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化学选择性必修2第2节 共价键与分子的空间结构课前预习ppt课件
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这是一份化学选择性必修2第2节 共价键与分子的空间结构课前预习ppt课件，共49页。PPT课件主要包含了内容索引，自主梳理，自我检测，问题探究，归纳拓展，应用体验，答案D，答案1等内容，欢迎下载使用。
基础落实•必备知识全过关
重难探究•能力素养全提升
学以致用•随堂检测全达标
1.通过理解价电子对互斥理论,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.通过了解等电子原理,能够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。
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。
不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子的空间结构
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:
(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。
多重键只计其中的σ键电子对,不计π键电子对
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
【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°)。
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相同的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。
1.正误判断: (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。( )
2.下列分子或离子的中心原子含有孤电子对的是( )A.H2OB.CH4C.SiH4D.N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。
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°。
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。
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。
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。
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。
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。
2.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:
【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。
【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
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。
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
变式训练1-1下列描述正确的是( )A.CS2分子的空间结构为角形B.Cl 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S 的中心原子均为sp3杂化
变式训练1-2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键之间的键角为 。 (4)CCl4分子中碳原子的杂化方式为 ,NF3分子的空间结构为 。
答案 (1)I1.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,价电子总数相同,故它们为等电子体,因此其空间结构也相同。
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。2.常见的等电子体
【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N 互为等电子体的分子有 。
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。N 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N 互为等电子体。
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,且粒子的总电子数减小(或增大)m×n,如 互为等电子体。(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。
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O3B.CO2与NO2C.CS2与NO2D.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价电子总数都不同,都不是等电子体。
变式训练2-2下列各组微粒属于等电子体的是( )A.12CO2和14COB.H2O和NH3C.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。
1.用价电子对互斥理论预测H2S和BF3分子的空间结构,两个结论都正确的是( )A.直线形;三角锥形 B.角形;三角锥形C.直线形;平面三角形D.角形;平面三角形
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O3B.N 和CH4C.H3O+和NH3D.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8,二者不属于等电子体,则空间结构不相似。
3.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
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。
4.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
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。
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。
(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°。
基础落实•必备知识全过关
重难探究•能力素养全提升
学以致用•随堂检测全达标
1.通过理解价电子对互斥理论,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.通过了解等电子原理,能够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。
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。
不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子的空间结构
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:
(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。
多重键只计其中的σ键电子对,不计π键电子对
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
【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°)。
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相同的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。
1.正误判断: (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。( )
2.下列分子或离子的中心原子含有孤电子对的是( )A.H2OB.CH4C.SiH4D.N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。
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°。
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。
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。
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。
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。
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。
2.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:
【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。
【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
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。
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
变式训练1-1下列描述正确的是( )A.CS2分子的空间结构为角形B.Cl 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S 的中心原子均为sp3杂化
变式训练1-2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键之间的键角为 。 (4)CCl4分子中碳原子的杂化方式为 ,NF3分子的空间结构为 。
答案 (1)I
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。2.常见的等电子体
【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N 互为等电子体的分子有 。
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。N 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N 互为等电子体。
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,且粒子的总电子数减小(或增大)m×n,如 互为等电子体。(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。
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O3B.CO2与NO2C.CS2与NO2D.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价电子总数都不同,都不是等电子体。
变式训练2-2下列各组微粒属于等电子体的是( )A.12CO2和14COB.H2O和NH3C.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。
1.用价电子对互斥理论预测H2S和BF3分子的空间结构,两个结论都正确的是( )A.直线形;三角锥形 B.角形;三角锥形C.直线形;平面三角形D.角形;平面三角形
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O3B.N 和CH4C.H3O+和NH3D.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8,二者不属于等电子体,则空间结构不相似。
3.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
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。
4.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
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。
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。
(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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