鲁科版选修3 共价键与分子的立体构型 学案2.docVIP

课堂互动三点剖析重点一：一些典型分子的立体构型杂化轨道理论(1)杂化 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。这种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。(2)杂化的过程 杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。如ch4分子的形成过程：碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上，这个过程称为激发。但此时各个轨道的能量并不完全相同，于是1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来，形成能量相等，成分相同的4个sp3杂化轨道。然后4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使四个杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的四个顶点，碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个h原子的1s轨道形成4个相同的键,从而形成ch4分子。由于4个ch键完全相同，所以形成的ch4分子为正四面体形，键角是109.5。c原子的杂化轨道 注意：a.杂化轨道理论认为：在形成分子时，通常存在激发、杂化、轨道重叠等过程。但应注意，原子轨道的杂化，只有在形成分子的过程中才会发生，而孤立的原子是不可能发生杂化的。同时只有能量相近的原子轨道(如2s、2p等)才能发生杂化，而1s轨道与2p轨道由于能量相差较大，它是不能发生杂化的。 b.杂化轨道成键时，要满足能量最低原理，键与键间排斥力大小决定键的方向，即决定杂化轨道间的夹角。由于键角越大化学键之间的排斥力越小，对sp1杂化来说，当键角为180时，其能量最小，所以sp1杂化轨道成键时分子呈直线形；对sp2杂化来说，当键角为120时，其能量最小，所以sp2杂化轨道成键时，分子呈平面三角形。由于杂化轨道类型不同，杂化轨道间夹角也不相同，其成键时键角也就不相同，故杂化轨道的类型与分子的空间构型有关。 杂化轨道类型、空间构型以及成键能力之间的关系杂化类型sp1sp2sp3dsp2sp3dsp3d2用于杂化的原子轨道数234456杂化轨道的数目234456杂化轨道的夹角180120109.590、180120、90、18090、180空间构型直线平面三角形四面体平面正方形三角双锥形八面体重点二:分子构型和分子性质1.分子对称性有机化合物分子中的对称轴 对称性是指一个物体包含若干等同部分，这些部分相互对应且相称，它们经过不改变物体内任意两点间距离的操作能够复原，即操作前在物体某个地方有的部分，经操作后在原有的地方依旧存在相同的部分，也就是说，无法区别操作前后的物体。例如，上图中的有机化合物分子，以通过两个碳原子的连线为轴旋转120或240时，分子完全恢复原状，我们称这根连线为对称轴。同样，对于甲烷分子而言，相对于通过其中两个氢和碳所构成的平面，分子被分割成相同的两部分，我们称这个平面为对称面。分子的许多性质如极性、旋光性及化学反应都与分子的对称性有关。2.分子的极性(1)极性分子和非极性分子。极性分子：分子内存在着正、负两极的分子；非极性分子；分子内没有正、负两极的分子。(2)分子极性的判断方法：双原子分子的极性：不同种原子形成的双原子分子为极性分子。同种原子形成的双原子分子为非极性分子。多原子分子的极性：多原子分子的极性与分子中键的极性关系比较复杂，如果组成分子的所有化学键均为非极性键，则分子通常为非极性分子，如白磷分子(p4)；但组成分子的化学键为极性键时，则分子可能是极性分子如h2o、nh3等，也可能是非极性分子如co2、ch4等。这是由于多原子分子的极性除了与键的极性有关外，还与分子的立体构型有关。 水分子和二氧化碳分子都是由三个原子组成的分子，但二氧化碳分子为直线形，分子内两个c=o极性键位于碳原子的两侧，所以两个键的极性互相抵消，使正负电荷重心重合，因此二氧化碳分子无极性，是非极性分子。在水分子中，分子内的两个oh键的夹角为104.5，所以分子的正电荷重心位于两个氢原子核连线的中点，正、负电荷重心不重合，所以水分子具有极性，是极性分子。判断abn型分子极性有一经验规律：若中心原子a的化合价(在分子abn中所呈现的)的绝对值等于该元素所在的主族序数，则abn为非极性分子；若二者不相等，则abn为极性分子。疑难点：分子的极性对物质的熔点、沸点、溶解性的影响1.分子的极性对物质的熔点、沸点有一定的影响。分子极性越大，分子间的电性作用越强，克服分子间的引力使物质熔化或气体所需外界能量就越多，故熔点、沸点越高。2.分子的极性对物质的溶解性影响：相似相溶原理。由于极性分子间的电性作用，使得极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，难溶于非极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂，难溶于极性分子组成的溶剂，这个经验规律又叫相似相溶原理。例如，氯化氢易溶于水难溶于汽油，碘易溶于ccl4，难溶于水。各个击破【例1】 说明在下列分子中是由哪些轨道或杂化轨道重叠成键的icl，ni3，ch3cl，co2解析：icl：cl以一个3p轨道与i以一个5p轨道重合组成一对共价键； ni3：n原子不等性sp3杂化，除一孤电子对外的三个杂化轨道分别与三个i原子的各一5p轨道杂化成键； ch3cl：c原子sp3杂化形成四个杂化轨道，其中三个与三个h原子的1s轨道重叠形成三对sp3-s共价键，另一杂化轨道与cl原子的含单电子的3p轨道重叠，形成一个sp3-p共价键； co2：c原子的一个2s轨道与一个2p轨道实行sp杂化，形成两个成分相同，能量相等的sp杂化轨道，再与两个o原子中各一个含单电子的2p轨道重叠，形成sp-p键；c原子中余下的两个2p轨道(各含一个电子)再分别与一个o原子(共两个)中的另一个2p轨道重叠形成sp-p键。因此每一对碳氧组合间含有一个键和一个键，为双键结构。类题演练 11.指出下列化合物可能采取的杂化类型，并预测其分子的几何构型：beh2；bbr3；sih4；ph3。分子杂化轨道类型几何构型图形beh2bbr3sih4ph3答案：分子杂化轨道类型几何构型图形beh2sp1杂化直线形hbehbbr3sp2杂化平面三角形sih4sp3杂化正四面体ph3sp3不等性杂化三角锥形变式提升 1关于原子轨道的说法正确的是( )a.凡中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体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杂化轨道成键解析：凡中心原子采取sp3杂化的分子构型都是四面体形，但是根据孤对电子占据杂化轨道数目的多少，造成了其分子几何构型可以呈现v形(h2o)、三角锥形(nh3)；ch4sp3杂化轨道是由中心碳原子的能量相近2s轨道和3个2p轨道杂化形成，与氢原子结合时，四个杂化轨道分别和四个氢原子的1s轨道重叠，形成4个ch键；bf3采用sp2杂化。答案：c变式提升 2下列叙述正确的是( )a.nh3是极性分子，分子中n原子是在3个h原子所组成的三角形的中心b.ccl4是非极性分子，分子中c原子处在4个cl原子所组成的正方形的中心c.h2o是极性分子，分子中o原子不处在2个h原子所连成的直线的中央d.co2是非极性分子，分子中c原子不处在2个o原子所连成的直线的中央解析：分子极性构型anh3极性分子三角锥型bccl4非极性分子正四面体型ch2o极性分子折线型dco2非极性分子直线型答案：c【例2】 下列物质中既有极性键，又有非极性键的非极性分子的是( )a.二氧化硫 b.四氯化碳 c.过氧化氢 d.乙炔解析：分子极性的判断方法。从分子组成上看从形成的化学键看 分子中既有极性键又有非极性键，则分子必须有同种元素原子间成键又有不同种元素原子间成键，分子为非极性分子，则分子中原子的排列一定均匀。答案：d类题演练 2nh3、h2s等是极性分子，co2、bf3、ccl4等是极性键形成的非极性分子。根据上述事实可推出abn型分子是非极性分子的经验规律是( )a.分子中不能含有氢原子b.在abn分子中a原子的所有价电子都参与成键c.在abn分子中每个共价键都相同d.在abn分子中a的相对原子质量应小于b的相对原子质量解析：nh3中的n有5个价电子，只有3个价电子参与成键，h2s中的s有6个价电子，只有2个价电子参与成键，nh3、h2s都是极性分子；而co2、bf3、ccl4中的c、b、c分别有4、3、4个价电子，它们均都参与成键，co2、bf3和ccl4都是非极性分子。综上所述，可以推出abn型分子是非极性分子的经验规律；在abn中a原子的所有价电子都参与成键，故答案应为b。答案：b变式提升 3两种非金属元素，a、b所形成的下列分子中，属于极性分子的是( )解析：对于多原子分子是否是极性分子，取决于结构是否对称，正负电荷的重心是否重合。a项正四面体、c项平面正三角形都是结构对称的，都是非极性分子，而b、d项的结构不对称，是极性分子。答案：bd变式提升 4请完成下列表格的填空：双原子分子三原子分子四原子分子五原子分子分子h2hclh2oco2bf3nh3ch4ch3cl键的极性键角-空间构型分子极性根据以上分析结果，试推测以上哪些物质易溶于水_。解析：本题着重考查分子的极性与键的极性以及分子空间构型之间的关系。由非极性键构成的分子一般都是非极性分子。由极性键构成的分子，若能空间对称，分子中电荷不显电性，分子则无极性，这样的空间对称有三种：一是直线形对称，键角为180，常见的分子有：co2、c2h2等；二是平面对称，键角为120，分子构型为平面正三角形，常见的分子有bf3、bbr3等；三是立体对称，键角为10928，分子构型为正四面体，常见有ch4、ccl4、sih4等。 根据相似相溶规则，易溶于水的有：hcl、nh3、ch3cl。答案：双原子分子三原子分子四原子分子五原子分子分子h2hclh2oco2bf3nh3ch4ch3cl键的极性非极性极性极性极性极性极性极性极性键角-104.5180120107.3109.5-空间构型直线形直线形v形直线形平面正三角形三角锥形正四面体形四面体形分子极性非极性极性极性非极性非极性极性非极性极性hc