高中化学人教版步步高选修3第二章分子结构与性质第二章 第二节 第2课时Word格式文档下载.docx

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③sp2杂化后,未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键,如乙烯分子中的C===C键的形成。

（3）sp3杂化——CH4分子的形成

①CH4分子的立体构型

②sp3杂化：

sp3杂化轨道是由一个ns轨道和三个np轨道杂化而得。

sp3杂化轨道的夹角为109°

28′,呈空间正四面体形（如CH4、CF4、CCl4）。

归纳总结

杂化类型与分子的立体构型

中心原子（A）的杂化类型

参与杂化的轨道

生成杂化轨道数

成键电子对数

A原子的孤电子对数

分子的

立体构型

实例

分子式

结构式

sp

1个s

1个p

2

直线形

BeCl2

Cl—Be—Cl

sp2

2个p

3

平面三

角形

BF3

sp3

3个p

4

正四面

体形

CH4

1

三角

锥形

NH3

V形

H2O

1．有关杂化轨道的说法不正确的是（　　）

A．杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变

B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°

28′、120°

、180°

C．四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释

D．杂化轨道全部参与形成化学键

答案　D

解析　杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对。

2．下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是（　　）

①BF3　②CH2===CH2　③

　④CH≡CH⑤NH3　⑥CH4

A．①②③B．①⑤⑥

C．②③④D．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键夹角为120°

;

②C2H4中碳原子以sp2杂化,且未杂化的2p轨道形成π键;

③同②相似;

④乙炔中的碳原子为sp杂化;

⑤NH3中的氮原子为sp3杂化;

⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。

二、杂化类型及分子构型的判断

1．杂化类型的判断方法

杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系：

杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数,再由杂化轨道数判断杂化类型。

2．杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型

VSEPR模型和杂化轨道的立体构型是一致的,略去VSEPR模型中的孤电子对,就是分子（或离子）的立体构型。

　代表物

项目

CO2

CH2O

SO2

价层电子对数

杂化轨道数

杂化类型

杂化轨道

平面

三角形

正四

面体形

四面

VSEPR模型

分子构型

杂化类型的判断方法

（1）利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路：

价层电子对

杂化轨道构型。

（2）根据杂化轨道之间的夹角判断：

若杂化轨道之间的夹角为109°

28′,则中心原子发生sp3杂化;

若杂化轨道之间的夹角为120°

则中心原子发生sp2杂化;

若杂化轨道之间的夹角为180°

则中心原子发生sp杂化。

（3）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。

3．计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数,判断中心原子的杂化轨道类型,写出VSEPR模型名称。

（1）CS2__________、__________、__________。

（2）NH

__________、__________、__________。

（3）H2O__________、__________、__________。

（4）PCl3__________、__________、__________。

（5）BCl3__________、__________、__________。

答案　

（1）2　sp　直线形　

（2）4　sp3　正四面体形　（3）4　sp3　四面体形　（4）4　sp3　四面体形　（5）3　sp2　平面三角形

4．碳原子有4个价电子,在有机化合物中价电子均参与成键,但杂化方式不一定相同。

在乙烷、乙烯、乙炔、苯、甲醛分子中,碳原子采取sp杂化的分子是（写结构简式,下同）________________,采取sp2杂化的分子是________________________________________,采取sp3杂化的分子是________。

答案　CH≡CH　CH2===CH2、

、HCHO　CH3CH3

解析　采取sp杂化的分子呈直线形,采取sp2杂化的呈平面形,采取sp3杂化的呈四面体形。

杂化轨道类型

典型分子

SO3

平面三角形

三角锥形

正四面体形

1．下列关于原子轨道的说法正确的是（　　）

A．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体构型都是正四面体

B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的

C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相近的新轨道

D．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

答案　C

解析　中心原子采取sp3杂化,轨道形状是正四面体,但如果中心原子还有孤电子对,分子的立体构型则不是正四面体;

CH4分子中的sp3杂化轨道是C原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的;

AB3型的共价化合物,A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。

2．能正确表示CH4中碳原子的成键方式的示意图为（　　）

解析　碳原子的2s轨道与2p轨道形成4个等性的杂化轨道,因此碳原子4个价电子分占在4个sp3杂化轨道上,且自旋状态相同。

3．原子轨道的杂化不但出现在分子中,原子团中同样存在原子轨道的杂化。

在SO

中S原子的杂化方式为（　　）

A．spB．sp2

C．sp3D．无法判断

解析　在SO

中S原子的孤电子对数为0,与其相连的原子数为4,所以根据杂化轨道理论可推知中心原子S的杂化方式为sp3杂化,立体构型为正四面体形,类似于CH4。

4．在SO2分子中,分子的立体构型为V形,S原子采用sp2杂化,那么SO2的键角（　　）

A．等于120°

B．大于120°

C．小于120°

D．等于180°

解析　由于SO2分子的VSEPR模型为平面三角形,从理论上讲其键角应为120°

但是由于SO2分子中的S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°

。

5．在

分子中,羰基碳原子与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为（　　）

A．sp2杂化;

sp2杂化

B．sp3杂化;

sp3杂化

C．sp2杂化;

D．sp杂化;

解析　羰基上的碳原子共形成3个σ键,为sp2杂化,两侧甲基中的碳原子共形成4个σ键,为sp3杂化。

6．ClO－、ClO

、ClO

中,中心原子Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键,则ClO－的立体构型是____________;

ClO

的立体构型是________;

的立体构型是____________;

的立体构型是______________。

答案　直线形　V形　三角锥形　正四面体形

解析　ClO－的组成决定其立体构型为直线形。

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立体构型依次类似于H2O、NH3、CH4（或NH

）。

[基础过关]

题组一　原子轨道杂化与杂化轨道

1．下列关于价层电子对互斥理论及杂化轨道理论的叙述不正确的是（　　）

A．价层电子对互斥理论将分子分成两类：

中心原子有孤电子对的和无孤电子对的

B．价层电子对互斥理论既适用于单质分子,也适用于化合物分子

C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道通过杂化形成的一组能量相近的新轨道

D．AB2型共价化合物的中心原子A采取的杂化方式可能不同

答案　B

解析　在VSEPR理论中,将分子分成了含孤电子对与不含孤电子对两种情况,显然分子的VSEPR模型与立体构型可能相同（不含孤电子对的情况下）,也可能不同（含孤电子对的情况下）,A项正确;

VSEPR模型的研究对象仅限于化合物分子,不适用单质分子,B项错误;

C项明显正确;

AB2型共价化合物由于其中心原子具有的孤电子对数和σ键电子对数可能不同,则其采取的杂化方式也可能不同,D项正确。

2．下列关于杂化轨道的叙述正确的是（　　）

A．杂化轨道可用于形成σ键,也可用于形成π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N原子的3个p轨道与H原子的1个s轨道杂化而成的

D．在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—Hσ键

解析　杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对,不能用来形成π键,故B正确,A不正确;

NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的,C不正确;

在乙烯分子中,1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的s轨道重叠形成2个C—Hσ键,剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个C—Cσ键,D不正确。

题组二　杂化轨道类型及其判断

3．BF3是典型的平面三角形分子,它溶于氢氟酸或NaF溶液中都形成BF

则BF3和BF

中B的原子的杂化轨道类型分别是（　　）

A．sp2、sp2B．sp3、sp3

C．sp2、sp3D．sp、sp2

解析　BF3中B原子的价层电子对数为3,所以为sp2杂化,BF

中B原子的价层电子对数为4,所以为sp3杂化。

4．在BrCH===CHBr分子中,C—Br键采用的成键轨道是（　　）

A．sppB．sp2s

C．sp2pD．sp3p

解析　分子中的两个碳原子都是采取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。

5．下列分子所含原子中,既有sp3杂化,又有sp2杂化的是（　　）

A．乙醛

B．丙烯腈

C．甲醛

D．丙炔

解析　乙醛中甲基的碳原子采取sp3杂化,醛基中碳原子采取sp2杂化;

丙烯腈中碳碳双键的两个碳原子采取sp2杂化,另一个碳原子采取sp杂化;

甲醛中碳原子采取sp2杂化;

丙炔中甲基碳原子采取sp3杂化,碳碳三键中两个碳原子采取sp杂化。

题组三　杂化轨道类型与分子构型

6．下列对于NH3和CO2的说法中正确的是（　　）

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．N原子和C原子上都没有孤电子对

解析　NH3和CO2分子的中心原子分别采取sp3杂化和sp杂化的方式成键,但NH3分子的N原子上有1对孤电子对来参与成键,根据杂化轨道理论,NH3的分子构型应为三角锥形,CO2的分子构型为直线形。

7．下列推断正确的是（　　）

A．BF3为三角锥形分子

B．NH

的电子式为

离子呈平面正方形结构

C．CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的spσ键

D．甲醛分子为平面三角形,有一个π键垂直于三角形平面

解析　BF3为平面三角形,NH

为正四面体形,CH4分子中碳原子的2s轨道与2p轨道形成4个sp3杂化轨道,然后与氢原子的1s轨道重叠,形成4个ssp3σ键;

甲醛分子为平面三角形,为sp2杂化,还有一个未参与杂化的p轨道与O原子形成π键,该π键垂直于杂化轨道的平面。

8．甲烷分子（CH4）失去一个H＋,形成甲基阴离子（CH

）,在这个过程中,下列描述不合理的是（　　）

A．碳原子的杂化类型发生了改变

B．微粒的形状发生了改变

C．微粒的稳定性发生了改变

D．微粒中的键角发生了改变

解析　CH4为正四体结构,而CH

为三角锥形结构,形状、键角、稳定性均发生改变,但杂化类型不变,仍是sp3杂化。

9．NH3分子立体构型是三角锥形,而CH4是正四面体形,这是因为（　　）

A．两种分子的中心原子杂化轨道类型不同,NH3为sp2杂化,而CH4是sp3杂化

B．NH3分子中N原子形成3个杂化轨道,CH4分子中C原子形成4个杂化轨道

C．NH3分子中有一对未成键的孤电子对,它对成键电子的排斥作用较强

D．NH3分子中有3个σ键,而CH4分子中有4个σ键

解析　NH3和CH4的中心原子均是sp3杂化,但NH3分子中有一对孤电子对,CH4分子中没有孤电子对,由于孤电子对与成键电子对之间的排斥作用>

成键电子对与成键电子对之间的排斥作用,NH3分子进一步被“压缩”成三角锥形,甲烷则呈正四面体形。

[能力提升]

10．如图是甲醛分子的模型,根据该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杂化　甲醛分子的立体构型为平面三角形

（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,分子的立体构型也不同。

由图可知,甲醛分子为平面三角形,所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。

（2）醛类分子中都含有C===O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键间的夹角小于120°

11．石墨烯（图甲）是一种由单层碳原子构成的平面结构新型材料,石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯（图乙）。

（1）图甲中,1号C与相邻C形成σ键的个数为________。

（2）图乙中,1号C的杂化方式是________,该C与相邻C形成的键角________（填“＞”“＜”或“＝”）图甲中1号C与相邻C形成的键角。

答案　

（1）3　

（2）sp3　＜

解析　

（1）图甲中,1号C与相邻的3个C形成1个碳碳双键和2个碳碳单键,即形成3个σ键和1个π键。

（2）图乙中,1号C除与3个C形成化学键外,还与羟基氧原子形成化学键,故该C采取sp3杂化。

12．

（1）SCN－、NO

具有相同的原子个数,它们的价电子总数都是16,因此它们的结构与由第二周期两元素组成的________分子的结构相同,微粒呈________形,中心原子都采取________杂化。

（2）CO

、NO

等微粒具有相同的原子个数,它们的价电子总数都是________,因此它们与由ⅥA族两元素组成的________分子的结构相同,呈________形,中心原子都采取________杂化。

答案　

（1）CO2　直线　sp　

（2）24　SO3　平面三角　sp2

解析　

（1）SCN－、NO

与CO2互为等电子体。

由于CO2中C原子采取sp杂化,形成直线形分子,所以SCN－、NO

的中心原子都采取sp杂化。

与SO3互为等电子体,SO3中S采取sp2杂化,形成平面三角形分子。

13．磷与氯气在一定条件下反应,可以生成PCl3、PCl5。

（1）写出磷原子的电子排布式：

________________________________________________。

（2）PCl3分子中磷原子采用的杂化方式是__________,分子的立体构型为________________。

（3）磷原子在形成PCl5分子时,除最外层s、p轨道参与杂化外,其3d轨道也有1个参加了杂化,称为sp3d杂化。

成键电子对数与孤电子对数总和为5的原子常采用sp3d杂化。

PCl5分子中5个杂化轨道分别与氯原子配对成键,PCl5的立体构型为三角双锥形（如图所示）。

下列关于PCl5分子的说法正确的有________。

A．PCl5分子中磷原子没有孤对电子

B．PCl5分子中没有形成π键

C．PCl5分子中所有的Cl—P—Cl键角都相等

D．SF4分子中S原子也采用sp3d杂化

（4）N、P是同一族元素,P能形成PCl3、PCl5两种氯化物,而N只能形成一种氯化物NCl3,而不能形成NCl5,原因是___________________________________________________。

答案　

（1）1s22s22p63s23p3　

（2）sp3杂化　三角锥形

（3）ABD　（4）N原子最外层无d轨道,不能发生sp3d杂化,故无NCl5

14．

（1）F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2,OF2分子构型为________,其中氧原子的杂化方式为__________。

（2）V2O5常用作SO2转化为SO3的催化剂。

SO2分子中S原子价层电子对数是________对,分子的立体构型为________;

SO3气态为单分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为________;

SO3的三聚体环状结构如图所示,该结构中S原子的杂化轨道类型为________;

该结构中S—O键长有两类,一类键长约140pm,另一类键长约160pm,较短的键为________（填图中字母）,该分子中含有________个σ键。

答案　

（1）V形　sp3　

（2）3　V形　sp2杂化　sp3杂化　a　12

解析　

（1）OF2分子中O与2个F原子形成2个σ键,O原子还有2对孤电子对,所以O原子的杂化方式为sp3,空间构型为V形。

（2）SO2分子中硫原子价电子排布式为3s23p4,价层电子对数是3对,分子的立体构型为V形;

SO3气态为单分子,该分子中硫原子的杂化轨道类型为sp2杂化;

SO3的三聚体环状结构如图所示,该结构中硫原子形成4个键,该结构中硫原子的杂化轨道类型为sp3杂化;

该结构中S—O键长有两类,一类如图中a所示,含有双键的成分键能大,键长较短,另一类为配位键,为单键,键能较小;

由题给结构分析该分子中含有12个σ键。