鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 共价键与分子的空间结构导学案

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 共价键与分子的空间结构导学案，共9页。

考点1 杂化轨道理论
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
考点2 杂化轨道类型
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。
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。
4.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。
5.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；
③直线形―→中心原子为sp1杂化。
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。
根据σ键和孤电子对判断
考点3 价电子对互斥理论
1．价电子对互斥理论的基本内容：分子中的价电子对(成键电子对)和孤电子对由于相互排斥作用，尽可能趋向彼此远离。
(1)当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。
(2)当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子的空间构型。
(3)电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。
(4)成键电子对之间斥力由大到小顺序：叁键—叁键＞叁键—双键＞双键—双键＞双键—单键＞单键—单键。
(5)含孤电子对的斥力由大到小顺序：孤电子对—孤电子对＞孤电子对—单键＞单键—单键。
2．价电子对互斥理论与分子的空间构型
(1)中心原子中的价电子全部参与形成共价键的分子的空间构型
(2)中心原子上有孤电子对(价电子中未参与形成共价键的电子对)的分子的空间构型：中心原子上的孤电子对占据中心原子周围的空间，与成键电子对互相排斥，使分子的空间构型发生变化，如：
①H2O为AB2型分子，氧原子上的两对孤电子对参与互相排斥，所以H2O分子的空间构型为V形而不是直线形。
②NH3分子中氮原子上有一对孤电子对参与互相排斥，故NH3的空间构型不能为平面三角形。
③常见分子的价电子对互斥模型和空间构型
(1)ABm型分子中心原子价电子对数目的计算方法
ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)中价电子对数n的计算：
n＝eq \f(中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m,2)
(2)在计算中心原子的价电子对数时应注意如下规定
①作为配位原子，卤素原子和H原子均提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子。
②作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算。
③对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。如POeq \\al(3－,4)中P原子价电子数应加上3，而NHeq \\al(＋,4)中N原子的价电子数应减去1。
④计算电子对数时，若剩余1个电子，即出现奇数电子，也把这个单电子当作1对电子处理。
⑤双键、叁键等多重键作为1对电子看待。
考点4 等电子原理
1．N2和CO的结构、性质，
2.分析比较N2和CO的结构和性质，得出的结论是CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数，即等电子体，其性质相近。
3．等电子原理是指化学通式相同、价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间构型和化学键类型等结构特征，它们的许多性质(主要是物理性质)是相近的。满足等电子原理的分子或离子互称为等电子体。
例题精析
【例题1】下列各物质中的中心原子不是采用sp3杂化的是( )
A.NH3B.H2O C.CO2D.CCl4
【答案】C
【例题2】对SO2与CO2说法正确的是( )
A.都是直线形结构 B.中心原子都采取sp杂化
C.硫原子和碳原子上都没有孤电子对 D.SO2为角形结构,CO2为直线形结构
【答案】D
【例题3】(1)在形成氨气分子时,氮原子中的原子轨道发生sp3杂化形成4个______________,形成的4个杂化轨道中,只有______________个含有未成对电子,所以只能与______________个氢原子形成共价键,又因为4个sp3杂化轨道有一对______________,所以氨气分子中的键角与甲烷不同。
(2)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中O原子采用______________杂化。H3O+中H—O—H键角比 H2O中H—O—H键角大,原因为 _____________________________。
【答案】(1)sp3杂化轨道 3 3 孤电子对
(2)sp3 H3O+分子中有一对孤电子对,H2O分子中有两对孤电子对,对形成的共价键的排斥力H2O大于H3O+,造成H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大
【例题4】(1)据科技日报网报道,南开大学科研团队借助镍和苯基硼酸共催化剂,首次实现烯丙醇高效、绿色合成。烯丙醇的结构简式为CH2CH—CH2OH。请回答下列问题:
①基态镍原子的价电子排布式为___________________________________。
②烯丙醇分子中碳原子的杂化类型是_______________________________。
(2)乙炔是有机合成的一种重要原料。实验室可用CaC2与水反应得到乙炔。
①将乙炔通入[Cu(NH3)2]Cl溶液中生成Cu2C2红棕色沉淀。基态Cu+的核外电子排布式为 __________________________________________________。
②乙炔与HCN反应可得丙烯腈(H2CCH—C≡N),丙烯腈分子中碳原子的杂化轨道类型是______________,分子中含有π键的数目为_______________。
【答案】(1)①3d84s2 ②sp2杂化、sp3杂化 (2)①1s22s22p63s23p63d10 ②sp2杂化、sp杂化 3
【例题5】等电子体之间结构相似、性质也相近。以下各组粒子不能互称为等电子体的是( )
【答案】C
课堂运用
【基础】
1.鲍林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一。杂化轨道是鲍林为了解释分子的立体构型提出的,下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较,得出结论正确的是( )
A.sp杂化轨道的夹角最大 B.sp2杂化轨道的夹角最大
C.sp3杂化轨道的夹角最大 D.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
2.乙炔分子中的碳原子采取的杂化方式是( )
A.sp杂化B.sp2杂化 C.sp3杂化D.无法确定
3.下列说法中正确的是( )
A.乙炔分子中,每个碳原子都有2个未杂化的2p轨道形成π键
B.sp3杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和3个p轨道重新组合形成的4个能量不同的sp3杂化轨道
C.凡中心原子采取sp2杂化的分子,其分子构型都是平面三角形
D.氨分子中有1对未参与杂化的孤电子对
(1)利用VSEPR模型推断分子或离子的立体构型。
P_ _ ; CS2_______________________; AlBr3(共价分子)_________________________。
(2)有两种活性反应中间体粒子,它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种粒子的球棍模型,写出相应的化学式:
________________; ________________。
(3)为了解释和预测分子的立体构型,科学家在归纳了许多已知的分子立体构型的基础上,提出了一种十分简单的理论模型——价电子对互斥模型。这种模型把分子分成两类:一类是___________________________;
另一类是_________________________________________。
BF3和NF3都是四个原子的分子,BF3的中心原子是____________,NF3的中心原子是________;BF3分子的立体构型是平面三角形而NF3分子的立体构型是三角锥形的原因是_________________________________ 。
5计算下列微粒中点“·”原子的孤电子对数。
(1)H2S______________________________; (2)PCl5___________________________;
(3)BF3___________________________; (4)NH3___________________________。
【巩固】
1.下列分子中的中心原子的杂化轨道类型相同的是 ( )
A.CO2与SO2B.CH4与NH3 C.BeCl2与BCl3D.C2H4与C2H2
2.氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂,可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间构型和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是( )
A.三角锥形、sp3B.角形、sp2 C.平面三角形、sp2D.三角锥形、sp2
3.(双选)如图在乙烯分子中有5个σ键、1个π键,它们分别( )
A.sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C.C—H之间是s-sp2形成的σ键,C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键以及sp2-sp2σ键
D.C—C之间是sp2形成的σ键,C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键以及sp2-sp2σ键
4.在以下的分子或离子中,空间结构的几何形状不是三角锥形的是( )
A.NF3B.C C.CO2D.H3O+
5.(双选)碳酸亚乙酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂,其结构如图。下列有关该物质的说法不正确的是( )
A.分子式为C3H4O3 B.分子中σ键与π键个数之比为3∶1
C.分子中既有极性键也有非极性键 D.分子中碳原子的杂化方式全部为sp2杂化
【拔高】
1.(双选)下表中各粒子、粒子对应的立体构型及解释均正确的是( )
2.(1)据科技日报网报道,南开大学科研团队借助镍和苯基硼酸共催化剂,首次实现烯丙醇高效、绿色合成。烯丙醇的结构简式为CH2CH—CH2OH。请回答下列问题:
①基态镍原子的价电子排布式为___________________________________。
②烯丙醇分子中碳原子的杂化类型是_______________________________。
(2)乙炔是有机合成的一种重要原料。实验室可用CaC2与水反应得到乙炔。
①将乙炔通入[Cu(NH3)2]Cl溶液中生成Cu2C2红棕色沉淀。基态Cu+的核外电子排布式为 __________________________________________________。
②乙炔与HCN反应可得丙烯腈(H2CCH—C≡N),丙烯腈分子中碳原子的杂化轨道类型是______________,分子中含有π键的数目为_______________。
答案：
【基础】
1.【答案】A。 2.【答案】A。 3.【答案】A。 4.【答案】(1)四面体形 直线形 平面三角形 (2)C C
(3)中心原子上的价电子都用于形成共价键 中心原子上有孤电子对 B N BF3分子中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键,而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成共价键,还有一对未成键的电子对,占据了N原子周围的空间,参与相互排斥,形成三角锥形
5【答案】(1)2 (2)0 (3)0 (4)1
【巩固】
1.【答案】B。 2.【答案】A。 3.【答案】A、C。 4.【答案】C。 5.【答案】B、D。
【拔高】
1.【答案】B、D。
2.【答案】(1)①3d84s2 ②sp2杂化、sp3杂化 (2)①1s22s22p63s23p63d10 ②sp2杂化、sp杂化 3
ABn
空间构型
范例
n＝2
直线形
CO2、BeCl2
n＝3
平面三角形
CH2O、BF3
n＝4
正四面体形
CH4、CCl4
n＝5
三角双锥形
PCl5
n＝6
正八面体形
SF6
σ键成
键电子
对数
孤电子
对数
价电子对
数目
电子对
的排列
方式
价电子对
空间构型
分子或离
子的空间
构型
实例
2
0
2
直线形
直线形
BeCl2、
CO2
3
0
3
三角形
平面
三角形
BF3、BCl3
2
1
V形
PbCl2
4
0
4
四面
体形
正四面
体形
CH4、CCl4
3
1
三角锥形
NH3
2
2
V形
H2O
分子
N2
CO
结构
原子数
2
2
电子数
14
14
价电子数
10
10
空间构型
直线形
直线形
性质
沸点/℃
－195.81
－191.49
熔点/℃
－210.00
－205.05
液体密度/g·cm－3
0.796
0.793
A．CO和N2
B．O3和SO2
C．N2H4和C2H4
D．CO2和N2O
选项
粒子
立体构型
解释
A
氨基负离子(N)
直线形
N原子采用sp杂化
B
二氧化硫(SO2)
角形
S原子采用sp2杂化
C
碳酸根离子(C)
三角锥形
C原子采用sp3杂化
D
碘三正离子()
角形
I原子采用sp3杂化