2019-2020年高中化学第2章第2节第1课时一些典型分子的空间构型教案鲁科版选修32.doc

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1、第1课时一些典型分子的空间构型目标与素养：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。(科学探究)2.了解杂化轨道理论，掌握常见的杂化轨道类型。 (模型认知)3.能够应用杂化轨道理论解释典型分子的空间构型。(宏观辨识与微观探究)一、甲烷分子的空间构型CH4 化学式 分子结构示意图填充模型 球棍模型1.杂化轨道在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合的过程叫做原子轨道的杂化，组合后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，从而使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大，形成的共价键更牢固。通常，有

2、多少个原子轨道参加杂化，就形成多少个杂化轨道。2甲烷中碳原子的杂化类型3杂化轨道的类型杂化类型sp1sp2sp3用于杂化的原子轨道及数目s111p123杂化轨道的数目234杂化轨道间的夹角180120109.5空间构型直线形平面三角形正四面体形实例CO2、C2H2BF3、SO3CH4、CCl4二、苯分子的空间构型根据杂化轨道理论，形成苯分子时每个碳原子的价电子原子轨道发生sp2杂化(如s、px、py)，由此形成的三个sp2杂化轨道在同一平面内。这样，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

3、另一个sp2杂化轨道上的电子分别与一个氢原子的1s电子配对形成键。与此同时，每个碳原子的一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道(如2pz)均含有一个未成对电子。这六个碳原子的2p轨道相互平行，它们以“肩并肩”的方式相互重叠，从而形成含有六个电子、属于六个碳原子的键。人们把这种在多原子间形成的多电子的键称为大键。所以，在苯分子中，整个分子呈平面正六边形，六个碳碳键完全相同，键角皆为120。三、价电子对互斥理论与等电子原理1价电子对互斥理论(1)价电子对互斥理论基本观点：分子中的中心原子的价电子对成键电子对(bp)和孤电子对(lp)由于相互排斥作用，尽可能趋向于彼此远离。(2)(3)若中心原子没

4、有孤电子对，为使价电子对之间的斥力最小，使分子的结构尽可能采取对称的结构。2等电子原理(1)内容：化学通式相同且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。(2)应用判断一些简单分子或离子的空间结构。aSO、PO等离子具有AX4通式，价电子总数为32，中心原子采取sp3杂化，呈四面体空间构型。bSO、PO等离子具有AX3通式，价电子总数为26，中心原子采取sp3杂化，由于存在一对孤对电子，分子空间构型呈三角锥形。利用等电子体在性质上的相似性制造新材料。利用等电子原理针对某物质找等电子体。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂

5、化轨道。()(2)杂化轨道用于形成键。()(3)苯分子中C原子发生sp2杂化。()2下列对sp3、sp2、sp1杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是()Asp1杂化轨道的夹角最大Bsp2杂化轨道的夹角最大Csp3杂化轨道的夹角最大Dsp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等答案A3在CCH3OCH3中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是()Asp2sp2 Bsp3sp3Csp2sp3 Dsp1sp3CCO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。杂化轨道

6、理论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。(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电子对数电子对的排列方式分子的空间构型实例sp1直线形20直线形HCCHBeCl2CO2sp2平面三角形30平面三角形BF3BCl321V形SnBr2 PbCl2sp3四面体40正四面体形CH4CCl431三角锥形NH3NF322V形H2O【典例1】下列各物质中的

7、中心原子不是采用sp3杂化的是()ANH3BH2OCCO2 DCCl4CNH3为三角锥形，但中心原子氮原子采用sp3杂化，形成4个等同的轨道，其中一个由孤对电子占据，余下的3个未成对电子各占一个。H2O为V形，但其中的氧原子也是采用sp3杂化形成4个等同的轨道，其中两对孤对电子分别占据两个轨道，剩余的2个未成对电子各占一个。CCl4分子中C原子也采用sp3杂化，但CO2分子中C原子为sp1杂化，CO2为直线形分子。熟悉和掌握常见分子的中心原子的杂化方式和空间构型的关系，有助于正确分析、解决有关问题。1关于原子轨道的说法正确的是()A凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间构型都是正四面体

8、BCH4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轨道混合起来而形成的Csp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相同的新轨道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C中心原子采取sp3杂化，分子的空间构型为正四面体，但如果中心原子还有孤电子对，分子的空间构型不是正四面体。CH4分子中的sp3杂化轨道是C原子的一个2s与三个2p杂化而成的。AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。2(2019全国卷)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是_。答案sp3sp3确定

9、分子空间构型的简易方法1.确定中心原子A的价电子数目(1)对于ABm型分子，中心原子的杂化轨道数可以这样计算。中心原子上的孤电子对数。例如，H2O中的中心原子为氧原子，其价电子数为6，与氧原子结合的氢原子未成对电子数为1，可知：氧原子上的孤电子对数2例如：代表物杂化轨道数(n)杂化轨道类型CO2(40)2sp1CH2O(420)3sp2CH4(44)4sp3SO2(60)3sp2NH3(53)4sp3H2O(62)4sp3(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)。代表物杂化轨道数(n)杂化轨道类型NO(51)3sp2NH(514)4sp32.确定价电子对的空间

10、构型由于价电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能的相互远离。价电子对的空间构型与价电子对数目的关系如下表：价电子对数目23456价电子对构型直线形三角形正四面体三角双锥正八面体3.分子空间构型确定根据分子中成键电子对数和孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子空间构型，如下表：价电子对数成键电子对数孤电子对数电子对空间构型分子空间构型实例220直线形直线形BeCl2330三角形三角形BF321V形SnBr2440四面体形四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O4.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化学通式相同。价电子总数相等。(2)等电子原理的应用利用等电

11、子原理可以判断一些简单分子或离子的空间构型。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。等电子体不仅有相似的空间构型，且有相似的性质。【典例2】用价电子对互斥理论预测H2S和BF3的空间结构，两个结论都正确的是()A直线形；三角锥形 BV形；三角锥形C直线形；平面三角形DV形；平面三角形DS原子最外层尚有孤电子对，参与成键电子对间的排斥，故H2S为V形结构；BF3中B原子最外层电子全部参与成键，三条BF键等效排斥，故分子的空间构型为平面三角形。3下列分子的空间构型是正四面体形的是()CH4NH3CF4SiH4C2H4CO2A BC DBC原子与Si原子的

12、价电子层都是ns2np2结构，参与成键时都是形成了4个sp3杂化轨道，故它们形成的CH4，CF4和SiH4的空间构型都是正四面体形。而NH3为三角锥形，C2H4为平面形，CO2为直线形。4通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体，人们发现等电子体的空间结构相同。已知B3N3H6分子的结构与苯相似，则下列有关说法中正确的是()ACH4和NH互为等电子体，键角均为60BNO和CO互为等电子体，均为平面三角形结构CH3O和PCl3互为等电子体，均为三角锥形结构DB3N3H6和苯互为等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道BCH4和NH的原子数都是5，价电子总数都是8，互

13、为等电子体，空间构型为正四面体结构，键角为109.5，故A错误；NO和CO的原子数都是4，价电子总数都是24，互为等电子体，均为平面三角形结构，故B正确；H3O价电子总数是8，PCl3价电子总数是26，二者价电子总数不同，不互为等电子体，故C错误；B3N3H6分子的结构类似苯，存在键，键是p轨道以“肩并肩”的方式重叠形成的，所以B3N3H6分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道，故D错误。等电子体的换算方法(1)将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n1，2等)的原子，如N2和CO、N和CNO互为等电子体。(2)将粒子中一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素对应的带n个单位电荷

14、的阳离子(或阴离子)，如N2O和N互为等电子体。(3)同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中的原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。1能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为()D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。2乙炔分子中的碳原子采取的杂化方式是()Asp1杂化Bsp2杂化Csp3杂化 D无法确定A乙炔的结构式为HCCH，其空间构型为直线形，属于sp1杂化。3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

15、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120A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。4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

16、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D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。5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_

17、。解析解答本题应首先通过资料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)sp1O=C=O直线形判断分子空间构型的方法(1)根据杂化轨道类型判断：sp1杂化直线形、sp2杂化平面形、sp3杂化轨道全部形成键时正四面体形。(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，H2O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。