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选择性必修2第一单元 分子的空间结构第1课时导学案
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这是一份选择性必修2第一单元 分子的空间结构第1课时导学案，共9页。学案主要包含了学习目标，合作探究，学习情境，新知生成，核心突破，随堂检测等内容，欢迎下载使用。
1.了解杂化轨道理论,能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构的影响。
2.通过对杂化轨道理论的学习,掌握中心原子杂化轨道类型的判断方法,建立分子空间结构分析的思维模型。
【合作探究】
任务1 杂化轨道理论
【学习情境】
你知道吗?
鲍林——美国著名化学家,1954年因在化学键方面的工作获得诺贝尔化学奖,1962年因反对核弹在地面测试的行动获得诺贝尔和平奖。
鲍林在探索化学键理论时,遇到了甲烷的正四面体结构的解释问题。为了解释甲烷的正四面体结构,说明碳原子四个键的等价性,鲍林在1928~1931年,提出了杂化轨道理论。
【新知生成】
1.杂化轨道理论是一种价键理论,是化学家 为了解释分子的空间结构提出的。
2.解释CH4分子的正四面体空间结构
(1)杂化轨道的形成
碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道, 个2s轨道和 个2p轨道“混杂”,形成 相等、成分相同的4个 轨道,可表示为
(2)共价键的形成
碳原子的4个 轨道分别与4个H原子的 轨道重叠形成4个相同的 键。
(3)CH4分子的空间结构
甲烷分子中的4个C—H键是等同的,C—H键之间的夹角——键角是 ,形成 形分子。
3.杂化轨道的类型
4.正四面体结构的分子或离子的中心原子,一般采用 杂化轨道形成共价键,如CCl4、NH4+,金刚石中的碳原子、晶体硅和石英晶体中的硅原子。
【答案】1.鲍林 2.(1)1 3 能量 sp3杂化 (2)sp3杂化 1s σ (3)109°28' 正四面体 3.1 2 3 2
3 4 4.sp3
【核心突破】
典例1 已知次氯酸分子的结构式为H—O—Cl,下列有关说法正确的是( )
A.O原子发生sp杂化
B.O原子与H、Cl都形成σ键
C.该分子为直线形分子
D.该分子电子式是H︰O‥‥︰Cl
【答案】B
【解析】HClO分子的结构式为H—O—Cl,O原子应为sp3杂化,形成4个杂化轨道,其中有2个是孤电子对,另2个杂化轨道分别与H原子、Cl原子各形成1个σ键,所以该分子构型为V型。由以上分析知,A项错误,B项正确,C项错误;其电子式为H︰O‥‥︰Cl‥‥︰,D项错误。
典例2 下列分子所含碳原子中,既有sp3杂化,又有sp2杂化的是( )
A.乙醛[]
B.丙烯腈[]
C.甲醛[]
D.丙炔[]
【答案】A
【解析】乙醛中甲基的碳原子采取sp3杂化,醛基中的碳原子采取sp2杂化;丙烯腈中碳碳双键的两个碳原子均采取sp2杂化,另一个碳原子采取sp杂化;甲醛中碳原子采取sp2杂化;丙炔中甲基的碳原子采取sp3杂化,碳碳三键中两个碳原子均采取sp杂化。
归纳总结 1.杂化的条件
(1)只有在形成化学键时才能杂化。
(2)只有能量相近的轨道间才能杂化。
2.杂化轨道的特征
(1)杂化前后轨道数不变。
(2)杂化过程中轨道的形状发生变化。
(3)杂化后的新轨道能量、形状都相同,方向不同。
(4)杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对。
训练1 下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
A.所有原子轨道都参与杂化形成杂化轨道
B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C.杂化轨道能量集中,有利于牢固成键
D.杂化轨道中不一定有一个电子
【答案】A
【解析】参与杂化的原子轨道,其能量不能相差太大,如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大,不能形成杂化轨道,即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化,A项错误,B项正确;杂化轨道的电子云一头大一头小,成键时利用大的一头,可使电子云重叠程度更大,形成牢固的化学键,C项正确;杂化轨道可以有一对孤电子对(如NH3),D项正确。
训练2 能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为( )
A. B. C. D.
【答案】D
任务2 杂化轨道类型与分子空间结构的关系
【新知生成】
1.常见物质的杂化轨道类型与分子的空间结构
(1)BF3分子:B原子采用 杂化,杂化轨道间的夹角为120°,为 形分子。
(2)BeCl2分子:Be原子采用 杂化,杂化轨道间的夹角为180°,为 形分子。
(3)CH4分子:C原子采用 杂化,杂化轨道间的夹角为109°28',为 形分子。
(4)C2H4分子:C原子均采用 杂化,为 形分子。
(5)C2H2分子:C原子均采用 杂化,为 形分子。
2.杂化轨道类型与分子空间结构的关系
(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时,分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。
(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时,孤电子对对成键电子对的排斥作用,会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。
【答案】1.(1)sp2 平面三角 (2)sp 直线 (3)sp3 正四面体 (4)sp2 平面 (5)sp 直线
2.(1)直线形 平面三角形 正四面体形 (2)V形 三角锥形 V形
【核心突破】
典例3 化合物A是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式如图所示,下列说法正确的是( )
A.碳、氮原子的杂化类型相同
B.氮原子与碳原子分别为sp3杂化与sp2杂化
C.1 ml A分子中所含σ键为10 ml
D.编号为a的氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内
【答案】B
【解析】分子中碳、氮原子各形成了3个σ键,氮原子有一对孤电子对而碳原子没有,故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化,A项错误,B项正确;A分子中有一个碳氧双键,故有12对共用电子对、11个σ键,C项错误;由于氮原子为sp3杂化,故相应的四个原子形成的是三角锥形结构,不可能共平面,D项错误。
典例4 完成下列各小题。
(1)SO2分子中S原子的轨道杂化类型为 ,分子空间结构为 。
(2)CH3CH2COOH中C的杂化方式有 。
(3)实验室可用苯酚()检验Fe3+,苯酚中碳原子的杂化轨道类型为 。
(4)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是 ,1 ml丙酮分子中含有σ键的数目为 。
(5)正硝酸钠(Na3NO4)为白色晶体,是一种重要的化工原料。Na3NO4阴离子的空间结构为 ,其中心原子杂化方式为 。
【答案】(1)sp2 V形 (2)sp3、sp2 (3)sp2 (4)sp3、sp2
9NA (5)正四面体形 sp3
【解析】(1)SO2分子中S原子连接2个氧原子且含有1对孤电子对,根据杂化轨道理论判断S原子的轨道杂化类型为sp2,分子空间结构为V形。
(3)苯酚中每个C原子连接3个其他原子,无孤电子对,成键轨道数为3,则杂化类型为sp2杂化。
(4)甲基中的碳原子的杂化方式是sp3,羰基中的碳原子的杂化方式是sp2;1 ml丙酮分子中含有6 ml碳氢键、2 ml碳碳键和1 ml碳氧双键,1 ml碳氧双键中含有1 ml σ键和1 ml π键, 所以1ml丙酮分子中含有9 ml σ键,1 ml丙酮分子中含有σ键的数目为9NA。
(5)Na3NO4的阴离子的中心原子为N原子,连接4个氧原子,其空间结构为正四面体,中心原子杂化方式为sp3杂化。
归纳总结 判断中心原子杂化轨道类型的方法
(1)根据杂化轨道数目判断
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系:杂化轨道数目=σ键电子对数目+中心原子的孤电子对数目,再由杂化轨道数目确定杂化类型。
(2)根据杂化轨道的空间分布判断
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形,则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则中心原子发生sp杂化。
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断
①若杂化轨道之间的夹角为109°28',则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道之间的夹角为120°,则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道之间的夹角为180°,则中心原子发生sp杂化。
(4)有机物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。
训练3 瑞德西韦是一种药物,其结构如图所示,下列说法正确的是( )
A.瑞德西韦结构中存在σ键、π键
B.瑞德西韦中键能:N—H键>O—H键
C.瑞德西韦中所有N原子都采取sp3杂化
D.瑞德西韦①号碳采取sp杂化
【答案】A
【解析】该分子中单键均为σ键,双键和三键中含有σ键和π键,A项正确;O原子半径小于N原子半径,所以O—H键的键长短,键能大于N—H键键能,B项错误;形成NC键的N原子为sp2杂化,形成C≡N键的N原子为sp杂化,C项错误;①号碳为sp3杂化,D项错误。
训练4 氯吡苯脲是一种常用的膨大剂,其结构简式为,它是经国家批准使用的植物生长调节剂。
(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为 。
(2)氯吡苯脲晶体中,氮原子的杂化轨道类型有 ,羰基碳原子的杂化轨道类型为 。
(3)已知,可用异氰酸苯酯与2-氯-4-氨基吡啶反应生成氯吡苯脲:
+
反应过程中,每生成1 ml氯吡苯脲,断裂 ml σ键,断裂 ml π键。
【答案】(1)1 (2)sp2、sp3 sp2 (3)1 1
【解析】(1)根据构造原理可知,氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,所以未成对电子数为1。(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知,有2个氮原子均形成3个单键,孤电子对数为1,采取sp3杂化,剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键,孤电子对数为1,采取sp2杂化;羰基碳原子形成2个单键和1个双键,采取sp2杂化。(3)由于σ键比π键稳定,根据反应的化学方程式可知,断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的NC键中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H键。
课堂小结
【随堂检测】
1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°
C.部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
D.杂化轨道全部参与形成化学键
【答案】D
【解析】杂化轨道不一定都参与成键,如CH4、NH3和H2O分子中的C、N、O均为sp3杂化,CH4的碳原子杂化轨道均参与成键,而N、O分别有一个、两个杂化轨道未参与成键,D项错误。
2.下列关于CO2和SO2的说法中,正确的是( )
A.C和S上都没有孤电子对
B.C和S都是sp3杂化
C.都是AB2型,所以空间结构都是直线形
D.CO2的空间结构是直线形,SO2的空间结构是V形
【答案】D
【解析】C的孤电子对数为4-2×22=0,S的孤电子对数为6-2×22=1,A项错误;C和S分别是sp杂化,sp2杂化,B项错误;CO2的空间结构是直线形,SO2的空间结构是V形,C项错误,D项正确。
3.下列物质的分子中,键角最大的是( )
A.H2O B.BF3 C.CH4 D.NH3
【答案】B
【解析】在分子中,中心原子上孤电子对之间的排斥力>孤电子对和成键电子之间的排斥力>成键电子之间的排斥力,则含有孤电子对越多,分子中的键角越小。H2O分子中,O原子有两个孤电子对,分子结构为V型,键角为104.5°;BF3分子中,B原子没有孤电子对,分子结构为平面正三角形,键角为120°;CH4分子中,C原子没有孤电子对,分子结构为正四面体,键角为109°28';NH3分子中,N原子有一个孤电子对,分子结构为三角锥形,键角为107°18'。
4.下列各组微粒中,中心原子杂化类型和微粒空间结构都相同的是( )
A.BeCl2与H2O B.NH3与BF3 C.CH4与NH4+ D.C2H2与H2O2
【答案】C
【解析】BeCl2中Be原子采取sp杂化,分子结构为直线形,H2O中O采取sp3杂化,分子结构为V形,A项错误;NH3中N原子采取sp3杂化,分子结构为三角锥形,BF3中B原子采取sp2杂化,分子结构为平面正三角形,B项错误;CH4中C原子采取sp3杂化,分子结构为正四面体形,NH4+中N原子采取sp3杂化,离子结构为正四面体形,C项正确;C2H2分子中碳原子形成1个C—H键、1个C≡C键,无孤电子对,C原子采取sp杂化,分子结构为直线形,H2O2分子中O原子形成1个O—H键、1个O—O键,有两对孤电子对,O原子采取sp3杂化,分子结构为书页形,D项错误。
5.(1)NH3分子的立体结构为 ,H2O分子的立体结构为 。
(2)在乙烷、乙烯、乙炔三种分子中,碳原子采取sp2杂化的分子是 (填名称)。
(3)芦笋中的天冬酰胺具有提高身体免疫力的功效,结构简式如图所示。
天冬酰胺中碳原子的杂化轨道类型有 种。
(4)已知草酸的结构简式为,其中碳原子的杂化类型是 。
【答案】(1)三角锥形 V形 (2)乙烯 (3)2 (4)sp2杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原
子轨道及数目
ns
1
1
1
np
杂化轨道数目
杂化类型
sp
sp2
sp3
轨道夹角
180°
120°
109°28'
实例
BeCl2
BF3
CH4
分子空间结构
ABn型
分子
中心原子
杂化类型
中心原子孤
电子对数
空间
结构
实例
AB2
sp2
1
SO2
AB3
sp3
1
NH3、PCl3、
NF3、H3O+
AB2
2
H2S、NH2-
杂化轨道数目
2
3
4
杂化类型
sp
sp2
sp3
1.了解杂化轨道理论,能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构的影响。
2.通过对杂化轨道理论的学习,掌握中心原子杂化轨道类型的判断方法,建立分子空间结构分析的思维模型。
【合作探究】
任务1 杂化轨道理论
【学习情境】
你知道吗?
鲍林——美国著名化学家,1954年因在化学键方面的工作获得诺贝尔化学奖,1962年因反对核弹在地面测试的行动获得诺贝尔和平奖。
鲍林在探索化学键理论时,遇到了甲烷的正四面体结构的解释问题。为了解释甲烷的正四面体结构,说明碳原子四个键的等价性,鲍林在1928~1931年,提出了杂化轨道理论。
【新知生成】
1.杂化轨道理论是一种价键理论,是化学家 为了解释分子的空间结构提出的。
2.解释CH4分子的正四面体空间结构
(1)杂化轨道的形成
碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道, 个2s轨道和 个2p轨道“混杂”,形成 相等、成分相同的4个 轨道,可表示为
(2)共价键的形成
碳原子的4个 轨道分别与4个H原子的 轨道重叠形成4个相同的 键。
(3)CH4分子的空间结构
甲烷分子中的4个C—H键是等同的,C—H键之间的夹角——键角是 ,形成 形分子。
3.杂化轨道的类型
4.正四面体结构的分子或离子的中心原子,一般采用 杂化轨道形成共价键,如CCl4、NH4+,金刚石中的碳原子、晶体硅和石英晶体中的硅原子。
【答案】1.鲍林 2.(1)1 3 能量 sp3杂化 (2)sp3杂化 1s σ (3)109°28' 正四面体 3.1 2 3 2
3 4 4.sp3
【核心突破】
典例1 已知次氯酸分子的结构式为H—O—Cl,下列有关说法正确的是( )
A.O原子发生sp杂化
B.O原子与H、Cl都形成σ键
C.该分子为直线形分子
D.该分子电子式是H︰O‥‥︰Cl
【答案】B
【解析】HClO分子的结构式为H—O—Cl,O原子应为sp3杂化,形成4个杂化轨道,其中有2个是孤电子对,另2个杂化轨道分别与H原子、Cl原子各形成1个σ键,所以该分子构型为V型。由以上分析知,A项错误,B项正确,C项错误;其电子式为H︰O‥‥︰Cl‥‥︰,D项错误。
典例2 下列分子所含碳原子中,既有sp3杂化,又有sp2杂化的是( )
A.乙醛[]
B.丙烯腈[]
C.甲醛[]
D.丙炔[]
【答案】A
【解析】乙醛中甲基的碳原子采取sp3杂化,醛基中的碳原子采取sp2杂化;丙烯腈中碳碳双键的两个碳原子均采取sp2杂化,另一个碳原子采取sp杂化;甲醛中碳原子采取sp2杂化;丙炔中甲基的碳原子采取sp3杂化,碳碳三键中两个碳原子均采取sp杂化。
归纳总结 1.杂化的条件
(1)只有在形成化学键时才能杂化。
(2)只有能量相近的轨道间才能杂化。
2.杂化轨道的特征
(1)杂化前后轨道数不变。
(2)杂化过程中轨道的形状发生变化。
(3)杂化后的新轨道能量、形状都相同,方向不同。
(4)杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对。
训练1 下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
A.所有原子轨道都参与杂化形成杂化轨道
B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C.杂化轨道能量集中,有利于牢固成键
D.杂化轨道中不一定有一个电子
【答案】A
【解析】参与杂化的原子轨道,其能量不能相差太大,如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大,不能形成杂化轨道,即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化,A项错误,B项正确;杂化轨道的电子云一头大一头小,成键时利用大的一头,可使电子云重叠程度更大,形成牢固的化学键,C项正确;杂化轨道可以有一对孤电子对(如NH3),D项正确。
训练2 能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为( )
A. B. C. D.
【答案】D
任务2 杂化轨道类型与分子空间结构的关系
【新知生成】
1.常见物质的杂化轨道类型与分子的空间结构
(1)BF3分子:B原子采用 杂化,杂化轨道间的夹角为120°,为 形分子。
(2)BeCl2分子:Be原子采用 杂化,杂化轨道间的夹角为180°,为 形分子。
(3)CH4分子:C原子采用 杂化,杂化轨道间的夹角为109°28',为 形分子。
(4)C2H4分子:C原子均采用 杂化,为 形分子。
(5)C2H2分子:C原子均采用 杂化,为 形分子。
2.杂化轨道类型与分子空间结构的关系
(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时,分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。
(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时,孤电子对对成键电子对的排斥作用,会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。
【答案】1.(1)sp2 平面三角 (2)sp 直线 (3)sp3 正四面体 (4)sp2 平面 (5)sp 直线
2.(1)直线形 平面三角形 正四面体形 (2)V形 三角锥形 V形
【核心突破】
典例3 化合物A是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式如图所示,下列说法正确的是( )
A.碳、氮原子的杂化类型相同
B.氮原子与碳原子分别为sp3杂化与sp2杂化
C.1 ml A分子中所含σ键为10 ml
D.编号为a的氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内
【答案】B
【解析】分子中碳、氮原子各形成了3个σ键,氮原子有一对孤电子对而碳原子没有,故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化,A项错误,B项正确;A分子中有一个碳氧双键,故有12对共用电子对、11个σ键,C项错误;由于氮原子为sp3杂化,故相应的四个原子形成的是三角锥形结构,不可能共平面,D项错误。
典例4 完成下列各小题。
(1)SO2分子中S原子的轨道杂化类型为 ,分子空间结构为 。
(2)CH3CH2COOH中C的杂化方式有 。
(3)实验室可用苯酚()检验Fe3+,苯酚中碳原子的杂化轨道类型为 。
(4)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是 ,1 ml丙酮分子中含有σ键的数目为 。
(5)正硝酸钠(Na3NO4)为白色晶体,是一种重要的化工原料。Na3NO4阴离子的空间结构为 ,其中心原子杂化方式为 。
【答案】(1)sp2 V形 (2)sp3、sp2 (3)sp2 (4)sp3、sp2
9NA (5)正四面体形 sp3
【解析】(1)SO2分子中S原子连接2个氧原子且含有1对孤电子对,根据杂化轨道理论判断S原子的轨道杂化类型为sp2,分子空间结构为V形。
(3)苯酚中每个C原子连接3个其他原子,无孤电子对,成键轨道数为3,则杂化类型为sp2杂化。
(4)甲基中的碳原子的杂化方式是sp3,羰基中的碳原子的杂化方式是sp2;1 ml丙酮分子中含有6 ml碳氢键、2 ml碳碳键和1 ml碳氧双键,1 ml碳氧双键中含有1 ml σ键和1 ml π键, 所以1ml丙酮分子中含有9 ml σ键,1 ml丙酮分子中含有σ键的数目为9NA。
(5)Na3NO4的阴离子的中心原子为N原子,连接4个氧原子,其空间结构为正四面体,中心原子杂化方式为sp3杂化。
归纳总结 判断中心原子杂化轨道类型的方法
(1)根据杂化轨道数目判断
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系:杂化轨道数目=σ键电子对数目+中心原子的孤电子对数目,再由杂化轨道数目确定杂化类型。
(2)根据杂化轨道的空间分布判断
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形,则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则中心原子发生sp杂化。
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断
①若杂化轨道之间的夹角为109°28',则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道之间的夹角为120°,则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道之间的夹角为180°,则中心原子发生sp杂化。
(4)有机物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。
训练3 瑞德西韦是一种药物,其结构如图所示,下列说法正确的是( )
A.瑞德西韦结构中存在σ键、π键
B.瑞德西韦中键能:N—H键>O—H键
C.瑞德西韦中所有N原子都采取sp3杂化
D.瑞德西韦①号碳采取sp杂化
【答案】A
【解析】该分子中单键均为σ键,双键和三键中含有σ键和π键,A项正确;O原子半径小于N原子半径,所以O—H键的键长短,键能大于N—H键键能,B项错误;形成NC键的N原子为sp2杂化,形成C≡N键的N原子为sp杂化,C项错误;①号碳为sp3杂化,D项错误。
训练4 氯吡苯脲是一种常用的膨大剂,其结构简式为,它是经国家批准使用的植物生长调节剂。
(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为 。
(2)氯吡苯脲晶体中,氮原子的杂化轨道类型有 ,羰基碳原子的杂化轨道类型为 。
(3)已知,可用异氰酸苯酯与2-氯-4-氨基吡啶反应生成氯吡苯脲:
+
反应过程中,每生成1 ml氯吡苯脲,断裂 ml σ键,断裂 ml π键。
【答案】(1)1 (2)sp2、sp3 sp2 (3)1 1
【解析】(1)根据构造原理可知,氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,所以未成对电子数为1。(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知,有2个氮原子均形成3个单键,孤电子对数为1,采取sp3杂化,剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键,孤电子对数为1,采取sp2杂化;羰基碳原子形成2个单键和1个双键,采取sp2杂化。(3)由于σ键比π键稳定,根据反应的化学方程式可知,断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的NC键中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H键。
课堂小结
【随堂检测】
1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°
C.部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
D.杂化轨道全部参与形成化学键
【答案】D
【解析】杂化轨道不一定都参与成键,如CH4、NH3和H2O分子中的C、N、O均为sp3杂化,CH4的碳原子杂化轨道均参与成键,而N、O分别有一个、两个杂化轨道未参与成键,D项错误。
2.下列关于CO2和SO2的说法中,正确的是( )
A.C和S上都没有孤电子对
B.C和S都是sp3杂化
C.都是AB2型,所以空间结构都是直线形
D.CO2的空间结构是直线形,SO2的空间结构是V形
【答案】D
【解析】C的孤电子对数为4-2×22=0,S的孤电子对数为6-2×22=1,A项错误;C和S分别是sp杂化,sp2杂化,B项错误;CO2的空间结构是直线形,SO2的空间结构是V形,C项错误,D项正确。
3.下列物质的分子中,键角最大的是( )
A.H2O B.BF3 C.CH4 D.NH3
【答案】B
【解析】在分子中,中心原子上孤电子对之间的排斥力>孤电子对和成键电子之间的排斥力>成键电子之间的排斥力,则含有孤电子对越多,分子中的键角越小。H2O分子中,O原子有两个孤电子对,分子结构为V型,键角为104.5°;BF3分子中,B原子没有孤电子对,分子结构为平面正三角形,键角为120°;CH4分子中,C原子没有孤电子对,分子结构为正四面体,键角为109°28';NH3分子中,N原子有一个孤电子对,分子结构为三角锥形,键角为107°18'。
4.下列各组微粒中,中心原子杂化类型和微粒空间结构都相同的是( )
A.BeCl2与H2O B.NH3与BF3 C.CH4与NH4+ D.C2H2与H2O2
【答案】C
【解析】BeCl2中Be原子采取sp杂化,分子结构为直线形,H2O中O采取sp3杂化,分子结构为V形,A项错误;NH3中N原子采取sp3杂化,分子结构为三角锥形,BF3中B原子采取sp2杂化,分子结构为平面正三角形,B项错误;CH4中C原子采取sp3杂化,分子结构为正四面体形,NH4+中N原子采取sp3杂化,离子结构为正四面体形,C项正确;C2H2分子中碳原子形成1个C—H键、1个C≡C键,无孤电子对,C原子采取sp杂化,分子结构为直线形,H2O2分子中O原子形成1个O—H键、1个O—O键,有两对孤电子对,O原子采取sp3杂化,分子结构为书页形,D项错误。
5.(1)NH3分子的立体结构为 ,H2O分子的立体结构为 。
(2)在乙烷、乙烯、乙炔三种分子中,碳原子采取sp2杂化的分子是 (填名称)。
(3)芦笋中的天冬酰胺具有提高身体免疫力的功效,结构简式如图所示。
天冬酰胺中碳原子的杂化轨道类型有 种。
(4)已知草酸的结构简式为,其中碳原子的杂化类型是 。
【答案】(1)三角锥形 V形 (2)乙烯 (3)2 (4)sp2杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原
子轨道及数目
ns
1
1
1
np
杂化轨道数目
杂化类型
sp
sp2
sp3
轨道夹角
180°
120°
109°28'
实例
BeCl2
BF3
CH4
分子空间结构
ABn型
分子
中心原子
杂化类型
中心原子孤
电子对数
空间
结构
实例
AB2
sp2
1
SO2
AB3
sp3
1
NH3、PCl3、
NF3、H3O+
AB2
2
H2S、NH2-
杂化轨道数目
2
3
4
杂化类型
sp
sp2
sp3
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