鍵甲醛分子中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。答案(1)sp2雜化甲醛分子的立體構(gòu)型為平面三角形②⑤(3)<碳氧雙鍵中存在n鍵,它對C—H鍵的排斥作用較強解析(1)原子的雜化軌道類型不同,分子的立體構(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取SP2雜化。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。一般來說,雙鍵是o鍵和n鍵的組合。由于碳氧雙鍵中存在n鍵,它對C—H鍵的排斥作用較強,所以甲醛分子中C—H鍵與C—H鍵間的夾角小于120。。(1)SCN-、NO+具有相同的原子個數(shù),它們的價電子總數(shù)都是16,因此它們的結(jié)構(gòu)與由第二周期兩元素組成的分子的結(jié)構(gòu)相同,微粒呈形,中心原子都采取雜化。CO3-、NO-等微粒具有相同的原子個數(shù),它們的價電子總數(shù)都是,因此它們與由WA族兩元素組成的分子的結(jié)構(gòu)相同,呈形,中心原子都采取雜化。答案(1)CO2直線sp(2)24SO3平面三角sp2解析(1)中SCN「NOj與CO2為等電子體。由于CO2中C原子采用sp雜化,形成直線形分子,所以SCN一、N%的中心原子都采用sp雜化。(2)中CO3一、NO3-與SO3為等電子體,SO3中S采取sp2雜化形成平面三角形分子。12?有A、B、C、D、E五種短周期元素,其中A、B、C屬于同一周期,A原子最外層p能級的電子數(shù)等于次外層的電子總數(shù);B原子最外層中有兩個不成對的電子;D、E原子核內(nèi)各自的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)相等;B元素可分別與A、C、D、E生成RB2型化合物,并知在DB2和EB2中,D與B的質(zhì)量比為7:8,E與B的質(zhì)量比為1:1。試回答:TOC\o"1-5"\h\z寫出D元素基態(tài)原子的電子排布式:。寫出AB2的結(jié)構(gòu)式:。B、C兩元素的第一電離能大小關(guān)系為>(填元素符號),原因根據(jù)VSEPR模型預(yù)測C的氫化物的立體構(gòu)型為,中心原子C的雜化軌道類型為。C的單質(zhì)分子中n鍵的數(shù)目為,B、D兩元素的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性大小關(guān)系為>(填化學式)。答案(1)1s22s22p63s23p2(2)O===C===ONON原子最外層的p能級電子處于半充滿狀態(tài),比較穩(wěn)定(4)三角錐形sp3雜化(5)2H2OSiH4解析閱讀題干尋找突破口,如A原子最外層p能級的電子數(shù)等于次外層的電子總數(shù),可知A原子的核外電子排布式為1s22s22p2,A為碳元素;然后順藤摸瓜,如A、B、C屬于同一周期,B原子最外層中有兩個不成對的電子,可知B為氧元素;C能與B形成CB2型化合物且位于第二周期,可知C為氮元素;DB中島:呂二1:2,可知M(D)二28,D中質(zhì)TOC\o"1-5"\h\z2M(D)16子數(shù)等于中子數(shù),可知D為硅元素,同理可知E為硫元素。13.磷與氯氣在一定條件下反應(yīng),可以生成PC13、PC15。寫出磷原子的電子排布式:—PCl3分子中磷原子采用的雜化方式,分子的空間構(gòu)型為。磷原子在形成PCl5分子時,除最外層s、p軌道參與雜化外,其3d軌道也有1個參加了雜化,稱為sp3d雜化。成鍵電子對數(shù)與孤電子對數(shù)總和為5的原子常采用sp3d雜化。PCl5分子中5個雜化軌道分別與氯原子配對成鍵,PCl5的空間構(gòu)型為三角雙錐形(如下圖所示)。下列關(guān)于PCl5分子的說法正確的有。PC15分子中沒有形成n鍵PC15分子中所有的C1—P—C1鍵角都相等SF4分子中S原子也采用sp3d雜化N、P是同一族元素,P能形成PC13、PC—兩種氯化物,而N只能形成一種氯化物NC13,而不能形

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