高中化學(xué)（魯科版）《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第二章同步導(dǎo)學(xué)案：價電子對互斥理論等電子原理

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第2課時價電子對互斥理論等電子原理課標(biāo)解讀重點(diǎn)難點(diǎn)1。了解雜化軌道的三種類型（sp3、sp2、sp）。2.初步認(rèn)識分子的空間構(gòu)型。3.能運(yùn)用雜化軌道理論和價層電子對互斥模型判斷分子的空間構(gòu)型。4。結(jié)合實(shí)例說明“等電子原理"的應(yīng)用.1.判斷分子中心原子的雜化軌道類型.(重點(diǎn))2.用價層電子對互斥理論及雜化軌道理論推斷分子的空間構(gòu)型.（難點(diǎn)）課前自主導(dǎo)學(xué)一、雜化軌道理論與分子空間構(gòu)型1。sp3雜化與CH4分子的空間構(gòu)型（1）雜化軌道的形成碳原子2s軌道上的1個電子進(jìn)入2p空軌道，2s軌道和2p軌道“混合”，形成的4個sp3雜化軌道。圖示為：（2）sp3雜化軌道的空間指向碳原子的4個sp3雜化軌道指向，每個軌道上都有一個未成對電子。(3）共價鍵的形成碳原子的4個軌道分別與4個H原子的軌道重疊形成4個相同的σ鍵.（4）CH4分子的空間構(gòu)型CH4分子為空間結(jié)構(gòu)，分子中C—H鍵之間的夾角都是。2．sp2雜化與BF3分子的空間構(gòu)型(1）sp2雜化軌道的形成硼原子2s軌道上的1個電子進(jìn)入2p軌道。1個2s軌道和2p軌道發(fā)生雜化，形成能量相等、成分相同的sp2雜化軌道。圖示為：（2）sp2雜化軌道的空間指向硼原子的3個sp2雜化軌道指向,3個sp2雜化軌道間的夾角為。(3）共價鍵的形成硼原子的3個軌道分別與3個氟原子的1個2p軌道重疊,形成3個相同的σ鍵。(4)BF3分子的空間構(gòu)型BF3分子的空間構(gòu)型為，鍵角為。3．sp雜化與BeCl2分子的空間構(gòu)型（1）雜化軌道的形成Be原子2s軌道上的1個電子進(jìn)入2p軌道，1個2s軌道和1個2p軌道發(fā)生雜化，形成能量相等、成分相同的個sp雜化軌道。圖示為：（2)sp雜化軌道的空間指向兩個sp雜化軌道呈，其夾角為.(3）共價鍵的形成Be原子的2個sp雜化軌道分別與2個Cl原子的1個軌道重疊形成相同的σ鍵。思考交流：1．任意不同的原子軌道都可以雜化嗎？二、價層電子對互斥模型1。理論分子中的價電子對（包括電子對和孤電子對）由于相互排斥作用，而趨向于盡可能彼此遠(yuǎn)離以減小斥力，分子盡可能采取的空間構(gòu)型.2．相關(guān)說明(1)具有相同價電子對數(shù)的分子，中心原子的雜化軌道類型,價電子對分布的幾何構(gòu)型也相同。(2)如果分子中中心原子的雜化軌道上存在孤電子對,價電子對之間的斥力大小順序?yàn)椋汗码娮訉εc孤電子對之間的斥力孤電子對與成鍵電子對之間的斥力成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力，且隨著孤電子對數(shù)目的增多，成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力，鍵角也。思考交流：2．價電子對數(shù)相同的分子,其空間構(gòu)型都相同嗎?以價電子對數(shù)為4的分子舉例說明.三、分子的空間結(jié)構(gòu)對物質(zhì)性質(zhì)的影響1。影響：具有相似分子空間結(jié)構(gòu)的物質(zhì),在性質(zhì)方面通常表現(xiàn)出一定的。2．等電子原理(1)原理具有相同和相同的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征。(2）應(yīng)用①判斷一些簡單分子或離子的。②利用等電子體在性質(zhì)上的制造新材料。③利用等電子原理針對某物質(zhì)找等電子體。思考交流：3．CO和N2為等電子體，那么在CO分子中所含的價鍵類型及數(shù)目如何？課堂互動探究一、雜化軌道類型的判斷方法【問題導(dǎo)思】①試推測C2H6、C2H4、C2H2分子中，碳原子的雜化方式。②雜化軌道能形成π鍵嗎?1．三種雜化軌道比較雜化類型spsp2sp3參與雜化的原子軌道1個s和1個p1個s和2個p1個s和3個p雜化軌道數(shù)234雜化軌道間夾角180°120°109.5°空間指向直線正三角形三個頂點(diǎn)正四面體四個頂點(diǎn)2.雜化類型的判斷因?yàn)殡s化軌道只能用于形成σ鍵或者用來容納孤電子對，而兩個原子之間只能形成一個σ鍵，故有下列關(guān)系：雜化軌道數(shù)＝中心原子孤電子對數(shù)＋中心原子結(jié)合的原子數(shù),再由雜化軌道數(shù)判斷雜化類型.例如：代表物雜化軌道數(shù)雜化軌道類型CO20＋2＝2spCH2O0＋3＝3sp2CH40＋4＝4sp3SO21＋2＝3sp2NH31＋3＝4sp3H2O2＋2＝4sp3溫馨提醒：1．雜化軌道數(shù)為2、3、4分別對應(yīng)sp、sp2、sp3雜化.2．雜化軌道只用于形成σ鍵或者容納孤電子對。例1指出下列分子中帶*號的原子采用的雜化方式：規(guī)律方法1．雜化軌道與參與雜化的原子軌道數(shù)目相同，但能量介于兩種參與雜化的原子軌道之間。2．上述計算雜化軌道數(shù)的方法,只適用于已知分子結(jié)構(gòu)的分子,否則將無法確定中心原子上的孤電子對數(shù)。變式訓(xùn)練1．試分析H-C≡C-H中碳原子的雜化方式,并詳細(xì)說出各化學(xué)鍵的形成過程.二、利用價層電子對互斥模型分析分子空間構(gòu)型【問題導(dǎo)思】①CH4、NH3、H2O中心原子均采用sp3雜化,其分子空間構(gòu)型如何？SO2的空間構(gòu)型如何？②如何確定中心原子價電子對數(shù)？1．確定中心原子價電子對數(shù)的方法對于ABm型分子(A是中心原子,B是配位原子），分子的價電子對數(shù)可以通過下式確定:即n＝eq\f(中心原子的價電子數(shù)＋每個配位原子提供的價電子數(shù)×m，2）.規(guī)定:①作為配體，鹵素原子和氫原子提供1個電子，氧族元素的原子不提供電子；②作為中心原子，鹵素原子按提供7個電子計算,氧族元素的原子按提供6個電子計算，即中心原子的價電子數(shù)等于中心原子的最外層電子數(shù)；③對于復(fù)雜離子，在計算價電子對數(shù)時，還應(yīng)加上陰離子的電荷數(shù)或減去陽離子的電荷數(shù)；④計算價電子對數(shù)時，若剩余1個電子,亦當(dāng)作1對電子處理。⑤雙鍵、叁鍵等多重鍵作為1對電子看待。2．判斷分子的空間構(gòu)型根據(jù)成鍵電子對數(shù)和孤電子對數(shù)，可以確定相應(yīng)的較穩(wěn)定的分子幾何構(gòu)型，如下表所示：價電子成鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)分子空對構(gòu)型實(shí)例220直線形BeCl2、CO2330平面三角形BF3、SO321V形SnBr2、PbCl2440正四面體型CH4、CCl431三角錐型NH3、PCl322V形H2O溫馨提醒價電子對數(shù)的另一種確定方法a為中心原子的價電子數(shù)，x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)，b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)。例2(高考組合題)（1）(2013·山東高考節(jié)選）BCl3和NCl3中心原子的雜化方式分別為________和________。(2）（2013·新課標(biāo)高考卷Ⅰ節(jié)選)在硅酸鹽中，SiOeq\o\al(4－,4）四面體[如下圖(a)]通過共用頂角氧離子可形成島狀、鏈狀、層狀、骨架網(wǎng)狀四大類結(jié)構(gòu)型式。圖（b）為一種無限長單鏈結(jié)構(gòu)的多硅酸根；其中Si原子的雜化形式為________，Si與O的原子數(shù)之比為________,化學(xué)式為________。圖(a）圖（b）(3)（2013·江蘇高考節(jié)選）元素X位于第四周期，其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子,且最外層電子數(shù)為2。元素Y基態(tài)原子的3p軌道上有4個電子.元素Z的原子最外層電子數(shù)是其內(nèi)層的3倍。在Y的氫化物（H2Y)分子中，Y原子軌道的雜化類型是________.變式訓(xùn)練2．（2011·山東高考）H＋可與H2O形成H3O＋,H3O＋中O原子采用________雜化。H3O＋中H—O-H鍵角比H2O中H—O—H鍵角大，原因?yàn)開_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。課堂小結(jié)當(dāng)堂雙基達(dá)標(biāo)1．下列關(guān)于雜化軌道的說法錯誤的是()A．所有原子軌道都參與雜化B．同一原子中能量相近的原子軌道參與雜化C．雜化軌道能量集中，有利于牢固成鍵D．雜化軌道中一定有一個電子2．下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是()A．CO2和SO2B．CH4與NH3C．BeCl2與BF3D．C2H4與C2H2(C2H2的結(jié)構(gòu)簡式為CH≡CH)3．用價層電子對互斥理論判斷SO3的分子構(gòu)型為（)A．正四面體型B．V形C．三角錐型D．平面三角形4．(2013·湛江高二質(zhì)檢）下列關(guān)于SO2與CO2分子的說法正確的是（)A．SO2和CO2是等電子體B．中心原子都采取sp雜化C．S原子和C原子上都沒有孤電子對D．SO2為V形結(jié)構(gòu)，CO2為直線形結(jié)構(gòu)5．(2013·南京高二質(zhì)檢）室內(nèi)裝修材料中會釋放出甲醛，甲醛含量過大時，對人有較大的危害，甲醛的結(jié)構(gòu)式為.結(jié)合甲醛的結(jié)構(gòu)式回答下列問題：(1）甲醛分子中碳原子軌道的雜化方式是________，雜化軌道的空間構(gòu)型是________，分子的空間構(gòu)型是________.(2）甲醛分子中σ鍵的形成軌道是______、________、________、________。(有幾個填幾個)6．根據(jù)理論預(yù)測下列分子或離子的空間構(gòu)型.CO2COeq\o\al（2－，3)POeq\o\al(3－,4)SOeq\o\al（2－,4）雜化類型空間構(gòu)型鍵角

參考答案課前自主導(dǎo)學(xué)一、1.（1)1個3個能量相等、成分相同（2）正四面體的4個頂點(diǎn)（3）sp3雜化1s（4)正四面體109.5°2．(1）2個3個（2)平面三角形的三個頂點(diǎn)120°(3sp2雜化(4)平面三角形120°3．(1）2（2）直線形180°（3）3p2個思考交流：1．【提示】原子軌道只有在形成分子的過程中才能雜化，孤立的原子不會發(fā)生雜化;另外，不是任意的不同軌道都能雜化，只有能量相近的軌道才能雜化。二、1.成鍵對稱2．（1)相同(2）＞＞減小減小思考交流：2．【提示】CH4、NH3、H2O分子的價電子對數(shù)均為4，CH4呈正四面體構(gòu)型,NH3為三角錐型，H2O為V形。三、1.相似性。2．(1）價電子數(shù)原子數(shù)（2)①立體構(gòu)型②相似性思考交流：3．【提示】CO和N2為等電子體，結(jié)構(gòu)相似,N2中有一個σ鍵、兩個π鍵，則CO中也有一個σ鍵，兩個π鍵。課堂互動探究一、【問題導(dǎo)思】【提示】①C2H6、C2H4、C2H2分子中,碳原子采用的雜化方式依次為sp3、sp2、sp。②不能形成π鍵。例1【解析】(1)H2O2中每個氧原子上有2對孤電子對，每個氧原子結(jié)合2個原子，故雜化軌道數(shù)＝2＋2＝4，采用sp3雜化。(2）在中，碳原子無孤電子對，碳原子結(jié)合3個原子,故雜化軌道數(shù)＝0＋3＝3，采用sp2雜化。(3)在CO2中，碳原子無孤電子對，碳原子結(jié)合2個原子，故雜化軌道數(shù)＝0＋2＝2，采用sp雜化。（4）在C2H4中，每個碳原子上無孤電子對，每個碳原子結(jié)合3個原子（2個H和1個C），故雜化軌道數(shù)＝0＋3＝3,采用sp2雜化?！敬鸢浮浚?）sp3(2)sp2(3）sp(4）sp2變式訓(xùn)練1．【解析】碳原子的雜化軌道數(shù)為2,采用sp雜化。C2H2分子中,每個碳原子通過1個2s軌道和1個2p軌道雜化形成2個sp雜化軌道，呈直線形，2個sp雜化軌道分別與H原子1s軌道、另一碳原子的1個sp雜化軌道形成2個σ鍵；每個碳原子上剩余的2個2p軌道與另一個碳原子上剩余的2個2p軌道形成2個π鍵.【答案】sp雜化;二、【問題導(dǎo)思】【提示】①分子CH4NH3H2OSO2空間構(gòu)型正四面體三角錐型V形V形②對于ABm型分子（A是中心原子,B是配位原子)，分子的價電子對數(shù)可以通過下式確定：n＝eq\f（中心原子的價電子數(shù)＋每個配位原子提供的價電子數(shù)×m，2）其中，中心原子的價電子數(shù)等于中心原子的最外層電子數(shù)，配位原子中鹵素原子、氫原子提供1個價電子，氧原子和硫原子按不提供價電子計算。例2【解析】（1)雜化軌道用于形成σ鍵和容納孤對電子。BCl3分子中B原子形成3個σ鍵,無孤對電子，則B原子采取sp2雜化。NCl3中N原子形成3個σ鍵，且有1對孤對電子，則N原子采取sp3雜化。Be、B、N、O原子的最外層電子排布式分別為2s2、2s22p1、2s22p3、2s22p4,Be原子的2s軌道處于全充滿的穩(wěn)定狀態(tài),故其第一電離能大于B；N原子的2p軌道處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，故其第一電離能大于O,因此元素的第一電離能介于B和N元素之間的第二周期的元素有Be、C、O3種。（2）依據(jù)圖(a）可知，SiOeq\o\al(4－,4)的結(jié)構(gòu)類似于甲烷分子的結(jié)構(gòu)，為正四面體結(jié)構(gòu)，Si原子的雜化形式和甲烷分子中碳原子的雜化形式相同，為sp3雜化；圖(b）是一種無限長單鏈結(jié)構(gòu)的多硅酸根，每個結(jié)構(gòu)單元中兩個氧原子與另外兩個結(jié)構(gòu)單元頂角共用，所以每個結(jié)構(gòu)單元含有1個Si原子、3個氧原子,Si原子和O原子數(shù)之比為1∶3,化學(xué)式可表示為[SiO3]eq\o\al(2n－，n)或SiOeq\o\al（2－,3）。(3)H2S中S原子采取sp3雜化.【答案】(1）sp2sp3(2)sp31∶3［SiO3］eq\o\al(2n－，n)（或SiOeq\o\al(2－，3）)變式訓(xùn)練2．【解析】H2O、H3O＋中的O原子均采取sp3雜化,孤電子對對成鍵電子對具有排斥作用,而孤電子對數(shù)多的H2O中排斥力大，鍵角小.【答案】sp3H2O中O原子上有2對孤電子對，H3O＋中O原子上只有1對孤電子對，排斥力較小當(dāng)堂雙基達(dá)標(biāo)1．【解析】參與雜化的原子軌道，其能量不能相差太大，如1s與2s、2p能量相差太大，不能形成雜化軌道,即只有能量相近的原子軌道才能參與雜化,故A項錯誤，B項正確;雜化軌道的電子云一頭大一頭小，成鍵時利用大的一頭,可使電子云重疊程度更大，形成牢固的化學(xué)鍵，故C項正確;并不是所有的雜化軌道中都會有電子，也可以是空軌道，也可以有一對孤電子對(如NH3、H2O的形成）,故D項錯誤。【答案】AD2．【解析】CO2分子中，C原子為sp雜化，SO2分子中的S原子為sp2雜化;CH4分子中C原子為sp3雜化，NH3分子中N原子也為sp3雜化;BeCl2分子中Be原子為sp雜化，BF3分子中B原子為sp2雜化；C2H2分子中C原子為sp雜化,而C2H4分子中C原子為sp2雜化