2020高中化学专题四分子空间结构与物质性质第一单元第一课时杂化轨道理论与分子空间构型讲义测试苏教版.docx

第一课时杂化轨道理论与分子空间构型学习目标能准确判断共价分子中中心原子的杂化轨道类型，能用杂化轨道理论推测分子的空间构型。自主学习区对应学生用书P045一、杂化轨道理论与分子的空间构型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，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。图示：(2)sp3杂化轨道的空间指向碳原子的4个sp3杂化轨道指向正四面体的4个顶点，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sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个相同的键。(4)CH4分子的空间构型CH4分子的空间构型为正四面体结构，分子中CH键之间的夹角都是109.5。2.sp2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2个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同3个sp2杂化轨道。图示：(2)sp2杂化轨道的空间指向硼原子的3个sp2杂化轨道指向平面三角形的三个顶点。(3)共价键的形成硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的2p轨道重叠，形成3个相同的键。(4)BF3分子的空间构型BF3分子的空间构型为平面三角形，键角为120。3.sp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2个sp杂化轨道。图示：(2)sp杂化轨道的空间指向两个sp杂化轨道呈直线形。(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3p轨道重叠形成相同的键。(4)BeCl2分子的空间构型BeCl2的空间构型为直线形，键角为180。二、乙烷、乙烯和乙炔分子的成键情况1.在C2H6分子中，C原子均采用sp3杂化，每个C原子的3个sp3轨道分别与3个H原子的1s轨道重叠形成CH_键；两个C原子各以1个sp3轨道发生重叠形成CC_键。2.在C2H4分子中，C原子均采用sp2杂化，每个C原子的2个sp2轨道分别与2个H原子的1s轨道重叠形成CH_键；两个C原子各以1个sp2轨道发生重叠形成CC_键，各以1个未杂化的2p轨道发生重叠，形成键。在与溴发生加成反应时，键发生断裂。3.在C2H2分子中，C原子均采用sp杂化，每个C原子的1个sp轨道分别与1个H原子的1s轨道重叠形成CH_键；两个C原子各以1个sp轨道发生重叠形成CC_键，各以2个未杂化的2p轨道发生重叠，形成2个键。在与足量溴发生加成反应时，2个键发生断裂。1.1s轨道与2p轨道能发生杂化吗？提示：1s轨道和2p轨道能量相差较大，不能发生杂化。2.形成杂化轨道后轨道数目会减少吗？提示：杂化前后轨道数目不变。3.杂化轨道与共价键类型的关系是怎样的？提示：杂化轨道只能用于形成键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，不能形成键；未参与杂化的p轨道可用于形成键。教师点拨区对应学生用书P046一、杂化轨道理论(1)杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相同，但能量不同。(2)杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。(3)杂化轨道只用于形成键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。(4)未参与杂化的p轨道，可用于形成键。练习与实践1.s轨道和p轨道杂化的类型不可能有()A.sp杂化 B.sp2杂化 C.sp3杂化 D.sp4杂化答案D解析np轨道有三个：npx、npy、npz，当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：sp杂化：即一个s轨道和一个p轨道的杂化。sp2杂化：即一个s轨道和两个p轨道的杂化。sp3杂化：即一个s轨道和三个p轨道的杂化。2.下列关于杂化轨道说法错误的是()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.杂化轨道用来形成键或容纳未参与成键的孤电子对D.杂化轨道中不一定有一个电子答案A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，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)。方法规律(1)按参与杂化的s轨道、p轨道数目不同，可分为sp、sp2、sp3三种杂化，而同能层只有三个p轨道，故无sp4杂化。(2)杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子本身并不会杂化。(3)杂化时，成对电子受到激发会到空轨道上。二、分子构型与杂化类型的关系1.当杂化轨道全部用于形成键时杂化类型spsp2sp3轨道组成一个ns和一个np一个np和两个np一个np和三个np轨道夹角180120109.5杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子结构直线形平面三角形正四面体形2.当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，其分子不呈正四面体构型，而呈V形，氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体构型，而呈三角锥形。特别提醒杂化轨道成键时，需满足化学键间最小排斥原理，键与键间排斥力的大小决定键的方向，即决定杂化轨道间的夹角，键角越大，化学键之间的排斥力越小。练习与实践3.下图是甲醛分子模型的示意图。根据该图和所学的化学键知识回答下列问题：(1)甲醛分子中碳原子轨道杂化的方式是_，做出该判断的主要理由是_。(2)下列是对甲醛分子中的碳氧键的判断，其中正确的是_(用序号填空)。单键双键极性键非极性键键键键和键(3)甲醛分子中CH键与CH键的夹角_(选填“”“”或“”) 120，出现该现象的主要原因是_。答案(1)sp2甲醛分子为平面三角形(2)(3)碳氧双键中存在键，它对CH键电子对的排斥作用较强4.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中的C为_杂化，分子的结构式为_，空间构型为_。(2)BCl3中的B为_杂化，分子的结构式为_，空间构型为_。(3)CH4中的C为_杂化，分子的结构式为_，空间构型为_。(4) AsH3中的As为_杂化，分子的结构式为_，空间构型为_。答案(1) 直线形(2)sp2 平面三角形(3)sp3 正四面体形(4)sp3 三角锥形本课小结1.杂化轨道理论是为了解释分子的立体构型提出的一种价键理论。常见的杂化类型有sp杂化、sp2杂化、sp3杂化。2.sp杂化得到夹角为180的直线形杂化轨道，sp2杂化得到三个夹角为120的平面三角形杂化轨道，sp3杂化得到4个夹角为109.5的正四面体形杂化轨道。学习效果检测对应学生用书P0471.下列分子的中心原子是sp2杂化的是()A.NH3 B.H2O C.BeCl2 D.BF3答案D解析NH3分子中N原子以sp3杂化，H2O分子中O原子以sp3杂化，BeCl2分子中Be原子以sp杂化，BF3分子中B原子以sp2杂化。2.有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是()A.两个碳原子采用sp杂化方式B.两个碳原子采用sp2杂化方式C.每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成键D.两个碳原子之间有两个键答案B解析乙炔分子中的两个碳原子采用sp杂化方式，均形成2个sp杂化轨道，分别与1个氢原子形成1个键，2个碳原子间形成1个键，再用2个未杂化的2p轨道形成2个键。3.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()A.BeCl2与BF3 B.CO2与SO2C.CCl4与NH3 D.C2H2与C2H4答案C解析BeCl2分子、BF3分子中杂化轨道数分别为2、3，中心原子杂化类型分别为sp、sp2。CO2分子中含有2个键，SO2分子中杂化轨道数为3，杂化类型分别为sp、sp2。C项中杂化类型均为sp3。D项中杂化类型分别为sp、sp2。4.氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的几何构型和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是()A.三角锥形、sp3 B.V形、sp2C.平面三角形、sp2 D.三角锥形、sp2答案A解析SOCl2分子中S原子的杂化轨道数为134，S原子采取sp3杂化，由于孤对电子占据一个杂化轨道，分子构型为三角锥形。5.下列分子的空间构型是正四面体的是()CH4NH3CF4SiH4C2H4CO2A. B.C. D.答案B解析C与Si外围电子排布都是ns2np2，在参与成键时都是形成了四个sp3杂化轨道，当四个杂化轨道全部用于形成键时，其空间构型为正四面体。6.ClO、ClO、ClO、ClO中，中心原子Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键，则ClO的立体构型是_；ClO的立体构型是_；ClO的立体构型是_；ClO的立体构型是_。答案直线形V形三角锥形正四面体形解析ClO的组成决定其立体构型为直线形。其他3种离子的中心原子的杂化方式都为sp3杂化，那么从离子的组成上看其立体构型依次类似于H2O、NH3、CH4。课时作业对应学生用书P0951.下列有关杂化轨道的说法不正确的是()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.sp3杂化轨道间的夹角为109.5答案B解析原子轨道形成杂化轨道前后，轨道数目不变化，用于形成杂化轨道的原子轨道的能量相近，并满足最大重叠程度。2.对SO2与CO2说法正确的是()A.都是直线形结构B.中心原子都采取sp杂化C.S原子和C原子上都没有孤电子对D.SO2为V形结构，CO2为直线形结构答案D解析SO2中S原子采取sp2杂化，但一个杂化轨道被孤电子对占据，所以呈V形，CO2中C原子采取sp杂化，是直线形。3.PCl3分子的空间构型是()A.平面三角形，键角小于120B.平面三角形，键角为120C.三角锥形，键角小于109.5D.三角锥形，键角为109.5答案C解析PCl3中P原子采取sp3杂化，P原子含有1对孤电子对，PCl3的空间构型为三角锥形，键角小于109.5。4.在乙烯分子中有5个键，一个键，它们分别是()A.sp2杂化轨道形成键，未杂化的2p轨道形成键B.sp2杂化轨道形成键，未杂化的2p轨道形成键C.CH之间是sp2形成的键，CC之间是未参加杂化的2p轨道形成键D.CC之间是sp2形成的键，CH之间是未参加杂化的2p轨道形成键答案A解析乙烯分子为平面分子，分子中每一个碳原子采取sp2杂化，3个sp2杂化轨道分别与2个氢原子和另一个C原子形成3个键，每个C原子未杂化的2p轨道“肩并肩”重叠形成键。5.下列关于杂化轨道的叙述正确的是()A.杂化轨道可用于形成键，也可用于形成键B.杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对C.NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的s轨道杂化而成的D.在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个CH 键答案B解析杂化轨道只用于形成键或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能用来形成键，故B正确，A不正确；NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的，C不正确；在乙烯分子中，1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的s轨道重叠形成2个CH 键，剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个CC 键，D不正确。6.下列说法中正确的是 ()A.PCl3分子是三角锥形，这是因为磷原子是sp2杂化B.sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道C.中心原子采取sp3杂化的分子，其立体构型可能是四面体形或三角锥形或V形D.AB3型的分子立体构型必为平面三角形答案C解析PCl3分子中磷原子为sp3杂化，选项A错误；sp3杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的4个轨道，故选项B错误；一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的立体构型为四面体形，如甲烷分子，但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据，则构型发生变化，如NH3、PCl3分子是三角锥形，H2O分子是V形，故选项D错误，C正确。7.原子轨道的杂化不但出现在分子中，原子团中同样存在原子轨道的杂化。在SO中S原子的杂化方式为()A.sp B.sp2C.sp3 D.无法判断答案C解析在SO中S原子的孤电子对数为0，与其相连的原子数为4，可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化，空间构型为正四面体形，类似于CH4。8.在BrCH CHBr分子中，CBr键采用的成键轨道是()A.spp B.sp2s C.sp2p D.sp3p答案C解析分子中的两个碳原子都是采用sp2杂化，溴原子的外围电子排布式为4s24p5,4p轨道上有一个单电子，与碳原子的一个sp2杂化轨道成键。9.下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是()BF3CH2 CH2CHCHNH3CH4A. B. C. D.答案A解析BF3为平面三角形结构且BF键夹角为120，B原子为sp2杂化；C2H4分子中C原子采取sp2杂化且未杂化的2p轨道形成键；苯分子中C原子采取sp2杂化；乙炔分子中的C原子采取sp杂化；NH3分子中N原子采取sp3杂化；CH4分子中的碳原子采取sp3杂化。10.甲烷分子(CH4)失去一个H，形成甲基阴离子(CH)，在这个过程中，下列描述不合理的是()A.碳原子的杂化类型发生了改变B.微粒的形状发生了改变C.微粒的稳定性发生了改变D.微粒中的键角发生了改变答案A解析CH4为正四体结构，而CH为三角锥形结构，形状、键角、稳定性均发生改变，但杂化类型不变，仍是sp3杂化。11.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立体构型都是正四面体型B.CH4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近的新轨道D.凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键答案C解析中心原子采取sp3杂化，形成分子后，如果有孤电子对分子构型就不是正四面体型，如NH3、H2O分别是三角锥形、V形；即使没有孤电子对，sp3形成键键长不同，也不是正四面体，如CH2Cl2，A错误；CH4中碳原子的sp3杂化轨道是碳原子的2s与2p杂化而成，B错误；BF3中的中心原子B采取sp2杂化，是平面三角形。12.能说明CH4分子的5个原子不在同一平面而为正四面体结构的是()A.两个键之间夹角为109.5B.CH键为极性共价键C.4个CH键的键能、键长相同D.碳的外围电子都形成共价键答案A解析CH4分子的空间结构由两个键之间的夹角决定，只有为正四面体结构，C位于正四面体中心，才有键角为109.5。分子的空间构型与共价键的极性无关。C项中因为同为CH键，不论分子构型如何，它们的键能、键长都相等。D项，碳原子外围电子都成键无法说明分子构型。13.四种元素X、Y、Z、W位于元素周期表的前四周期，已知它们的核电荷数依次增大，且核电荷数之和为51；Y原子的L层p轨道中有2个电子；Z的外围电子数与Y原子的外围电子数相同；W原子的L层电子数与最外层电子数之比为41，其d轨道中的电子数与最外层电子数之比为51。(1)Z与X形成只含一个中心原子的共价化合物，它的分子式是_；杂化类型是_；分子的立体结构是_。(2)Y的最高价氧化物和Z的最高价氧化物的晶体类型分别是_晶体、_晶体。(3)Y与Z比较，电负性较大的是(填元素符号)_。(4)W元素是_，其2价离子的核外电子排布式是_。答案(1)SiH4sp3杂化正四面体(2)分子原子(3)C(4)Zn1s22s22p63s23p63d10解析根据题给信息推出：X是氢(H)，Y是碳(C)，Z是硅(Si)，W是锌(Zn)。(1) Si的含有一个中心原子的氢化物是SiH4。Si原子有4个杂化轨道，采取sp3杂化，立体结构是正四面体。(3)C的非金属性强于Si，得电子能力强于Si，所以其电负性比Si大。(4)W是Zn，其2价离子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d10。14.试回答下列问题：(1)BCl3和NCl3中心原子的杂化方式分别为_杂化和_杂化。(2)在BF3分子中，FBF的键角是_，B原子的杂化轨道类型为_杂化，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的立体构型为_。(3)已知在水中存在平衡2H2O H3OOH。H2O分子中O原子的杂化类型为_杂