选择性必修2第二节 分子的空间结构课文配套课件ppt

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知识点一 杂化轨道理论
1.杂化轨道理论简介(1)提出:杂化轨道理论是一种　　　　理论,是　　　　为了解释分子的空间结构提出的。 (2)解释甲烷分子的形成。①杂化轨道的形成:在形成CH4分子时,C原子的一个　　　轨道和三个　　　轨道发生混杂,形成4个能量相等的　　　杂化轨道。 ②化学键的形成:4个　　　杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—H　　键,所以4个C—H是等同的,呈现　　　　　　　的空间结构。
(3)杂化轨道的形成。只在形成分子的过程中发生,孤立的原子不可能发生杂化
深度思考1.2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道?
2.sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道,它和杂化轨道形成的化学键是否相同?
提示 不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与3p不在同一能级,能量相差较大。
提示 不相同。sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道,用于形成π键,而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
3.H2O分子中氧原子的价层电子排布式为2s22p4,2p轨道有两个未成对电子,可分别与一个H原子的1s电子形成一个σ键,不用杂化。但事实是氧原子形成了四个sp3杂化轨道,且键角是105°,空间结构为V形,为什么?
提示 在形成水分子时,O的2s轨道和2p轨道发生了sp3杂化,形成四个sp3杂化轨道,呈正四面体形。其中两个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子,另外两个sp3杂化轨道已有两个孤电子对,不再成键。氧原子与氢原子化合时, O的sp3杂化轨道与H的1s轨道重叠,形成两个σ键。由于两个孤电子对的电子云密集在O的周围,对两个成键的电子对有更大的排斥作用,使O—H之间的键角被压缩,因此H2O分子的空间结构为V形。
名师点拨原子轨道的杂化过程
拓展视野s、p能级共有4个轨道,全部参与杂化时,最多有4个杂化轨道,当分子(或离子)中的中心原子上的价层电子对数超过4时,有d轨道参与杂化,且参与杂化的d轨道数=中心原子上的价层电子对数-4。
探究角度1 杂化轨道理论的理解例1 以下有关杂化轨道的说法正确的是(　　)A.sp3杂化轨道中轨道数为4,且4个杂化轨道能量相同B.杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键C.杂化轨道不能容纳孤电子对D.s轨道和p轨道杂化可能有sp4出现
解析 杂化前后轨道数目不变,杂化后轨道能量相同,因此sp3杂化轨道中轨道数为4,且4个杂化轨道能量相同,故A正确;杂化轨道只能形成σ键,未参与杂化的p轨道可形成π键,故B错误;杂化轨道可以容纳孤电子对,比如氨气,故C错误;s、p能级共有4个轨道,全部参与杂化时,最多有4个杂化轨道,为sp3杂化,故D错误。
归纳总结　杂化轨道理论的要点
[对点训练1]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
解析 参与杂化的轨道的能量是相近的,同一能层上s轨道与p轨道的能量差异不是很大,可形成sp2杂化轨道,A项正确;形成的杂化轨道能量相同,B项正确;sp2杂化轨道是由一个s轨道与两个p轨道杂化而成的,所以每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一,C项正确;杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对,sp2杂化轨道最多可形成3个σ键,D项错误。
探究角度2 用杂化轨道理论解释有机物分子的结构例2 如图所示,在乙烯分子中有5个σ键、1个π键,下列表述正确的是(　　)A.C、C之间的化学键是未参加杂化的2p轨道形成的π键B.C、H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键C.sp2杂化轨道形成σ键,未杂化的2p轨道形成π键D.sp2杂化轨道形成π键,未杂化的2p轨道形成σ键
解析 C、C之间除未参加杂化的2p轨道形成的π键外,还有sp2杂化轨道形成的σ键,故A错误;C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键,故B错误;sp2杂化轨道形成σ键,未杂化的2p轨道形成π键,故C正确、D错误。
[对点训练2]甲烷中的碳原子采用sp3杂化,下列用*标注的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子的杂化类型一致的是(　　)A.CH3*CH2CH3B.*CH2═CHCH3C.CH2═*CHCH2CH3D.HC≡*CCH3
解析 CH4中碳原子为饱和碳原子,采用sp3杂化。A项,亚甲基碳原子为饱和碳原子,采用sp3杂化;B、C项,C═C中的不饱和碳原子采用sp2杂化;D项, C≡C中的不饱和碳原子采用sp杂化。
方法点拨　有机物中碳原子杂化类型的判断:饱和碳原子采取sp3杂化,连接双键的碳原子采取sp2杂化,连接三键的碳原子采取sp杂化。
知识点二　VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系
深度思考1.在 中,中心原子Cl是以杂化轨道方式与O原子成键,它们的空间结构分别是什么?
2.CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都为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 由VSEPR模型可知, 中,中心原子Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键。它们的空间结构分别是V形、三角锥形、正四面体形。
提示 CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化,中心原子的孤电子对数依次为0、1、2。孤电子对数越多,对成键电子对的排斥作用越大,键角越小。
探究角度1 杂化轨道类型的判断例1 试判断下列分子的中心原子的杂化轨道类型:(1)NI3　(2)CH3Cl　(3)CO2
答案 (1)sp3　(2)sp3　(3)sp解析 中心原子的杂化轨道数n=中心原子上的价层电子对数=中心原子上的孤电子对数+σ键电子对数。(1)NI3中n=1+3=4,N原子采取sp3杂化。(2)CH3Cl中n=0+4=4,C原子采取sp3杂化。(3)CO2中n=0+2=2,C原子采取sp杂化。
思维建模　中心原子轨道杂化类型的判断(1)根据杂化轨道的空间结构判断:
(2)根据VSEPR模型判断:
[对点训练1]下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　)A.CO2与SO2B.C2H2与C2H4C.BeCl2与H2OD.CH4与NH3
解析 CO2中C形成2个σ键,无孤电子对,为sp杂化,SO2中S形成2个σ键,孤电子对数= =1,为sp2杂化,不相同,故A错误;C2H4中C形成3个σ键,无孤电子对,为sp2杂化,C2H2中C形成2个σ键,无孤电子对,为sp杂化,不相同,故B错误;BeCl2中Be形成2个σ键,无孤电子对,为sp杂化,H2O中O形成2个σ键,2个孤电子对,为sp3杂化,不相同,故C错误;CH4中C形成4个σ键,无孤电子对,为sp3杂化,NH3中N形成3个σ键,孤电子对数= =1,为sp3杂化,相同,故D正确。
[对点训练2](教材改编题)下列分子的空间结构模型可用sp2杂化轨道来解释的是(　　)
A.①②③B.①②④C.①③⑤D.②⑤⑥
探究角度2 杂化轨道类型与分子空间结构的关系例2 指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间结构。(1)CS2分子中的C采取　　　　杂化,分子的结构式为　　　 　,空间结构为　　　　; (2)HCHO中的C采取　　　　杂化,分子的结构式为　　　 　,空间结构为　　 　　; (3)CCl4分子中的C采取　　　　杂化,分子的结构式为　　 　,空间结构为　　　　　　　; (4)H2S分子中的S采取　　　　杂化,分子的结构式为　　　 ,空间结构为　　　　。 
解析 (1)CS2中中心C原子形成2个σ键,无孤电子对,价层电子对数为2,采取sp杂化,分子空间结构为直线形。(2)HCHO中中心C原子形成3个σ键,无孤电子对,价层电子对数为3,采取sp2杂化,分子空间结构为平面三角形。(3)CCl4中中心C原子形成4个σ键,无孤电子对,价层电子对数为4,采取sp3杂化,分子空间结构为正四面体形。(4)H2S中中心S原子形成2个σ键,有2个孤电子对,价层电子对数为4,采取sp3杂化,分子空间结构为V形。
[对点训练3]下列分子的中心原子采用sp3杂化,但分子的空间结构不同的一组是(　　)①BF3　②BeCl2　③H2S　④CS2　⑤NH3　⑥CCl4A.①②③B.①⑤⑥C.②③④D.③⑤⑥
解析 ①根据价层电子对互斥模型,BF3中B的价层电子对数为3+ ×(3-3 ×1)=3,B为sp2杂化,没有孤电子对,BF3的空间结构为平面正三角形;②根据价层电子对互斥模型,BeCl2中Be的价层电子对数为2+ ×(2-2×1)=2,Be为sp杂化,没有孤电子对,BeCl2的空间结构为直线形;③根据价层电子对互斥模型,H2S中S的价层电子对数为2+ ×(6-2×1)=4,S为sp3杂化,有2个孤电子对,H2S的空间结构为V形;④根据价层电子对互斥模型,CS2的价层电子对数为2+ ×(4-2×2)=2,C为sp杂化,没有孤电子对,CS2的空间结构为直线形;⑤根据价层电子对互斥模型,NH3的价层电子对数为3+ ×(5-3×1)=4,N为sp3杂化,有1个孤电子对,NH3的空间结构为三角锥形;⑥根据价层电子对互斥模型,CCl4中C的价层电子对数为4+ ×(4-4×1)=4,C为sp3杂化,没有孤电子对,CCl4的空间结构为正四面体形。综上所述,③⑤⑥符合题意,故选D。
思维建模　四步法确定杂化轨道类型与分子空间结构的关系
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题组1 杂化轨道的理解1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构,下列说法不正确的是(　　)A.C原子的四个杂化轨道的能量一样B.C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样C.C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道D.C原子有1个sp3杂化轨道由孤电子对占据
解析 杂化前的轨道能量不同,形成杂化轨道后能量就完全一样,A项正确;C原子的sp3杂化轨道之间的夹角也是一样的,B项正确;形成sp3杂化轨道后,碳原子原来的4个价电子将分别占据4个杂化轨道,C项正确;甲烷分子中的碳原子不存在孤电子对,D项错误。
2.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
解析 sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°,则sp杂化轨道的夹角最大。
题组2 杂化轨道类型的判断3.下列分子或离子的中心原子为sp3杂化,且杂化轨道容纳1个孤电子对的是(　　)A.CH4、NH3、H2OB.CO2、BBr3、C.C2H4、SO2、BeCl2D.NH3、PCl3、H3O+
解析 CH4、NH3、H2O的中心原子价层电子对数都是4,都采用sp3杂化, CH4、NH3、H2O的中心原子上的孤电子对数分别是0、1、2,A不符合题意;CO2、BBr3、 中的中心原子价层电子对数分别是2、3、4,且CO2、BBr3、 中的中心原子上的孤电子对数分别是0、0、1,B不符合题意; C2H4、SO2、BeCl2中的中心原子价层电子对数分别是3、3、2,且C2H4、SO2、BeCl2中的中心原子上孤电子对数分别是0、1、0,C不符合题意;NH3、PCl3、H3O+的中心原子价层电子对数都是4,采用sp3杂化,中心原子上的孤电子对数都是1,D符合题意。
4.氨气分子的空间结构是三角锥形,而甲烷分子的空间结构是正四面体形,这是因为(　　)A.两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同,NH3中N原子为sp2杂化,而CH4中C原子是sp3杂化B.NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道,CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道C.NH3分子中中心原子上有一对未成键的孤电子对,它对成键电子对的排斥作用较强D.氨气是四原子化合物,甲烷为五原子化合物
解析 两种分子的中心原子的杂化轨道类型相同,均为sp3杂化,故A错误;两种分子的中心原子均形成4个杂化轨道,故B错误;NH3分子中中心原子上有一对未成键的孤电子对,它对成键电子对的排斥作用较强,所以NH3分子为三角锥形,而CH4分子中4个sp3杂化轨道全部用于形成4个C—H键,所以CH4分子为正四面体形,故C正确;分子的空间结构和分子中含几个原子没有必然联系,故D错误。
题组3 分子空间结构与杂化轨道类型的关系5.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P原子sp3杂化,为三角锥形B. 中N原子sp3杂化,为正四面体形C.H2S中S原子sp杂化,为直线形D.SO2中S原子sp2杂化,为V形
6.根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构,试根据相关知识填空:(1)AsCl3分子的空间结构为　　　 　　,其中As的杂化轨道类型为　　　　　。 (2)CS2分子中C原子的杂化轨道类型是　　　　,分子的空间结构为　　　　　。 (3)CH3COOH中C原子杂化轨道类型为　　　　　　　　　　。