最新学年高中化学 第2章 化学键与分子间作用力 第2节 共价键与分子的空间型教学案 鲁科版选修3考试专.docx
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最新学年高中化学第2章化学键与分子间作用力第2节共价键与分子的空间型教学案鲁科版选修3考试专
第2节共价键与分子的空间构型
第1课时
一些典型分子的空间构型
[课标要求]
1.认识共价分子结构的多样性和复杂性。
2.能根据有关理论判断简单分子或离子的构型。
3.结合实例说明“等电子原理”的应用。
1.CH4、NH3、H2O、H2S、NH
、CCl4、CF4分子中中心原子均采用sp3杂化。
2.CH2===CH2、C6H6、BF3、CH2O分子中中心原子均采用sp2杂化。
3.CH≡CH、CO2、BeCl2、CS2分子中中心原子均采用sp1杂化。
4.正四面体形分子:
CH4、CCl4、CF4;三角锥形分子:
NH3、PH3;V形分子:
H2O、H2S、SO2;平面三角形分子:
BF3;平面形分子:
C2H4、C6H6、CH2O;直线形分子:
C2H2、CO2、BeCl2、CS2。
5.等电子体:
化学通式相同(组成原子数相同),价电子数相等的微粒。
1.轨道杂化和杂化轨道
2.甲烷分子中碳原子的杂化类型
3.杂化轨道形成的分子空间构型(杂化轨道全部用于形成σ键时)
杂化类型
sp1
sp2
sp3
参与杂化的原子轨道及数目
s轨道
一个
一个
一个
p轨道
一个
两个
三个
杂化轨道数目(或σ键数)
2
3
4
杂化轨道间的夹角
180°
120°
109.5°
分子空间构型
直线形
平面三角形
正四面体形
实例
BeCl2
BF3
CH4、CF4、
CCl4
1.什么是成键电子对、孤电子对?
其与中心原子的轨道数或价层电子对数有什么关系?
提示:
分子或离子中,中心原子与其他原子以共价键结合的电子对为成键电子对,中心原子上不参与成键的电子对为孤电子对,两者之和等于中心原子的轨道数,也等于价层电子对数。
2.在你接触的原子或离子中,中心原子上最多的轨道数或价层电子对数是多少?
提示:
最大轨道数为1(s轨道)+3(p轨道)=4。
1.杂化轨道类型的判断
方法一:
依据杂化轨道数=中心原子形成的σ键数+孤电子对数
(1)公式:
杂化轨道数n=
(中心原子的价电子数+配位原子的成键电子数±电荷数)。
[特别提醒] ①当中心原子与氧族元素原子成键时,氧族元素原子不提供电子。
②当为阴离子时,中心原子加上电荷数,为阳离子时,减去电荷数。
(2)根据n值判断杂化类型
n=2时,sp1杂化,如BeCl2,n=
(2+2)=2;
n=3时,sp2杂化,如NO
,n=
(5+1)=3;
n=4时,sp3杂化,如NH
,n=
(5+4-1)=4。
方法二:
依据中心原子有无π键
中心原子全部形成单键(无π键),sp3杂化;形成一个双键(一个π键),sp2杂化;形成两个双键或一个叁键(两个π键),sp1杂化。
方法三:
依据分子或离子的空间结构
一般地,若是直线形,sp1杂化;若是平面形,sp2杂化;若是立体形,sp3杂化。
2.分子空间构型的确定——价电子对互斥理论
(1)价电子对互斥理论:
分子中的中心原子的价电子对——成键电子对和孤电子对,由于相互排斥作用,尽可能趋向于彼此远离。
(2)中心原子上的孤电子对数=
(3)分子空间构型的确定
电子对数
目
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
2
直线形
2
0
直线形
BeCl2
CO2
3
平面
三角形
3
0
平面
三角形
BF3
BCl3
2
1
V形
SnBr2
PbCl2
4
四面
体形
4
0
正四
面体
形
CH4
CCl4
3
1
三角
锥形
NH3
NF3
2
2
V形
H2O
3.分子或离子空间构型的确定——等电子原理
(1)互为等电子体应满足的条件
①化学通式相同。
②价电子总数相等。
(2)等电子原理的应用
①利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。
如NH3和H3O+的空间构型相似(三角锥形);SiCl4、SO
、PO
都呈正四面体构型。
②等电子体不仅有相似的空间构型,且有相似的性质。
1.指出下列分子中,中心原子可能采用的杂化轨道类型,并预测分子的空间构型。
(1)BCl3
(2)CS2 (3)CF4 (4)CH3Cl
答案:
(1)中心原子B采用sp2杂化,分子是平面三角形
(2)中心原子C采用sp1杂化,分子是直线形
(3)中心原子C采用sp3杂化,分子是正四面体形
(4)中心原子C采用sp3杂化,分子是四面体形
2.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 sp3D.sp1 sp3
解析:
选C
中碳原子形成了3个σ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σ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。
3.下列各组粒子属于等电子体的是( )
A.12CO2和14COB.H2O和NH3
C.N2和13COD.NO和CO
解析:
选C 组成粒子的原子总数相同、价电子总数相同的粒子互称为等电子体。
在题述粒子中,C选项中两分子的原子数相同且价电子总数也相同,所以是等电子体。
1.苯分子中碳原子成键方式及空间构型
2.苯分子空间构型的解释
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σ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σ键。
同时,六个C原子上剩余的2p轨道,以“肩并肩”的方式形成六原子、六电子的大π键。
1.有关苯分子的说法不正确的是( )
A.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,故为正六边形的碳环
B.每个碳原子还有一个未参与杂化的2p轨道,垂直碳环平面,相互重叠,形成大π键
C.大π键中6个电子被6个C原子共用,故称为6中心6电子大π键
D.苯分子中共有六个原子共面,六个碳碳键完全相同
解析:
选D 苯分子中共有12个原子共面。
2.有关苯分子中的化学键描述正确的是( )
A.每个碳原子的sp2杂化轨道中的其中一个形成大π键
B.每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成大π键
C.碳原子的两个sp2杂化轨道形成两个σ键
D.碳原子的未参加杂化的2p轨道形成σ键
解析:
选B 苯分子中的碳原子采取sp2杂化,三个杂化轨道形成三个σ键,未参与杂化的2p轨道形成大π键。
判断微粒空间构型的方法
(1)根据杂化轨道类型判断:
sp1杂化——直线形,sp2杂化——平面形,sp3杂化轨道全部形成σ键时——四面体形。
(2)根据价电子对互斥理论判断:
sp3杂化轨道部分形成σ键时,结合σ键数目分析。
如NH3分子中σ键数目为3,则为三角锥形,H2O分子中σ键数目为2,则为V形。
(3)利用等电子原理判断:
如CH4与NH
均为正四面体形。
1.AlBr3分子的立体构型是( )
A.直线形 B.三角锥形
C.四面体形D.平面三角形
解析:
选D 中心Al原子的价电子对数为1/2(3+3×1)=3,孤电子对数3-3=0,其价电子全部用于形成共价键,AlBr3为平面三角形分子。
2.指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间构型。
(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:
(1)价电子对数1/2×(4+0)=2,sp1杂化,CO2为直线形分子;
(2)价电子对数1/2×(4+2×1+0)=3,sp2杂化,CH2O为平面形分子;(3)价电子对数1/2×(4+4×1)=4,sp3杂化,CF4为正四面体形分子;(4)价电子对数1/2×(6+2)=4,sp3杂化,孤电子对数4-2=2,则H2S为V形分子。
答案:
(1)sp1 O===C===O 直线形
(2)sp2 平面三角形
(3)sp3 正四面体形
(4)sp3 H—S—H V形
[三级训练·节节过关]
1.s轨道和p轨道杂化的类型不可能有( )
A.sp1杂化 B.sp2杂化
C.sp3杂化D.sp4杂化
解析:
选D s能级只含1个原子轨道,p能级只含3个原子轨道,故s轨道和p轨道杂化时,p轨道参与杂化的数目为1~3,即分别为sp1、sp2、sp3杂化。
2.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
D.CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109.5°
解析:
选B 轨道数目杂化前后一定相等。
3.下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①BF3 ②CH2CH2 ③ ④CHCH
⑤NH3 ⑥CH4
A.①②③B.①⑤⑥
C.②③④D.③⑤⑥
解析:
选A ①BF3分子中价电子对数1/3(3+3×1)=3,B原子sp2杂化,BF3为平面三
角形分子;②CH2CH2,其中碳原子以sp2杂化,未杂化的2p轨道形成π键;③中
碳原子以sp2杂化,未杂化的2p轨道形成大π键;④CHCH为直线形分子,其中碳原子为sp1杂化;⑤NH3是三角锥形分子,中心原子氮原子为sp3杂化;⑥CH4是正四面体形分子,中心碳原子为sp3杂化。
4.用价电子对互斥理论预测H2S和BF3分子的立体结构,两个结论都正确的是( )
A.直线形;三角锥形B.V形;三角锥形
C.直线形;平面三角形D.V形;平面三角形
解析:
选D 对于H2S分子,价电子对数为1/2×(6+2)=4,孤电子对数4-2=2,则H2S为V形分子;对于BF3分子,价电子对数1/2×(3+3×1)=3,孤电子对数为3-3=0,则BF3为平面三角形分子,即H2S、BF3分别是V形、平面三角形分子。
5.请填写下表中的空格。
单原子分子
双原子分子
三原子分子
四原子分子
五原子分子
分子
He、Ne
H2
HCl
H2O
CO2
AlCl3
NH3
CH4
CH3Cl
杂化
轨道
—
—
—
键角
—
—
—
—
—
—
解析:
在He、Ne、H2、HCl等分子中不存在原子的杂化轨道。
在H2O、NH3、CH4、CH3Cl分子中,O、N、C三原子采用sp3杂化,但它们的夹角不同。
CO2分子中的C原子采用sp1杂化,CO2分子为直线形。
AlCl3分子中的Al原子采用sp3杂化,NF3为三角锥形分子。
不同元素的原子形成的化学键为极性共价键。
答案:
单原子分子
双原子分子
三原子分子
四原子分子
五原子分子
分子
He、Ne
H2
HCl
H2O
CO2
AlCl3
NH3
CH4
CH3Cl
杂化轨道
—
—
—
sp3
sp1
sp2
sp3
sp3
sp3
键角
—
—
—
104.5°
180°
120°
107.3°
109.5°
—
空间构型
—
V形
平面三角形
三角锥形
正四面体形
四面体形
键的极性
—
非极性
极性
极性
极性
极性
极性
极性
极性
1.下列能正确表示CH4分子中碳原子成键轨道的示意图为( )
解析:
选D CH4分子中碳原子采用sp3杂化,杂化前为,
其中2s和2p轨道杂化形成能量相同的四个sp1杂化轨道,即杂化后为
。
2.中心原子采取sp1杂化的分子是( )
A.NH3 B.BeCl2
C.PCl3D.H2O
解析:
选B NH3分子中N原子采用sp3杂化;PCl3类比NH3,P原子采用sp3杂化;H2O分子中O原子采用sp3杂化。
3.sp3杂化形成的AB4型分子的空间构型是( )
A.平面四方形B.正四面体
C.四角锥形D.平面三角形
解析:
选B sp3杂化形成的AB4型分子中,四个杂化轨道均参与形成σ键,故空间构型为正四面体形。
4.用价电子对互斥理论预测,下列分子构型与H2O相似,都为V形的是( )
①OF2 ②BeCl2 ③SO2 ④CO2
A.①②B.②③
C.①③D.②④
解析:
选C ①价电子对数1/2×(6+2)=4,孤电子对数4-2=2,为V形;②价电子对数
×(2+2×1)=2,孤电子对数2-2=0,为直线形;③价电子对数1/2×(6+0)=3,孤电子对数3-2=1,为V形;④价电子对数1/2×(4+0)=2,孤电子对数2-2=0,为直线形。
①、③符合题意。
5.在SO2分子中,分子的空间结构为V形,S原子采用sp2杂化,那么SO2的键角( )
A.等于120°B.大于120°
C.小于120°D.等于180°
解析:
选C 由于SO2分子的电子对的空间构型为平面三角形,从理论上讲其键角为120°,但是由于SO2分子中的S原子有一对孤电子对,对其他的两个化学键存在排斥作用,因此分子中的键角要小于120°。
6.关于CO2和NH3分子,下列说法正确的是( )
A.都是直线形结构
B.中心原子都采取sp1杂化
C.NH3为三角锥形结构,CO2为直线形结构
D.N原子和C原子上都没有孤对电子
解析:
选C NH3和CO2分子的中心原子分别采取sp3杂化和sp1杂化的方式成键,但NH3分子的N原子上有孤对电子,根据价电子对互斥理论,NH3分子构型为三角锥形,CO2分子构型为直线形。
7.有关乙炔C2H2分子中的化学键描述不正确的是( )
A.两个碳原子采用sp1杂化方式
B.两个碳原子采用sp2杂化方式
C.每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成π键
D.两个碳原子形成两个π键
解析:
选B C2H2分子的结构式为H—C≡C—H,可知每个碳原子形成2个π键,故两个碳原子均采用sp1杂化。
8.在乙烯分子中有5个σ键,一个π键,它们分别是( )
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sp2形成的σ键,C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成π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π键
解析:
选A 乙烯分子为平面分子,分子中每一个碳原子采取sp2杂化,3个sp2杂化轨道分别与2个氢原子和另一个C原子形成3个σ键,每个C原子未杂化的2p轨道“肩并肩”重叠形成π键。
9.填空。
(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____________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(1)在形成NH3分子时,氮原子的2p轨道和2s轨道发生sp3杂化,形成4个杂化
轨道,,含有一对孤对电子,3个未成键的单电子,可以与3个氢原子形成3个σ键。
(2)H3O+中O原子的价电子数为6+2=8,价电子对为4对,所以杂化方式为sp3杂化;H3O+中只有一对孤对电子,H2O中有两对孤对电子,对所成共价键的排斥力H2O大于H3O+,使得H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大。
答案:
(1)sp3杂化轨道 3 3 孤对电子
(2)sp3 H3O+离子中有一对孤对电子,H2O分子中有两对孤对电子,对形成的H—O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
10.X、Y、Z均为短周期元素,可形成X2Z和YZ2两种化合物。
X、Y、Z的原子序数依次增大,X原子的K层的电子数目只有一个,Y位于X的下一周期,它的最外层电子数比K层多2个,而Z原子核外的最外层电子数比次外层电子数少2个。
(1)它们的元素符号分别为X________、Y________、Z________。
(2)用价电子对互斥理论判断:
物质
价电子对数
轨道杂化形式
分子的形状
成键电子对数
孤电子对数
X2Z
YZ2
解析:
X原子的K层(第一层)的电子数只有一个,可知X为氢原子;Y位于X的下一周期,即为第二周期元素,它的最外层电子数比K层多2个,则其原子结构示意图为
,故Y为C元素;Z原子核外的最外层电子数比次外层电子数少2个,且原子序数:
Z>Y,则Z为S元素。
从而推知X2Z为H2S,YZ2为CS2。
答案:
(1)H C S
(2)
物质
价电子对数
轨道杂化形式
分子的形状
成键电子对数
孤电子对数
X2Z
2
2
sp3
V形
YZ2
2
0
sp1
直线形
1.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
A.CS2与C6H6B.CH4与NH3
C.BeCl2与BF3D.C2H2与C2H4
解析:
选B A项,CS2分子中,C原子采用sp1杂化,C6H6分子中,C原子采用sp2杂化;B项,CH4和NH3分子中C、N原子均采用sp3杂化;C项,BeCl2分子中Be原子为sp1杂化,BF3分子中B原子为sp2杂化;D项,C2H2分子中C原子为sp1杂化,C2H4分子中C原子为sp2杂化。
2.在BrCH===CHBr分子中,C和Br成键采用的轨道是( )
A.sp1pB.sp2s
C.sp2pD.sp3p
解析:
选C BrCH===CHBr分子中C原子采用sp2杂化,每个C原子形成3个sp2杂化轨道分别与Br原子的p轨道、H原子的s轨道、另一个C原子的sp2轨道形成3个σ键。
3.根据等电子原理,下列各组分子或离子的空间构型不相似的是( )
A.SO2和O3B.NH
和CH4
C.H3O+和NH3D.CO2和H2O
解析:
选D D项中,CO2分子和H2O分子原子总数相等,价电子总数前者为16,后者为10,二者不属于等电子体,则空间构型不相似。
4.下列分子中,在形成共价键时中心原子采用sp3杂化的分子有( )
①H2O ②NH3 ③CH4 ④PCl3 ⑤CO2 ⑥N2
A.3种B.4种
C.5种D.6种
解析:
选B 形成共价键时中心原子采用sp3杂化的分子有H2O、NH3、CH4、PCl3;CO2、N2分子中的C、N原子采用sp1杂化。
5.根据价电子对互斥理论及杂化轨道理论判断NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为( )
A.直线形,sp1杂化B.三角形,sp2杂化
C.三角锥形,sp2杂化D.三角锥形,sp3杂化
解析:
选D 在NF3分子中N原子价电子对数为1/2×(5+3×1)=4,孤对电子数4-3=1,与其相连的原子数为3,根据理论可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化,空间构型为三角锥形。
6.下列分子或离子的中心原子形成sp2杂化轨道的是( )
①H2O ②NO
③SO3 ④CH4
A.①②B.②③
C.③④D.①④
解析:
选B H2O分子中,价电子对数1/2×(6+2×1)=4,氧原子采用sp3杂化;②NO
离子中价电子对数1/2×(5+3×0+1)=3,氮原子采用sp2杂化;③SO3分子中价电子对数1/2×(6+3×0)=3,硫原子采用sp2杂化;④CH4分子中价电子对数1/2×(4+4×1)=4,碳原子采用sp3杂化。
②、③符合题意。
7.下列推断正确的是( )
A.BF3为三角锥形分子
B.NH
的电子式为,离子呈平面正方形结构
C.CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的spσ键
D.CH4分子中的碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠,形成4个C—Hσ键
解析:
选D BF3为平面三角形,NH
为正四面体形,CH4分子中碳原子的2s轨道与2p轨道形成4个sp3杂化轨道,然后与氢原子的1s轨道重叠,形成4个ssp3σ键。
8.关于原子轨道的说法正确的是( )
A.凡中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体
B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合而形成的
C.sp3杂化轨道是由同一原子中能量相近的s轨道和p轨道混杂形成的一组能量相等的新轨道
D.凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
解析:
选C 凡中心原子采取sp3杂化的杂化轨道都是四面体形,但是根据孤电子对占据杂化轨道数目多少,造成了其分子几何构型可以呈现V形(H2O)、三角锥形(NH3);CH4的sp3杂化轨道是由中心碳原子的能量相近的2s轨道和3个2p轨道杂化形成,与氢原子结合时,4个杂化轨道分别和4个氢原子的1s轨道重叠,形成4个C—Hσ键;BF3中B原子采用sp2杂化。
9.A、B、C、D、E、F都是短周期元素,原子序数依次增大,B、C、D同周期,A、E同主族。
A、C能形成两种液态化合物甲和乙,原子个数比分别为2∶1和1∶1。
B元素原子有两个未成对电子,D是周期表中电负性最大的元素,F是地壳中含量最多的金属元素。
根据以上信息回答下列问题:
(1)比较C、D对应氢化物的稳定性________________________________________________________________________
(填分子式)。
(2)甲、乙两分子中含有非极性共价键的是________(填分子式),它的电子式为________。
(3)C、D、E、F的离子中,半径最小的是________(填离子符号)。
(4)B的最简单氢化物的空间构型是________________。
解析:
A、C能形成两种液态化合物甲和乙,则甲和乙为H2O和H2O2,且原子序数A<C,则A为氢元素,C为氧元素;B原子有两个未成对电子,其电子排布式为1s22s22p2,故B
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