高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 共价键与分子的空间结构导学案

这是一份高中化学鲁科版 (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8页。


1．根据分子的空间结构判断
由于常考的分子或离子结构多为直线形、平面三角形、角形、正四面体形、三角锥形等，故可按图索骥、简单判断。
微点拨：常见的C2H4、C6H6为平面形分子，键角为120°，可推断其碳原子的杂化轨道类型为sp2。
2．根据价电子对互斥理论判断
根据价电子对互斥理论能够比较容易而准确地判断ABm型共价分子或离子的空间结构和中心原子杂化轨道类型，其关系如下表。
运用该理论的关键是准确计算中心原子的价电子对数，其计算方法如下：
注意：对于阳离子，a＝中心原子价电子数－离子电荷数；对于阴离子，a＝中心原子价电子数＋|离子电荷数|。
3．应用等电子原理判断
等电子体具有相同的结构特征，一般来说，等电子体的中心原子的杂化类型相同。对于结构模糊或复杂的分子、离子，可将其转化成熟悉的等电子体，然后进行判断。常见的等电子体往往是同族不同元素或同周期相近元素构成的微粒。
4．根据共价键类型判断
从杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未杂化轨道形成π键，杂化轨道形成σ键。对于能够明确结构式的分子、离子，可直接用下式判断其中心原子的杂化轨道类型：杂化轨道数n＝中心原子的σ键数＋中心原子的孤电子对数(双键、三键中只有一个σ键，其余均为π键)。
如三聚氰胺(结构简式如图所示)中有两种环境的氮原子，环外氮原子分别形成3个σ键，用去基态氮原子5个价电子中的3个，余下1对孤电子对，n＝4，则环外氮原子采用sp3杂化；环内氮原子分别形成2个σ键、1个π键，用去基态氮原子5个价电子中的3个，余下1对孤电子对，n＝3，则环内氮原子采用sp2杂化。
5．应用取代法判断
以中学常见的、熟悉的基础物质分子为原型，用其他原子或原子团取代原型分子中的部分原子或原子团，得到的新分子的中心原子与原型分子对应的中心原子的杂化轨道类型相同。如：
(1)CH3CH===CH2分子中碳原子的杂化轨道类型判断，可看作乙烯基取代了甲烷分子中的一个氢原子，则甲基碳原子采用sp3杂化，也可看作甲基取代了乙烯分子中的一个氢原子，故两个不饱和碳原子均采用sp2杂化。
(2)B(OH)3可看作三个羟基取代了BF3中的氟原子，可知B(OH)3中硼原子采用sp2杂化。
(2021·辽宁大连期末)下列分子或离子的中心原子杂化轨道类型不同的是( )
A．SOeq \\al(2－,3)与SO3 B．CH4与H2O
C．PCl3与ClOeq \\al(－,3) D．BF3与COeq \\al(2－,3)
A [
]
1．甲醛分子的结构式如图所示，用2个Cl原子取代甲醛分子中的H原子可得到碳酰氯，下列描述正确的是( )
A．甲醛分子中有4个σ键
B．碳酰氯分子中的C原子为sp3杂化
C．甲醛分子中的H—C—H键角与碳酰氯分子中的Cl—C—Cl键角相等
D．碳酰氯分子的空间结构为平面三角形，分子中存在一个π键
D [甲醛分子中有3个σ键，A不正确；碳酰氯分子中的C原子为sp2杂化，B不正确；根据价电子对互斥理论可知，碳酰氯分子中的氯原子有3对孤电子对，孤电子对对成键电子对有更强的排斥作用，所以，甲醛分子中的H—C—H键角与碳酰氯分子中的Cl—C—Cl键角不相等，C不正确；碳酰氯分子的空间结构为平面三角形，碳与氧形成的双键中有一个是π键，D正确。]
2．甲烷中的碳原子采用sp3杂化，下列用*标注的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子的杂化类型一致的是( )
A．CHeq \\al(*,3)CH2CH3 B．*CH2===CHCH3
C．CH2===*CHCH2CH3 D．HC≡*CCH3
A [CH4中碳原子为饱和碳原子，采用sp3杂化。A项，亚甲基碳原子为饱和碳原子，采用sp3杂化；B、C项，C===C中的不饱和碳原子采用sp2杂化；D项，C≡C中的不饱和碳原子采用sp杂化。A项符合题意。]
3．指出下列分子或离子的中心原子杂化轨道类型，并判断分子或离子的空间结构。
(1)GeCl4中Ge的杂化轨道类型为________，分子空间结构为________________。
(2)AsCl3中As的杂化轨道类型为________，分子空间结构为________________。
(3)SeOeq \\al(2－,4)中Se的杂化轨道类型为________，离子空间结构为________________。
(4)BCl3中的B采用________杂化，空间结构为________________________。
(5)PH3中的P采用________杂化，空间结构为________________________。
(6)NOeq \\al(－,2)中的N采用________杂化，空间结构为________________________。
[解析] (1)GeCl4：Ge的价电子对数＝4＋eq \f(1,2)×(4－4×1)＝4＋0＝4，Ge采用sp3杂化，因为中心原子上没有孤电子对，故分子空间结构为正四面体形。(2)AsCl3：As的价电子对数＝3＋eq \f(1,2)×(5－3×1)＝3＋1＝4，As采用sp3杂化，因为中心原子上有1对孤电子对，故分子空间结构为三角锥形。(3)SeOeq \\al(2－,4)：Se的价电子对数＝4＋eq \f(1,2)×(6＋2－4×2)＝4＋0＝4，Se采用sp3杂化，因为中心原子上没有孤电子对，故离子空间结构为正四面体形。(4)BCl3：B采用sp2杂化，三个杂化轨道分别与三个Cl形成σ键，没有孤电子对，分子空间结构为平面三角形。(5)PH3：P采用sp3杂化，其中一个杂化轨道上有一对电子不参与成键，另外三个杂化轨道分别与三个H形成σ键，由于一对孤电子对的存在，三个H不可能平均占据P周围的空间，而是被孤电子对排斥到一侧，形成三角锥形结构。(6)NOeq \\al(－,2)：N采用sp2杂化，其中两个杂化轨道分别与两个O形成σ键，另一个杂化轨道有一对孤电子对，未杂化的p轨道与两个O上的p轨道形成π键，离子空间结构为角形。
[答案] (1)sp3 正四面体形 (2)sp3 三角锥形
(3)sp3 正四面体形 (4)sp2 平面三角形 (5)sp3 三角锥形 (6)sp2 角形
已知：①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5，氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。
②PCl5分子中，P原子的1个3s轨道、3个3p轨道和1个3d轨道发生杂化形成5个sp3d杂化轨道，PCl5分子呈三角双锥形()。
1．NH3、PCl3和PCl5分子中，所有原子的最外层电子数都是8个的是哪个分子？该分子的形状是什么？
提示：PCl3 三角锥形
2．有同学认为，NH5与PCl5类似，N原子的1个2s轨道、3个2p轨道和1个2d轨道可能发生sp3d杂化。请你对该同学的观点进行评价。
提示：不对，因为N原子没有2d轨道。
3．经测定，NH5中存在离子键，N原子最外层电子数是8，所有氢原子的最外层电子数都是2，则NH5的电子式是什么？
提示：
通过本情境素材中杂化类型的判断与应用，提升证据推理与模型认知的化学核心素养。
1．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，其分子空间结构都是平面三角形
D．氨分子中有1对未参与杂化的孤电子对
A [乙炔分子的结构式为H—C≡C—H，中心原子碳原子采取sp杂化，每个碳原子都有2个未杂化的2p轨道形成π键，A项正确；sp3杂化轨道是指同一电子层内能量相近的1个s轨道和3个p轨道进行重新组合，形成能量相同的4个sp3杂化轨道，B项错误；中心原子采取sp2杂化的分子，不含孤电子对的，其分子空间结构都是平面三角形，否则不是，如二氧化硫分子中，硫原子采取sp2杂化，含有1对孤电子对，所以空间结构为角形，C项错误；氨分子中，氮原子为sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道，其中1个sp3杂化轨道已有2个电子，属于孤电子对，D项错误。]
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
A [乙炔的结构式为H—C≡C—H，其空间结构为直线形，碳原子采取sp杂化。]
3．在中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是( )
A．sp2 sp2 B．sp3 sp3 C．sp2 sp3 D．sp sp3
C [中碳原子形成了3个σ键，无孤电子对，需要形成3个杂化轨道，采用的杂化方式是sp2。两边的碳原子各自形成了4个σ键，无孤电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的是sp3杂化。]
4．(2021·山东德州一中高二检测)在BrCH===CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是( )
A．sp－p B．sp2－s C．sp2－p D．sp3－p
C [分子中的两个碳原子都是采用sp2杂化，溴原子的价电子排布式为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。]
5．(2021·河北衡水第二中学高二检测)乙烯分子中含有四个C—H键和一个C===C键，6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是( )
①每个碳原子的2s轨道与2p轨道杂化形成两个sp杂化轨道 ②每个碳原子的2s轨道与两个2p轨道杂化，形成三个sp2杂化轨道 ③每个碳原子的2s轨道与三个2p轨道杂化形成四个sp3杂化轨道 ④每个碳原子的三个价电子占据三个杂化轨道，一个价电子占据一个2p轨道
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
B [乙烯分子中每个碳原子与另一个碳原子和两个氢原子成键，必须形成三个σ键，六个原子在同一平面上，则键角为120°，为sp2杂化，形成三个sp2杂化轨道，一个价电子占据一个2p轨道，两个碳原子成键时形成一个π键。]
探 究 任 务
1.掌握杂化轨道理论，价电子对互斥理论，建立理论模型，并能运用模型解决分子空间结构与杂化类型关系的判断。
2．掌握共价键类型，能运用等电子体理论判断分子空间结构，利用分子空间结构与杂化类型的关系解决问题。 3.能运用取代法判断杂化类型、提升知识的迁移应用能力。
分子或离子
的空间结构
常见分子或离子
中心原子杂
化轨道类型
直线形
CO2、CS2、BeCl2、HC≡CH、HC≡N等
sp
平面三角形
BF3、BCl3、SO3、NOeq \\al(－,3)、COeq \\al(2－,3)等
sp2
正四面体形
CH4、CCl4、SiF4、ClOeq \\al(－,4)、SOeq \\al(2－,4)、POeq \\al(3－,4)、SiOeq \\al(4－,4)等
sp3
三角锥形
NH3、NCl3、PH3、SOeq \\al(2－,3)、ClOeq \\al(－,3)等
sp3
中心原子价
电子对数
杂化轨道空
间结构
中心原子杂
化轨道类型
2
直线形
sp
3
平面三角形
sp2
4
正四面体形
sp3
选项
成键电子对数
孤电子对数
价电子
对数
杂化轨
道类型
A
SOeq \\al(2－,3)
3
eq \f(1,2)×(6＋2－
3×2)＝1
4
sp3
SO3
3
eq \f(1,2)×(6－
3×2)＝0
3
sp2
B
CH4
4
eq \f(1,2)×(4－
4×1)＝0
4
sp3
H2O
2
eq \f(1,2)×(6－
2×1)＝2
4
sp3
C
PCl3
3
eq \f(1,2)×(5－
3×1)＝1
4
sp3
ClOeq \\al(－,3)
3
eq \f(1,2)×(7＋1
－3×2)＝1
4
sp3
D
BF3
3
eq \f(1,2)×(3－
3×1)＝0
3
sp2
COeq \\al(2－,3)
3
eq \f(1,2)×(4＋2
－3×2)＝0
3
sp2