高中化学 2.2.1 一些典型分子的空间构型课件 鲁科版选修3.ppt

1 2 1 甲烷分子的空间构型 分子的立体结构模型 1 2 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 从而使它与其他原子的原子轨道重叠的程度更大 形成的共价键更牢固 通常 有多少个原子轨道参加杂化 就形成多少个杂化轨道 1 2 2 杂化轨道的类型 sp3杂化 ch4分子形成时 分子中碳原子的杂化轨道是由一个2s轨道和三个2p轨道重新组合而成的 这种杂化称为sp3杂化 生成的四个杂化轨道则称为sp3杂化轨道 鲍林还根据精确计算得知每两个sp3杂化轨道之间的夹角为109 5 又如 在形成氨分子时 氮原子中的原子轨道也发生了sp3杂化 生成四个sp3杂化轨道 但所生成的四个sp3杂化轨道中 只有三个轨道各含有一个未成对电子 可分别与一个氢原子的1s电子形成一个 键 另一个sp3杂化轨道中已有两个电子 属于孤对电子 不能再与氢原子形成 键了 所以 一个氮原子只能与三个氢原子结合 形成氨分子 呈三角锥形 键角为107 3 1 2 sp1杂化 sp1杂化轨道是由一个s轨道和一个p轨道组合而成的 sp1杂化轨道间的夹角是180 呈直线形 例如becl2分子的结构 be原子的核外电子排布为1s22s2 从表面上看be原子似乎不能形成共价键 但是在激发状态下 be的一个2s电子可以进入2p轨道 经过杂化形成2个sp1杂化轨道 与氯原子中的3p轨道重叠形成两个sp p 键 由于杂化轨道间的夹角为180 所以形成的becl2分子的空间结构是直线形 sp2杂化 sp2杂化是由一个s轨道和两个p轨道组合而成的 sp2杂化轨道间的夹角是120 呈平面三角形 1 2 如乙烯分子中碳原子的原子轨道采用sp2杂化 每个碳原子剩下未参加杂化的2p轨道以 肩并肩 的方式重叠 该轨道上的电子配对形成一个 键 这样 在乙烯分子中的碳原子间 存在一个 键和一个 键 类似地 乙炔分子中的碳原子采取sp1杂化 两个碳原子间存在一个 键和两个 键 1 2 2 苯分子的空间构型 1 2 根据杂化轨道理论 形成苯分子时每个碳原子中的原子轨道发生sp2杂化 如s px py杂化 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碳环 每个碳原子的另一个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 每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参加杂化的2p轨道 如2pz 它们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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 探究一分子的空间构型和杂化轨道的类型的关系1 甲烷分子模型甲烷分子空间构型 正四面体形分子 碳原子的价电子排布式为2s22p2 碳原子只有两个未成对的2p电子 若碳原子与氢原子结合 应形成ch2 为什么是ch4 如上图所示碳原子与四个氢原子形成的分子应该具有不规则的正四面体结构 那么 甲烷分子的正四面体构型是怎样形成的呢 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 提示 当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时 为了四个杂化轨道在空间尽可能远离 使轨道间的排斥最小 能量最低 4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点 四个氢原子分别以s轨道与c原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后 就形成了四个性质 能量和键角都完全相同的s sp3 键 形成一个正四面体构型的分子 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 2 氧原子的价电子排布式为2s22p4 2p轨道有两个未成对电子 可分别与一个氢原子的1s电子形成一个 键 不须杂化 但事实是 氧原子形成了四个sp3杂化轨道 且键角是104 5 空间构型为v形 怎么解释 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 提示 在形成水分子时 o的2s轨道和2p轨道发生了sp3杂化 形成四个sp3杂化轨道 呈正四面体形 其中两个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子 另外两个sp3杂化轨道已有两对孤对电子 不再成键 氧原子与氢原子化合时 o的sp3杂化轨道与h的1s轨道重叠 形成两个 键 由于两对孤对电子的电子云密集在o的周围 对两个成键的电子对有更大的排斥作用 使o h键之间的键角被压缩 因此h2o分子的空间构型为v形 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 杂化轨道1 杂化是指在形成分子时 由于原子的相互影响 若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来 重新组合成一组新轨道 2 杂化的过程激发 杂化 轨道重叠 3 杂化轨道的数目杂化轨道的数目等于参与杂化的原子轨道的总数 由于价层原子轨道的种类和数目不同 可以组成不同类型的杂化轨道 常见的有ns和np轨道形成的杂化轨道 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 4 杂化轨道理论要点 1 原子在成键时 同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道 2 参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数 3 杂化改变了原子轨道的形状 方向 杂化使原子的成键能力增加 5 杂化轨道的类型和特征 见表 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 例题1 下列各物质中的中心原子不是采用sp3杂化的是 a nh3b h2oc co2d ccl4解析 nh3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分子中碳原子也采用sp3杂化 但co2分子中碳原子为sp1杂化 co2为直线形分子 答案 c方法技巧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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 变式训练1关于原子轨道的说法正确的是 导学号52720015 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b ch4分子中的sp3杂化轨道是由4个氢原子的1s轨道和碳原子的2p轨道混合起来而形成的c sp3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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 解析 中心原子采取sp3杂化 轨道空间分布呈正四面体 但如果中心原子还有孤对电子 分子的空间构型不是正四面体 ch4分子中的sp3杂化轨道是碳原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的 ab3型的共价化合物 a原子可能采取sp2杂化或sp3杂化 答案 c 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 探究二确定分子空间构型的简易方法根据以下事实总结 如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 提示 一看分子的空间构型 如果是直线形 则是sp1杂化 如果是平面三角形 则是sp2杂化 如果是四面体形 则是sp3杂化 二看中心碳原子有没有形成双键或叁键 如果有1个叁键 则其中有2个是 键 用去了2个p轨道 所以形成的是sp1杂化 如果有1个双键 则其中有1个 键 用去了1个p轨道 所以形成的是sp2杂化 如果全部是单键 则形成的是sp3杂化 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 推断分子或离子空间构型的具体步骤1 确定中心原子a的价电子对数目中心原子a的价电子数与配体x提供共用的电子数之和的一半 即为中心原子a的价电子对数目 计算时注意 1 氧族元素原子作为配位原子时 可认为不提供电子 但作为中心原子时可认为它提供所有的6个价电子 2 如果讨论的是离子 则应加上或减去与离子电荷相应的电子数 如中磷原子价电子数应加上3 而中氮原子的价电子数应减去1 3 如果价电子数出现奇数 可把这个单电子当作电子对看待 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 2 确定价电子对的空间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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 3 分子空间构型确定根据分子中成键电子对数和孤对电子数 可以确定相应的较稳定的分子几何构型 如下表 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 例题2 用价电子对互斥理论预测h2s和bf3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 s原子最外层尚有孤对电子 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b f键等效排斥 故分子的立体构型为平面三角形 答案 d 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 变式训练2下列关于so2与co2分子的说法正确的是 a 都是直线形结构b 中心原子都采取sp1杂化c s原子和c原子上都没有孤对电子d so2为v形结构 co2为直线形结构解析 so2中的硫原子上的孤电子对数 1 成键电子对数为2 故硫原子采用sp2杂化 空间构型为v形 而co2中碳原子采用sp1杂化 碳原子上无孤对电子 空间构型为直线形 答案 d 探究一 探究二 即时检测 1 氨分子空间构型是三角锥形 而甲烷是正四面体形 这是因为 a nh3为sp2杂化 而ch4是sp3杂化b ch4分子中的c形成4个杂化轨道c nh3分子中有一对未成键的孤对电子 它对成键电子的排斥作用较强d nh3分子为sp1杂化 而ch4为sp3杂化解析 nh3分子中的n和ch4分子中的c都是sp3杂化 形成4个杂化轨道 但nh3分子中有一对未成键的孤对电子 所以c项正确 答案 c 探究一 探究二 即时检测 2 以下关于杂化轨道的说法中 错误的是 a a族元素成键时不可能有杂化轨道b 杂化轨道既可能形成 键 也可能形成 键c 孤对电子有可能参加杂化d s轨道和p轨道杂化不可能有sp4出现解析 a族元素如是碱金属 易失电子 如是h 一个电子在1s能级上不可能杂化 杂化轨道只能形成 键 不可能形成 键 p能级只有3个轨道 不可能有sp4杂化 答案 b 探究一 探究二 即时检测 3 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120 b 苯分子中的碳原子采取sp2杂化 六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 苯分子中的碳碳键是介于单键和双键中间的一种特殊类型的键d 苯能使溴水和酸性kmno4溶液退色解析 苯分子中的碳原子采取sp2杂化 6个碳原子呈平面正六边形结构 键角为120 在苯分子中间形成一个六电子的大 键 因此苯分子中的碳碳键并不是单双键交替结构 也就不能使溴水和酸性kmno4溶液退色 答案 d 探究一 探究二 即时检测 4 在分子中 四个原子处在同一平面上 c原子采取的杂化轨道是 a sp1b sp2c sp3d 其他形式杂化解析 根据题给信息 分子中含有3个 键 且碳原子上无孤对电子 可推导出c原子采取sp2方式杂化 答案 b 探究一 探究二 即时检测 5 生物质能是一种洁净 可再生的能源 生物质气 主要成分为co co2等 与h2混合 催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一 导学号52720016 1 上述反应的催化剂含有cu zn al等元素 写出基态zn原子的核外电子排布式 2 根据等电子原理 写出co分子的结构式 3 甲醇催化氧化可得到甲醛 甲醛与新制cu oh 2的碱性溶液反应生成cu2o沉淀 甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为 甲醛分子的空间构型是 1mol甲醛分子中 键的数目为 探究一 探究二 即时检测 解析 1 zn的原子序数为30 其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或 ar 3d104s2