2018-2019版化學(xué)新導(dǎo)學(xué)筆記蘇教選修三通用版講義：專題4 第一單元 分子構(gòu)型與物質(zhì)的性質(zhì) 第1課時(shí)

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)必貴于專精第一單元分子構(gòu)型與物質(zhì)的性質(zhì)第1課時(shí)雜化軌道理論與分子空間構(gòu)型［學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]知道共價(jià)分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性,能用雜化軌道理論解釋或預(yù)測(cè)某些分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。一、雜化軌道及其理論要點(diǎn)1．試解釋CH4分子為什么具有正四面體的空間構(gòu)型？（1)雜化軌道的形成碳原子的1個(gè)2s軌道上的電子進(jìn)入2p空軌道，1個(gè)2s軌道和3個(gè)2p軌道“混合”起來(lái)，形成能量相同的4個(gè)sp3雜化軌道，可表示為（2）共價(jià)鍵的形成碳原子的4個(gè)sp3雜化軌道分別與四4個(gè)H原子的1s軌道重疊形成4個(gè)相同的σ鍵.（3）CH4分子的空間構(gòu)型甲烷分子中的4個(gè)C-H是等同的,C—H之間的夾角-—鍵角是109.5°，形成正四面體型分子。2．軌道雜化與雜化軌道（1)軌道的雜化：在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道重新組合形成一組新軌道的過(guò)程叫做原子軌道的雜化。（2)雜化軌道：重新組合后的新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡(jiǎn)稱雜化軌道。（3）軌道雜化的過(guò)程：激發(fā)→雜化→軌道重疊。雜化軌道理論要點(diǎn)(1）原子在成鍵時(shí)，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。(2）參與雜化的原子軌道數(shù)等于形成的雜化軌道數(shù)。(3）雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增大.例1下列關(guān)于雜化軌道的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(）A．所有原子軌道都參與雜化形成雜化軌道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．雜化軌道中不一定有一個(gè)電子答案A解析參與雜化的原子軌道,其能量不能相差太大，如1s軌道與2s、2p軌道能量相差太大，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(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確；雜化軌道的電子云一頭大一頭小，成鍵時(shí)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(xiàng)正確；并不是所有的雜化軌道中都會(huì)有電子，也可以是空軌道，也可以有一對(duì)孤電子對(duì)（如NH3、H2O），故D項(xiàng)正確。二、用雜化軌道理論解釋分子的形成及分子中的成鍵情況1．用雜化軌道理論解釋BeCl2、BF3分子的形成(1)BeCl2分子的形成雜化后的2個(gè)sp雜化軌道分別與氯原子的3p軌道發(fā)生重疊,形成2個(gè)σ鍵，構(gòu)成直線形的BeCl2分子.（2)BF3分子的形成2．用雜化軌道理論解釋乙烯、乙炔分子中的成鍵情況(1）乙烯分子中的成鍵情況在乙烯分子中，C原子采取sp2雜化，形成3個(gè)雜化軌道,兩個(gè)碳原子各以1個(gè)雜化軌道互相重疊，形成1個(gè)C-Cσ鍵，另外兩個(gè)雜化軌道分別與氫原子的1s軌道重疊,形成2個(gè)C-Hσ鍵，這樣形成的5個(gè)鍵在同一平面上,此外每個(gè)C原子還剩下1個(gè)未雜化的p軌道，它們發(fā)生重疊，形成一個(gè)π鍵。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：（2)乙炔分子中的成鍵情況在乙炔分子中,碳原子采取sp雜化,形成2個(gè)雜化軌道，兩個(gè)碳原子各以1個(gè)雜化軌道互相重疊，形成1個(gè)C—Cσ鍵，每一個(gè)碳原子又各以1個(gè)sp軌道分別與1個(gè)氫原子形成σ鍵，這樣形成的3個(gè)鍵在同一直線上,此外每個(gè)碳原子還有2個(gè)未雜化的2p軌道，它們發(fā)生重疊,形成兩個(gè)π鍵。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：雜化軌道的類型與分子空間構(gòu)型的關(guān)系雜化類型spsp2sp3參與雜化的原子軌道及數(shù)目ns111np123雜化軌道數(shù)目234雜化軌道間的夾角180°120°109.5°空間構(gòu)型直線形平面三角形正四面體實(shí)例BeCl2、CO2、CS2BCl3、BF3、BBr3CF4、SiCl4、SiH4特別提醒雜化軌道只能形成σ鍵，不能形成π鍵.例2下列分子的空間構(gòu)型可用sp2雜化軌道來(lái)解釋的是()①BF3②CH2=CH2③④CH≡CH⑤NH3⑥CH4A．①②③ B．①⑤⑥C．②③④ D．③⑤⑥答案A解析sp2雜化軌道形成夾角為120°的平面三角形，①BF3為平面三角形且B—F鍵夾角為120°；②C2H4中碳原子以sp2雜化,且未雜化的2p軌道形成π鍵；③同②相似；④乙炔中的碳原子為sp雜化；⑤NH3中的氮原子為sp3雜化；⑥CH4中的碳原子為sp3雜化.例3有關(guān)雜化軌道的說(shuō)法不正確的是（）A．雜化前后的軌道數(shù)不變，但軌道的形狀發(fā)生了改變B．sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角分別為109。5°、120°、180°C．雜化軌道既可形成σ鍵,又可形成π鍵D．已知CO2為直線形分子，其分子結(jié)構(gòu)可以用sp雜化軌道解釋答案C解析雜化前后的軌道數(shù)不變，雜化后，各個(gè)軌道盡可能分散、對(duì)稱分布,導(dǎo)致軌道的形狀發(fā)生了改變，A正確;sp3、sp2、sp雜化軌道其空間構(gòu)型分別是正四面體型、平面三角形、直線形，所以其夾角分別為109。5°、120°、180°，B正確;雜化軌道只能形成σ鍵，C錯(cuò)誤；直線形分子的鍵角為180°，中心原子的雜化方式是sp,D正確。方法規(guī)律-—中心原子雜化類型的判斷方法（1)由分子構(gòu)型判斷雜化類型①直線形——sp雜化②平面形——sp2雜化③四面體型—-sp3雜化(2）由碳原子的飽和程度判斷①飽和碳原子——sp3雜化②雙鍵上的碳原子——sp2雜化③叁鍵上的碳原子——sp雜化

1．s軌道和p軌道雜化的類型不可能有（）A．sp雜化 B．sp2雜化C．sp3雜化 D．sp4雜化答案D解析p軌道只有3個(gè)方向不同的軌道px、py、pz，與1個(gè)s軌道可形成sp雜化如二氧化碳分子中碳原子，sp2雜化如BCl3中硼原子，最多形成sp3雜化如CCl4分子中碳原子，不可能有sp4出現(xiàn)。2．下列有關(guān)sp雜化軌道的敘述正確的是（）A．是由一個(gè)1s軌道和一個(gè)2p軌道線性組合而成B．sp雜化軌道中的兩個(gè)雜化軌道完全相同C．sp雜化軌道可與其他原子軌道形成σ鍵和π鍵D．sp雜化軌道有兩個(gè)，一個(gè)能量升高，另一個(gè)能量降低，但總能量保持不變答案B解析sp雜化軌道是同一原子內(nèi)同一電子層內(nèi)軌道發(fā)生的雜化，A項(xiàng)錯(cuò)誤；不同類型能量相近的原子軌道混合起來(lái)，重新組合成一組新的軌道，所形成兩個(gè)能量等同的sp雜化軌道，B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；雜化軌道用于形成σ鍵，未雜化的軌道形成π鍵，不是雜化軌道形成π鍵，C項(xiàng)錯(cuò)誤。3．在乙炔分子中有3個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵，它們分別是()A．sp雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2個(gè)2p軌道形成2個(gè)π鍵，且互相垂直B．sp雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2個(gè)2p軌道形成2個(gè)π鍵，且互相平行C．C—H之間是sp雜化軌道形成的σ鍵，C—C之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵D．C—C之間是sp雜化軌道形成的σ鍵，C-H之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵答案A解析碳原子形成乙炔時(shí)，一個(gè)2s軌道和一個(gè)2p軌道雜化成兩個(gè)sp軌道，另外的兩個(gè)2p軌道保持不變，其中一個(gè)sp軌道與氫原子的1s軌道頭碰頭重疊形成C—Hσ鍵，另一個(gè)sp軌道則與另一個(gè)碳原子的sp軌道頭碰頭重疊形成C—Cσ鍵,碳原子剩下的兩個(gè)p軌道則肩并肩重疊形成兩個(gè)C—Cπ鍵，且這兩個(gè)π鍵相互垂直。4．在分子中,羰基碳原子與甲基碳原子成鍵時(shí)所采取的雜化方式分別為()A．sp2雜化;sp2雜化 B．sp3雜化；sp3雜化C．sp2雜化；sp3雜化 D．sp雜化;sp3雜化答案C解析羰基上的碳原子共形成3個(gè)σ鍵，為sp2雜化；兩側(cè)甲基中的碳原子共形成4個(gè)σ鍵，為sp3雜化.5．石墨烯（圖甲)是一種由單層碳原子構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)新型材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯（圖乙）。（1)圖甲中，1號(hào)C與相鄰C形成σ鍵的個(gè)數(shù)為_(kāi)_______.(2）圖乙中，1號(hào)C的雜化方式是________,該C與相鄰C形成的鍵角________(填“＞”“＜”或“＝”）圖甲中1號(hào)C與相鄰C形成的鍵角。答案(1）3(2)sp3＜解析（1)圖甲中，1號(hào)C與相鄰的3個(gè)C形成1個(gè)碳碳雙鍵和2個(gè)碳碳單鍵，即形成3個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵。(2)圖乙中，1號(hào)C除與3個(gè)C形成化學(xué)鍵外，還與羥基氧原子形成化學(xué)鍵,故該C采取sp3雜化。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]題組一原子軌道雜化與雜化軌道1．（2018·石室佳興外國(guó)語(yǔ)學(xué)校月考）有關(guān)乙炔分子中的化學(xué)鍵描述不正確的是（)A．兩個(gè)碳原子采用sp雜化方式B．兩個(gè)碳原子采用sp2雜化方式C．每個(gè)碳原子都有兩個(gè)未雜化的2p軌道形成π鍵D．兩個(gè)碳原子形成兩個(gè)π鍵答案B解析乙炔中每個(gè)碳原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)是2且不含孤電子對(duì)，所以碳原子采用sp雜化，A正確，B錯(cuò)誤；每個(gè)碳原子中兩個(gè)未雜化的2p軌道肩并肩重疊形成π鍵，C正確；兩個(gè)碳原子之間形成1個(gè)σ鍵2個(gè)π鍵，D正確。2．下列有關(guān)雜化軌道的說(shuō)法不正確的是（）A．原子中能量相近的某些軌道，在成鍵時(shí)，能重新組合成能量相等的新軌道B．軌道數(shù)目雜化前后可以相等，也可以不等C．雜化軌道成鍵時(shí)，要滿足原子軌道最大重疊原理、能量最低原理D．CH4分子中任意兩個(gè)C—H鍵的夾角為109。5°答案B解析原子軌道形成雜化軌道前后，軌道數(shù)目不變化，用于形成雜化軌道的原子軌道的能量相近，并滿足最大重疊程度，故選B。3．下列關(guān)于雜化軌道的敘述正確的是（)A．雜化軌道可用于形成σ鍵,也可用于形成π鍵B．sp3雜化軌道是由同一原子中能量相近的s和p軌道混合形成的一組新軌道C．NH3中N原子的sp3雜化軌道是由N原子的3個(gè)p軌道與H原子的s軌道雜化而成的D．在乙烯分子中1個(gè)碳原子的3個(gè)sp2雜化軌道與3個(gè)氫原子的s軌道重疊形成3個(gè)C—Hσ鍵答案B解析雜化軌道只用于形成σ鍵,或用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì),不能用來(lái)形成π鍵，A錯(cuò)誤；sp3雜化軌道是由同一個(gè)原子中能量相近的s軌道和p軌道通過(guò)雜化混合起來(lái)形成的一組能量相同的新軌道，B正確;NH3中N原子的sp3雜化軌道是由N原子的1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道雜化而成的，C錯(cuò)誤；在乙烯分子中，1個(gè)碳原子的3個(gè)sp2雜化軌道中的2個(gè)sp2雜化軌道與2個(gè)氫原子的s軌道重疊形成2個(gè)C—Hσ鍵，剩下的1個(gè)sp2雜化軌道與另一個(gè)碳原子的sp2雜化軌道重疊形成1個(gè)C—Cσ鍵，D錯(cuò)誤。題組二雜化軌道類型及其判斷4．已知SO3分子結(jié)構(gòu)呈平面三角形，則分子中S原子的雜化方式為()A．spB．sp2C．sp3D．無(wú)法判斷答案B解析在SO3中與S原子相連的原子數(shù)為3且呈平面三角形,類似于BF3。所以根據(jù)雜化軌道理論可推知中心原子S的雜化方式為sp2雜化。5．甲烷中的碳原子是sp3雜化，下列用＊表示碳原子的雜化和甲烷中的碳原子雜化狀態(tài)一致的是（)A．CH≡eq\o(C,\s\up6（*）)CH3 B.eq\o(C，\s\up6(*）)H2=CHCH3C．CH2=eq\o(C，\s\up6(*)）HCH3 D．CH2=CHeq\o（C,\s\up6(＊））H3答案D解析D項(xiàng)中用*表示碳原子形成了四個(gè)碳碳單鍵,與甲烷類似，其雜化類型為sp3雜化。6．下列分子所含原子中，既有sp3雜化，又有sp2雜化的是（)A．乙醛[]B．丙烯腈［］C．甲醛[］D．丙炔［］答案A解析乙醛中甲基的碳原子采取sp3雜化,醛基中碳原子采取sp2雜化；丙烯腈中碳碳雙鍵的兩個(gè)碳原子采取sp2雜化，另一個(gè)碳原子采取sp雜化；甲醛中碳原子采取sp2雜化；丙炔中甲基碳原子采取sp3雜化，碳碳叁鍵中兩個(gè)碳原子采取sp雜化。7．BF3是典型的平面三角形分子，它溶于氫氟酸或NaF溶液中都形成正四面體型的BFeq\o\al(－,4)離子,則BF3和BFeq\o\al(－,4）中B原子的雜化軌道類型分別是（）A．sp2、sp2 B．sp3、sp3C．sp2、sp3 D．sp、sp2答案C解析根據(jù)粒子的空間構(gòu)型可知BF3中B原子為sp2雜化，BFeq\o\al（－,4）中B原子為sp3雜化.題組三雜化軌道理論的應(yīng)用8．形成下列分子時(shí)，中心原子采用sp3雜化軌道和另一個(gè)原子的p軌道成鍵的是（)①PF3②CF4③NH3④H2OA．①②B．②③C．③④D．①④答案A解析PF3、CF4、NH3、H2O分子中P原子、C原子、N原子、O原子都采取sp3雜化,NH3和H2O分子中H原子以1s軌道與N或O原子形成σ鍵，PF3和CF4分子中F原子以2p軌道分別與P和C原子形成σ鍵。9．下列分子中的中心原子的雜化方式為sp雜化,分子的空間構(gòu)型為直線形，且分子中沒(méi)有形成π鍵的是（）A．CH≡CH B．CO2C．BeCl2 D．BBr3答案C解析CH≡CH和CO2中的C原子均采取sp雜化，且都含有π鍵；BeCl2分子中Be采取sp雜化，沒(méi)形成π鍵;BBr3中B原子采取sp2雜化,且沒(méi)有π鍵。10．下列關(guān)于丙烯（CH3—CH=CH2)的說(shuō)法正確的是（）A．丙烯分子有8個(gè)σ鍵，1個(gè)π鍵B．丙烯分子中3個(gè)碳原子都是sp3雜化C．丙烯分子不存在非極性鍵D．丙烯分子中所有原子都共平面答案A解析C-C、C—H鍵均為σ鍵，C=C中有一個(gè)σ鍵,一個(gè)π鍵，則丙烯分子有8個(gè)σ鍵，1個(gè)π鍵，A正確;甲基中的C原子為sp3雜化，C=C中的C原子為sp2雜化，則丙烯分子中1個(gè)碳原子是sp3雜化，2個(gè)碳原子是sp2雜化，B錯(cuò)誤；同種元素之間形成非極性鍵，則丙烯中存在C－C非極性共價(jià)鍵,C錯(cuò)誤；由甲基為四面體結(jié)構(gòu)可知,丙烯分子中所有原子不可能共平面，故D錯(cuò)誤。11．(2017·石室佳興外國(guó)語(yǔ)學(xué)校月考)有關(guān)苯分子中的化學(xué)鍵描述正確的是()A．每個(gè)碳原子的sp2雜化軌道中的其中一個(gè)形成大π鍵B．每個(gè)碳原子的未參加雜化的2p軌道形成大π鍵C．碳原子的三個(gè)sp2雜化軌道只形成2個(gè)σ鍵D．碳原子的未參加雜化的2p軌道形成σ鍵答案B解析苯分子中，每個(gè)碳原子中的三個(gè)sp2雜化軌道分別與兩個(gè)碳原子和一個(gè)氫原子形成3個(gè)σ鍵,同時(shí)每個(gè)碳原子還有一個(gè)未參加雜化的2p軌道，它們均有一個(gè)未成對(duì)電子，這些2p軌道相互平行，以“肩并肩"方式相互重疊，形成一個(gè)多電子的大π鍵。12．氮的最高價(jià)氧化物為無(wú)色晶體，它由NOeq\o\al(－,3）和NOeq\o\al(＋，2)構(gòu)成,已知其陰離子構(gòu)型為平面三角形，陽(yáng)離子中氮的雜化方式為sp雜化，則其陽(yáng)離子的構(gòu)型和陰離子中氮的雜化方式為（）A．直線形sp2雜化B．V形sp雜化C.平面三角形sp2雜化D．平面三角形sp3雜化答案A解析NOeq\o\al(－，3)構(gòu)型為平面三角形，其中氮原子的雜化類型為sp2雜化；NOeq\o\al(＋,2)中氮的雜化方式為sp雜化，構(gòu)型為直線形.[綜合強(qiáng)化］13．如圖是甲醛分子的模型，根據(jù)該圖和所學(xué)化學(xué)知識(shí)回答下列問(wèn)題：(1)甲醛分子中碳原子的雜化方式是__________,作出該判斷的主要理由是_______________________________________________________________。（2）下列是對(duì)甲醛分子中碳氧鍵的判斷,其中正確的是________（填序號(hào)）。①單鍵②雙鍵③σ鍵④π鍵⑤σ鍵和π鍵（3）甲醛分子中C—H鍵與C-H鍵間的夾角________（填“＝”“>”或“<”）120°，出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是________________________________________________________.答案（1)sp2甲醛分子的空間構(gòu)型為平面三角形(2)②⑤（3）<碳氧雙鍵中存在π鍵，它對(duì)C-H鍵的排斥作用較強(qiáng)解析（1)原子的雜化軌道類型不同，分子的空間構(gòu)型也不同。由圖可知，甲醛分子為平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采用sp2雜化。(2)醛類分子中都含有C=O鍵，所以甲醛分子中的碳氧鍵是雙鍵.一般來(lái)說(shuō)，雙鍵是σ鍵和π鍵的組合。(3)由于碳氧雙鍵中存在π鍵,它對(duì)C—H鍵的排斥作用較強(qiáng)，所以甲醛分子中C—H鍵與C-H鍵間的夾角小于120°.14．2001年是偉大的化學(xué)家、1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、著名的化學(xué)結(jié)構(gòu)大師、20世紀(jì)的科學(xué)怪杰鮑林(L。Pauling）教授的誕辰100周年。1994年這位老人謝世后，人們打開(kāi)他的辦公室，發(fā)現(xiàn)里面有一塊黑板，畫(huà)得滿滿的，其中一個(gè)結(jié)構(gòu)式如圖所示。老人為什么畫(huà)這個(gè)結(jié)構(gòu)式？它能合成嗎?它有什么性質(zhì)？不得而知。這是鮑林留給世人的一個(gè)謎,也許這是永遠(yuǎn)無(wú)法解開(kāi)的謎，也許有朝一日你就能解開(kāi)它。不管結(jié)果如何，讓我們先對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)作一番了解。（1)它的分子式是_______________________________________________________。（2)它是否帶有電荷？________（填“是"或“否”)。(3)該分子中sp雜化的氮原子有________個(gè)；sp2雜化的氮原子有________個(gè);sp3雜化的氮原子有________個(gè)。(4)為什么人們推測(cè)它是炸藥？___________________