2018-2019学年鲁科版高中化学选修3：第2节第1课时一些典型分子的空间构型学案（含答案）

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1、第 1 课时 一些典型分子的空间构型1了解典型的分子空间构型，能够制作典型分子的空间模型。 2了解杂化轨道理论，掌握常见的杂化轨道类型。 (重点)3能够应用杂化轨道理论解释典型分子的空间构型。(难点)甲 烷 分 子 的 空 间 构 型基础初探教材整理 1 轨道杂化和杂化轨道1. 2甲烷中碳原子的杂化类型。(1)任意能级的 s 轨道和 p 轨道都可以形成杂化轨道。()(2)有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道。()(3)杂化轨道用于形成 键。()(4)杂化轨道能量相同。()教材整理 2 杂化轨道的类型杂化类型 sp1 sp2 sp3s 1 1 1用于杂化的原子轨道及数目p 1 2 3杂化

2、轨道的数目 2 3 4杂化轨道间的夹角 180 120 109.5空间构型 直线形 平面三角形 正四面体形实例 CO2、C 2H2 BF3、苯、乙烯 CH4、CCl 41 个 s 轨道和 2 个 p 轨道能否形成 sp1杂化轨道？【提示】 不能。轨道杂化后形成杂化轨道的数目与杂化之前相同。1 个 s 轨道和 2个 p 轨道形成 sp2杂化轨道。合作探究探究背景NH3、CH 4两分子中，N、C 原子都采用 sp3杂化，NH 3分子空间构型是三角锥形，CH 4分子是正四面体形。探究问题1形成 sp3杂化的原子轨道是哪些？杂化轨道夹角是多少？【提示】 2s 和 2p 原子轨道，109.5。2两分子空

3、间构型不同的原因是什么？【提示】 形成的 4 个 sp3杂化轨道中，NH 3分子中只有三个轨道中的未成对电子与 H原子的 1s 电子成键。另 1 个轨道中有一对未成键的孤对电子不参加成键，但对成键电子对有较强的排斥作用，使三个 NH 键角变小，成为三角锥形。而 CH4分子中 4 个杂化轨道都分别与 4 个 H 原子形成共价键，轨道夹角共价键键角109.5，为正四面体形。核心突破1杂化轨道的特点(1)形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。(3)杂化前后轨道数目不变。(4)杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。

4、(5)只有能量相近的轨道才能杂化( ns、 np)。2分子空间构型的确定轨道杂化类型电子对的空间构型成键电子对数孤对电子数电子对的排列方式分子的空间构型实例sp1 直线形 2 0 直线形HCCH BeCl2 CO2sp2平面三角形 3 0平面三角形 BF3 BCl32 1 V 形 SnBr2 PbCl24 0正四面体形 CH4 CCl43 1三角锥形 NH3 NF3sp3 四面体2 2 V 形 H2O题组冲关题 组 1 轨 道 杂 化 和 杂 化 轨 道1下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )A原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新轨道B轨道数目杂化前后可以相等，也可以不

5、等C杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原则CCH 4分子中两个 sp3杂化轨道的夹角为 109.5【解析】 轨道数目杂化前后一定相等。【答案】 B2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电子【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，故 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，故

6、C 项正确；并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道，也可以有一对孤电子对(如 NH3、H 2O 的形成)，故 D 项正确。【答案】 A3能正确表示 CH4中碳原子成键方式的示意图为( )【解析】 碳原子中的 2s 轨道与 2p 轨道形成 4 个等性的杂化轨道，因此碳原子最外层上的 4 个电子分占在 4 个 sp3杂化轨道上并且自旋方向相同。【答案】 D题 组 2 杂 化 轨 道 的 类 型4乙炔分子中的碳原子采取的杂化方式是( )Asp 1杂化 Bsp 2杂化Csp 3杂化 D无法确定【解析】 乙炔的结构式为 HCCH，其空间构型为直线形，属于 sp1杂化。【答案】 A5在 中，中间

7、的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是( )Asp 2 sp 2 Bsp 3 sp 3Csp 2 sp 3 Dsp 1 sp 3【解析】 中碳原子形成了 3 个 键，无未成键价电子对，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 键，无未成键电子对，需要形成 4 个杂化轨道，采用的是 sp3杂化。【答案】 C6(1)对于 CH4、NH 3、H 2O 三分子，中心原子都采用_杂化，键角由大到小顺序是_。(2)对于 H2O、BeCl 2、BF 3、C 2H2、C 2H4、CH 4、C 6H6、NH 3、CO 2等分子，中心原子采用sp1杂化的：_，sp 2

8、杂化的：_，sp 3杂化的：_。【答案】 (1)sp 3 CH 4NH 3H 2O(2)BeCl2、C 2H2、CO 2 BF 3、C 2H4、C 6H6 CH 4 H 2O NH 3【规律方法】 杂化轨道类型的判断(1)对于 ABm型分子，中心原子的杂化轨道数可以这样计算。杂化轨道数n 。中 心 原 子 价 电 子 数 配 位 原 子 提 供 的 价 电 子 数2其中配位原子中，卤素原子、氢原子提供 1 个价电子，硫原子、氧原子不提供价电子，即提供价电子数为 0。例如：代表物 杂化轨道数( n) 杂化轨道类型CO2 (40)212sp1CH2O (420)312sp2CH4 (44)412s

9、p3SO2 (60)312sp2NH3 (53)412sp3H2O (62)412sp3(2)离子的杂化轨道计算：n (中心原子的价电子数配位原子的成键电子数电荷数)。12代表物 杂化轨道数( n) 杂化轨道类型NO 3(51)312sp2NH 4(514)412sp3苯 分 子 的 空 间 构 型 与 大 键基础初探教材整理 1 苯的空间构型在乙烯分子和苯分子中，成键碳原子都采用 sp2杂化方式，为何二者的化学性质有较大差异？【提示】 在苯分子中，6 个碳原子中未参与杂化的 2p 轨道形成 键，使原子轨道的重叠程度比乙烯中大，所以比乙烯中的键能大，性质稳定。教材整理 2 苯分子空间构型的解释

10、每个 C 原子的两个 sp2杂化轨道上的电子分别与邻近的两个 C 原子的 sp2杂化轨道上的电子配对形成 键，六个碳原子组成一个正六边形的碳环；另外一个 sp2杂化轨道上的电子与 H 原子的 1s 电子配对形成 键。同时，六个 C 原子上剩余的 2p 轨道，以“肩并肩”的方式形成多原子、多电子的大 键。(1)苯分子中 C 原子发生 sp2杂化。()(2)苯分子中 CH 键是 键。()(3)苯分子中大 键是 6 个 C 原子共同形成的。()(4)苯分子为平面正六边形，键角为 120。()核心突破1苯分子中 C 原子均以 sp2杂化方式成键，形成夹角为 120的三个 sp2杂化轨道，故为正六边形的

11、碳环。2苯分子中苯环上的六个碳碳键的键长、键能均相同，不是单、双键交替形成。3由分子结构决定分子性质可知，苯分子不具有烯烃分子的某些特征性质，如能使溴水、酸性 KMnO4溶液退色。题组冲关题 组 1 苯 分 子 的 结 构 与 性 质1有关苯分子中的化学键描述不正确的是( )A每个碳原子的 sp2杂化轨道中的其中一个形成大 键B每个碳原子的未参加杂化的 2p 轨道形成大 键C碳原子的三个 sp2杂化轨道与其他原子形成三个 键D苯分子中六个碳碳键完全相同，键角均为 120【解析】 苯分子中每个碳原子中的三个 sp2杂化轨道分别与两个碳原子和一个氢原子形成 键。同时每个碳原子还有一个未参加杂化的

12、2p 轨道，它们均有一个未成对电子。这些 2p 轨道相互平行，以“肩并肩”方式相互重叠，形成一个多电子的大 键。所以苯分子中 6 个碳原子和 6 个氢原子都在同一平面内，6 个碳碳键完全相同，键角皆为 120。【答案】 A2下列关于苯分子的性质描述错误的是 ( )A苯分子呈平面正六边形，六个碳碳键完全相同，键角皆为 120B苯分子中的碳原子采取 sp2杂化，6 个碳原子中未参与杂化的 2p 轨道以“肩并肩”形式形成一个大 键C苯分子中的碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊类型的键D苯能使溴水和酸性 KMnO4溶液退色【解析】 苯分子中的碳原子采取 sp2杂化，六个碳碳键完全相同，呈平面正六边形

13、结构，键角皆为 120；在苯分子中间形成一个较稳定的六电子大 键，因此苯分子中的碳碳键并不是单、双键交替结构，不能使溴水和酸性 KMnO4溶液退色。【答案】 D题 组 2 分 子 空 间 构 型 的 判 断3指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间构型。 【导学号：66240015】(1)CO2分子中的 C 为_杂化，分子的结构式为_，空间构型为_；(2)CH2O 分子中的 C 为_杂化，分子的结构式为_，空间构型为_；(3)CF4分子中的 C 为_杂化，分子的结构式为_，空间构型为_；(4)H2S 分子中的 S 为_杂化，分子的结构式为_，空间构型为_。【解析】 解答本题应首先通过资料

14、或所学知识掌握各分子的杂化轨道类型或分子空间构型，然后再推断其他问题。杂化轨道类型决定了分子(或离子)的空间构型，如 sp2杂化轨道的键角为 120，空间构型为平面三角形。因此，也可根据分子的空间构型确定分子(或离子)中杂化轨道的类型，如 CO2为直线形分子，因此分子中杂化轨道类型为 sp1杂化。【答案】 (1)sp 1 O= =C=O 直线形(2)sp2 平面三角形(3)sp3 正四面体形(4)sp3 HSH V 形【规律总结】 判断分子空间构型的方法(1)根据杂化轨道类型判断：sp 1杂化直线形、sp 2杂化平面形、sp 3杂化轨道全部形成 键时正四面体形。(2)根据价电子对互斥理论判断：sp 3杂化轨道部分形成 键时，结合 键数目分析。如 NH3分子中 键数目为 3，则为三角锥形，H 2O 分子中 键数目为 2，则为 V 形。(3)利用等电子原理判断：如 CH4和 NH 均为正四面体形。 4