高中化學(xué)人教版 (2019)選擇性必修2第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)第3課時(shí)學(xué)案設(shè)計(jì)-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

分子的空間結(jié)構(gòu)及中心原子雜化軌道類(lèi)型的判斷方法探究任務(wù)在理解價(jià)層電子對(duì)互斥模型和雜化軌道理論的基礎(chǔ)上，建立分子空間結(jié)構(gòu)模型的推導(dǎo)方法，能確定中心原子雜化軌道類(lèi)型。雜化軌道類(lèi)型的判斷方法1．根據(jù)雜化軌道數(shù)目判斷內(nèi)容雜化軌道數(shù)目雜化軌道類(lèi)型舉例對(duì)于ABm型分子(或離子)，中心原子A的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為其雜化軌道數(shù)。可先確定分子或離子的VSEPR模型，然后確定中心原子的雜化軌道類(lèi)型4sp3如ClO、ClO的價(jià)層電子對(duì)數(shù)均為4，則雜化軌道數(shù)均為4，所以氯原子均采用sp3雜化(但二者的空間結(jié)構(gòu)不同，前者為三角錐形，后者為正四面體形)3sp22sp2．根據(jù)雜化軌道間的夾角判斷內(nèi)容夾角雜化軌道類(lèi)型不同的雜化方式，其雜化軌道之間的夾角不同，所以可根據(jù)雜化軌道間的夾角判斷分子或離子的中心原子的雜化軌道類(lèi)型109°28′sp3120° sp2180°sp3．取代法以中學(xué)常見(jiàn)的、熟悉的物質(zhì)分子為基礎(chǔ)，用其他原子或原子團(tuán)取代分子中的部分原子或原子團(tuán)，得到的新分子的中心原子與原分子對(duì)應(yīng)的中心原子的雜化軌道類(lèi)型相同。如：(1)CH3CH===CH2分子可看作乙烯基取代了CH4分子中的一個(gè)氫原子而得，則甲基中碳原子為sp3雜化，也可看作甲基取代了CH2===CH2分子中的一個(gè)氫原子而得，故兩個(gè)不飽和碳原子均為sp2雜化。(2)(CH3)3N可看作三個(gè)甲基取代了NH3分子中的三個(gè)氫原子而得，所以其分子中氮原子采用sp3雜化。4．根據(jù)共價(jià)鍵類(lèi)型判斷由雜化軌道理論可知，原子之間成鍵時(shí)，未參與雜化的軌道用于形成π鍵，雜化軌道用于形成σ鍵或用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。對(duì)于能明確結(jié)構(gòu)式的分子、離子，其中心原子的雜化軌道數(shù)n＝中心原子形成的σ鍵數(shù)＋中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)。例如：(1)在SiF4分子中，基態(tài)硅原子有4個(gè)價(jià)電子，與4個(gè)氟原子形成4個(gè)σ鍵，沒(méi)有孤電子對(duì)，n＝4，則SiF4分子中硅原子采用sp3雜化。(2)在HCHO分子中，基態(tài)碳原子有4個(gè)價(jià)電子，與2個(gè)氫原子形成2個(gè)σ鍵，與氧原子形成C===O，C===O中有1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵，沒(méi)有孤電子對(duì)，n＝3，則HCHO分子中碳原子采用sp2雜化。5．等電子原理的應(yīng)用原子總數(shù)相同、價(jià)電子總數(shù)相同的粒子互為等電子體。等電子體具有相同的結(jié)構(gòu)特征，一般來(lái)說(shuō)，等電子體的中心原子的雜化軌道類(lèi)型相同。對(duì)于結(jié)構(gòu)模糊或復(fù)雜的分子、離子，可將其轉(zhuǎn)化成熟悉的等電子體，然后進(jìn)行判斷。如NO與CO2互為等電子體，而CO2的中心原子碳原子為sp雜化，則NO的中心原子氮原子為sp雜化。【例1】　A、B、C、D、E是五種原子序數(shù)依次增大的前四周期元素。A、B、C是位于p區(qū)的同一周期的元素，C的價(jià)層電子排布式為nsnnp2n，A與C原子核外的未成對(duì)電子數(shù)相等；DC2與BC互為等電子體；E為過(guò)渡元素，其原子核外沒(méi)有未成對(duì)電子。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)E在周期表中的位置為__________。與E同區(qū)、同周期元素原子的價(jià)層電子排布式是__________。(2)A、B、C均可與氫元素形成氫化物，它們的簡(jiǎn)單氫化物穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?/span>__________(用分子式表示)。(3)A、B、C的簡(jiǎn)單氫化物中，鍵角由大到小的順序?yàn)?/span>__________(用分子式表示)，其中B的簡(jiǎn)單氫化物的VSEPR模型為__________，C的簡(jiǎn)單氫化物的空間結(jié)構(gòu)為__________。(4)A、C兩種元素能形成化合物AC2，該分子的結(jié)構(gòu)式為__________，中心原子的雜化軌道類(lèi)型為__________，根據(jù)電子云重疊方式的不同，分子中共價(jià)鍵的類(lèi)型有__________。[解析]　C的價(jià)層電子排布式為nsnnp2n，n＝2，則C為氧元素；A與C原子核外的未成對(duì)電子數(shù)相等，則A為碳元素，A、B、C的原子序數(shù)依次增大，則B為氮元素；DC2與BC互為等電子體，則D應(yīng)為硫元素；E為過(guò)渡元素，其原子核外沒(méi)有未成對(duì)電子，則E為鋅元素。(1)Zn的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2，在周期表中的位置為第四周期第ⅡB族。與Zn同區(qū)、同周期的元素為Cu，其原子的價(jià)層電子排布式是3d104s1。(2)C、N、O均可與氫元素形成氫化物，它們的簡(jiǎn)單氫化物分別為CH4、NH3、H2O，非金屬性C<N<O，則簡(jiǎn)單氫化物的穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?/span>H2O>NH3>CH4。(3)CH4、NH3、H2O中鍵角依次為109°28′、107°、105°，由大到小的順序?yàn)?/span>CH4>NH3>H2O；NH3的VSEPR模型為四面體形；H2O的空間結(jié)構(gòu)為V形。(4)C、O兩種元素能形成化合物CO2，CO2的結(jié)構(gòu)式為O===C===O，中心原子C的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2，雜化軌道類(lèi)型為sp，根據(jù)電子云重疊方式的不同，分子中共價(jià)鍵的類(lèi)型有σ鍵、π鍵。[答案]　(1)第四周期第ⅡB族　3d104s1　(2)H2O>NH3>CH4　(3)CH4>NH3>H2O　四面體形　V形　(4)O===C===O　sp　σ鍵、π鍵1．下列分子中的中心原子的雜化方式為sp雜化，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線(xiàn)形且分子中沒(méi)有形成π鍵的是(　　)A．CH≡CH B．CO2C．BeCl2 D．BF3C　[CH≡CH中含有碳碳三鍵，分子中有π鍵，A項(xiàng)不符合題意；CO2的結(jié)構(gòu)式為O===C===O，分子中含有碳碳雙鍵，含有π鍵，B項(xiàng)不符合題意；氯化鈹分子中，鈹原子含有兩個(gè)共價(jià)單鍵，不含孤電子對(duì)，所以?xún)r(jià)層電子對(duì)數(shù)是2，中心原子以sp雜化軌道成鍵，分子中不含π鍵，C項(xiàng)符合題意；BF3中B原子含有3個(gè)共價(jià)單鍵，不含孤電子對(duì)，所以?xún)r(jià)層電子對(duì)數(shù)是3，中心原子以sp2雜化軌道成鍵，D項(xiàng)不符合題意。 ]2．下列分子中的中心原子雜化軌道的類(lèi)型相同的是(　　)A．CO2與SO2 B．CH4與NH3C．BeCl2與BF3 D．C2H4與C2H2B　[CO2中C原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2，采取sp雜化，SO2中S原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，采取sp2雜化，二者雜化方式不同，故A錯(cuò)誤；CH4中C原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，采取sp3雜化，NH3中N原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，采取sp3雜化，二者雜化方式相同，故B正確；BeCl2中Be原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2，采取sp雜化，BF3中B原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，采取sp2雜化，二者雜化方式不同，故C錯(cuò)誤；C2H2分子中含有碳碳三鍵，C原子采取sp雜化，C2H4分子中含有碳碳雙鍵，C原子采取sp2雜化，二者雜化方式不同，故D錯(cuò)誤。]分子的空間結(jié)構(gòu)及判斷方法1．用價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷價(jià)層電子對(duì)互斥模型說(shuō)明價(jià)層電子對(duì)的排斥作用對(duì)分子空間結(jié)構(gòu)的影響，而分子的空間結(jié)構(gòu)指的是成鍵電子對(duì)的空間結(jié)構(gòu)，不包括孤電子對(duì)。(1)當(dāng)中心原子無(wú)孤電子對(duì)時(shí)，分子的空間結(jié)構(gòu)與VSEPR模型一致。(2)當(dāng)中心原子有孤電子對(duì)時(shí)，分子的空間結(jié)構(gòu)與VSEPR模型不一致。2．用雜化軌道理論判斷雜化類(lèi)型雜化軌道數(shù)目雜化軌道間夾角分子的空間結(jié)構(gòu)實(shí)例sp2180°直線(xiàn)形BeCl2、CH≡CHsp23120°平面三角形BF3、BCl3sp34109°28′四面體形CH4、CCl4、CH3Cl3．用鍵角判斷分子類(lèi)型分子的空間結(jié)構(gòu)鍵角鍵的極性分子極性實(shí)例A2直線(xiàn)形(對(duì)稱(chēng))—非極性鍵非極性H2、O2、N2等AB直線(xiàn)形(不對(duì)稱(chēng))—極性鍵極性HX、CO、NO等AB2或B2A直線(xiàn)形(對(duì)稱(chēng))180°極性鍵非極性CO2、CS2等V形(不對(duì)稱(chēng))—極性鍵極性H2O、H2S等AB3平面三角形(對(duì)稱(chēng))120°極性鍵非極性BF3、SO3等三角錐形(不對(duì)稱(chēng))—極性鍵極性NH3、PCl3等AB4正四面體形(對(duì)稱(chēng))109°28′極性鍵非極性CH4、CCl4等【例2】　下列分子中，中心原子雜化類(lèi)型相同，分子的空間結(jié)構(gòu)也相同的是(　　)A．BeCl2、CO2 B．H2O、SO2C．SO2、CH4 D．NF3、CH2OA　[根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型可知，H2O中O原子的孤電子對(duì)數(shù)＝＝2，σ鍵電子對(duì)數(shù)為2，采取sp3雜化，故H2O為V形結(jié)構(gòu)，SO2中S原子的孤電子對(duì)數(shù)＝＝1，σ鍵電子對(duì)數(shù)為2，采取sp2雜化，故SO2為V形結(jié)構(gòu)，B項(xiàng)不符合題意；同樣分析可知，BeCl2中Be原子采取sp雜化，BeCl2是直線(xiàn)形結(jié)構(gòu)，CO2中C原子采取sp雜化，CO2是直線(xiàn)形結(jié)構(gòu)，A項(xiàng)符合題意；SO2中S原子采取sp2雜化，SO2是V形結(jié)構(gòu)，CH4中C原子采取sp3雜化，CH4是正四面體形結(jié)構(gòu)，C項(xiàng)不符合題意；NF3中N原子采取sp3雜化，NF3是三角錐形結(jié)構(gòu)，CH2O中C原子采取sp2雜化，CH2O是平面三角形結(jié)構(gòu)，D項(xiàng)不符合題意。]3．下列分子的空間結(jié)構(gòu)可用sp2雜化軌道來(lái)解釋的是(　　)①BF3　②CH2===CH2　③　④CH≡CH⑤NH3　⑥CH4A．①②③ B．①⑤⑥ C．②③④ D．③⑤⑥A　[sp2雜化軌道形成夾角為120°的平面三角形，①BF3為平面三角形且B—F夾角為120°；②C2H4中碳原子以sp2雜化，且未雜化的2p軌道形成π鍵；③同②相似；④乙炔中的碳原子為sp雜化；⑤NH3中的氮原子為sp3雜化；⑥CH4中的碳原子為sp3雜化。]4．如圖為某硅氧離子的空間結(jié)構(gòu)示意圖(虛線(xiàn)不表示共價(jià)鍵)。通過(guò)觀察分析，下列敘述正確的是(　　)A．鍵角為120° B．化學(xué)組成為SiOC．Si原子采取sp2雜化 D．化學(xué)組成為SiOD　[由結(jié)構(gòu)示意圖可知，4個(gè)O原子構(gòu)成正四面體，Si位于正四面體的中心，鍵角為109°28′，A項(xiàng)錯(cuò)誤；Si原子形成4個(gè)Si—O鍵，Si的化合價(jià)為＋4價(jià)，O的化合價(jià)為－2價(jià)，則該離子的化學(xué)組成為SiO，B項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確；Si原子形成4個(gè)Si—O σ鍵，Si原子上沒(méi)有孤電子對(duì)，則中心原子Si采取sp3雜化，C項(xiàng)錯(cuò)誤。]1．下列有關(guān)二氯化錫(SnCl2)分子的說(shuō)法正確的是(　　)A．有一個(gè)σ鍵、一個(gè)π鍵B．是直線(xiàn)形分子C．中心原子Sn是sp2雜化D．鍵角等于120°C　[氯原子只能形成單鍵，而單鍵只能是σ鍵，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由于中心原子Sn形成了兩個(gè)σ鍵、還有一對(duì)孤電子對(duì)，故它是sp2雜化，SnCl2為V形結(jié)構(gòu)，受孤電子對(duì)的影響，鍵角小于120°，B、D項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確。]2．下列粒子的中心原子的雜化軌道類(lèi)型和粒子的空間結(jié)構(gòu)不正確的是(　　)A．PCl3中P原子為sp3雜化，為三角錐形B．PH中P原子為sp3雜化，為正四面體形C．OF2中O原子為sp雜化，為直線(xiàn)形D．SO2中S原子為sp2雜化，為V形C　[OF2中心原子O的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝2＋×(6－2×1)＝4，O原子為sp3雜化，有2個(gè)孤電子對(duì)，故空間結(jié)構(gòu)為V形，C錯(cuò)誤。]3．(雙選)下列有關(guān)描述正確的是(　　)A．NO為V形分子B．ClO的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形C．NO的VSEPR模型、空間結(jié)構(gòu)均為平面三角形D．ClO的VSEPR模型、空間結(jié)構(gòu)不相同CD　[NO中N原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝3＋×(5－2×3＋1)＝3，沒(méi)有孤電子對(duì)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；ClO中氯原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝3＋×(7－3×2＋1)＝4，有1對(duì)孤電子對(duì)，VSEPR模型為四面體形而空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，B項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。]4．已知某XY2分子屬于V形分子，下列說(shuō)法正確的是(　　)A．X原子一定是sp2雜化B．X原子一定是sp3雜化C．X原子上一定存在孤電子對(duì)D．VSEPR模型一定是平面三角形C　[若X原子無(wú)孤電子對(duì)，則它一定是直線(xiàn)形分子，若X有一對(duì)孤電子對(duì)或兩對(duì)孤電子對(duì)，則XY2一定為V形分子，此種情況下X的原子軌道可能為sp2雜化，也可能是sp3雜化，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；若X有兩對(duì)孤電子對(duì)，則該分子的VSEPR模型為四面體形，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]5．原子形成化合物時(shí)，電子云間的相互作用對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生影響。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)BF3分子的空間結(jié)構(gòu)為__________，NF3分子的空間結(jié)構(gòu)為__________。(2)碳原子有4個(gè)價(jià)電子，在形成化合物時(shí)價(jià)電子均參與成鍵，但雜化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔和苯四種分子中，碳原子采取sp雜化的分子是__________(寫(xiě)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，下同)，采取sp2雜化的分子是__________，采取sp3雜化的分子是__________。(3)已知H2O、NH3、CH4三種分子中，鍵角由大到小的順序是CH4>NH3>H2O，請(qǐng)分析可能的原因是________________________________。[解析]　(1)BF3分子中的B原子采取sp2雜化，所以其分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形；NF3分子中的N原子采取sp3雜化，存在一個(gè)孤電子對(duì)，所以其分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。(2)乙烷分子中的碳原子采取sp3雜化，乙烯和苯分子中的碳原子均采取sp2雜化，乙炔分子中的碳原子采取sp雜化。(3)H2O、NH3、CH4分子中的O、N、C原子均采取sp3雜化，而在O原子上有2個(gè)孤電子對(duì)，對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用最大，鍵角最??；N原子上有1個(gè)孤電子對(duì)，對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用沒(méi)有水分子的大；C原子上無(wú)孤電子對(duì)，鍵角最大。[答案]　(1)平面三角形　三角錐形(2)CH≡CH　CH2===CH2、CH3CH3(3)CH4分子中的C原子上沒(méi)有孤電子對(duì)，NH3分子中N原子上有1個(gè)孤電子對(duì)，H2O分子中O原子上有2個(gè)孤電子對(duì)，中心原子上孤電子對(duì)數(shù)越多，對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用越大，則鍵角越小

相關(guān)學(xué)案

相關(guān)學(xué)案更多

相關(guān)學(xué)案

相關(guān)學(xué)案 更多

相關(guān)學(xué)案更多