2018-2019學年新設計化學魯科選修三講義：第2章 第2節(jié) 第1課時 一些典型分子的空間構型

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精第2節(jié)共價鍵與分子的空間構型第1課時一些典型分子的空間構型［學習目標定位]知道共價分子結構的多樣性和復雜性，能用雜化軌道理論解釋或預測某些分子或離子的空間構型。一雜化軌道及其理論要點1．C原子與H原子結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型？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?．由以上分析可知：(1）在外界條件影響下，原子內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。（2)軌道雜化的過程：激發(fā)→雜化→軌道重疊。3．雜化軌道理論要點(1）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。（2)參與雜化的原子軌道數等于形成的雜化軌道數。（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]1．雜化軌道數與參與雜化的原子軌道數相同，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鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對.4．未參與雜化的p軌道，可用于形成π鍵。[活學活用]1．下列關于雜化軌道的說法錯誤的是(）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項錯誤,B項正確；雜化軌道的電子云一頭大一頭小，成鍵時利用大的一頭,可使電子云重疊程度更大，形成牢固的化學鍵，故C項正確；并不是所有的雜化軌道中都會有電子,也可以是空軌道，也可以有一對孤電子對(如NH3、H2O的形成）,故D項正確。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個等性的雜化軌道，因此碳原子最外層上的4個電子分占在4個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型1．sp1雜化——BeCl2分子的形成(1)BeCl2分子的形成雜化后的2個sp1雜化軌道分別與氯原子的3p軌道發(fā)生重疊，形成2個σ鍵,構成直線形的BeCl2分子。(2）sp1雜化：sp1雜化軌道是由1個ns軌道和1個np軌道雜化而得，每個sp1雜化軌道含有eq\f（1,2)s和eq\f(1，2）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ns軌道和2個np軌道雜化而得，每個sp2雜化軌道含有eq\f(1,3)s和eq\f（2，3)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分子的空間構型(2)sp3雜化：sp3雜化軌道是由1個ns軌道和3個np軌道雜化而得，每個sp3雜化軌道含有eq\f(1,4)s和eq\f（3,4）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]雜化類型的判斷方法(1）由分子構型判斷雜化類型①直線形——sp1雜化②平面形-—sp2雜化③四面體形-—sp3雜化(2）由電子對數判斷雜化類型(包括孤電子對和電子對）①2對——sp1雜化②3對——sp2雜化③4對—-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［活學活用]3．下列分子的空間構型可用sp2雜化軌道來解釋的是()①BF3②CH2=CH2③④CH≡CH⑤NH3⑥CH4A．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型與雜化軌道的類型有關,因此掌握分子的空間構型并據此判斷分子中雜化軌道類型。4．關于原子軌道的說法正確的是（）A．凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子其空間構型都是正四面體形B．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C．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D．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當堂檢測1．有關乙炔分子中的化學鍵描述不正確的是（）A．兩個碳原子采用sp1雜化方式B．兩個碳原子采用sp2雜化方式C．每個碳原子都有兩個未參與雜化的2p軌道形成π鍵D．兩個碳原子間形成兩個π鍵和一個σ鍵答案B解析乙炔分子中碳原子以1個2s軌道和1個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,且每個碳原子以兩個未參與雜化的2p軌道形成2個π鍵，構成碳碳叁鍵.解答本題時必須要了解乙炔分子的結構，理解其成鍵過程，才能準確的判斷其雜化類型。2．形成下列分子時，一個原子用sp3雜化軌道和另一個原子的p軌道成鍵的是()①PF3②CCl4③NH3④H2OA．①② B．②③ C．③④ D．①④答案A3．有關甲醛分子的說法正確的是（)①C原子采取sp1雜化②甲醛分子為三角錐形結構③C原子采取sp2雜化④甲醛分子為平面三角形結構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個雜化軌道呈平面三角形，2個sp2雜化軌道分別與1個H原子的s軌道形成C—Hσ鍵，另1個sp2雜化軌道與O原子的p軌道形成1個σ鍵，C原子中未用于雜化的一個p軌道與O原子的p軌道形成1個π鍵。4．CHeq\o\al(＋，3)、·CH3、CHeq\o\al(－,3）都是重要的有機物反應的中間體，CHeq\o\al（＋,3）中四個原子是共平面的,則C原子是________雜化，鍵角應是________。答案sp2120°解析根據雜化軌道類型中sp2雜化軌道的空間構型特點,可得答案.40分鐘課時作業(yè)[基礎過關］一、原子軌道雜化與雜化軌道1．下列有關雜化軌道的說法不正確的是(）A．原子中能量相近的某些軌道，在成鍵時能重新組合成能量相等的新軌道B．軌道數目雜化前后可以相等,也可以不等C．雜化軌道成鍵時，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．雜化軌道可用來容納未參與成鍵的孤對電子C．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D．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-Hσ鍵答案B解析雜化軌道只用于形成σ鍵,或用來容納未參與成鍵的孤對電子，不能用來形成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—Hσ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—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構,下列說法不正確的是(）A．C原子的四個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個價電子分別占據4個sp3雜化軌道D．C原子有1個sp3雜化軌道由孤電子對占據答案D解析甲烷中碳原子采取sp3雜化，四個等同的雜化軌道分別與四個氫原子的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．sp1-p B．sp2。sC．sp2。p D．sp3。p答案C解析分子中的兩個碳原子都是采用sp2雜化,溴原子的價電子排布為4s24p5，4p軌道上有一個單電子，與碳原子的1個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．CS2C．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sp1雜化軌道，碳原子上的另兩個p軌道未參與雜化，而是與另一個碳原子同樣的軌道形成兩個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C—H鍵和1個C=C鍵，6個原子在同一平面上。下列關于乙烯分子的成鍵情況分析正確的是(）①每個C原子的2s軌道與2p軌道雜化，形成兩個sp1雜化軌道②每個C原子的2s軌道與2個2p軌道雜化,形成3個sp2雜化軌道③每個C原子的2s軌道與3個2p軌道雜化，形成4個sp3雜化軌道④每個C原子的3個價電子占據3個雜化軌道，1個價電子占據1個2p軌道A．①③ B．②④ C．①④ D．②③答案B解析乙烯分子中每個C原子與1個C原子和2個H原子成鍵，必須形成3個σ鍵,6個原子在同一平面上，則鍵角為120°,為sp2雜化，形成3個sp2雜化軌道，1個價電子占據1個2p軌道,2個C原子成鍵時形成1個π鍵。三、雜化軌道類型與分子構型7．下列推斷正確的是(）A．BF3為三角錐形分子B．NHeq\o\al(＋,4)的電子式為［Heq\o\al(·，·)Neq\o（,\s\up6(H）),eq\o（，\s\do4(H)）eq\o\al（·,·)H]＋，離子呈平面正方形結構C．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s。pσ鍵D．甲醛分子為平面三角形,有一個π鍵垂直于三角形平面答案D解析BF3為平面三角形，NHeq\o\al（＋,4）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,然后與氫的1s軌道重疊,形成4個s.sp3σ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π鍵,該π鍵垂直于雜化軌道的平面。8．下列關于苯分子結構或性質的描述錯誤的是(）A．苯分子呈平面正六邊形，六個碳碳鍵完全相同，鍵角皆為120°B．苯分子中的碳原子采取sp2雜化,6個碳原子中未參與雜化的2p軌道以“肩與肩"形式形成一個大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，六個碳碳鍵完全相同，呈平面正六邊形結構,鍵角皆為120°；在苯分子中有一個大π鍵,因此苯分子中的碳碳鍵并不是單、雙鍵交替結構,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，分子的空間構型為直線形且分子中沒有形成π鍵的是(）A．CH≡CH B．CO2C．BeCl2 D．BF3答案C10．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NH3C．BeCl2與BF3 D．C2H4與C2H2答案B解析eq\x(雜化軌道)eq\o（→,\s\up7（分類)）eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—\x(sp1雜化軌道)\o(→，\s\up7（范例)）\x（CO2、BeCl2、C2H2)，—\x（sp2雜化軌道)\o(→,\s\up7(范例）)\x(SO2、BF3、C2H4)，-\x（sp3雜化軌道)\o（→,\s\up7(范例))\x（CH4、NH3)))[能力提升]11．如圖是甲醛分子的模型,根據該圖和所學化學知識回答下列問題：(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）下列是對甲醛分子中碳氧鍵的判斷，其中正確的是________(填序號)。①單鍵②雙鍵③σ鍵④π鍵⑤σ鍵和π鍵(3)甲醛分子中C—H鍵與C—H鍵間的夾角________(填“＝"、“>”或“〈")120°,出現該現象的主要原因是________________________________________________________________________。答案（1）sp2甲醛分子的空間構型為平面三角形(2）②⑤(3)〈碳氧雙鍵中存在π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,分子的空間構型也不同。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.一般來說，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°。12．通過計算判斷下列中心原子的雜化軌道類型（點“eq\a\vs4\al\co1（·）”的原子為中心原子）。微粒雜化軌道數雜化軌道類型①H3O＋②CH2=CH2③CCl4④NCl3⑤PH3答案①4sp3②3sp2③4sp3④4sp3⑤4sp3解析根據雜化軌道數＝中心原子孤電子對數＋中心原子結合的原子數，以及雜化軌道數為2時雜化方式為sp1，雜化軌道數為3時雜化方式為sp2，雜化軌道數為4時雜化方式為sp3，可得出正確答案。13．中國古代四大發(fā)明之一——黑火藥，它的爆炸反應為2KNO3＋3C＋Seq\o(=，\s\up7(引燃))A＋N2↑＋3CO2↑（已配平）(1)除S外,上列元素的電負性從大到小依次為____________________________________________。(2）在生成物中，A的晶體類型為_________________________________________,含極性共價鍵的分子的中心原子軌道雜化類型為____________________________。(3）已知CN－與N2結構相似，推算HCN分子中σ鍵與π鍵數目之比為__________。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σ鍵和2個π鍵，所以CN－中也含有1個σ鍵和2個π鍵，在HCN中又多了一個H—Cσ鍵，所以在HCN中σ鍵和π鍵各為2個。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3s軌道、3個3p軌道和1個3d軌道發(fā)生雜化形成5個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都是8個的是______________(填分子式)，該分子的空間構型是________。（2)有同學認為，NH5與PCl5類似，N原子的1個2s軌道、3個2p軌道和1個2d軌道可能發(fā)生sp3d雜化。請你對該同學的觀點進行評價：_________________________________。（3)經測定，NH5中存在離子鍵，N原子最外層電子數是8,所有氫原子的最外層電子數都是