人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子的空间结构说课课件ppt

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一、杂化轨道理论1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成。当碳原子与4个氢原子形成CH4分子时,碳原子的　2s　轨道和3个　2p　轨道发生混杂,形成4个能量相同、方向不同的　sp3　杂化轨道。彼此间夹角均为 109°28' 。 4个　sp3　杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子,所以4个C—H是等同的。 
2.轨道的杂化与杂化轨道。
微思考 比较杂化轨道与参与杂化的原子轨道的异同点。提示:杂化轨道与参与杂化的原子轨道相比较,数目相同,但能量不同,轨道的形状和方向不同。
3.杂化轨道的类型。(1)sp3杂化轨道。sp3杂化轨道是由　1　个s轨道和　3　个p轨道杂化形成的。sp3杂化轨道间的夹角是109°28',如下图所示: 
(2)sp2杂化轨道。sp2杂化轨道是由　1　个s轨道和　2　个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角是　120°　,如下图所示: 
(3)sp杂化轨道。sp杂化轨道是由　1　个s轨道和　1　个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角是　180°　,如下图所示: 
微判断(1)中心原子的杂化方式相同的分子的空间结构一定相同。(　　)(2)并非任意两个原子轨道都能发生杂化。(　　)(3)中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构可能是四面体形、三角锥形或V形。(　　)
微训练11.下列能正确表示CH4中碳原子的成键方式的示意图为(　　)。
解析:碳原子的2s轨道与2p轨道杂化形成4个能量相同、方向不同的杂化轨道,因此碳原子的4个价电子分占在4个sp3杂化轨道上,且自旋相同。
2.下列分子的中心原子形成sp2杂化轨道的是(　　)。A.H2OD.CH4答案:B
二、VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
微训练21.下列有关二氯化锡(SnCl2)分子的说法正确的是(　　)。A.一个SnCl2分子中有一个σ键、一个π键B.是直线形分子C.中心原子Sn是sp2杂化D.键角等于120°答案:C
解析:氯原子只能形成单键,而单键只能是σ键,A项错误。由于中心原子Sn形成了两个σ键,还有一个孤电子对,故Sn是sp2杂化,SnCl2为V形结构,受孤电子对的影响,键角小于120°,B、D项错误,C项正确。
2.根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断,下列分子或者离子的空间结构正确的是(　　)。
杂化轨道类型及分子空间结构的判断
问题探究(1)苯分子的空间填充模型如图1所示。苯的化学性质比较特殊,是由苯分子的特殊结构决定的。利用杂化轨道理论可以解释苯分子中的成键情况,如图2所示。
试描述苯分子中碳原子的杂化方式及苯分子中的成键情况。提示:根据杂化轨道理论,形成苯分子时每个碳原子的价电子原子轨道都发生了sp2杂化(如s、px、py杂化),由此形成的3个sp2杂化轨道在同一平面内。每个碳原子的两个sp2杂化轨道分别与邻近的两个碳原子的sp2杂化轨道形成σ键,6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杂化轨道分别与氢原子的1s轨道形成σ键。同时,每个碳原子的1个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道(2pz)均含有1个未成对电子,6个2pz轨道相互平行,以“肩并肩”的方式相互重叠,形成6中心、6电子的大π键。
(2)H2O、NH3和CH4分子中的中心原子均是sp3杂化, VSEPR模型如图3所示,但分子的空间结构分别是V形、三角锥形和正四面体形。
①CH4、NH3、H2O的键角为什么依次减小?中心原子的孤电子对对分子的空间结构有何影响?提示:CH4、NH3、H2O中中心原子都采取sp3杂化,中心原子的孤电子对数依次为0、1、2。因为孤电子对对成键电子对的排斥作用使键角变小,孤电子对数越多,对成键电子对的排斥作用越大,键角越小,所以CH4、NH3、H2O的键角依次减小。中心原子的孤电子对占据杂化轨道,排斥其他成键电子对,从而影响分子的空间结构。
②从杂化轨道理论角度,说明比较分子中键角大小的方法。提示:比较键角时,先看中心原子的杂化类型,杂化类型不同时,键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小;杂化类型相同时,中心原子的孤电子对数越多,键角越小。
归纳总结1.杂化轨道理论要点。(1)只有能量相近的原子轨道(如ns、np)才能杂化。(2)杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等,杂化轨道能量相同。(3)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)杂化轨道为使相互间的排斥力最小,在空间呈最大夹角分布,不同的杂化轨道伸展方向不同。(5)杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对。(6)sp杂化、sp2杂化中,未参与杂化的p轨道可用于形成π键。
2.中心原子轨道杂化类型的判断。(1)利用价层电子对互斥模型、杂化轨道理论判断分子或离子空间结构的思路:
当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时,由于孤电子对参与互相排斥,会使分子或离子的空间结构与杂化轨道形成的形状有所区别。在杂化轨道形状的基础上,略去孤电子对,即可得到分子或离子的空间结构。
(2)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°28',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sp杂化。(3)有机化合物分子中碳原子杂化类型的判断:饱和碳原子采取sp3杂化,连接双键的碳原子采取sp2杂化,连接三键的碳原子采取sp杂化。
典例剖析【例】 亚硫酰氯(SOCl2)是重要的有机物卤化剂和电池的介质,在生产、生活中有着广泛应用。下列关于亚硫酰氯分子的空间结构和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是(　　)。A.三角锥形、sp3B.V形、sp2C.平面三角形、sp2D.三角锥形、sp2答案:A
学以致用1.如图所示,黑球表示相关元素的原子中除去最外层电子的剩余部分,白球表示氢原子,小黑点表示没有形成共价键的最外层电子,短线表示共价键。下列说法中正确的是(　　)。
A.分子中,中心原子采用sp3杂化的只有③B.①的VSEPR模型为三角锥形,④分子的空间结构为V形C.②分子中中心原子采用sp杂化,分子中σ键与π键数目之比为2∶1D.四种分子的键角:②>③>①>④
解析:①③④分子的中心原子价层电子对数均为4,均为sp3杂化,A项错误;①和④的VSEPR模型均为四面体形,①分子的空间结构为三角锥形,④分子的空间结构为V形,B项错误;②分子为直线形,中心原子采用sp杂化,1个②分子中含有2个单键和1个三键,则σ键与π键数目之比为3∶2,C项错误;根据价层电子对互斥模型,四种分子的键角大小顺序为②>③>①>④,D项正确。
2.氮的最高价氧化物为无色晶体,它由两种离子构成,已知其阴离子构型为平面三角形,则其阳离子的构型和阳离子中氮的杂化方式为(　　)。A.平面三角形、sp2杂化B.V形、sp2杂化C.三角锥形、sp3杂化D.直线形、sp杂化答案:D
1.下列关于杂化轨道的叙述中,不正确的是(　　)。A.苯分子中所有碳原子均采取sp2杂化成键B.杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对C.SO2和C2H4分子中的中心原子S和C是通过sp2杂化轨道成键D.中心原子通过sp3杂化轨道成键时,该分子一定为四面体结构答案:D
解析:苯分子中所有碳原子均含有3个价层电子对,苯分子中所有碳原子均采用sp2杂化成键,故A项正确;杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对,没有杂化的p轨道形成π键,故B项正确;SO2的价层电子对数为 ,中心S原子为sp2杂化,C2H4分子中的中心原子碳原子含有3个σ键,且不含孤电子对,所以采用sp2杂化,故C项正确;分子的中心原子通过sp3杂化轨道成键时,杂化轨道的空间结构一定为正四面体结构,但分子的空间结构不一定为正四面体结构,如NH3、H2O分别为三角锥形和V形,N和O原子均为sp3杂化,故D项错误。
2.sp3杂化形成的AB4型分子的空间结构为(　　)。A.平面四边形B.正四面体形C.四角锥形D.平面三角形答案:B解析:sp3杂化形成的AB4型分子的空间结构应该为正四面体形,例如甲烷、四氯化碳等。
3.在BrCH=CHBr分子中,C—Br采用的成键轨道是(　　)。 A.sp-pB.sp2-sC.sp2-pD.sp3-p答案:C解析:分子中的两个碳原子都是采用sp2杂化,溴原子的价层电子排布式为4s24p5,4p轨道上有一个单电子,与碳原子的一个sp2杂化轨道成键。
4.在CH3COCH3分子中,三个碳原子所采用的杂化方式分别是(　　)。A.sp2、sp3、sp2B.sp3、sp3、sp3C.sp3、sp2、sp3D.sp3、sp、sp3答案:C
5.磷与氯气在一定条件下反应,可以生成PCl3、PCl5。
(1)PCl3分子中P原子的杂化轨道类型是　　　　,分子的空间结构为　　　　　　　。 
(2)磷原子在形成PCl5分子时,除价层电子所在的s、p轨道参与杂化外,其3d轨道也有1个参加了杂化,称为sp3d杂化。价层电子对数为5的原子常采用sp3d杂化。PCl5中5个杂化轨道分别与氯原子形成σ键,PCl5的空间结构为三角双锥形(如图所示)。下列关于PCl5分子的说法中正确的有　　　(填字母)。A.PCl5分子中P原子没有孤电子对B.PCl5分子中没有形成π键C.PCl5分子中所有的Cl—P—Cl的键角都相等D.SF4分子中S原子为sp3d杂化
(3)N、P是同一主族元素,P能形成PCl3、PCl5两种氯化物,而N只能形成一种氯化物NCl3,而不能形成NCl5,原因是  　。 答案:(1)sp3杂化　三角锥形(2)ABD(3)N原子最外层无d轨道,不能发生sp3d杂化,则不能形成NCl5