2019-2020年高中化学 4.1 分子的空间构型教学案苏教版选修3.doc

2019-2020年高中化学 4.1 分子的空间构型教学案苏教版选修3【教学目标】1、理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型；2、学会用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间构型；3、掌握价层电子对互斥理论，知道确定分子空间构型的简易方法；4、了解等电子原理及其应用。【教学重点】杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、分子空间构型的简易方法、等电子原理【教学过程】你知道吗1、O原子与H原子结合形成的分子为什么是H2O，而不是H3O或H4O？2、C原子与H原子结合形成的分子为什么是CH4，而不是CH2？CH4分子为什么具有正四面体结构？3、为什么H2O分子是“V”型、键角是104.5，而不是“直线型”或键角是“90”？一、杂化轨道理论（1931年，美国化学家鲍林L.Pauling提出）1、CH4 sp3杂化轨道排布式：电子云示意图：（1）能量相近的原子轨道才能参与杂化；（2）杂化后的轨道一头大，一头小，电子云密度大的一端与成键原子的原子轨道沿键轴方向重叠，形成键；由于杂化后原子轨道重叠更大，形成的共价键比原有原子轨道形成的共价键稳定，所以C原子与H原子结合成稳定的CH4，而不是CH2。（3）杂化轨道能量相同，成分相同，如：每个sp3杂化轨道占有 个s轨道、 个p轨道；（4）杂化轨道总数等参与杂化的原子轨道数目之和，如 个s轨道和 个p轨道杂化成 个sp3杂化轨道（5）正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采取sp3杂化轨道形式形成化学键，如CCl4、NH4+等，原子晶体金刚石、晶体硅、SiO2等中C和Si也采取sp3杂化形式，轨道间夹角为 。2、BF3 sp2杂化型用轨道排布式表示B原子采取sp2杂化轨道成键的形成过程：电子云示意图：（1）每个sp2杂化轨道占有 个s轨道、 个p轨道；（2）sp2杂化轨道呈 型，轨道间夹角为 ；（3）中心原子通过sp2杂化轨道成键的分子有 、 等。思考、讨论根据现代价键理论即“电子配对理论”，Be原子外围电子排布式为2s2，电子已配对不能形成共价键，但气态BeCl2分子却能稳定存在，为什么？3、气态BeCl2 sp杂化型用轨道排布式表示Be原子采取sp杂化轨道成键的形成过程：电子云示意图： （1）每个sp杂化轨道占有 个s轨道、 个p轨道；（2）sp杂化轨道呈 型，轨道间夹角为 ；（3）中心原子通过sp杂化轨道成键的分子有 、 等。思考为何不能形成气态BeCl4分子？【例题选讲】例1：根据乙烯、乙炔分子的结构，试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。例2：试用杂化轨理论解释石墨、苯的结构小结：请填写下表表1 杂化轨道类型与杂化轨道空间构型杂化类型轨道成分轨道空间构型轨道间夹角相关实例spsp2sp3*dsp3或sp3d-三角双锥90、120PCl5*d2sp3或sp3d2-八面体90、180SF6思考、讨论NH3、H2O分子中键角分另为10718、104.5，与10928相差不大，由此可推测，N、O原子的原子轨道可能采取何种类型杂化？原子轨道间夹角小于10928，可能说明了什么问题？二、价层电子对互斥理论（1941年西奇威克、吉来斯比等提出）1、价电子对：包括孤对电子对和成键电子对，一般孤对电子对离核较近。2、价电子对之间存在相互排斥作用，为减小斥力，相互之间尽可能远离，因此分子的空间构型受到影响，一般，分子尽可能采取对称的空间结构以减小斥力。 相邻电子对间斥力大小顺序：孤对电子对孤对电子对孤对电子对成键电子对成键电子对成键电子对*叁键叁键叁键双键双键双键双键单键单键单键*三、不等性杂化NH3、H2O的分子构型也可通过不等性杂化解释，即中心原子的孤对电子也参与杂化，得到性质不完全等同的杂化轨道，轨道的s成分和p成分不全相同，孤对电子对较密集于氮原子或氧原子周围。由于孤对电子对的杂化轨道排斥成键电子的杂化轨道，以致轨道夹角不等，氨分子和水分子成键电子对之间的夹角都小于10928。水分子中的氧原子有两个孤对电子对，它的O-H键之间的夹角比氨分子中N-H键之间夹角受到的排斥力作用更大。例3：BF3是平面三角型的几何构型，但NF3却是三角锥型的几何构型，试用所学理论加以说明。 四、确定分子空间构型的简易方法1、对于ABm型分子（1）对于主族元素，中心原子价电子数=最外层电子数，配位原子按提供的价电子数计算，如：PCl5 中（2）O、S作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为6；（3）离子的价电子对数计算 如：NH4+ ： ； SO42- ：例4：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表物质价电子对数中心原子杂化轨道类型杂化轨道/电子对空间构型轨道夹角分子空间构型键角气态BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2ONH3PCl32、对于ABm型分子的空间构型(分子空间构型指不包括孤对电子对的空间的排布)（1）价层电子对数=配位原子数时，分子空间构型与杂化轨道空间构型相同价电子对数中心原子杂化轨道类型杂化轨道/电子对空间构型轨道夹角实例分子空间构型键角n=2直线型气态BeCl2、CO2n=3平面三角形BF3、BCl3n=4四面体CH4 、NH4+*n=5dsp3或sp3d三角双锥90、120PCl5三角双锥90、120*n=6d2sp3或sp3d2八面体90、180SF6正八面体90、180（2）价层电子对数配位原子数时（一般存在孤对电子对），分子空间构型与杂化轨道空间构型不同，一般由于价层电子对之间的斥力不同导致。确定分子的稳定构型时应考虑三种电子对之间的排斥作用：一般孤对电子对间排斥作用数最少为最稳定构型，其次考虑孤对电子对-成键电子对排斥作用数，最后考虑成键电子对-成键电子对排斥作用数。* 如：XeF4分子空间构型的确定：价层电子对为6，电子对构型为八面体，Xe的配位原子数为4，存在两对孤对电子对，分子空间构型可能存在以下两种： （a） (b)构型： （a） (b) 孤对电子对-孤对电子对排斥作用数： 0 1孤对电子对-成键电子对排斥作用数： 8 6成键电子对-成键电子对排斥作用数： 4 5 构型（a）比构型（b）的孤对电子对-孤对电子对排斥作用数少，因此，构型（a）是XeF4较稳定的空间构型。说明：电子对空间构型与分子构型既有区别又有联系，分子构型可根据价层电子对互斥理论从电子对空间构型推导而得，此规律一般不适用于推测过渡金属化合物的几何构型，对极少数化合物判断也不准，如：CaF2、SrF2、BaF2，是弯曲型而不是预期的直线型。表2 部分分子的空间构型与价层电子对空间构型价电子对数杂化轨道/电子对空间构型轨道夹角实例成键电子对数孤对电子对数分子空间构型键角n=3平面三角形120SO2、PbCl22211V型V型119.5-n=4正四面体10928H2O、NH32321V型、三角锥型104.5、10718*n=5三角双锥90、120XeF223直线型180*n=6正八面体90、180XeF4XeOF44521正方形四方锥形90-例5： 用价层电子对互斥理论推测下列分子的空间构型CS2 NCl3 SO42- NO3- SO3 H3O+五、等电子原理1、规律内容：具有相同 和相同 的分子或离子具有相同的结构特征，某些物理性质也相似。如：CO与N2，SiCl4、SiO44-与SO42-2、等电子原理的应用（1）判断一些简单分子或离子的立体构型；（2）利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；如 、 、 、 是良好半导体材料。（3）利用等电子原理针对某物质找电子体；例5：1994年度诺贝尔化学奖授予为研究臭氧做出特殊贡献的化学家。O3能吸收有害紫外线，保护人类赖以生存的空间。O3分子的结构如图，呈V型，键角1165。三个原子以一个O原子为中心，与另外两个O原子分别构成一个非极性共价键；中间O原子提供2个电子，旁边两个O原子各提供1个电子，构成一个特殊的化学键三个O原子均等地享有这4个电子。请从下列选项中选择合适的答案：中心原子与臭氧的中心氧原子的杂化轨道类型相同的有： 。与O3分子构型最相似的是 。AH2OBCO2 CSO2DBF3 E. NO2-【巩固练习】1、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、轨道数止杂化前后可以相等，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、杂化轨道可分为等性杂化轨道和不等性杂化轨道2、下列分子中，结构构成平面三角形的是 （ ）A、HgCl2 B、BF3 C、TeCl4 D、SF63、下列分子中，键角最大的是 （ ）*A、H2S B、H2O C、CCl4 D、NH34、下列分子中所有原子都满足8电子结构的是 （ ）A、光气（COCl2） B、六氟化硫 C、二氟化氙 D、三氟化硼5、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 （ ）A、CO2和SO2 B、CH4 和NH3 C、BeCl2 和BF3 D、C2H4 和C2H26、 下列分子结构中，原子的最外层电子不能都满足8电子稳定结构的是 （ ） A、CO2 B、PCl3 C、SiH4 D、NO27、 下列分子中的碳原子采取sp2杂化的是 （ ）A、C6H6 B、C2H2 C、C2H4 D、C3H8 E、CO2 F、石墨8、 下列分子的键角均是10928的是 （ ）A、P4 B、NH3 C、CCl4 D、CH2Cl29、 下列判断正确的是 （ ）A、BF3是三角锥形分子 B、铵根离子呈平面形结构 C、甲烷分子中的4个C-H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的p轨道形成的s-p键 D、甲烷分子中的4个C-H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的4个sp3杂化轨道重叠形成的键10、B3N3H6和苯就是等电子体，人们把B3N3H6称作无机苯，下列说法中正确的是（ ）A、B3N3H6是由极性键组成的非极性分子 B、B3N3H6能发生加成反应和取代反应C、B3N3H6具有碱性 D、B3N3H6各原子不在同一个平面上E、B3N3H6中B和N原子的原子轨道可能采取sp2型杂化11、下列说法中不正确的是 （ ）A、分子中的价电子对（包括成键电子对和孤电子对）之间存在相互排斥作用B、分子中的价电子对之间趋向于彼此远离C、分子在很多情况下并不是尽可能采取对称的空间构型D、当价电子对数目分别是2、3、4时，价电子对分布的几何构型分别为直线型、平面三角型、正四面体型12、下列关于价电子对数目计算中正确的是 （ ）A、中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数B、配位原子中卤素原子、氢原子提供1个电子C、配位原子中氧原子和硫原子提供2个电子D、当氧原子和硫原子作中心原子时，按不提供价电子计算13、写出符合下列条件的相应的分子或离子的化学式：硼原子用sp2杂化轨道形成三个键： 氮原子用sp3杂化轨道形成四个完全相同的化学键： ；氮原子形成一个键两个键 碳原子分别以sp 、sp2、sp3杂化轨道成键 、 、 。14、若ABn的中心原子上有一对孤对电子未能成键，当n=2时，其分子结构为 ；当n=3时，其分子结构为 。15、指出下列分子中，中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。（1） SCl4 （2）BCl3 （3）CS2 （4）PO43- （5）Cl2O （6）C6H616、已知H2O2分子的结构如图所示，此分子不是直线形的，两个H原子犹如在半展开的书的两面纸上，试回答：（1）写出H2O2分子的电子式和结构式： 、 。（2）写出分子内的键型： 。（3）估计它难溶于CS2，简要说明原因（4）指出氧元素的化合价，简要说明原因： 。*（5）中心氧原子的孤对电子对数为 ，中心原子原子轨道可能采取 类型杂化，该杂化轨道间夹角为 ，而H-O-O键角为9652，可能原因是 ，该原因也可能间接导致O-O键长变 （长或短）。17、（1）CNS、NO2+具有相同的通式：AX2，它们的价电子总数都是16，因此它们的结构与由第二周期两元素组成的 分子的结构相同，微粒呈 形，中心原子都取 杂化。（2）CO32、NO3等微粒具有相同的通式： ，它们的价电子总数都是 ，因此它们与由第六主族两元素组成的 分子的结构相同，呈 形，中心原子都取 杂化。（3）N2O(笑气)可用作麻醉剂，其与 CO2构成等电子体，已知N2O分子中氧原子中只与一个氮原子相连，则N2O的电子式可表示为 ，共空间构型为 。18、有下列两个系列的物质：X、Y、Z、W可能是下列各组物质中的（ ）系列一：CH4 C2H6 CO32- Y C2O42- W系列二：NH4+ N2H62+ X NO2+ Z N2A、NO3- CO2 N2O4 CO B、NO3- CO2 N2H4 C2H2C、NO3- CO NO2- C2H2 D、NO3- HCO3- N2O42- CO