导学案高中化学导学案鲁科选修教师用书 一些典型分子的立体构型

第2节共价键与分子的立体构型

第1课时一些典型分子的立体构型

1.初步认识共价分子结构的多样性和复杂性,了解简单分子的空间构型。

2.了解杂化轨道的概念及类型。

3.能运用杂化轨道理论判断分子的空间构型。

一、典型分子的立体构型

1.在外界条件的影响下,原子内部①能量相近的原子轨道重新组合的过程叫作轨道杂化。组合后形成的新的②能量相同的一组原子轨道叫作杂化轨道。

2.甲烷分子中碳原子的杂化轨道是由一个③s轨道和三个④p轨道重新组合而成的,这种杂化叫作⑤sp3杂化。

3.乙烯分子中碳原子的原子轨道采用⑥sp2杂化。形成乙烯分子时,两个碳原子各用 1个⑦sp2杂化轨道上的电子相互配对,形成一个σ键,每个碳原子的另外两个⑧sp2杂化轨道分别与两个氢原子的⑨1s轨道上的电子配对形成共价键;每个碳原子剩下的一个未参与杂化的⑩2p轨道以“肩并肩”的方式重叠形成π键。

4.在形成氨气分子时,氮原子中的原子轨道发生sp3杂化,生成的四个杂化轨道中,只有3个轨道含有未成对电子,所以只能与3个氢原子形成共价键。由于氨分子中存在未成键的孤对电子,它对成键电子对的排斥作用较强,所以三个N—H键的键角从109.5°被压缩到107.3°,氨气分子的空间构型为三角锥形。

5.根据杂化轨道理论,形成苯分子是每个碳原子的原子轨道发生sp2杂化,由此形成的三个sp2杂化轨道在同一平面内。三个sp2杂化轨道分别与两个碳原子、一个氢原子形成σ键。同时每个碳原子还有一个未参加杂化的2p轨道,他们均有一个未成对电子。六条轨道相互平行,以“肩并肩”的方式相互重叠,形成一个多电子的π键。

二、价层电子对互斥模型

1.价层电子对互斥模型的概述

该理论模型认为,在一个共价分子或离子中,中心原子A周围所配置的B原子的几何构型,主要取决于中心原子的价电子层中各电子对间的相互排斥作用。这些电子对在中心原子周围按尽可能互相远离的位置排布,以使彼此间的斥力最小。这就是价层电子对互斥模型。

2.对于AB m型分子的价电子对数的确定

对于AB m型分子(A是中心原子,B是配位原子),分子的价电子对数可以通过下式确定:

n=

其中,中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数,配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子,氧原子和硫原子按不提供价电子计算。

3.中心原子价层电子对互斥模型和分子立体结构的确定

价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型,而分子的立体结构(空间构型)指的是成键电子对的空间构型,不包括中心原子上的孤电子对;若无孤电子对,则价层电子对模型和分子的空间构型一致;若有孤电子对,则价层电子对模型与分子的空间构型不一致,分子的空间构型为不对称结构。

1.杂化轨道形成的化学键可以是π键吗?

【答案】不能,杂化轨道所形成的化学键全部为σ键。

2.请用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况,并分析它们的空间构型。

【答案】乙烯分子中的碳原子采用sp2杂化类型,形成3个sp2杂化轨道,两个碳原子间形成1个σ键,每个碳原子还分别与两个氢原子形成σ键,两个碳原子各自还有一个未参与杂化且有一个未成对电子的2p轨道,再形成一个π键,乙烯分子为平面结构,键角为120°。乙炔分子中的碳原子采用sp杂化类型,形成两个sp杂化轨道,两个碳原子间形成一个σ键,每个碳原子还分别与一个氢原子形成σ键,两个碳原子各自还有两个未参与杂化且有一个未成对电子的2p轨道,再形成两个互相垂直的π键,乙炔分子为直线形结构,键角为180°。

3.H2O分子与CO2分子、NH3分子与BF3分子,它们分子中的原子个数相同,为何立体结构不同?

【答案】H2O分子和NH3分子中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间,并参与相互排斤,因而H2O分子呈V形,NH3分子呈三角锥形。而CO2分子和BF3分子中心原子上无孤对电子,分子的立体结构与VSEPR 模型相同,分别为直线形和平面三角形。

的是( )。

1.下列关于杂化轨道理论的说法不正确

．．．

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、最小排斥原理

D.原子轨道杂化只有在形成分子的过程中才会发生

【解析】轨道数目在杂化前后一定相等。

【答案】B

的是( )。

2.用杂化轨道理论解释甲烷分子的正四面体结构,下列说法不正确

．．．

A.C原子的四个杂化轨道的能量一样

B.C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样

C.C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道

D.C原子有1个sp3杂化轨道由孤对电子占据

【答案】D

3.回忆课上所学,分析、归纳、总结多原子分子立体结构的判断规律,完成下表:

化学式中心原子孤对电子对数杂化轨道类型

CH4

H2O

BF3

NH3

【答案】0;sp3;2;sp3;0;sp2;1;sp3

探究:价层电子对互斥理论

用价层电子对互斥模型预测下列分子或离子的立体结构,其中不正确

的是( )。

．．．

A.NH3为三角锥形

B.CS2为直线形

C.SCl2为V形

D.PCl3为正四面体形

【解析】NH3分子中,N原子杂化方式为sp3,含有1个孤电子对,所以为三角锥形,A项正确;CS2分子中C原子杂化方式为sp,空间构型为直线形,B项正确;SCl2分子中S原子杂化方式为sp3,含有2个孤电子对,为V形,C 项正确;PCl3分子中P原子杂化方式为sp3,含有1个孤电子对,空间构型为三角锥形,D项错误。

【答案】D

S、S、N等离子中,中心原子分别为何种杂化方式?

【解析】孤电子对数=(中心原子价电子数-配位原子提供的价电子数×m-电荷数)÷2。

如S :孤电子对数=[6-2×3-(-2)]÷2=1,成键电子对数为3,所以S中S原子杂化方式为sp3;

S:孤电子对数=[6-2×4-(-2)]÷2=0,成键电子对数为4,所以S中S原子杂化方式为sp3;

N:孤电子对数=[5-1×4-1]÷2=0,成键电子对数为4,所以N中N原子杂化方式为sp3。

【答案】均为sp3

一、杂化轨道类型的判断方法

(1)①公式:n=×(中心原子的价电子数+配位原子的成键电子数±电荷数)。

②根据n值判断杂化轨道类型:n=2,sp杂化;n=3,sp2杂化;n=4,sp3杂化。

例如:SO2:n=×(6+0)=3,sp2杂化;

N:n=×(5+1)=3,sp2杂化;

NH3:n=×(5+3)=4,sp3杂化。

注意:上述公式中正电荷取“-”,负电荷取“+”,当配位原子为氧原子或硫原子时,成键电子数为0。

(2)因为杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对,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=中心原子孤电子对数+中心原子结合的原子数,再由杂化轨道数判断杂化轨道类型。

注意:分子中出现双键或三键时,可将双键或三键当成一对电子或一个原子对待。

二、确定分子空间构型的两种方法

(1)根据价层电子对互斥模型确定

利用价层电子对互斥模型确定分子空间构型要分两步进行。

①首先要确定价层电子对的空间构型。

由于价层电子对之间的相互排斥作用,它们趋向于尽可能相互远离,价层电子对的空间构型和价层电子对数目密切相关,其相互关系可简单表示如下: