(共37张PPT)
第3课时 分子的空间结构与分子性质
1.知道手性分子的定义,会判断不对称碳原子。形成证据推理与模型认知的化学核心素养。
2.理解共价键的极性、分子的空间结构与分子极性的关系,学会判断简单分子极性的方法。培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
必备知识
正误判断
一、分子中的原子排布与对称性
1.对称分子
CH3CH3(乙烷)、H2O、NH3三种分子的空间结构如图所示:
必备知识
正误判断
①若将三种分子分别绕C1轴、C2轴、C3轴旋转一定角度后可与原分子重合,C1、C2、C3分别为相应分子的对称轴。
②甲烷分子中碳原子和其中两个氢原子所构成的平面为甲烷分子的对称面。
③依据对称轴的旋转或借助对称面的反映能够复原的分子称为对称分子,分子所具有的这种性质称为对称性。
④分子的许多性质如极性、旋光性等都与分子的对称性有关。
必备知识
正误判断
【微思考1】什么是对称轴?
提示:以甲烷分子为例,以通过碳原子和氢原子的连线为轴旋转120°或240°时,分子完全恢复原状,我们称这条连线为对称轴。
【微思考2】什么是对称面?
提示:以甲烷分子为例,通过碳原子和其中两个氢原子所构成的平面,分子被分割成相同的两部分,我们称这个平面为对称面。
必备知识
正误判断
2.手性分子
手性
一些分子本身和它们在镜中的像,就如同人的左手和右手,相似但不能重叠,因而称这类分子表现出手性
手性
分子
具有手性的分子。一个手性分子和它的镜像分子构成一对对映异构体。从对称性的角度看,手性分子是一类对称性比较低的分子,如它们不具有对称面
不对称碳原子(也叫手性碳原子)
通过单键连接其他原子,所连接的四个原子或基团均不相同
必备知识
正误判断
【微思考3】如何判断一个分子为手性分子?
提示:由于大多数的手性分子都含有不对称碳原子,因此有机化学中常用有无不对称碳原子推测分子是否为手性分子,进而判断分子有无旋光性,这是一个简单实用但并不全面的判断标准。
必备知识
正误判断
二、分子中的电荷分布与极性
1.极性分子与非极性分子
分子内存在正、负两极的分子,通常称为极性分子,分子内不存在正、负两极的分子,称为非极性分子。
2.对于一个分子来说,可以设想它的全部正电荷集中于一点,这一点叫作正电荷重心;同样,可以设想它的全部负电荷集中于一点,这一点叫作负电荷重心。正、负电荷重心所带电荷相同但电性相反。在极性分子中,正、负电荷重心不重合,因此分子内存在正、负两极,在非极性分子中,正、负电荷重心重合,因此分子内不存在正、负两极。
必备知识
正误判断
【微思考4】NH3、CH4、H2O、CO2四种分子正、负电荷重心重合的是哪些?正、负电荷重心不重合的是哪些?
提示:NH3、CH4、H2O、CO2四种分子正负电荷重心重合的是CH4和CO2,正负电荷重心不重合的是NH3、H2O。
必备知识
正误判断
3.双原子分子的极性
对双原子分子来说,键的极性与分子的极性是一致的:化学键有极性,分子就有极性;反之,化学键无极性,分子也无极性。
4.多原子分子的极性
多原子分子的极性除了与键的极性有关外,还与分子的空间结构有关:
必备知识
正误判断
5.相似相溶原理
分子的极性会影响分子的性质。在相对分子质量相同的情况下,极性分子比非极性分子有更高的沸点。极性分子易溶于极性溶剂,如氨、乙醇等极性分子易溶于水;非极性分子易溶于非极性溶剂,这就是我们常说的“相似相溶”原理中的一种类型。如油脂、石油的成分难溶于水,而溶于非极性或极性较小的溶剂。
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
1.CH4分子是面对称。( )
2.NH3和H2O分子是面对称。( )
3.由极性键构成的分子都是极性分子。( )
4.双原子单质分子都是非极性分子。( )
5.完全由极性键形成的分子不可能是非极性分子。( )
6.极性分子中不可能含非极性键。( )
7.非极性分子中只含有非极性键。( )
答案:1.√ 2.× 3.× 4.√ 5.× 6.× 7.×
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
分子的手性
问题探究
观察比较下图所示两种分子的结构:
分析这两种分子在结构上是怎样的关系?
提示:它们的相同点是分子组成相同,分子式都是CHFClBr;不同点是在空间上完全不同,它们构成实物与其镜像的关系。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.手性同分异构体(又称对映异构体)的两个分子互为镜像关系。
2.一般情况下,含不对称碳原子的分子称手性分子。
3.构成生命体的有机物绝大多数为手性分子。
探究1
探究2
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随堂检测
素能应用
典例1(2020山东临朐实验中学高二检测)如下图中两分子的关系是( )
A.互为同分异构体
B.是同一种物质
C.是手性分子
D.互为同系物
答案:B
解析:本题很容易看成为镜面对称结构而选择手性分子,但根据手性分子的判断方法,根本找不到不对称碳原子,所以不是手性分子;分子组成相同,空间结构相同,是同一种物质。
探究1
探究2
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随堂检测
规律方法分子是否表现手性的判断
分子表现手性,是因为其含有不对称碳原子。如果一个碳原子所连接的四个原子或基团各不相同,那么该碳原子称为不对称碳原子,
用
C来表示。例如
,其中R1、R2、R3、R4是互不相
同的原子或基团。所以,判断一种有机物分子是否具有手性,就看其含有的碳原子是否连有四个不同的原子或基团。
探究1
探究2
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变式训练1-1下列化合物中含有不对称碳原子的是( )
A.CCl2F2
B.CH3CH2OH
答案:D
探究1
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探究1
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探究1
探究2
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变式训练1-2下列分子属于手性分子的是( )
答案:B
解析:B项分子中的一个碳原子连—CH3、—Cl、—OH、
—CH2CH3四种不同的原子和原子团,该碳原子属于不对称碳原子,该分子属于手性分子。
探究1
探究2
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分子的极性
问题探究
1.在一酸式滴定管中加入四氯化碳,打开活塞,将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近四氯化碳液流,在另一酸式滴定管中加入蒸馏水,打开活塞,并将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近水液流。
(1)你会观察到什么现象?
(2)你会得到什么结论?原因是什么?
提示:(1)四氯化碳液流方向不变,水流方向发生改变。
(2)四氯化碳液流与橡胶棒无电性作用,水流与橡胶棒之间有电性作用。因为四氯化碳是非极性分子,分子中无正极和负极之分;水分子是极性分子,水分子中存在带正电荷的正极和带负电荷的负极。
探究1
探究2
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随堂检测
2.极性分子中一定含有极性键,一定不含非极性键吗?
提示:极性分子中一定含有极性键,可能含有非极性键。
3.非极性分子中一定含有非极性键吗?
提示:不一定。分子结构对称时,可能含有极性键,而不含有非极性键。
探究1
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深化拓展
1.分子极性的判断方法
探究1
探究2
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2.常见极性分子和非极性分子
探究1
探究2
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素能应用
典例2在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2、BF3分子中:
(1)以非极性键结合的非极性分子是 ;?
(2)以极性键结合的具有直线形结构的非极性分子是 ;?
(3)以极性键结合的具有正四面体形结构的非极性分子是 ;?
(4)以极性键结合的具有三角锥形结构的极性分子是 ;?
(5)以极性键结合的具有sp3杂化轨道结构的分子是 ;?
(6)以极性键结合的具有sp2杂化轨道结构的分子是 。?
探究1
探究2
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答案:(1)N2 (2)CS2 (3)CH4 (4)NH3
(5)NH3、H2O、CH4 (6)BF3
解析:HF是含有极性键的双原子分子,为极性分子;H2O中氧原子采取sp3杂化方式,氧原子与氢原子形成极性键,为极性分子;NH3中氮原子采取sp3杂化方式,与氢原子形成极性键,为三角锥形的极性分子;CS2与CO2相似,是由极性键形成的直线形非极性分子;CH4中碳原子采取sp3杂化方式,与氢原子形成极性键,为正四面体形的非极性分子;N2是由非极性键结合的非极性分子;BF3中硼原子采取sp2方式杂化,与F形成极性键,为非极性分子。
探究1
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规律方法判断ABn型分子极性的经验规律
(1)若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数,则为非极性分子,若不等则为极性分子。
(2)若中心原子有孤电子对,则为极性分子;若无孤电子对,则为非极性分子。如CS2、BF3、SO3、CH4为非极性分子;H2S、SO2、NH3为极性分子。
探究1
探究2
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变式训练2-1下列各组分子属于含有非极性键的非极性分子的是( )
A.CO2、H2S
B.C2H4、CH4
C.Cl2、C2H2
D.NH3、HCl
答案:C
探究1
探究2
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探究1
探究2
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变式训练2-2(1)写出H2O、NH3、CH4、CS2的电子式。
(2)通过上述分子的电子式分析分子的极性与中心原子的成键情况有何规律?
(2)中心原子最外层电子全部参与成键且结合一种类型的原子时,形成的分子为非极性分子,中心原子含有孤电子对时,形成的分子为极性分子。
探究1
探究2
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探究1
探究2
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1.(2020福建厦门外国语学校高二检测)下列物质中不存在对映异构体的是( )
A.BrCH2CHOHCH2OH
C.CH3CHOHCOOH
D.CH3COCH2CH3
答案:D
解析:若同一个碳原子上连接四个不同的原子或基团,则该碳原子称为不对称碳原子,含有不对称碳原子的物质存在对映异构体,D项分子中不存在不对称碳原子,因此该分子不存在对映异构体。
探究1
探究2
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2.将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近A、B两种纯液体流,现象如图所示,据此分析,A、B两种液体分子的极性正确的是( )
A.A是极性分子,B是非极性分子
B.A是非极性分子,B是极性分子
C.A、B都是极性分子
D.A、B都是非极性分子
答案:B
解析:将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近A中液体流时,A液体流不偏转,说明A分子无极性;将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近B中液体流时,B液体流偏转,说明B液体的分子有极性。
探究1
探究2
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3.(2020山东烟台第一中学高二检测)下列分子中,属于非极性分子的是( )
A.SO2
B.NH3
C.BBr3
D.COCl2
答案:C
解析:根据价电子对互斥理论可得题中四种分子的结构分别为:
SO2、NH3分子中含有极性键,各键空间排列不对称,为极性分子;C项,虽然分子中含有极性键,但各键的空间排列对称,为非极性分子;D项,分子中正负电荷的重心不重合,为极性分子。
探究1
探究2
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随堂检测
4.下列分子是极性分子的是( )
A.PCl3
B.SO3
C.BF3
D.CS2
答案:A
解析:PCl3中P的最外层有5个电子,其化合价为+3,中心原子的化合价的绝对值不等于原子的最外层电子数,属于极性分子,A项符合题意;SO3中S的最外层有6个电子,其化合价为+6,中心原子的化合价的绝对值等于原子的最外层电子数,属于非极性分子,B项不符合题意;BF3中B的最外层有3个电子,其化合价为+3,中心原子的化合价的绝对值等于原子的最外层电子数,属于非极性分子,C项不符合题意;CS2中C的最外层有4个电子,其化合价为+4,中心原子的化合价的绝对值等于原子的最外层电子数,属于非极性分子,D项不符合题意。
探究1
探究2
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随堂检测
5.指出下列各组分子的极性和空间结构:
(1)OF2 ;BeF2 。?
(2)PF3 ;BF3 。?
(3)CF4 ;SiF4 。?
答案:(1)极性分子、角形 非极性分子、直线形
(2)极性分子、三角锥形 非极性分子、三角形
(3)非极性分子、正四面体形 非极性分子、正四面体形
探究1
探究2
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随堂检测
解析:(1)OF2为角形结构,两个氟原子不是对称地分布在中心原子O的周围,整个分子的正、负电荷重心不重合,是极性分子。而BeF2是直线形结构,两个氟原子对称地分布在中心原子Be的周围,整个分子的正、负电荷重心重合,是非极性分子。
(2)PF3为三角锥形结构,是极性分子。BF3为三角形结构,是非极性分子。
(3)CF4为正四面体形结构,是非极性分子。SiF4为正四面体形结构,是非极性分子。第2章
微粒间相互作用与物质性质
第2节 共价键与分子的空间结构
第2课时 价电子对互斥理论
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.ABn分子的中心原子A原子上没有未用于形成共价键的孤电子对,根据价电子对互斥理论判断,下列说法正确的是( )
A.若n=2,则分子的空间结构为角形
B.若n=3,则分子的空间结构为三角锥形
C.若n=4,则分子的空间结构为正四面体形
D.以上说法都不正确
答案C
解析若中心原子A上没有未成键的孤电子对,则根据斥力最小的原则,当n=2时,分子的空间结构为直线形;当n=3时,分子的空间结构为三角形;当n=4时,分子的空间结构为正四面体形。
2.(2020海南海口第一中学高二检测)下列物质中,分子的空间结构与水分子相似的是( )
A.CO2
B.H2S
C.PCl3
D.SiCl4
答案B
解析H2S中硫原子与H2O中氧原子的成键电子对数和孤电子对数都相同,故分子空间结构相似。
3.(2020北京第四中学高二检测)已知CN-与N2互为等电子体,可推出HCN分子中σ键与π键的数目之比为
( )
A.1∶3
B.2∶1
C.1∶1
D.1∶2
答案C
解析CN-与N2互为等电子体,则二者结构相似,碳原子与氮原子之间形成三键,则HCN分子的结构式为H—C≡N,一个三键中含有一个σ键、两个π键,单键属于σ键,故HCN分子中σ键与π键的数目之比为2∶2=1∶1。
4.(2020江苏南京师大附中高二检测)下列分子或离子的中心原子的价层电子对中含有一对孤电子对的是( )
A.H2O
B.BeCl2
C.CH4
D.PCl3
答案D
解析H2O、BeCl2、CH4、PCl3四种分子的中心原子的价层电子对中孤电子对数依次为2、0、0、1。
5.(2020山东寿光一中高二检测)下列分子或离子中,中心原子价电子对的空间结构为四面体形,且分子或离子空间结构为角形的是( )
A.N
B.PH3
C.H3O+
D.OF2
答案D
解析N中中心原子的价电子对数为4,成键电子对数为4,则离子空间结构为正四面体形;PH3中中心原子的价电子对数为4,成键电子对数为3,孤电子对数为1,分子为三角锥形;H3O+中中心原子的价电子对数为4,成键电子对数为3,孤电子对数为1,空间结构为三角锥形;OF2中中心原子的价电子对数为4,成键电子对数为2,孤电子对数为2,分子空间结构为角形。
6.(2020安徽师大附中高二检测)根据价电子对互斥理论及杂化轨道理论可判断出NCl3分子的空间结构和中心原子的杂化方式分别为( )
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NCl3分子的中心原子含有的孤电子对数是(5-1×3)÷2=1,所以NCl3分子的空间结构是三角锥形,氮原子发生sp3杂化。
7.(2020山东泰安第一中学高二检测)用价电子对互斥理论可以预测许多分子或离子的空间结构,有时也能用来推测键角的大小。下列判断正确的是( )
A.SO2、CS2、HI都是直线形的分子
B.BF3键角为120°,SnBr2键角大于120°
C.COCl2、BF3、SO3都是三角形的分子
D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子
答案C
解析SO2是角形分子,CS2、HI是直线形的分子,A错误;BF3键角为120°,是三角形结构,而锡原子价电子数是4,在SnBr2中两个价电子与Br形成共价键,还有一对孤电子对,对成键电子有排斥作用,使键角小于120°,B错误;COCl2、BF3、SO3都是三角形的分子,C正确;PCl3、NH3都是三角锥形的分子,而PCl5是三角双锥形结构,D错误。
8.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空间结构和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是( )
A.三角锥形、sp3
B.角形、sp2
C.三角形、sp2
D.三角锥形、sp2
答案A
解析SOCl2中与硫原子成键的原子数为3,硫原子上的孤电子对数=×(6-1×2-2×1)=1,所以硫原子发生sp3杂化,分子空间结构为三角锥形。
9.磷不仅在地壳中分布广泛,也存在于动植物体内,是动植物不可缺少的元素之一。请回答下列问题:
(1)磷单质有白磷、红磷和黑磷,三者互为 。?
(2)磷的氢化物(PH3)是一种无色、剧毒、有鱼腥臭味的气体,该分子的空间结构为 。?
(3)磷的含氧酸根有P、P、P,它们的空间结构分别是 、 、 。?
答案(1)同素异形体 (2)三角锥形
(3)角形 三角锥形 正四面体形
解析(2)PH3的空间结构与NH3类似,为三角锥形。
(3)P、P、P中,P的价电子对数均为=4,孤电子对数分别为2、1、0,则P为角形,P为三角锥形,P为正四面体形。
提升能力跨越等级
1.(2020辽宁实验中学高二检测)下列分子或离子中,中心原子价电子对的空间结构为四面体且分子或离子空间结构为角形的是( )
A.N
B.NH3
C.C
D.H2O
答案D
解析A项中,中心原子价电子对数=×(5+1)=3,成键电子对数也为3,故N空间结构为三角形。B项中,NH3的空间结构为三角锥形。C项中,C的中心原子价电子对数=×(4+2)=3,成键电子对数为3,无孤电子对,C的空间结构为三角形结构。D项中,H2O的中心原子价电子对数=×(6+2)=4,价电子对空间结构为四面体形,因孤电子对数为2,则分子的空间结构为角形。
2.(2020四川成都外国语学校高二检测)在SO2分子中,分子的空间结构为角形,硫原子采用sp2杂化,则SO2分子中的键角( )
A.等于120°
B.大于120°
C.小于120°
D.等于180°
答案C
解析由于SO2分子的价电子对的空间结构为三角形,从理论上讲其键角为120°,但是由于SO2分子中的硫原子有一对孤电子对,对其他的两个化学键存在排斥作用,因此分子中的键角要小于120°。
3.(2020山东青岛第二中学高二检测)关于CO2和NH3分子,下列说法正确的是( )
A.都是直线形结构
B.中心原子都采取sp杂化
C.NH3为三角锥形结构,CO2为直线形结构
D.氮原子和碳原子上都没有孤电子对
答案C
解析NH3和CO2分子的中心原子分别发生sp3杂化和sp杂化,但NH3分子的氮原子上有孤电子对,根据价电子对互斥理论,NH3分子结构为三角锥形,CO2分子结构为直线形。
4.(2020江苏南京师大附中高二检测)下列微粒的价电子对数正确的是(标“·”的原子为中心原子)( )
A.H4 4
B.O2 1
C.F3 2
D.O3 2
答案A
解析CH4中碳原子的价电子对数为=4,A正确;CO2中碳原子的价电子对数为=2,B不正确;BF3中硼原子的价电子对数为=3,C不正确;SO3中硫原子的价电子对数为=3,D不正确。
5.(2020黑龙江牡丹江一高高二月考)下列关于等电子体的说法正确的是( )
A.N2与CO不互为等电子体,故它们的熔、沸点及溶解度相差较大
B.P与S不互为等电子体,故结构不相似
C.N与O3互为等电子体,故N为O3的同素异形体
D.苯与硼氮苯互为等电子体,故硼氮苯分子中含有大π键
答案D
解析N2与CO原子数目相等,价电子总数相等,互为等电子体,A错误;P与S原子数目相等,价电子总数相等,互为等电子体,结构相似,B错误;N与O3互为等电子体,但不互为同素异形体,C错误;苯与硼氮苯互为等电子体,结构相似,苯分子结构中含有大π键,则硼氮苯中同样含有大π键,D正确。
6.(2020天津第一中学高二检测)已知Zn2+的4s和4p轨道可以形成sp3型杂化轨道,那么[ZnCl4]2-的立体结构为( )
A.直线形
B.平面正方形
C.正四面体
D.正八面体
答案C
解析题给离子的中心原子发生sp3杂化,有四个σ键,故空间结构为正四面体形,故选C。
7.(1)在形成氨气分子时,氮原子中的原子轨道发生杂化形成 个 ,形成的杂化轨道中,只有 个含有未成对电子,所以只能与 个氢原子形成共价键,又因为杂化轨道有一对 ,所以氨气分子中的键角与甲烷不同。?
(2)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中氧原子采用 杂化。H3O+中H—O键之间的键角比H2O中H—O键之间的键角大,原因为 。?
答案(1)四 sp3杂化轨道 三 三 孤电子对
(2)sp3 H3O+中有一对孤电子对,H2O分子中有两对孤电子对,由于孤电子对数越多,对形成的H—O键的排斥力越大,因而造成H3O+中H—O键之间的键角比H2O中H—O键之间的键角大
解析(1)在形成NH3分子时,氮原子的2p轨道和2s轨道发生sp3杂化,形成四个杂化轨道,氮原子含有一对孤电子对,三个未成键的单电子与三个氢原子形成三个σ键。
(2)H3O+中氧原子杂化方式为sp3杂化;H3O+中只有一对孤电子对,H2O中有两对孤电子对,孤电子对越多,对成键电子对的排斥力越大,使得H3O+中H—O键之间的键角比H2O中H—O键之间的键角大。
8.X、Y、Z均为短周期元素,可形成X2Z和YZ2两种化合物。X、Y、Z的原子序数依次增大,X原子的K层电子数为1,Y位于X的下一周期,它的最外层电子比K层多2个,而Z原子核外的最外层电子数比次外层电子数少2个。
(1)X、Y、Z的元素符号分别为X ;Y ;Z 。?
(2)根据价电子对互斥理论填写下列空白:
物质
价电子对数
轨道杂
化形式
分子的
形状
成键电子对数
孤电子对数
X2Z
YZ2
答案(1)H C S
(2)
物质
价电子对数
轨道杂
化形式
分子的
形状
成键电子对数
孤电子对数
X2Z
2
2
sp3
角形
YZ2
2
0
sp
直线形
解析X原子的K层(第一层)的电子数为1,可知X为氢元素;Y位于X的下一周期,即Y为第2周期元素,它的最外层电子比K层多2个,则其原子结构示意图为
,故Y为碳元素;Z原子核外的最外层电子比次外层电子少2个,且原子序数:Z>Y,则Z为硫元素。从而推知X2Z为H2S,YZ2为CS2。
贴近生活拓展创新
(1)(2020湖北荆、襄、宜等地七校高三联考)蓝矾(CuSO4·5H2O)的结构如图所示:
S的立体构型是 ,其中硫原子的杂化轨道类型是 ;基态氧原子的价电子轨道表示式为 。?
(2)气态SO3分子的空间结构为 ;与其互为等电子体的阴离子为 (举一例);将纯液态SO3冷却到289.8
K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体,其结构如图,此固态SO3中硫原子的杂化轨道类型是 。?
答案(1)正四面体形 sp3杂化
(2)三角形 N(或C等) sp3杂化
解析(1)S中硫原子形成4个σ键,孤电子对数为=0,因此价电子对数为4,空间结构是正四面体形,杂化轨道数=价电子对数=4,即杂化类型为sp3杂化;基态氧原子的价电子排布式为2s22p4,故其价电子轨道表示式为。
(2)SO3中价电子对数为3,没有孤电子对,空间结构为三角形;价电子数和原子数都相等的微粒互为等电子体,则与SO3互为等电子体的阴离子有N、C等;图中固态SO3中硫原子形成4个共价单键,则其杂化轨道类型是sp3杂化。第2章
微粒间相互作用与物质性质
第2节 共价键与分子的空间结构
第3课时 分子的空间结构与分子性质
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.(2020山东泰安第一中学高二检测)下列各组物质中,都是由极性键构成的极性分子的一组是( )
A.CH4和Br2
B.NH3和H2O
C.H2S和CCl4
D.CO2和HCl
答案B
解析A项中CH4、Br2为非极性分子;C项中CCl4为非极性分子;D项中CO2为非极性分子。
2.(2020安徽马鞍山第二中学高二检测)下列分子中,不含不对称碳原子的是( )
A.
B.
C.
D.CH3CHClCH2CHO
答案B
解析如果一个碳原子连接四个不同的原子或基团,这样的碳原子叫不对称碳原子,B选项中的物质不含不对称碳原子。
3.CO2、CH4、BF3都是非极性分子,SO2、H2O、NH3都是极性分子,由此推测ABn型分子是非极性分子的经验规律是( )
A.所有原子在同一平面
B.分子中每个键的键长应相等
C.A的相对原子质量小于B
D.在ABn中A原子没有孤电子对
答案D
解析CO2、CH4、BF3的中心原子的所有价电子都参与成键,没有孤电子对,都是对称结构,而SO2、H2O、NH3的中心原子最外层都有未参与成键的孤电子对,都不是对称结构。
4.下列化合物分子中含有两个不对称碳原子的是( )
A.
B.
C.
D.
答案B
解析根据不对称碳原子的定义判断,A项中有一个不对称碳原子,B项中有两个不对称碳原子,C项中有三个不对称碳原子,D项中没有不对称碳原子。
5.(2020山东烟台第一中学高二检测)下列叙述正确的是
( )
A.NH3、CO、CO2都是极性分子
B.CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子
C.HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强
D.CS2、H2O、C2H2都是直线形分子
答案B
解析A项中CO2属于非极性分子;C项中HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱;D项中H2O是角形结构。
6.(2020天津第一中学高二检测)下列叙述正确的是( )
A.含有非极性键的分子一定是非极性分子
B.非极性分子中一定含有非极性键
C.由极性键形成的双原子分子一定是极性分子
D.分子的极性只与键的极性有关
答案C
解析含有非极性键的分子不一定是非极性分子,如H2O2;非极性分子中不一定含有非极性键,如CH4、CO2均是只含有极性键的非极性分子;分子的极性除与键的极性有关外,还与分子的空间结构有关。
7.下列化合物中,化学键的类型和分子的极性或非极性皆相同的是( )
A.CO2和SO2
B.CH4和PH3
C.BF3和NH3
D.HCl和HI
答案D
解析题目所给各物质分子中均含极性键。CO2、CH4、BF3都为非极性分子,SO2、PH3、NH3、HCl、HI都为极性分子。
8.已知H2O2的分子空间结构可在二面角中表示,如图所示,则有关H2O2的结构的说法中正确的是( )
A.分子的正、负电荷重心重合
B.分子的正、负电荷重心不重合
C.H2O2是含极性键的非极性分子
D.H2O2是只含非极性键的极性分子
答案B
解析由H2O2分子的空间结构可知,其正、负电荷重心不重合,H2O2是含极性键和非极性键的极性分子。
9.有A、B、C、D、E五种短周期元素,它们的核电荷数按C、A、B、D、E的顺序依次增大。C、D都能分别与A按原子个数比为1∶1或2∶1形成化合物。CB可与EA2反应生成C2A和气态物质EB4。E的M层电子数是K层电子数的2倍。回答下列问题。
(1)写出元素的名称:A. ;E. 。?
(2)画出E的原子结构示意图 。?
(3)写出D2A2的电子式 。?
(4)C2A是由 (填“极性”或“非极性”,下同)键形成的 分子;EB4是由 键形成的 分子。?
(5)任写一种与C2A互为等电子体的微粒 (写化学式)。?
答案(1)氧 硅 (2)
(3)Na+]2-Na+
(4)极性 极性 极性 非极性
(5)H2S(合理即可)
解析E的M层电子数是K层电子数的2倍,故E应为Si,且可知EA2为SiO2,气态EB4为SiF4,由反应4HF+SiO2SiF4↑+2H2O可知,C为H,A为O,C、D分别与A形成原子个数比为1∶1或2∶1的化合物,可判断D为Na。
提升能力跨越等级
1.(双选)(2020山东滕州一中高二检测)下列叙述正确的是( )
A.NH3是极性分子,分子中氮原子处在3个氢原子所组成的三角形的中心
B.CCl4是非极性分子,分子中碳原子处在4个氯原子所组成的正四面体形的中心
C.H2O是极性分子,分子中氧原子不处在2个氢原子所连成的直线的中央
D.CO2是非极性分子,分子中碳原子不处在2个氧原子所连成的直线的中央
答案BC
解析NH3是三角锥形的极性分子,A错误;CCl4是以碳原子为中心的正四面体形结构,B正确;CO2是碳原子在2个氧原子中央的直线形分子,D错误;而水分子是角形分子,C正确。
2.下列有机物分子中属于手性分子的是( )
①乳酸[CH3CH(OH)COOH]
②2-丁醇[CH3CH(OH)CH2CH3]
③ ④丙三醇
A.只有①
B.①和②
C.①②③
D.①②③④
答案C
解析写出各分子的结构简式:
①、②、
③、④,由此可知①②③中存在不对称碳原子(用
标记的),都属于手性分子;而④中中间的碳原子连有2个—CH2OH,不是不对称碳原子,不属于手性分子。
3.(2020江苏南通中学高二检测)X、Y为两种不同元素,由它们组成的下列物质的分子中,肯定有极性的是( )
A.XY4
B.XY3
C.XY2
D.XY
答案D
解析若A、B、C项中分子空间结构均匀对称,即:A为正四面体结构,B为三角形结构,C为直线形结构,则均为非极性分子。但D为双原子构成的化合物,一定为极性分子。
4.科学家最近研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。已知该分子中N—N键之间的键角都是108.1°,下列有关N(NO2)3的说法正确的是( )
A.分子中N、O间形成的共价键是非极性键
B.分子中四个氮原子共平面
C.该物质既有氧化性又有还原性
D.该分子为非极性分子
答案C
解析由于N、O为不同元素的原子,其电负性不同,所以N、O原子间形成的是极性键,A错误;四个氮原子形成三角锥形结构,所以B错误。该分子结构不对称,所以是极性分子,D错误。
5.(2020天津耀华中学高二检测)有一种AB2C2型分子,在该分子中A为中心原子。下列关于该分子的空间结构和极性的说法中,正确的是( )
A.假设为平面四边形,则该分子一定为非极性分子
B.假设为四面体,则该分子一定为非极性分子
C.假设为平面四边形,则该分子可能为非极性分子
D.假设为四面体,则该分子可能为非极性分子
答案C
解析
6.有机物具有手性,发生下列反应后,生成的产物中仍有手性分子的是
( )
①与H2发生加成反应 ②与乙酸发生酯化反应 ③发生水解反应 ④发生消去反应
A.①②
B.②③
C.①④
D.②④
答案B
解析原有机物中与—OH相连的碳原子为不对称碳原子,与H2加成后,该碳原子连有两个乙基,不再具有手性;与乙酸发生酯化反应后,该碳原子所连四个取代基不同,仍具有手性;发生水解反应后,该碳原子所连四个取代基也不同,仍具有手性;当发生消去反应时,原不对称碳原子生成双键后不再具有手性。故选B项。
7.下列物质结构图中,代表原子序数从1到10的元素的原子实(原子实是原子除去最外层电子后剩余的部分),小黑点代表形成共价键的最外层电子,短线代表共价键,如F2的结构可表示为。
(1)试写出A、B、C、D四种图示所代表的分子式:
A ,B ,C ,D 。?
(2)将上述四种物质的液体呈细流流下,将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近细流,细流发生偏转的是 (填分子式)。?
(3)写出B分子中极性共价键的类型和个数 。?
(4)A、C分子中,中心原子以何种类型的杂化轨道成键?其分子空间结构是什么形状?
答案(1)NH3 HCN BF3 CO(NH2)2
(2)NH3、HCN、CO(NH2)2
(3)2个σ键,2个π键
(4)NH3分子中氮原子以sp3杂化轨道成键,呈三角锥形;BF3分子中,硼原子以sp2杂化轨道成键,呈三角形。
解析根据题给条件,很容易判断出A、B、C、D四种物质分别为NH3、HCN、BF3、CO(NH2)2;其中,NH3、HCN、CO(NH2)2为极性分子,易被静电吸引或排斥而使其液体流偏移,BF3为非极性分子;H—C≡N中,含有一个C—H
σ键,一个C—N
σ键,两个π键。
贴近生活拓展创新
回答下列问题:
(1)根据“相似相溶”原理,极性溶质能溶于极性溶剂,非极性溶质一般能溶于非极性溶剂。
①在a.苯、b.CH3OH、c.HCHO、d.CS2、e.CCl4五种分子中,碳原子采取sp2杂化的分子有 (填字母)。CS2分子的空间结构是 ,是 (填“极性”或“非极性”)分子。?
②CrO2Cl2常温下为深红色液体,能与CCl4、CS2等互溶,据此可判断CrO2Cl2是 (填“极性”或“非极性”)分子。?
③金属镍粉在CO气流中轻微加热,生成无色挥发性液体Ni(CO)4,Ni(CO)4分子呈正四面体结构。Ni(CO)4易溶于下列 (填字母)。?
a.水
b.CCl4
c.C6H6(苯)
d.NiSO4溶液
(2)双氧水(H2O2)是一种医用消毒杀菌剂,已知H2O2分子的结构如下图所示。H2O2分子不是直线形的,两个氢原子犹如在半展开的书的两面纸上,书面夹角为93°52',而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52'。试回答:
①下列关于H2O2的说法中正确的是 (填字母)。?
a.分子中有极性键
b.分子中有非极性键
c.氧原子的轨道发生sp2杂化
d.分子是非极性分子
②H2O2分子的电子式为 。?
③H2O2分子中氧元素的化合价为 ,原因是 。?
④H2O2难溶于CS2,主要原因是 。?
(3)已知白磷(P4)的结构如右图所示,可知每个磷原子以 个共价键与另外的 个磷原子结合成正四面体形结构,它应该是 (填“极性”或“非极性”)分子,在CS2中 (填“能”或“不能”)溶解,磷原子的杂化方式为 。?
答案(1)①ac 直线形 非极性 ②非极性 ③bc
(2)①ab ②H
③-1 因为O—O键为非极性键,O—H键为极性键,共用电子对偏向于氧,故氧元素化合价为-1
④因为H2O2为极性分子,CS2为非极性分子,根据“相似相溶”原理可知H2O2难溶于CS2
(3)3 3 非极性 能 sp3杂化
解析(1)①C6H6、HCHO中每个碳原子与3个原子形成3个σ键,碳原子采取sp2杂化;CH3OH、CCl4中每个
碳原子形成4个σ键,采取sp3杂化;CS2与CO2为等电子体,碳原子杂化轨道数为=2,碳原子采取sp杂化。CS2为直线形,属于非极性分子。②CCl4、CS2是非极性溶剂,根据“相似相溶”原理可知,CrO2Cl2是非极性分子。③由常温下Ni(CO)4易挥发可知,Ni(CO)4为共价化合物分子,由于Ni(CO)4为正四面体形,所以Ni(CO)4为非极性分子,根据“相似相溶”原理可知,Ni(CO)4易溶于CCl4和苯。
(2)①H2O2中H—O键为极性键,O—O键为非极性键,各键排列不对称,H2O2为极性分子,氧原子价电子对数为=4,氧原子采取sp3杂化。②由H2O2的分子结构可知,其电子式为H。③通过共用电子对发生的偏移可判断元素在化合物中的化合价。④H2O2为极性分子,CS2为非极性分子,根据相似相溶原理可知H2O2难溶于CS2。
(3)P4分子中每个磷原子与3个磷原子以3个共价键结合成正四面体形结构,各键排列对称,属非极性分子,CS2是直线形分子,属非极性分子,故P4易溶于CS2。磷原子形成3个σ键,且有一对孤电子对,所以磷原子采取sp3杂化。第2章
微粒间相互作用与物质性质
第2节 共价键与分子的空间结构
第1课时 杂化轨道理论
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
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.杂化轨道不能形成π键
答案B
解析原子轨道形成杂化轨道前后,轨道数目不变,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.(2020山东潍坊一中高二检测)下列关于杂化轨道的叙述正确的是( )
A.杂化轨道都用于形成共价键
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杂化轨道是由氮原子的三个p轨道与氢原子的s轨道杂化而成的
D.在乙烯分子中1个碳原子的三个sp2杂化轨道与三个氢原子的s轨道重叠形成三个C—H
σ键
答案B
解析杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对,故B正确,A错误;NH3中氮原子的sp3杂化轨道是由氮原子的一个s轨道和三个p轨道杂化而成的,C不正确;在乙烯分子中,一个碳原子的三个sp2杂化轨道中的两个sp2杂化轨道与两个氢原子的s轨道重叠形成两个C—H
σ键,剩下的一个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成一个C—C
σ键,D不正确。
3.(2020江苏启东中学高二检测)中心原子采取sp杂化的分子是( )
A.NH3
B.BeCl2
C.PCl3
D.H2O
答案B
解析NH3分子中氮原子采用sp3杂化;PCl3可类比NH3,磷原子采用sp3杂化;H2O分子中氧原子采用sp3杂化。
4.(2020海南中学高二检测)用鲍林的杂化轨道理论解释甲烷分子的正四面体结构,下列说法不正确的是( )
A.碳原子的四个杂化轨道的能量一样
B.碳原子的sp3杂化轨道之间夹角一样
C.碳原子的四个价电子分别占据四个sp3杂化轨道
D.碳原子有一个sp3杂化轨道由孤电子对占据
答案D
解析甲烷分子中碳原子采取sp3杂化,四个等同的杂化轨道分别与四个氢原子的s轨道重叠,形成正四面体形的分子。
5.下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较,得出结论正确的是( )
A.sp杂化轨道的夹角最大
B.sp2杂化轨道的夹角最大
C.sp3杂化轨道的夹角最大
D.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
答案A
解析sp杂化轨道的夹角为180°,故最大。
6.下列分子中的碳原子采用sp2杂化的是( )
A.C2H2
B.CS2
C.HCHO
D.C3H8
答案C
解析乙炔是直线形分子,碳原子采取sp杂化形成两个sp杂化轨道,碳原子上的另两个p轨道未参与杂化,而是与另一个碳原子同样的轨道形成两个π键;CS2类似于CO2,是直线形分子,其中碳原子也采取sp杂化;HCHO是三角形分子,碳原子采取sp2杂化;C3H8是烷烃,类似于CH4,碳原子采取sp3杂化。
7.(2020山东德州一中高二检测)在BrCHCHBr分子中,C—Br键采用的成键轨道是( )
A.sp-p
B.sp2-s
C.sp2-p
D.sp3-p
答案C
解析分子中的两个碳原子都是采用sp2杂化,溴原子的价电子排布式为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。
8.(2020河北衡水第二中学高二检测)乙烯分子中含有四个C—H键和一个CC键,6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是( )
①每个碳原子的2s轨道与2p轨道杂化形成两个sp杂化轨道 ②每个碳原子的2s轨道与两个2p轨道杂化,形成三个sp2杂化轨道 ③每个碳原子的2s轨道与三个2p轨道杂化形成四个sp3杂化轨道
④每个碳原子的三个价电子占据三个杂化轨道,一个价电子占据一个2p轨道
A.①③
B.②④
C.①④
D.②③
答案B
解析乙烯分子中每个碳原子与另一个碳原子和两个氢原子成键,必须形成三个σ键,六个原子在同一平面上,则键角为120°,为sp2杂化,形成三个sp2杂化轨道,一个价电子占据一个2p轨道,两个碳原子成键时形成一个π键。
9.ClO-、Cl、Cl、Cl中,中心原子氯原子都是以sp3杂化轨道方式与氧原子成键,则ClO-的空间结构是 ;Cl的空间结构是 ;Cl的空间结构是 ;Cl的空间结构是 。?
答案直线形 角形 三角锥形 正四面体形
解析ClO-的组成决定其空间结构为直线形。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空间结构依次类似于H2O、NH3、CH4(或N),分别为角形、三角锥形、正四面体形。
提升能力跨越等级
1.下列推断正确的是( )
A.BF3为三角锥形分子
B.N的电子式为[HH]+,离子为平面正方形结构
C.CH4分子中的四个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的s-p
σ键
D.CH4分子中的碳原子以四个sp3杂化轨道分别与四个氢原子的1s轨道重叠,形成四个C—H
σ键
答案D
解析BF3为三角形,N为正四面体形,CH4分子中碳原子的2s轨道与2p轨道杂化形成四个sp3杂化轨道,然后与氢的1s轨道重叠,形成四个C—H
σ键。
2.下列关于苯分子结构或性质的描述错误的是( )
A.苯分子呈平面正六边形,六个碳碳键完全相同,键角皆为120°
B.苯分子中的碳原子采取sp2杂化,六个碳原子中未参与杂化的2p轨道以“肩与肩”形式形成一个大π键
C.苯分子中的碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊类型的键
D.苯能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色
答案D
解析苯分子中的碳原子采取sp2杂化,六个碳碳键完全相同,呈平面正六边形结构,键角皆为120°;在苯分子中有一个大π键,因此苯分子中的碳碳键并不是单、双键交替结构,也就不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。
3.(2020山东莱州一中高二检测)下列有关苯分子中的化学键描述正确的是( )
A.每个碳原子的一个sp2杂化轨道参与形成大π键
B.每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成大π键
C.碳原子的三个sp2杂化轨道与其他两个碳原子形成两个σ键,与一个H原子1s电子配对形成一个σ键
D.碳原子未参加杂化的2p轨道与其他碳原子的2p轨道形成σ键
答案BC
解析杂化轨道只能形成σ键,而不能形成π键。每个碳原子的两个sp2杂化轨道上的电子分别与相邻的两个碳原子的sp2杂化轨道上的电子配对形成σ键;每个碳原子的另一个sp2杂化轨道上的电子分别与一个氢原子的1s电子配对形成σ键;未参与杂化的2p轨道形成大π键。
4.有关甲醛分子的说法正确的是( )
①碳原子采取sp杂化 ②甲醛分子为三角锥形结构
③碳原子采取sp2杂化 ④甲醛分子为三角形结构
A.①②
B.②③
C.③④
D.①④
答案C
解析甲醛分子(CH2O)中的碳原子采取的是sp2杂化,三个杂化轨道呈三角形,其中两个sp2杂化轨道分别与一个氢原子的s轨道形成C—H
σ键,另一个sp2杂化轨道与氧原子的p轨道形成一个σ键,碳原子中未用于杂化的一个p轨道与氧原子的p轨道形成一个π键。
5.(2020浙江杭州外国语学校高二检测)下列分子中中心原子的杂化方式为sp杂化,分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是( )
A.C2H2
B.CO2
C.BeCl2
D.BF3
答案C
解析C2H2的结构简式为CH≡CH,分子中含有三键,所以有π键,碳原子采用sp杂化,分子的空间结构为直线形,不符合题意,故不选A;CO2的结构式为OCO,分子中含有π键,碳原子采用sp杂化,分子的空间结构都为直线形,不符合题意,故不选B;BeCl2分子中,铍原子形成两个共价单键,不含孤电子对,中心原子以sp杂化轨道成键,分子的空间结构为直线形,分子中不含π键,故选C;BF3为平面结构,中心原子硼原子为sp2杂化,故不选D。
6.已知次氯酸分子的结构式为H—O—Cl,下列有关说法正确的是( )
A.氧原子发生sp杂化
B.氧原子与H、Cl都形成σ键
C.该分子为直线形分子
D.该分子电子式是Cl
答案B
解析HClO分子的结构式为H—O—Cl,氧原子应为sp3杂化,形成四个杂化轨道,其中有两对孤电子对分布在两个杂化轨道上,另两个杂化轨道分别与氢原子和氯原子各形成一个σ键。因为氧原子是sp3杂化,所以分子结构为角形,其电子式为,故B项正确。
7.如图是甲醛分子的模型,根据下图和所学化学知识回答下列问题:
(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是 ,作出该判断的主要理由是 。?
(2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断,其中正确的是 (填序号)。?
①单键 ②双键 ③σ键 ④π键 ⑤σ键和π键
(3)甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角 (填“=”“>”或“<”)120°,出现该现象的主要原因是 。?
答案(1)sp2 甲醛分子的空间结构为三角形
(2)②⑤ (3)< 碳氧双键中存在π键,它对C—H键的排斥作用较强
解析(1)原子的杂化轨道类型不同,分子的空间结构也不同。由图可知,甲醛分子为三角形,所以甲醛分子中的碳原子采用sp2杂化。
(2)醛类分子中都含有CO键,所以甲醛分子中的碳氧键是双键。一般来说,双键是σ键和π键的组合。
(3)由于碳氧双键中存在π键,它对C—H键的排斥作用较强,所以甲醛分子中C—H键与C—H键之间的夹角小于120°。
8.判断下列中心原子的杂化轨道类型(标“·”的原子为中心原子)。
微粒
杂化轨道数
杂化轨道类型
①H3O+
②CH2CH2
③CCl4
④NCl3
⑤PH3
答案①4 sp3 ②3 sp2 ③4 sp3 ④4 sp3
⑤4 sp3
解析杂化轨道数为2时杂化方式为sp,杂化轨道数为3时杂化方式为sp2,杂化轨道数为4时杂化方式为sp3,类比H2O、NH3、CH4等分子中中心原子的杂化类型可得出正确答案。
贴近生活拓展创新
“三鹿奶粉事件”在社会上引起了人们对食品质量的恐慌,三鹿奶粉中掺杂了被称为“蛋白精”的工业原料三聚氰胺。已知三聚氰胺的结构简式如图所示。三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体,请回答下列问题:
(1)写出基态碳原子的电子排布式 。?
(2)氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子,这三种氮原子的杂化轨道类型分别是 、 、 。?
(3)一个三聚氰胺分子中有 个σ键。?
(4)三聚氰胺与三聚氰酸()分子相互之间通过氢键结合,在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中碳原子采取 杂化。该分子的结构简式中,形成双键的两个原子之间的共价键是 (填字母)。?
A.两个σ键
B.两个π键
C.一个σ键,一个π键
答案(1)1s22s22p2 (2)sp sp2 sp3
(3)15 (4)sp2 C
解析(2)—C≡N中的氮原子、三聚氰胺分子中环上的氮原子、—NH2中的氮原子分别形成1、2、3个σ键且均有一对孤电子对,所以分别采取sp、sp2、sp3杂化。
(3)除每个双键中有一个π键外,其余均为σ键,共15个。
(4)由于该分子中碳原子形成双键,则应采取sp2杂化。形成双键的两个原子之间有一个σ键、一个π键。(共30张PPT)
第1课时 杂化轨道理论
1.理解杂化轨道理论的主要内容,掌握三种主要的杂化类型,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.能用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间结构,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.CH4分子的空间结构为正四面体形,键角为109°28'。
2.CH≡CH分子的空间结构为直线形,键角为180°。
3.乙烯、苯分子中的所有原子都在同一平面上。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.杂化轨道
在外界条件影响下,原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫作原子轨道的杂化,组合后形成的一组新的原子轨道叫作杂化原子轨道,简称杂化轨道。s轨道和p轨道杂化后,杂化轨道不仅改变了原有s和p轨道的空间取向,而且使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大,形成的共价键更牢固。通常,有多少个原子轨道参加杂化,就形成多少个杂化轨道。
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.甲烷分子中碳原子的杂化类型
3.杂化轨道的类型
杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原子轨道及数目
s
1
1
1
p
1
2
3
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考】1个s轨道和2个p轨道参与杂化,能否形成sp杂化轨道?
提示:不能。1个s轨道和2个p轨道参与杂化,形成sp2杂化轨道。
知识铺垫
必备知识
正误判断
4.苯分子的空间结构
知识铺垫
必备知识
正误判断
根据杂化轨道理论,形成苯分子时每个碳原子的价电子原子轨道发生sp2杂化(如s、px、py),由此形成的三个sp2杂化轨道在同一平面内。这样,每个碳原子的两个sp2杂化轨道分别与邻近的两个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成σ键,于是六个碳原子组成一个正六边形的碳环;每个碳原子的另一个sp2杂化轨道分别与一个氢原子的1s轨道重叠形成σ键。与此同时,每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道(如2pz)均含有一个未成对电子,这六个未参与杂化的2p轨道相互平行,它们以“肩并肩”的方式相互重叠,从而形成含有六个电子、属于六个碳原子的π键。人们把这种在多原子间形成的多电子的π键称为大π键。所以,在苯分子中,整个分子呈平面正六边形,六个碳碳键完全相同,键角皆为120°。
知识铺垫
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
1.任意能级的s轨道和p轨道都可以形成杂化轨道。( )
2.有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道。( )
3.杂化轨道用于形成π键。( )
4.同一类型的杂化轨道能量相同。( )
5.苯分子中C原子发生sp2杂化。( )
答案:1.× 2.√ 3.× 4.√ 5.√
探究
素养脉络
随堂检测
杂化轨道类型和空间结构
问题探究
1.碳原子与氢原子结合形成的分子为什么是CH4,而不是CH2或CH3?CH4为什么具有正四面体形的空间结构?
提示:在形成CH4分子时,碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道发生杂化,形成四个能量相等的sp3杂化轨道。四个sp3杂化轨道分别与四个氢原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子,所以四个C—H键是等同的。杂化过程可表示如下:
探究
素养脉络
随堂检测
2.NH3、CH4两分子中,N、C两原子都采用sp3杂化,为什么NH3分子空间结构是三角锥形,CH4分子的空间结构是正四面体形?
提示:形成的4个sp3杂化轨道中,NH3分子中只有三个轨道中的未成对电子与氢原子的1s电子成键。另1个轨道中有一对未成键的孤电子对,未成键的孤电子对对成键电子对有较强的排斥作用,使三个N—H键之间的键角变小,成为三角锥形。而CH4分子中4个杂化轨道分别与氢原子形成共价键,这些共价键之间的键角都为109°28',因此形成正四面体形分子。
探究
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.杂化轨道类型
(1)sp杂化——BeCl2分子的形成。
①BeCl2分子的形成。
铍原子杂化后形成的2个sp杂化轨道分别与氯原子的3p轨道发生重叠,形成2个σ键,构成直线形的BeCl2分子。
探究
素养脉络
随堂检测
②sp杂化:sp杂化轨道是由1个ns轨道和1个np轨道杂化而得,sp杂化轨道间的夹角为180°,呈直线形。
③sp杂化后,未参与杂化的2个np轨道可以用于形成π键,如乙炔分子中的C≡C键的形成。
探究
素养脉络
随堂检测
(2)sp2杂化——BF3分子的形成。
①BF3分子的形成:
探究
素养脉络
随堂检测
②sp2杂化:sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而得,sp2杂化轨道间的夹角为120°,呈平面三角形。
③sp2杂化后,未参与杂化的1个np轨道可以用于形成π键,如乙烯分子中的C==C键的形成。
探究
素养脉络
随堂检测
(3)sp3杂化——CH4分子的形成。
①CH4分子的形成。
②sp3杂化:sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道杂化而得,sp3杂化轨道的夹角为109°28',呈正四面体结构。
探究
素养脉络
随堂检测
【微点拨】(1)形成分子时,通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。
(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生,单个的原子是不可能发生杂化的。
(3)杂化前后原子轨道数目不变。
(4)杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。
(5)只有能量相近的轨道才能进行杂化(如ns、np)。
(6)杂化轨道只能形成σ键,不能形成π键。
探究
素养脉络
随堂检测
2.杂化轨道类型与分子空间结构的关系
(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时。
杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原子轨道及数目
ns
1
1
1
np
1
2
3
杂化轨道数目
2
3
4
杂化轨道间的夹角
180°
120°
109°28'
空间结构
直线形
平面三角形
正四面体形
实例
BeCl2、CO2、CS2
BCl3、BF3、
BBr3
CF4、SiCl4、
SiH4
探究
素养脉络
随堂检测
(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时,由于孤电子对的排斥作用,会使分子的空间结构与杂化轨道的空间结构不同,如H2O和NH3,其中O与N的杂化类型都为sp3杂化,孤电子对数分别为2、1,分子空间结构分别为角形、三角锥形。
探究
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例下列各物质中的中心原子不是采用sp3杂化的是( )
A.NH3
B.H2O
C.CO2
D.CCl4
答案:C
解析:NH3为三角锥形,但中心原子氮原子采用sp3杂化,形成4个等同的杂化轨道,其中一个杂化轨道由孤电子对占据,余下的3个未成对电子各占一个杂化轨道。H2O为角形,但其中的氧原子也是采用sp3杂化形成4个等同的杂化轨道,其中两对孤电子对分别占据两个杂化轨道,剩余的2个未成对电子各占一个杂化轨道。CCl4分子中碳原子也采用sp3杂化,但CO2分子中碳原子为sp杂化,CO2为直线形分子。
探究
素养脉络
随堂检测
规律方法杂化类型的判断方法
(1)由分子结构判断杂化类型。
①直线形——sp杂化;
②平面形——sp2杂化;
③四面体形——sp3杂化。
(2)由电子对数判断杂化类型(包括孤电子对和成键电子对)
①2对——sp杂化;
②3对——sp2杂化;
③4对——sp3杂化。
(3)由碳原子的饱和程度判断。
①饱和碳原子——sp3杂化;
②双键上的碳原子——sp2杂化;
③三键上的碳原子——sp杂化。
探究
素养脉络
随堂检测
变式训练1(2020天津大学附属中学高二检测)下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是( )
BF3 ②CH2==CH2 ③Cl2C==CCl2 ④CH≡CH
⑤NH3 ⑥CH4
A.①②③
B.①⑤⑥
C.②③④
D.③⑤⑥
答案:A
解析:sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形,①BF3为平面三角形且B—F键之间的夹角为120°;②C2H4中碳原子发生sp2杂化,且未杂化的2p轨道形成π键;③与②相似;④乙炔中的碳原子发生sp杂化;⑤NH3中的氮原子发生sp3杂化;⑥CH4中的碳原子发生sp3杂化。
探究
素养脉络
随堂检测
变式训练2(2020北京第二中学高二检测)有关乙炔分子中化学键的描述不正确的是( )
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参与杂化的2p轨道形成π键
D.两个碳原子间形成两个π键和一个σ键
答案:B
解析:乙炔分子中碳原子以1个2s轨道和1个2p轨道参与杂化形成sp杂化轨道。故乙炔分子中碳原子采用sp杂化方式,且每个碳原子以两个未参与杂化的2p轨道形成2个π键,构成碳碳三键。解答本题时必须要了解乙炔分子的结构,理解其成键过程,才能准确地判断其杂化类型。
探究
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随堂检测
变式训练3(2020海口实验中学高二检测)形成下列分子时,一个原子用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是( )
①PF3 ②CCl4 ③NH3 ④H2O
A.①②
B.②③
C.③④
D.①④
答案:A
解析:PF3分子中,磷原子的最外层电子排布为3s23p3,中心磷原子采用sp3杂化,形成4个杂化轨道,一个杂化轨道被一对孤电子对占据,另外3个杂化轨道分别与氟原子的2p轨道形成3个σ键;CCl4为正四面体形结构,碳原子采用sp3杂化,4个杂化轨道分别与4个氯原子的3p轨道形成4个σ键;由于氢原子核外p轨道没有电子,因此NH3和H2O不符合题意。
探究
素养脉络
随堂检测
探究
素养脉络
随堂检测
1.(2020海南国兴中学高二检测)下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
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.杂化轨道能量集中,有利于牢固成键
D.轨道杂化形成的杂化轨道中不一定有1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轨道与2s、2p轨道能量相差太大,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,故A项错误,B项正确;轨道杂化有利于电子云重叠程度更大,有利于形成牢固的化学键,故C项正确;并不是所有的杂化轨道中都会有1个电子,也可以有一对孤电子对(如NH3的形成),故D项正确。
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随堂检测
2.(2020北京区房山中学高二检测)能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为( )
答案:D
解析:碳原子中的2s轨道与2p轨道进行杂化形成4个能量相等的杂化轨道,因此碳原子最外层上的4个电子分占在4个sp3杂化轨道上并且自旋状态相同。
探究
素养脉络
随堂检测
3.(2020天津第一职工中学高二检测)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能级有三个轨道:npx、npy、npz,当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型:①sp杂化(由一个ns轨道和一个np轨道进行杂化);②sp2杂化(由一个ns轨道和两个np轨道进行杂化);③sp3杂化(由一个ns轨道和三个np轨道进行杂化)。
探究
素养脉络
随堂检测
4.(2020江苏盐城第一中学高二检测)PCl3分子的空间结构是( )
A.平面三角形,键角小于120°
B.平面三角形,键角为120°
C.三角锥形,键角小于109°28'
D.三角锥形,键角为109°28'
答案:C
解析:PCl3分子中磷原子采取sp3杂化,磷原子含有1对孤电子对,PCl3的空间结构为三角锥形,键角小于109°28'。
探究
素养脉络
随堂检测
5.指出下列分子中中心原子可能采用的杂化轨道类型,并预测分子的空间结构。
(1)BCl3 (2)CS2 (3)CF4 (4)CH3Cl (5)BeCl2 (6)NH3
答案:(1)中心原子B采用sp2杂化,分子是平面三角形
(2)中心原子C采用sp杂化,分子是直线形
(3)中心原子C采用sp3杂化,分子是正四面体形
(4)中心原子C采用sp3杂化,分子是四面体形
(5)中心原子Be采用sp杂化,分子是直线形
(6)中心原子N采用sp3杂化,分子是三角锥形(共41张PPT)
第2课时 价电子对互斥理论
1.理解价电子对互斥理论和等电子原理,能根据有关理论、原理判断简单分子或离子的空间结构。培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
2.了解等电子理论,能根据物质的微观结构预测物质在特定条件下可能具有的性质和可能发生的变化,形成宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
必备知识
正误判断
一、价电子对互斥理论
1.价电子对互斥理论的基本观点
分子中的中心原子的价电子对——成键电子对(bp)和孤电子对(lp)由于相互排斥作用,处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。两个原子间的成键电子不论是单键还是多重键,都看作一个空间取向;一对孤电子对可看作一个空间取向。因此,我们可以先分析分子中的中心原子的价电子对存在几个空间取向,再让这几个空间取向尽量彼此远离,就可以推测出分子的空间结构。
必备知识
正误判断
2.价电子对互斥理论与分子的空间结构
(1)中心原子价电子全部参与成键的分子空间结构:
ABn
价电子
对数
成键电子
对数
孤电子
对数
空间结构
举例
n=2
2
2
0
直线形
CO2、BeCl2
n=3
3
3
0
三角形
CH2O、BF3
n=4
4
4
0
正四面体形
CH4、CCl4
必备知识
正误判断
(2)中心原子上有孤电子对的分子空间结构:
中心原子上的孤电子对占据中心原子周围的空间,与成键电子对互相排斥,使分子的空间结构发生变化。
ABn
价电子
对数
成键电
子对数
孤电子
对数
空间结构
举例
n=2
3
2
1
角形
SnBr2、SnCl2
n=3
或
n=2
4
3
1
三角锥形
NH3、PCl3
2
2
角形
H2O、H2S
必备知识
正误判断
3.电子对之间的排斥与分子空间结构
当价电子对包含孤电子对且成键电子对中也有多重键时,由于它们之间的斥力不同,会对分子的空间结构产生影响。通常,多重键、成键电子对与孤电子对的斥力大小顺序可定性地表示为:
三键—三键>三键—双键>双键—双键>双键—单键>单键—单键
lp—lp?lp—bp>bp—bp
必备知识
正误判断
【微思考】俗称光气的二氯甲醛分子(COCl2)为三角形,但C—Cl键与C==O键之间的夹角为124.1°,C—Cl键与C—Cl键之间的夹角为111.8°,解释其原因。
提示:COCl2为平面三角形分子,但由于C==O键与C—Cl键之间电子对的作用强于C—Cl键与C—Cl键之间电子对的作用,所以使C==O键与C—Cl键之间的夹角增大(>120°),使C—Cl键与C—Cl键之间的夹角减小(<120°)。
必备知识
正误判断
二、等电子原理
1.等电子原理的内容
化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间结构和化学键类型等结构特征,这是等电子原理的基本观点。
2.应用举例
利用等电子原理可以推断简单分子或离子的结构。
(1)CO、CN-与N2互为等电子体,则CO的结构式为C≡O,CN-的结构式为[C≡N]-。
(2)CS2与CO2互为等电子体,则CS2的结构式为S==C==S,碳原子的杂化类型为sp,分子空间结构为直线形。
必备知识
正误判断
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
1.价电子对就是σ键电子对。( )
2.孤电子对数是指没有成键的价电子对数,其与中心原子价电子总数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子数及与中心原子结合的原子数有关。( )
3.分子的空间结构是价电子对互斥的结果。( )
4.孤电子对数等于π键数。( )
5.价电子对数等于杂化轨道数。( )
答案:1.× 2.√ 3.√ 4.× 5.√
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
价电子对互斥理论与分子空间结构
问题探究
1.CH4分子中的键角为109°28',NH3分子中的键角为107.3°,H2O分子中的键角为104.5°。从价电子对互斥理论分析导致这三种分子键角差异的原因是什么?
提示:三种物质的中心原子都是sp3杂化,杂化轨道都是正四面体结构,其中CH4的中心原子没有孤电子对,四个杂化轨道都有成键电子,键角为109°28'。NH3和H2O的中心原子N、O分别有一个、两个杂化轨道填入孤电子对,孤电子对的排斥力比成键电子对大,因此键角被压缩;孤电子对越多,斥力越大,键角被压缩的越小,故NH3的键角为107.3°、H2O的键角为104.5°。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.根据以下事实总结,分析判断一个化合物的中心原子杂化类型的一般方法。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
提示:(1)通过分子的空间结构判断。如果是直线形,则是sp杂化;如果是三角形,则是sp2杂化;如果是角形,则是sp2杂化(有一个孤电子对)或sp3杂化(有两个孤电子对);如果是四面体形或三角锥形,则是sp3杂化。
(2)对于以碳原子为中心的分子或离子,通过分析中心原子有没有形成双键或三键进行判断。如果有一个三键,则其中有两个是π键,用去了两个p轨道,所以中心原子采取sp杂化;如果有一个双键,则其中有一个π键,用去了一个p轨道,所以中心原子采取sp2杂化;如果全部是单键,则中心原子采取sp3杂化。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.ABm型分子中心原子价电子对数的计算方法(A为中心原子)
方法一:中心原子价电子对数=成键电子对数+孤电子对数。对于ABm型分子,中心原子的成键电子对数为m。
中心原子上的孤电子对数
例如,H2O中的中心原子为氧原子,其价电子数为6,与氧原子结合的每个氢原子未成对电子数为1,因此氧原子上的孤电子对数=
=2,则中心原子氧原子的价电子对数=2+2=4。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
方法二:中心原子价电子对数
在利用此方法计算中心原子的价电子对数时应注意如下规定:作为其他原子,一个卤素原子和一个氢原子均提供一个电子,氧族元素的原子不提供电子。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.价电子对的空间结构
由于价电子对之间的相互排斥作用,它们趋向于尽可能地相互远离。于是价电子对的空间结构与价电子对数目的关系如下表所示:
价电子对数
价电子对的空间结构
2
直线形
3
三角形
4
四面体形
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
3.分子或离子空间结构的确定
(1)如果价电子对全是成键电子对,则价电子对的空间结构即为分子或离子的空间结构。
(2)如果在价电子对中有孤电子对,由于电子对之间的排斥作用:孤电子对—孤电子对>孤电子对—成键电子对>成键电子对—成键电子对,则分子或离子的空间结构与价电子对的空间结构不同。具体情况如下表所示:
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
分子或离子
类型
价电子
对数
价电子对
空间结构
孤电子
对数
分子或离子
的空间结构
AB2
2
直线形
0
直线形
AB3
3
三角形
0
三角形
3
1
角形
AB4
4
四面体形
0
正四面体形
4
1
三角锥形
4
2
角形
【微点拨】分子的空间结构指的是成键电子对空间结构,不包括孤电子对;分子的空间结构和价电子对的空间结构是否一致,取决于中心原子上有无孤电子对,没有孤电子对时,二者一致,有孤电子对时,二者不一致。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1判断下列离子的空间结构。
答案:(1)三角形 (2)三角锥形 (3)正四面体形 (4)正四面体形
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
解析:根据中心原子形成的σ键数目和孤电子对数判断杂化类型,结合价电子对互斥理论判断分子或离子的空间结构。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
规律方法价电子对数目、价电子对的空间结构及粒子的空间结构之间的关系
价电子对数目
价电子对的空间结构
成键电
子对数
孤电子
对数
粒子的
空间结构
实例
2
直线形
2
0
直线形
BeCl2 CO2
3
三角形
3
0
三角形
BF3 BCl3
2
1
角形
SnBr2 PbCl2
4
四面体形
4
0
正四面体形
CH4 CCl4
3
1
三角锥形
NH3 NF3
2
2
角形
H2O
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练1-1(2020四川绵阳梓潼中学高二期中)下列描述中正确的是( )
A.CS2分子的空间结构为角形
B.
的空间结构为三角形
C.SF6中每个原子均满足最外层8电子稳定结构
D.SiF4和
的中心原子均为sp3杂化
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:D
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练1-2(2020山东枣庄一中高二检测)卤族元素是典型的非金属元素,包括F、Cl、Br、I等,请回答下面有关问题。
(1)同主族元素的电负性大小存在一定的规律,卤族元素F、Cl、Br、I的电负性由小到大的顺序是 。?
(2)溴原子的核外电子排布式为 。?
(3)用价电子对互斥理论判断BeCl2的空间结构为 ,BF3分子中B—F键的键角为 。?
(4)CCl4分子中碳原子的杂化方式为 ,NF3分子的空间结构为 。?
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:(1)I(2)1s22s22p63s23p63d104s24p5或[Ar]3d104s24p5
(3)直线形 120° (4)sp3 三角锥形
解析:(1)同主族元素自上而下电负性减小,故电负性I(2)溴原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5或[Ar]3d104s24p5。
(3)BeCl2中Be发生sp2杂化,分子是直线形结构,两个Be—Cl键之间的夹角为180°;BF3分子的中心原子硼原子形成3个σ键,中心原子上的孤电子对数=
(3-3×1)=0,所以BF3分子的空间结构为三角形,键角是120°。
(4)CCl4中碳原子形成四个单键,故其发生sp3杂化;NF3分子空间结构与NH3相似,NH3分子空间结构是三角锥形的,所以NF3分子空间结构也是三角锥形的。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
等电子原理
问题探究
1.等电子体有哪些应用?
提示:(1)判断一些简单分子或离子的空间结构;
(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性质找相应的等电子体。
2.为什么SiF4、CF4、CCl4三者的空间结构相同?
提示:SiF4、CF4、CCl4三种物质单个分子的原子数目相同,中心原子的价电子数相同,故它们为等电子体,因此其空间结构也相同。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.等电子体的判断方法
化学通式相同,价电子总数相等的分子或离子互为等电子体。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.常见的等电子体
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2根据等电子原理,由短周期元素组成的粒子,只要其原子数相同,各原子最外层电子数之和相同,也可互称等电子体,它们也具有相似的结构特征。
(1)仅由第2周期元素组成的共价分子中,互为等电子体的是 和 ; 和 。?
(2)在短周期元素组成的物质中,与
互为等电子体的分子有 。?
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:(1)N2 CO CO2 N2O
(2)SO2、O3
解析:(1)仅由第2周期元素组成的共价分子中,N2与CO的价电子总数均为10,CO2与N2O价电子总数均为16。
(2)依题意,只要原子数相同,且各原子最外层电子数之和也相同,即可互称等电子体。
为三原子粒子,各原子最外层电子数之和为5+6×2+1=18,SO2、O3也为三原子粒子,各原子最外层电子数之和为6×3=18,因此SO2、O3与
互为等电子体。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
方法规律
利用替换法写等电子体
(1)同主族替换法。
同主族元素最外层电子数相等,故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素的其他原子,如O3与SO2、CO2与CS2分别互为等电子体。
(2)左右移位法。
①将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n=1,2等)的原子,如N2与CO、
和CNO-互为等电子体。
②将粒子中的m个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素的原子,且粒子的总电荷数减小(或增大)m×n,
(3)叠加法。
互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子,如CO和N2互为等电子体,则N2O与CO2也互为等电子体。
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探究2
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变式训练2-1等电子体的结构相似,物理性质相似。下列各组粒子中,空间结构相似的是( )
A.SO2与O3
B.CO2与NO2
C.CS2与NO2
D.PCl3与BF3
答案:A
解析:SO2与O3互为等电子体,空间结构相似,A正确;CO2与NO2、CS2与NO2、PCl3与BF3价电子数都不同,都不是等电子体。
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变式训练2-2下列各组微粒属于等电子体的是( )
A.12CO2和14CO
B.H2O和NH3
C.NO+和CN-
D.NO和CO
答案:C
解析:根据等电子原理判断,NO+与CN-属于等电子体。
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1.下列分子或离子的中心原子含有孤电子对的是( )
A.H2O
B.CH4
C.SiH4
D.
答案:A
解析:H2O分子中的中心原子氧原子上有2对孤电子对。
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2.根据等电子原理,下列各组分子或离子的空间结构不相似的是( )
A.SO2和O3
B.
和CH4
C.H3O+和NH3
D.CO2和H2O
答案:D
解析:D项中,CO2分子和H2O分子原子总数相等,价电子总数前者为16,后者为10,二者不属于等电子体,则空间结构不相似。
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3.(2020江苏扬州中学高二检测)已知在CH4中C—H键之间的键角为109°28',NH3中N—H键之间的键角为107.3°,H2O中O—H键之间的键角为104.5°。则下列说法中正确的是( )
A.孤电子对与成键电子对之间的斥力大于成键电子对与成键电子对之间的斥力
B.孤电子对与成键电子对之间的斥力小于成键电子对与成键电子对之间的斥力
C.孤电子对与成键电子对之间的斥力等于成键电子对与成键电子对之间的斥力
D.题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对之间的斥力和成键电子对与成键电子对之间斥力的大小关系
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答案:A
解析:电子对之间斥力大小规律:孤电子对与孤电子对>孤电子对与成键电子对>成键电子对与成键电子对。A项正确。
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4.(2020天津新华中学高二检测)下列中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构不正确的是( )
A.PCl3中磷原子发生sp3杂化,为三角锥形
B.BCl3中硼原子发生sp2杂化,为三角形
C.CS2中碳原子发生sp杂化,为直线形
D.H2S中硫原子发生sp杂化,为直线形
答案:D
解析:H2S中硫原子形成2个σ键,孤电子对数为
=2,则硫原子发生sp3杂化,空间结构为角形,故D错误。
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5.用价电子对互斥理论完成下列问题。
(1)在下列表格中填上相应的内容。
化学式
σ键电子对数
孤电子对数
空间结构
H2Se
?
?
?
BCl3
?
?
?
PCl3
?
?
?
SO2
?
?
?
?
?
?
?
(2)用价电子对互斥理论推断,甲醛中两个H—C键之间的键角 (填“>”“<”或“=”)120°。?
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探究2
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答案:(1)
?
σ键电子对数
孤电子对数
空间结构
H2Se
2
2
角形
BCl3
3
0
三角形
PCl3
3
1
三角锥形
SO2
2
1
角形
?
4
0
正四面体形
(2)<
解析:(2)甲醛分子式为CH2O,碳原子的价电子对数为
×(4+2+0)=3,孤电子对数为0,所以CH2O为平面分子,由于C==O键与C—H键之间的排斥作用大于两个C—H键之间的排斥作用,所以甲醛分子中C—H键与C—H键之间的夹角小于120°。
