专题4第一单元分子构型与物质的性质

第一单元分子构型与物质的性质第1课时分子的空间构型●课标要求1．能根据有关理论判断简单分子或离子的构型。2．结合实例说明“等电子原理”的应用。●课标解读1.能准确判断共价分子中中心原子的杂化轨道类型。2．能用杂化轨道理论和价层电子对互斥理论判断分子的空间构型。3．利用“等电子原理”推测分子或离子中中心原子的杂化轨道类型及空间构型。●教学地位本节主要内容有：(1)杂化轨道的类型；(2)分子的空间构型；(3)等电子原理。上述内容在近几年的高考试题中，重现率较高，是各级考试命题的热点内容。●新课导入建议研究表明，CH4分子为正四面体构型，所以CH2Cl2的结构只有一种，为四面体形。最新研制的一种分子式为PtCl2(NH3)2的抗癌药，其有2种固体，一种为淡黄色，在水中的溶解度较小，有抗癌作用；一种为黄绿色，在水中的溶解度较大，但没有抗癌作用。(1)PtCl2(NH3)2是否和CH2Cl2一样具有四面体结构？(2)两种固体溶解度不同的原因是什么？若解决上述问题，请学习“分子构型与物质的性质”。●教学流程设计课前预习安排：1阅读教材P66～72。2完成[课前自主导学]⇒步骤1：引入新课⇒步骤2：处理CH4的空间构型：(1)sp3杂化。(2)CH4分子中化学键的形成。(3)空间构型。其中：师生一起突破sp3杂化。⇒步骤3：BF3、BeCl2的空间构型：模仿处理CH4的空间构型的模式，通过同学之间交流讨论，老师轮回指导完成，同时完成[探究1]，将分析中心原子杂化方式上升到一般规律高度。⇓步骤7：布置作业：完成[课后知能检测]⇐步骤6：处理[当堂双基达标]⇐步骤5：课堂小结⇐错误!课标解读重点难点1.了解杂化轨道的三种类型(sp3、sp2、sp)。2.初步认识分子的空间构型。3.能运用杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断分子的空间构型。4.结合实例说明“等电子原理”的应用。1.判断分子中心原子的杂化轨道类型。(重点)2.用价层电子对互斥理论及杂化轨道理论推断分子的空间构型。(难点)杂化轨道理论与分子空间构型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。图示为：(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σ键。(4)CH4分子的空间构型CH4分子为空间正四面体结构，分子中C—H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、成分相同的3个sp2杂化轨道。图示为：(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个sp2杂化轨道间的夹角为120°。(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1个2p轨道重叠，形成3个相同的σ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。图示为：(2)sp杂化轨道的空间指向两个sp杂化轨道呈直线形，其夹角为180°。(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1个3p轨道重叠形成2个相同的σ键。1．任意不同的原子轨道都可以杂化吗？【提示】原子轨道只有在形成分子的过程中才能杂化，孤立的原子不会发生杂化；另外，不是任意的不同轨道都能杂化，只有能量相近的轨道才能杂化。价层电子对互斥模型1.理论分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)由于相互排斥作用，而趋向于尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。2．相关说明(1)具有相同价电子对数的分子，中心原子的杂化轨道类型相同，价电子对分布的几何构型也相同。(2)如果分子中中心原子的杂化轨道上存在孤电子对，价电子对之间的斥力大小顺序为：孤电子对与孤电子对之间的斥力＞孤电子对与成键电子对之间的斥力＞成键电子对与成键电子对之间的斥力，且随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减小，键角也减小。2．价电子对数相同的分子，其空间构型都相同吗？以价电子对数为4的分子举例说明。【提示】CH4、NH3、H2O分子的价电子对数均为4，CH4呈正四面体构型，NH3为三角锥型，H2O为V形。分子的空间结构对物质性质的影响1.影响：具有相似分子空间结构的物质，在性质方面通常表现出一定的相似性。2．等电子原理(1)原理具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。(2)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。③利用等电子原理针对某物质找等电子体。3．CO和N2为等电子体，那么在CO分子中所含的价键类型及数目如何？【提示】CO和N2为等电子体，结构相似，N2中有一个σ键、两个π键，则CO中也有一个σ键，两个π键。杂化轨道类型的判断方法【问题导思】①试推测C2H6、C2H4、C2H2分子中，碳原子的杂化方式。②杂化轨道能形成π键吗？【提示】①C2H6、C2H4、C2H2分子中，碳原子采用的杂化方式依次为sp3、sp2、sp。②不能形成π键。1．三种杂化轨道比较杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道1个s和1个p1个s和2个p1个s和3个p杂化轨道数234杂化轨道间夹角180°120°109.5°空间指向直线正三角形三个顶点正四面体四个顶点2.杂化类型的判断因为杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂化类型。例如：代表物杂化轨道数杂化轨道类型CO20＋2＝2spCH2O0＋3＝3sp2CH40＋4＝4sp3SO21＋2＝3sp2NH31＋3＝4sp3H2O2＋2＝4sp31．杂化轨道数为2、3、4分别对应sp、sp2、sp3杂化。2．杂化轨道只用于形成σ键或者容纳孤电子对。指出下列分子中带*号的原子采用的杂化方式：【解析】(1)H2O2中每个氧原子上有2对孤电子对，每个氧原子结合2个原子，故杂化轨道数＝2＋2＝4，采用sp3杂化。(2)在中，碳原子无孤电子对，碳原子结合3个原子，故杂化轨道数＝0＋3＝3，采用sp2杂化。(3)在CO2中，碳原子无孤电子对，碳原子结合2个原子，故杂化轨道数＝0＋2＝2，采用sp杂化。(4)在C2H4中，每个碳原子上无孤电子对，每个碳原子结合3个原子(2个H和1个C)，故杂化轨道数＝0＋3＝3，采用sp2杂化。【答案】(1)sp3(2)sp2(3)sp(4)sp21．杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量介于两种参与杂化的原子轨道之间。2．上述计算杂化轨道数的方法，只适用于已知分子结构的分子，否则将无法确定中心原子上的孤电子对数。1．试分析H—C≡C—H中碳原子的杂化方式，并详细说出各化学键的形成过程。【解析】碳原子的杂化轨道数为2，采用sp杂化。C2H2分子中，每个碳原子通过1个2s轨道和1个2p轨道杂化形成2个sp杂化轨道，呈直线形，2个sp杂化轨道分别与H原子1s轨道、另一碳原子的1个sp杂化轨道形成2个σ键；每个碳原子上剩余的2个2p轨道与另一个碳原子上剩余的2个2p轨道形成2个π键。【答案】sp杂化；利用价层电子对互斥模型分析分子空间构型【问题导思】①CH4、NH3、H2O中心原子均采用sp3杂化，其分子空间构型如何？SO2的空间构型如何？②如何确定中心原子价电子对数？【提示】①分子CH4NH3H2OSO2空间构型正四面体三角锥型V形V形②对于ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：n＝中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m2其中，中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算。1．确定中心原子价电子对数的方法对于ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：即n＝中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m2。规定：①作为配体，卤素原子和氢原子提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子；②作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算，即中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数；③对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上阴离子的电荷数或减去阳离子的电荷数；④计算价电子对数时，若剩余1个电子，亦当作1对电子处理。⑤双键、叁键等多重键作为1对电子看待。2．判断分子的空间构型根据成键电子对数和孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子几何构型，如下表所示：价电子成键电子对数孤电子对数分子空对构型实例220直线形BeCl2、CO2330平面三角形BF3、SO321V形SnBr2、PbCl2440正四面体型CH4、CCl431三角锥型NH3、PCl322V形H2O价电子对数的另一种确定方法a为中心原子的价电子数，x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。(高考组合题)(1)(2013·山东高考节选)BCl3和NCl3中心原子的杂化方式分别为________和________。(2)(2013·新课标高考卷Ⅰ节选)在硅酸盐中，SiO4－4四面体[如下图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根；其中Si原子的杂化形式为________，Si与O的原子数之比为________，化学式为________。图(a)图(b)(3)(2013·江苏高考节选)元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍。在Y的氢化物(H2Y)分子中，Y原子轨道的杂化类型是________。【解析】(1)杂化轨道用于形成σ键和容纳孤对电子。BCl3分子中B原子形成3个σ键，无孤对电子，则B原子采取sp2杂化。NCl3中N原子形成3个σ键，且有1对孤对电子，则N原子采取sp3杂化。Be、B、N、O原子的最外层电子排布式分别为2s2、2s22p1、2s22p3、2s22p4，Be原子的2s轨道处于全充满的稳定状态，故其第一电离能大于B；N原子的2p轨道处于半充满的稳定状态，故其第一电离能大于O，因此元素的第一电离能介于B和N元素之间的第二周期的元素有Be、C、O3种。(2)依据图(a)可知，SiO4－4的结构类似于甲烷分子的结构，为正四面体结构，Si原子的杂化形式和甲烷分子中碳原子的杂化形式相同，为sp3杂化；图(b)是一种无限长单链结构的多硅酸根，每个结构单元中两个氧原子与另外两个结构单元顶角共用，所以每个结构单元含有1个Si原子、3个氧原子，Si原子和O原子数之比为1∶3，化学式可表示为[SiO3]2n－n或SiO2－3。(3)H2S中S原子采取sp3杂化。【答案】(1)sp2sp3(2)sp31∶3[SiO3]2n－n(或SiO2－3)错误!2．(2011·山东高考)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中O原子采用________杂化。H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，原因为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【解析