高中化学第2章共价键与分子的空间构型第2课时价电子对互斥理论等电子原理导学案.docx

第2课时价电子对互斥理论 等电子原理课标解读重点难点1.了解杂化轨道的三种类型(sp3、sp2、sp)。2.初步认识分子的空间构型。3.能运用杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断分子的空间构型。4.结合实例说明“等电子原理”的应用。1.判断分子中心原子的杂化轨道类型。(重点)2.用价层电子对互斥理论及杂化轨道理论推断分子的空间构型。(难点)课前自主导学一、杂化轨道理论与分子空间构型1.sp3杂化与CH4分子的空间构型(1)杂化轨道的形成碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道， 2s轨道和 2p轨道“混合”，形成 的4个sp3杂化轨道。图示为：(2)sp3杂化轨道的空间指向碳原子的4个sp3杂化轨道指向 ，每个轨道上都有一个未成对电子。(3)共价键的形成碳原子的4个 轨道分别与4个H原子的 轨道重叠形成4个相同的键。(4)CH4分子的空间构型CH4分子为空间 结构，分子中CH键之间的夹角都是 。2sp2杂化与BF3分子的空间构型(1)sp2杂化轨道的形成硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。1个2s轨道和 2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的 sp2杂化轨道。图示为：(2)sp2杂化轨道的空间指向硼原子的3个sp2杂化轨道指向 ，3个sp2杂化轨道间的夹角为 。(3)共价键的形成硼原子的3个 轨道分别与3个氟原子的1个2p轨道重叠，形成3个相同的键。(4)BF3分子的空间构型BF3分子的空间构型为 ，键角为 。3sp杂化与BeCl2分子的空间构型(1)杂化轨道的形成Be原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道，1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的 个sp杂化轨道。图示为：(2)sp杂化轨道的空间指向两个sp杂化轨道呈 ，其夹角为 。(3)共价键的形成Be原子的2个sp杂化轨道分别与2个Cl原子的1个 轨道重叠形成 相同的键。思考交流：1任意不同的原子轨道都可以杂化吗？二、价层电子对互斥模型1.理论分子中的价电子对(包括 电子对和孤电子对)由于相互排斥作用，而趋向于尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取 的空间构型。2相关说明(1)具有相同价电子对数的分子，中心原子的杂化轨道类型 ，价电子对分布的几何构型也相同。(2)如果分子中中心原子的杂化轨道上存在孤电子对，价电子对之间的斥力大小顺序为：孤电子对与孤电子对之间的斥力 孤电子对与成键电子对之间的斥力 成键电子对与成键电子对之间的斥力，且随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力 ，键角也 。思考交流：2价电子对数相同的分子，其空间构型都相同吗？以价电子对数为4的分子举例说明。 三、分子的空间结构对物质性质的影响1.影响：具有相似分子空间结构的物质，在性质方面通常表现出一定的 。2等电子原理(1)原理具有相同 和相同 的分子或离子具有相同的结构特征。(2)应用判断一些简单分子或离子的 。利用等电子体在性质上的 制造新材料。利用等电子原理针对某物质找等电子体。思考交流：3CO和N2为等电子体，那么在CO分子中所含的价键类型及数目如何？ 课堂互动探究一、杂化轨道类型的判断方法【问题导思】试推测C2H6、C2H4、C2H2分子中，碳原子的杂化方式。杂化轨道能形成键吗？ 1三种杂化轨道比较杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道1个s和1个p1个s和2个p1个s和3个p杂化轨道数234杂化轨道间夹角180120109.5空间指向直线正三角形三个顶点正四面体四个顶点2.杂化类型的判断因为杂化轨道只能用于形成键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个键，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类型。例如：代表物杂化轨道数杂化轨道类型CO2022spCH2O033sp2CH4044sp3SO2123sp2NH3134sp3H2O224sp3温馨提醒：1杂化轨道数为2、3、4分别对应sp、sp2、sp3杂化。2杂化轨道只用于形成键或者容纳孤电子对。例1指出下列分子中带*号的原子采用的杂化方式： 规律方法1杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量介于两种参与杂化的原子轨道之间。2上述计算杂化轨道数的方法，只适用于已知分子结构的分子，否则将无法确定中心原子上的孤电子对数。变式训练1试分析HCCH中碳原子的杂化方式，并详细说出各化学键的形成过程。 二、利用价层电子对互斥模型分析分子空间构型【问题导思】CH4、NH3、H2O中心原子均采用sp3杂化，其分子空间构型如何？SO2的空间构型如何？如何确定中心原子价电子对数？ 1确定中心原子价电子对数的方法对于ABm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：即n。规定：作为配体，卤素原子和氢原子提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子；作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算，即中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数；对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上阴离子的电荷数或减去阳离子的电荷数；计算价电子对数时，若剩余1个电子，亦当作1对电子处理。双键、叁键等多重键作为1对电子看待。2判断分子的空间构型根据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几何构型，如下表所示：价电子成键电子对数孤电子对数分子空对构型实例220直线形BeCl2、CO2330平面三角形BF3、SO321V形SnBr2、PbCl2440正四面体型CH4、CCl431三角锥型NH3、PCl322V形H2O温馨提醒价电子对数的另一种确定方法a为中心原子的价电子数，x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。例2(高考组合题)(1)(2013山东高考节选)BCl3和NCl3中心原子的杂化方式分别为_和_。(2)(2013新课标高考卷节选)在硅酸盐中，SiO四面体如下图(a)通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根；其中Si原子的杂化形式为_，Si与O的原子数之比为_，化学式为 _ 。图(a)图(b)(3)(2013江苏高考节选)元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍。在Y的氢化物(H2Y)分子中，Y原子轨道的杂化类型是_。 变式训练2(2011山东高考)H可与H2O形成H3O，H3O中O原子采用_杂化。H3O中HOH键角比H2O中HOH键角大，原因为_。课堂小结当堂双基达标1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杂化轨道中一定有一个电子2下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()ACO2和SO2BCH4与NH3CBeCl2与BF3DC2H4与C2H2(C2H2的结构简式为CHCH)3用价层电子对互斥理论判断SO3的分子构型为()A正四面体型BV形C三角锥型 D平面三角形4(2013湛江高二质检)下列关于SO2与CO2分子的说法正确的是()ASO2和CO2是等电子体B中心原子都采取sp杂化CS原子和C原子上都没有孤电子对DSO2为V形结构，CO2为直线形结构5(2013南京高二质检)室内装修材料中会释放出甲醛，甲醛含量过大时，对人有较大的危害，甲醛的结构式为。结合甲醛的结构式回答下列问题：(1)甲醛分子中碳原子轨道的杂化方式是_，杂化轨道的空间构型是_，分子的空间构型是_。(2)甲醛分子中键的形成轨道是_、_、_、_。(有几个填几个)6根据理论预测下列分子或离子的空间构型。CO2COPOSO杂化类型空间构型键角参考答案课前自主导学一、1. (1) 1个 3个 能量相等、成分相同 (2)正四面体的4个顶点 (3) sp3杂化 1s (4)正四面体 109.5 2 (1) 2个 3个 (2)平面三角形的三个顶点 120 (3 sp2杂化 (4)平面三角形 120 3 (1)2 (2)直线形 180 (3)3p 2个思考交流：1【提示】原子轨道只有在形成分子的过程中才能杂化，孤立的原子不会发生杂化；另外，不是任意的不同轨道都能杂化，只有能量相近的轨道才能杂化。二、1.成键 对称 2 (1) 相同 (2) 减小 减小 思考交流：2【提示】CH4、NH3、H2O分子的价电子对数均为4，CH4呈正四面体构型，NH3为三角锥型，H2O为V形。三、1.相似性。2 (1) 价电子数 原子数 (2)立体构型 相似性 思考交流：3【提示】CO和N2为等电子体，结构相似，N2中有一个键、两个键，则CO中也有一个键，两个键。课堂互动探究一、【问题导思】【提示】C2H6、C2H4、C2H2分子中，碳原子采用的杂化方式依次为sp3、sp2、sp。不能形成键。例1【解析】(1)H2O2中每个氧原子上有2对孤电子对，每个氧原子结合2个原子，故杂化轨道数224，采用sp3杂化。(2)在中，碳原子无孤电子对，碳原子结合3个原子，故杂化轨道数033，采用sp2杂化。(3)在CO2中，碳原子无孤电子对，碳原子结合2个原子，故杂化轨道数022，采用sp杂化。(4)在C2H4中，每个碳原子上无孤电子对，每个碳原子结合3个原子(2个H和1个C)，故杂化轨道数033，采用sp2杂化。【答案】(1)sp3(2)sp2(3)sp(4)sp2变式训练1【解析】碳原子的杂化轨道数为2，采用sp杂化。C2H2分子中，每个碳原子通过1个2s轨道和1个2p轨道杂化形成2个sp杂化轨道，呈直线形，2个sp杂化轨道分别与H原子1s轨道、另一碳原子的1个sp杂化轨道形成2个键；每个碳原子上剩余的2个2p轨道与另一个碳原子上剩余的2个2p轨道形成2个键。【答案】sp杂化；二、【问题导思】【提示】分子CH4NH3H2OSO2空间构型正四面体三角锥型V形V形对于ABm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。例2【解析】(1)杂化轨道用于形成键和容纳孤对电子。BCl3分子中B原子形成3个键，无孤对电子，则B原子采取sp2杂化。NCl3中N原子形成3个键，且有1对孤对电子，则N原子采取sp3杂化。Be、B、N、O原子的最外层电子排布式分别为2s2、2s22p1、2s22p3、2s22p4，Be原子的2s轨道处于全充满的稳定状态，故其第一电离能大于B；N原子的2p轨道处于半充满的稳定状态，故其第一电离能大于O，因此元素的第一电离能介于B和N元素之间的第二周期的元素有Be、C、O 3种。(2)依据图(a)可知，SiO的结构类似于甲烷分子的结构，为正四面体结构，Si原子的杂化形式和甲烷分子中碳原子的杂化形式相同，为sp3杂化；图(b)是一种无限长单链结构的多硅酸根，每个结构单元中两个氧原子与另外两个结构单元顶角共用，所以每个结构单元含有1个Si原子、3个氧原子，Si原子和O原子数之比为13，化学式可表示为SiO3或SiO。(3)H2S中S原子采取sp3杂化。【答案】(1)sp2sp3(2)sp313SiO3(或SiO)变式训练2【解析】H2O、H3O中的O原子均采取sp3杂化，孤电子对对成键电子对具有排斥作用，而孤电子对数多的H2O中排斥力大，键角小。【答案】sp3H2O中O原子上有2对孤电子对，H3O中O原子上只有1对孤电子对，排斥力较小当堂双基达标1【解析】参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p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、H2O的形成)，故D项错误。【答案】AD2【解析】CO2分子中，C原子为sp杂化，SO2分子中的S原子为sp2杂化；CH4分子中C原子为sp3杂化，NH3分子中N原子也为sp3杂化；BeCl2分子中Be原子为sp杂化，BF3分子中B原子为sp2杂化；C2H2分子中C原子为sp杂化，而C2H4分子中C原子为sp2杂化。【答案】B3【解析】SO3分子中S原子的价电子对数3，由于结合3个O原子，故成键电子对数为3，孤电子对数是0，其分子为平面三角形构型。【答案】D4【解析】SO2和CO2的组成原子数相等，但价电子总数不等；SO2中S原子有未用于成键的孤电子对，与两个成键电子对相互排斥，采取sp2杂化，是V形结构；而CO2中C原子上没有孤电子对，采取sp杂化，是直线形结构。【答案】D5【解析】甲醛分子中杂化轨道数033，杂化轨道类型为s