2021学年第二节 分子的空间结构课堂教学课件ppt

这是一份2021学年第二节 分子的空间结构课堂教学课件ppt，共35页。PPT课件主要包含了素养目标，课前篇素养初探，课堂篇素养提升等内容，欢迎下载使用。

1.通过认识分子结构以及杂化轨道理论,分析杂化类型与分子空间结构的关系,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。2.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用杂化轨道理论进行解释,培养证据推理与模型认知的核心素养。
【知识铺垫】1.共价单键都是σ键,共价双键中含有 一 个σ键、 一 个π键,共价三键中含有 一个σ键、 两 个π键。2.填写下表:
【自主梳理】1.原子轨道杂化与杂化轨道
2.杂化轨道类型与分子的空间结构之间的关系一定不存在sp4杂化,p能级只有3个轨道
【微思考】举例说明,中心原子采取sp3杂化的分子的空间结构是否都是正四面体形。提示 不是。CH4、NH3、H2O分子中的中心原子都是sp3杂化,CH4是正四面体形,NH3是三角锥形,H2O是V形(或角形)。
【自我检测】1.判断下列说法的正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)价层电子对之间的夹角越小,排斥力越小(　　)(2)NH3分子的VSEPR模型与分子空间结构不一致(　　)(3)五原子分子的空间结构都是正四面体形(　　)(4)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同(　　)(5)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其空间结构都是正四面体形(　　)(6)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(　　)
2.硒是一种非金属,可以用作光敏材料、电解锰行业催化剂。(1)Se是元素周期表中第34号元素,其基态原子的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　。 (2)根据价层电子对互斥模型,可以推知SeO3分子的空间结构为　　　　　　　　,其中Se原子采用的轨道杂化形式为　　　。 
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)(2)平面三角形　sp2解析 (1)Se位于第四周期第ⅥA族,所以其基态原子价层电子排布式为4s24p4,然后再写电子排布式。(2)SeO3分子中Se原子的价层电子对数= ×(6+0)=3,成键电子对数为3,孤电子对数为0,所以Se原子采取sp2杂化,该分子为平面三角形。
【问题探究】在形成多原子分子时,中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程,叫做轨道的杂化(双原子分子中,不存在杂化过程)。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下:
问题思考:(1)观察上述杂化过程,分析原子轨道杂化后,杂化轨道的数量和能量有什么变化。提示 杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同,杂化后,形成的一组杂化轨道的能量相同。(2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道?提示 不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s轨道与3p轨道不在同一能层,能量相差较大。
(3)用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构。提示 N原子的价层电子排布式为2s22p3,在形成NH3分子的过程中,N原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另1个杂化轨道中是成对电子,未与H原子形成共价键,4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形;在NH3分子中,由于N原子上的孤电子对的排斥作用,使3个N—H的键角变小,成为三角锥形的空间结构。
O原子的价层电子排布式为2s22p4,在形成H2O分子的过程中,O原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另2个杂化轨道中是成对电子,未与H原子形成共价键;4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形,但由于2对孤电子对的排斥作用,使2个O—H的键角变得更小,使H2O分子成为V形的空间结构。
(4)CH4、NH3、H2O分子的中心原子的杂化类型都是sp3,键角为什么依次减小?从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法?提示 CH4、NH3、H2O分子的中心原子都采取sp3杂化,中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小,孤电子对数越多排斥作用越大,键角越小。比较键角时,先看中心原子杂化类型,杂化类型不同时,键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小;杂化类型相同时,中心原子孤电子对数越多,键角越小。
【深化拓展】1.杂化轨道理论要点 中学阶段只涉及同能层的s、p能级(1)只有能量相近的原子轨道才能杂化。(2)杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等,杂化轨道能量相同。(3)杂化后改变原有轨道的形状和伸展方向,使原子形成的共价键更牢固。
　　　　　　　　　使原子轨道重叠程度更大
(4)杂化轨道为使相互间的排斥力最小,故在空间取最大夹角分布,不同的杂化轨道伸展方向不同。(5)杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对。(6)未参与杂化的p轨道可用于形成π键。
2.判断分子或离子的中心原子的杂化类型(1)根据杂化轨道的空间分布判断①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形,则分子或离子的中心原子发生sp3杂化;②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则分子或离子的中心原子发生sp2杂化;③若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则分子或离子的中心原子发生sp杂化。
(2)根据杂化轨道之间的夹角判断①若杂化轨道之间的夹角为109°28',则分子或离子的中心原子发生sp3杂化;②若杂化轨道之间的夹角为120°,则分子或离子的中心原子发生sp2杂化;③若杂化轨道之间的夹角为180°,则分子或离子的中心原子发生sp杂化。(3)根据中心原子上的价层电子对数判断若中心原子上的价层电子对数为4,则是sp3杂化;若中心原子上的价层电子对数为3,则是sp2杂化;若中心原子上的价层电子对数为2,则是sp杂化。
【素能应用】典例指出下列分子中中心原子的杂化轨道类型、分子的结构式及空间结构。(1)CS2分子中的C为　　　杂化,分子的结构式为　　　,空间结构为　　　; (2)CH2O中的C为　　　杂化,分子的结构式为　　　,空间结构为　　　; (3)CCl4分子中的C为　　　杂化,分子的结构式为　　　,空间结构为　　　; (4)H2S分子中的S为　　　杂化,分子的结构式为　　　,空间结构为　　　。 
解析 根据价层电子对互斥模型与中心原子的杂化轨道类型之间的关系进行分析判断。
变式训练1根据价层电子对互斥模型及原子杂化轨道理论判断NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式为(　　)A.直线形　sp杂化B.平面三角形　sp2杂化C.三角锥形　sp2杂化D.三角锥形　sp3杂化答案 D解析 分子中中心原子的杂化方式要根据中心原子的孤电子对数以及与中心原子相连的原子个数判断。在NF3分子中N原子的孤电子对数为1,与其相连的原子数为3,根据原子杂化轨道理论可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化,NF3分子的空间结构为三角锥形。
变式训练2以下说法正确的是(　　)A.含有四个原子的分子的空间结构不可能为正四面体形B.分子式为AB2的分子的空间结构一定为V形C.在 中硫原子的杂化方式为sp2,是正四面体形结构D. 中心碳原子的孤电子对数为0,故其结构为平面三角形
答案 D解析 P4分子的空间结构是正四面体形,A错;BeCl2中铍原子成键电子对数是2,杂化方式是sp杂化,分子是直线形,B错;在 中硫原子的孤电子对数是0,与其相连的原子数为4,根据杂化轨道理论可推知硫原子为sp3杂化, 的空间结构是正四面体形,C错; 中碳原子的成键电子对数为3,孤电子对数为 (4+2-3×2)=0,该离子是平面三角形结构,D正确。
1.下列关于杂化轨道的说法错误的是(　　)A.利用原子轨道杂化理论可以解释部分分子的空间结构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.杂化轨道中一定有一个电子答案 D解析 利用杂化轨道理论可以解释部分分子的空间结构,参与杂化的原子轨道,其能量不能相差太大,如1s与2s、2p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、B项正确;杂化轨道成键时电子云重叠程度更大,会形成牢固的化学键,故C项正确。
2.下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是(　　)A.由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成B.共有3个能量相同的杂化轨道C.每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一D.sp2杂化轨道最多可形成2个σ键答案 D解析 同一能层上s轨道与p轨道的能量差异不是很大,相互杂化的轨道的能量差异也不能过大,A项正确;同种类型的杂化轨道能量相同,B项正确;sp2杂化轨道是由一个s轨道与2个p轨道杂化而成的,C项正确;sp2杂化轨道最多可形成3个σ键,D项错误。
3.sp3杂化形成的AB4型分子的空间结构是(　　)A.平面四方形B.正四面体形C.三角锥形D.平面三角形答案 B
4.能正确表示CH4中碳原子的成键轨道中电子的轨道表示式为(　　)
答案 D解析 碳原子中的2s轨道与2p轨道杂化后形成4个等性杂化轨道,因此碳原子最外层上的4个电子分占4个sp3杂化轨道并且自旋方向相同。
5.关于乙烯分子中化学键的描述正确的是(　　)A.C原子sp2杂化轨道形成σ键,未杂化的2p轨道形成π键B.乙烯分子中有4个σ键、2个π键C.C—H之间是两原子的sp2杂化轨道形成σ键,C—C之间是未杂化的2p轨道形成π键D.C—C之间是sp2杂化轨道形成σ键,C—H之间是未杂化的2p轨道形成π键
答案 A解析 在乙烯分子中,每个碳原子的2s轨道与2个2p轨道杂化形成3个sp2杂化轨道,其中2个sp2杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道形成C—H σ键,另外1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道形成C—C σ键;2个碳原子中未参与杂化的2p轨道形成1个π键。
6.如下图所示是甲醛分子的模型。根据该图和所学化学键知识回答下列问题:
(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是　　　　　　,做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与C—H间的夹角　　　(填“=”“>”或“<”)120°,出现该现象的主要原因是　 　。