人教版选修3 第2单元第2节分子的立体结构 教案.doc

分子的立体结构教学目的1 运用键能、键长、键角及杂化轨道理论等说明简单分子的空间结构；2 理解共价分子结构的多样性和复杂性，能根据有关理论判断简单分子或离子的构型；3 理解简单配合物的成键情况。教学内容【考纲要求】1了解杂化轨道理论，能用价层电子对互斥理论或杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构。2了解简单配合物的成键情况。一、知识点讲解（一）形形色色的分子【思考】1分子中所含有的原子个数与它们的空间构型有何关系？2（1）同为三原子分子，co2和h2o分子的空间结构却不同，什么原因？ （2）同为四原子分子，ch2o与nh3分子的的空间结构也不同，什么原因？【强调】原子不同，可形成的电子对数目不同，共价键的饱和性不同；含有同种原子的分子，因为原子形成的键角不同，结构不同。1分子结构多样性的原因：（1）构成分子的原子总数不同；（2）含有同样数目原子的分子的键角不同。2常见分子构型：（1）三原子分子立体结构；（2）四原子分子立体结构（3）五原子分子立体结构。具体如下表所示：分 子co2h2onh3ch2och4电子式结构式o=c=oh-o-h原子总数33445孤对电子数无21无无空间结构直线型v型三角锥形平面三角形正四面体【典例1】下列叙述正确的是（ ）anh3是极性分子，分子中n原子处在3个h原子所组成的三角形的中心bccl4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ch2o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 dco2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答案 c 解析 本题主要考查常见物质的结构和空间构型。nh3是三角锥形的立体极性分子，a错；ccl4是以c原子为中心的正四面体结构，b错； co2是c原子在2个o原子中央的直线形分子，d错；而水分子是o在两个h中间的“v”形分子，即，故选c。【典例2】三氯化氮（ncl3）在常温下是一种淡黄色液体，其分子结构呈三角锥形，以下叙述正确是（ ）a分子中n-cl键是非极性键 b分子中不存在孤对电子c它的沸点比pcl3沸点低 d因n-cl键键能大，所以ncl3的沸点高答案c 解析ncl3分子中中心原子n和氯原子间形成三个极性键，n原子的周围仍然存在一对孤对电子；共价化合物的熔、沸点是由分子间作用力决定的，而分子间作用力的大小又由相对分子质量决定；所以ncl3熔、沸点较低。（二）价层电子对互斥模型1价层电子对互斥理论： 由于中心原子的孤对电子要占据中心原子周围的空间，对其他成键电子对存在排斥力，影响其分子的空间结构，故分子的立体构型是“价层电子对”相互排斥的结果； 分子中斥力大小关系：孤电子对孤电子对的斥力 成键电子对孤电子对的斥力 成键电子对成键电子对的斥力；由于三键、双键比单键包含的电子数多，所以其斥力大小次序为：三键 双键 单键； 由于相互排斥作用，尽可能趋向彼此远离，排斥力最小。2价层电子对的计算：以abn型分子为例，价层电子对数 = 中心原子所成键数 + 中心原子孤电子对数 = n +1/2(a-nb)；其中：a为中心原子a价电子数，b为配位原子b最多能接受的电子数，n为分子式中的n值，即配位原子的个数；求算阴、阳离子中价层电子对数时，应分别相应加上或减去离子所带电荷数。例如： h2s分子中，s原子的配位原子数是2，即形成键的电子对数等于2； s原子的孤电子对数 = 2+1/2 (6 21) = 4，即中心原子n的价层电子对数等于4。nh4+ 中，n原子的配位原子数是4，即形成键的电子对数等于4，且该离子带一个单位正电荷；n原子的孤电子对数 = 4+1/2 (5 411) = 4，即中心原子n的价层电子对数等于4。3vsepr模型：a的电子对数成键电子对数孤对电子对数vsepr几何构型实例实例构型220直线型co2直线型330平面三角形ch2o平面三角形21三角形snbr2v型440四面体ch4四面体31四面体nh3三角锥22四面体h2ov型660八面体sf6八面体42八面体xef4平面正方形【思考】如何应用价层电子对数确定vsepr模型及空间构型？ 4对于abn型分子空间结构确定的一般步骤为：（1）确定中心原子（a）的价层电子对数；（2）根据计算结果找出理想的vsepr模型；（3）去掉孤电子对，得到分子真实的空间构型。【典例3】下列分子或离子的中心原子，带有一对孤对电子的是（ ）axeo4 bbecl2 cch4 dpcl3答案d【典例4】为了解释和预测分子的空间构型，科学家在归纳了许多已知的分子空间构型的基础上，提出了一种十分简单的理论模型价层电子对互斥模型。（1）这种模型把分子分成两类：一类是 ；另一类是 ；（2）bf3和nf3都是四个原子的分子，bf3的中心原子是 ，nf3的中心原子是 ；（3）bf3分子的立体构型是平面三角形，而nf3分子的立体构型是三角锥形的原因是 。 答案 （1）中心原子上的价电子都用于形成共价键；（2）中心原子上有孤对电子；b、n；（3）bf3分子中b原子的3个价电子都与f原子形成共价键，而nf3分子中n原子的3个价电子与f原子形成共价键，还有一对为成键的电子对，占据了n原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形。（三）杂化轨道理论1杂化的概念：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。提出杂化轨道理论的目的：合理解释分子的空间构型。2杂化的类型：（1）sp杂化：一个s轨道和一个p轨道间的杂化；如：becl2、co2；（2）sp2 杂化：一个s轨道和两个p轨道间的杂化；如：so2、bf3；（3）sp3杂化：一个s轨道和三个p轨道间的杂化；如：ch4、h2o、nh3。3确定中心原子的杂化类型：（1）确定中心原子价电子对数；（2）判断分子的vsepr模型；（3）根据vsepr模型与杂化类型的一一对应关系找出杂化类型。 杂化类型杂化轨道数目杂化轨道间的夹角空间构型实例sp2180直线becl2sp23120平面三角形bf3sp3410928四面体形ch44杂化轨道的形成条件：（1）杂化只有在形成分子时才会发生；（2）能量相近的轨道方可发生杂化；（3）杂化轨道成键时满足最小排斥原理，从而决定键角。（4）杂化轨道只用来形成键或容纳孤对电子，未参与杂化的p轨道方可用于形成键。【强调】杂化轨道的数目与组成杂化轨道的各原子轨道的数目相等。【典例5】根据价层电子对互斥理论及原子的杂化理论判断nf3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为（ ）a直线形 sp杂化 b三角形 sp2杂化 c三角锥形 sp2杂化 d三角锥形 sp3杂化答案d解析判断分子的杂化方式要根据中心原子的孤对电子数以及与中心原子相连的原子个数。在nf3分子中n原子的孤对电子数为1，与其相连的原子数为3，所以根据理论可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化，空间构型为三角锥形，类似于nh3。【典例6】有关甲醛分子的说法正确的是（ ） ac原子采取sp杂化 b甲醛分子为三角锥形结构cc原子采取sp3杂化 d甲醛分子为平面三角形结构答案 d解析 甲醛分子ch2o，中心c原子采用的是sp2杂化，三个杂化轨道呈平面三角形，2个sp2杂化轨道分别与一个h原子形成一个ch键，另一个sp2杂化轨道与o原子形成一个键，c原子中未用于杂化的个p轨道与o原子的p轨道形成一个键。（四）配合物理论1配位键：（1）含义：一种特殊的共价键，但形成配位键的共用电子是由一个原子单方面提供，而不是由双方共同提供；（2）形成条件：一方有孤对电子；另一方有空轨道；（3）表示方法：用ab来表示，其中a是提供孤对电子的原子，叫做给予体；b是接受电子的原子，叫做接受体。2配位化合物： （1）含义：金属离子（或原子）与某些分子或离子（称为配体）以配位键结合形成的化合物，叫做配位化合物；过渡金属原子或离子都有接受孤对电子的空轨道，对多种配体具有较强的结合力，因而过渡金属配合物远比主族金属配合物多。（2）配合物的组成： 中心原子：配合物的中心原子一般都是带正电的阳离子，过渡金属离子最常见； 配位体：可以是阴离子，也可以是中性分子，配位体中直接同中心原子配合的原子叫配位原子，配位原子必须是含有孤对电子的原子。 配位数：直接同中心原子配位的原子的数目叫中心原子的配位数。 配离子的电荷数：配离子的电荷数等于中心离子和配位体的总电荷数的代数和。（3）配合物的形成：cu2+ + 2nh3h2o = cu(oh)2 + 2nh4+ cu(oh)2 + 4 nh3h2o = cu(nh3)42+ + 2oh + 4h2o cu(nh3)42+ 为深蓝色（4）配合物的性质：溶于水后难电离因为配合物溶于水后易电离为内界配离子和外界离子，而内界的配体离子和分子通常不能电离；配位键越强，配合物越稳定。【典例7】下列过程与配合物的形成无关的是（）a除去fe粉中的sio2可用强碱溶液 b向一定量的agno3溶液中加入氨水至沉淀消失c向含fe3+ 的溶液中加入kscn溶液 d向一定量的cuso4溶液中加入氨水至沉淀消失答案a解析对于a项，除去fe粉中的sio2是利用sio2可与强碱反应的化学性质，与配合物的形成无关；对于b项，agno3与氨水反应先生成agoh沉淀，再生成ag(nh3)2+；对于c项，fe3+与kscn反应生成fe(scn)n3-n；对于d项，cuso4与氨水反应生成cu(oh)2沉淀，再生成cu(nh3)42+。【典例8】cu(nh3)42+ 配离子中，中心离子的配位数为（ ）a1 b2 c3 d4答案d二、课堂练习1下列推断正确的是（ ）ano2、so2、bf3、ncl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构bp4和ch4都是正四面体分子且键角都为10928cnh4+的电子式中，离子呈平面正方形结构dnh3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答案d2有关苯分子说法不正确的是（ ）a苯分子中共有6个原子共面，6个碳碳键完全相同b每个碳原子还有1个未参与杂化的2p轨道，垂直碳环平面，相互交盖，形成共轭大键c大键中6个电子被6个c原子共用，故称为中心6电子大键d苯分子中c原子均以平面三角形方式成键，形成120的三个平面三角形轨道，故为正六边形的碳环答案 a3下列分子中，空间结构为平面三角形的是（ ）ahgcl2 bbf3 csicl4 dsf6答案b4of2分子的中心原子采取的杂化轨道是（ ）asp2 bsp csp3 d无法确定答案c5乙烯分子中含有4个ch和1个c=c双键，6个原子在同一平面上。下列分析正确的是（ ）a每个c原子的2s轨道与2p轨道杂化，形成两个sp杂化轨道b每个c原子的1个2s轨道与3个2p轨道杂化，形成3个sp2杂化轨道c每个c原子的2s轨道与3个2p轨道杂化，形成4个sp3杂化轨道d每个c原子的3个价电子占据3个杂化轨道，1个价电子占据1个2p轨道答案d6对配位体的正确说法是（ ）a应该是带负电荷的阴离子 b应该是中性分子c可以是中性分子，也可以是阳离子 d应该是多电子原子(或离子)，常见的是a、a、a等族原子答案d7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的杂化。在so42-中s原子的杂化方式为（ ）asp bsp2 csp3 d无法判断答案c8铵根离子中存在的化学键类型按离子键、共价键和配位键分类，应含有（ ）a离子键和共价键 b离子键和配位键 c配位键和共价键 d离子键答案c9向下列配合物的水溶液中加入agno3溶液不能生成agcl沉淀的是（ ）aco(nh3)4cl2cl bco(nh3)3cl3 cco(nh3)6cl3 dco(nh3)5clcl2答案b10下列属于配合物的是（ ）anh4cl bna2co310h2o ccuso45h2o dcocl3答案a11下列分子或离子中，能提供孤对电子与某些金属离子形成配位键的是 （ ） h2o nh3 f cn coa b c d答案d12配合物在许多方面有着广泛的应用。下列叙述不正确的是 （ ）a以mg2+ 为中心的大环配合物叶绿素能催化光合作用 bfe2+ 的卟啉配合物是输送o2的血红素。cag(nh3)2+ 是化学镀银的有效成分 d向溶液中逐滴加入氨水，可除去硫酸锌溶液中的cu2+ 答案d13写出你所知道的分子具有以下形状的物质的化学式，并指出它们分子中的键角分别是多少？（1）直线形 ； （2）平面三角形 ；（3）三角锥形 ； （4）正四面体 。答案 （1）co2、cs2、hcn 键角180 （2）bf3、bcl3、so3、ch2o键角60（3）nh3、pcl3键角107.3 （4）ch4、ccl4键角1092814已知气态氯化铝分子以双聚形式存在，其结构式如下所示：图中“cl-al”表示cl原子提供了一对电子与al原子共享。又知h3bo3为白色固体，溶于水显弱酸性，但它却只是一元酸，可以用硼酸在水溶液中的电离平衡解释它只是一元酸的原因，请写出下面这个方程式右端的两种离子的表达式： h2o _ + _。答案 解析 本题以信息的形式考查了配位键的形成条件及实质。h3bo3为一元弱酸，其分子中的b原子有空轨道， h2o电离产生的oh 中o原子有孤对电子，则b原子与o原子形成配位键，形成，产生h+，即15在clo、clo2、clo3、clo4等离子中，cl都是按以sp3杂化轨道方式与o原子成键，则（1）clo 空间的构型是_； （2）clo2 空间的构型是_；（3）clo3 空间的构型是_； （4）clo4 空间的构型是_。答案 （1）直线形；（2）v形；（3）三角锥形；（4）正四面体。三、课堂小结1形形色色的分子（1）分子结构多样性的原因 （2）常见分子构型2价层电子对互斥模型（1）对于abn型分子空间结构确定的一般步骤为 （2）价层电子对互斥理论（3）价层电子对的计算 （4）vsepr模型3杂化轨道理论简介（1）杂化的概念 （2）杂化的类型（3）确定中心原子的杂化类型 （4）杂化轨道的形成条件4配合物理论简介（1）配位键 （2）配位化合物四、课后作业1下列分子中，各原子均处于同一平面上的是（ ） anh3 bccl4 cch2o dch4答案c2下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是（ ）a h2o bco2 cc2h6 dp4答案b3下列各种说法中正确的是（ ）a极性键只能形成极性分子 b形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤对电子cco2中碳原子是sp2杂化 d共价键形成的条件是成键原子必须有未成对电子答案b4下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是（ ）aco2与so2 bch4与nh3 cbecl2与bf3 dc2h4与c2h2答案b5下列离子中的中心原子采取不等性杂化的是（ ）ah3o+ bnh4+ cpcl6- dbi4-答案a6乙炔分子中的碳原子采取的杂化轨道是（ ）asp杂化 bsp2杂化 csp3杂化 d无法确定答案a7已知三角锥形分子e和直线形分子g反应，生成两种直线形分子l和m（组成e、g、l、m分子的元素原子序数均小于10），如下图：下列判断错误的是（ ）ag是最活泼的非金属单质 bl能使紫色石蕊试液变红色ce能使紫色石蕊试液变蓝色 dm是化学性质很活泼的单质答案d8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几何构型都是正四面体bch4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csp3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，其中中心原子a均采用sp3杂化轨道成键答案c9中心原子采取平面三角形的是（ ）anh3 bbcl3 cpcl3 dh2o答案b10向盛有少量nacl溶液的试管中滴入少量agno3溶液，再加入氨水，下列叙述中不正确的是（ ）a先生成白色沉淀，加入足量氨水后沉淀消失b生成的沉淀为agcl，它不溶于水，但溶于氨水 ，重新电离成ag+和clc生成的沉淀为agcl，加入氨水后生成了可溶性的配合物 ag(nh3)2cld若向agno3溶液中直接滴加氨 水，产生的现象也是先出现白色沉淀后又消失答案b11填空在形成氨气分子时，氮原子中的原子轨道发生sp3杂化生成4个_，生成的4个杂化轨道中，只有_个含有未成对电子，所以只能与_个氢原子形成共价键，又因为4个sp3杂化轨道有一个有_，所以氨气分子中的键角与甲烷不同。答案sp3杂化轨道；3；3；孤对电子。解析nh3中n原子为sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道，但nh3分子空间构型不是正四面体，而是三角锥形，是因为氮原子形成nh3时仍有一对孤对电子。12为什么h2o分子的键角既不是