学年人教版选修3 第2章第2节 分子的立体构型第2课时 学案 1.docx
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学年人教版选修3第2章第2节分子的立体构型第2课时学案1
第2节分子的立体构型
第2课时 杂化轨道理论 配合物理论
基础题组
1.下列有关sp2杂化轨道的说明错误的是( )
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 同一能层上s轨道与p轨道的能量差异不是很大,相互杂化的轨道的能量差异也不能过大,A项正确;同种类型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2个p轨道杂化而成的,C项正确;sp2杂化轨道最多可形成3个σ键,D项错误。
答案 D
2.下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是( )
A.杂化轨道全部参与形成化学键
B.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
C.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°
D.部分四面体形、三角锥形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
解析 杂化轨道可以部分参与形成化学键,例如NH3中N发生了sp3杂化,形成了4个sp3杂化轨道,但是只有3个参与形成化学键,A项错误;杂化前后的轨道数不变,杂化后各个轨道尽可能分散、对称分布,导致轨道的形状发生了改变,B项正确;sp3、sp2、sp杂化轨道的空间构型分别是正四面体形、平面三角形、直线形,所以其夹角分别为109°28′、120°、180°,C项正确;部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释,如甲烷分子、氨气分子、水分子,D项正确。
答案 A
3.下列有关二氯化锡(SnCl2)分子的说法正确的是( )
A.有一个σ键、一个π键
B.是直线形分子
C.中心原子Sn是sp2杂化
D.键角等于120°
解析 氯原子只能形成单键,而单键只能是σ键,A项错误;由于中心原子Sn形成了两个σ键、还有一对孤电子对,故它是sp2杂化,SnCl2为V形结构,受孤电子对的影响,键角小于120°,B、D项错误,C项正确。
答案 C
4.白磷是一种能自燃的单质,其分子的球棍模型如图所示:
,下列叙述错误的是( )
A.每个磷原子形成3个σ键,磷原子为sp2杂化
B.每个磷原子的价层电子对数为4,磷原子均为sp3杂化
C.1mol白磷中共含6mol非极性键
D.白磷的分子构型为正四面体形
解析 由白磷分子的球棍模型图可知,每个磷原子均形成了3个σ键,另外每个磷原子还有一对孤电子对,故价层电子对数为4,磷原子为sp3杂化,A项错误,B项正确;由图可知C、D项正确。
答案 A
5.化合物A是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式如图所示(
),下列说法正确的是( )
A.碳、氮原子的杂化类型相同
B.氮原子与碳原子分别为sp3杂化与sp2杂化
C.1molA分子中所含σ键的数目为10NA
D.编号为a的氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内
解析 A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键,氮原子有一对孤电子对而碳原子没有,故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化,A项错误,B项正确;A分子中有一个碳氧双键,故有12对共用电子对、11个σ键,C项错误;由于氮原子为sp3杂化,故相应的四个原子形成的是三角锥形结构,不可能共平面,D项错误。
答案 B
6.下列分子或离子中,能提供孤对电子与某些金属离子形成配位键的是( )
①H2O ②NH3 ③F- ④CN- ⑤CO
A.①②B.①②③
C.①②④D.①②③④⑤
解析 这几种微粒的电子式分别为:
,由此可见,这几种微粒都能提供孤对电子与某些金属离子形成配位键,故选D。
答案 D
7.某溶液显红色,则该溶液中含有大量的( )
A.[Cu(NH3)4]2+B.Fe(SCN)3
C.[Al(OH)4]-D.[Ag(NH3)2]OH
解析 [Cu(NH3)4]2+在溶液中呈深蓝色,[Al(OH)4]-、[Ag(NH3)2]OH在溶液中均无色,B项正确。
答案 B
8.关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物的下列说法正确的是( )
A.配位体是Cl-和H2O,配位数是8
B.中心离子是Ti4+,配离子是[TiCl(H2O)5]2+
C.内界和外界中Cl-的数目比是1∶2
D.向1mol该配合物中加入足量AgNO3溶液,可以得到3molAgCl沉淀
解析 配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,配体是Cl-和H2O,配位数是6,A项错误;中心离子是Ti3+,B项错误;配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中内界Cl-的个数为1,外界Cl-的个数为2,内界和外界中Cl-的数目比是1∶2,C项正确;加入足量AgNO3溶液,外界Cl-与Ag+反应,内界Cl-不与Ag+反应,故只能生成2molAgCl沉淀,D项错误。
答案 C
9.有机物中碳原子的杂化类型是有规律的:
当碳原子全部形成单键时,其为 杂化;当其形成的键中有一个双键时,其为 杂化;当其形成的键中有一个三键时,其为 杂化。
苯分子中碳原子的杂化类型为 ,CH3CH===CH2分子中,中间的碳原子的杂化类型为 ,该分子中有 个σ键与 个π键。
解析 当碳原子全部以单键的形式与其他原子成键时,形成了4个σ键,故此时为sp3杂化;当形成一个双键时,碳原子形成了3个σ键、没有孤电子对,故价层电子对数为3,此时为sp2杂化;当形成一个三键时,价层电子对数为2,杂化轨道类型为sp。
答案 sp3 sp2 sp sp2 sp2 8 1
10.配位化合物在生产生活中有重要应用,请根据要求回答下列问题:
(1)光谱证实单质铝与强碱性溶液反应有[Al(OH)4]-生成,则[Al(OH)4]-中存在 (填序号)。
a.共价键 b.非极性键 c.配位键
d.σ键e.π键
(2)Co(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物,已知Co3+的配位数是6,为确定钴的配合物的结构,现对两种配合物进行了如下实验:
在第一种配合物的溶液中加BaCl2溶液时,产生白色沉淀,在第二种配合物的溶液中加BaCl2溶液时,则无明显现象。
则第一种配合物的结构可表示为 ,第二种配合物的结构可表示为 。
若在第二种配合物的溶液中滴加AgNO3溶液,则产生的现象是 。
(提示:
TiCl(H2O)5Cl2这种配合物的结构可表示为[TiCl(H2O)5]Cl2。
)
解析 光谱证实单质Al与强碱性溶液反应有[Al(OH)4]-生成,可看作铝原子和三个羟基形成三对共用电子对,形成三个极性共价键,形成Al(OH)3,Al(OH)3溶解在强碱性溶液中,和OH-结合形成[Al(OH)4]-,利用的是铝原子的空轨道和OH-的孤对电子形成的配位键;由两个原子轨道“头碰头”相互重叠而形成的共价键,叫σ键,所以[Al(OH)4]-中也形成了σ键。
(2)由[CoBr(NH3)5]SO4的结构可知,硫酸根离子为配合物的外界,在水溶液中以离子形式存在,所以会与钡离子结合生成白色沉淀,若加入BaCl2溶液时无明显现象,说明硫酸根离子在内界,所以配合物的结构为[Co(SO4)(NH3)5]Br;溴离子为配合物的外界,在水溶液中以离子的形式存在,若加入AgNO3溶液,会产生淡黄色沉淀溴化银。
答案
(1)acd
(2)[CoBr(NH3)5]SO4 [Co(SO4)(NH3)5]Br 生成淡黄色沉淀
能力提升
11.氯吡苯脲是一种常用的膨大剂,其结构简式为
,它是经国家批准使用的植物生长调节剂。
(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为 。
(2)氯吡苯脲晶体中,氮原子的杂化轨道类型为 ,羰基碳原子的杂化轨道类型为 。
(3)查文献可知,可用2氯4氨基吡啶与异氰酸苯酯反应,生成氯吡苯脲
,反应过程中,每生成1mol氯吡苯脲,断裂 个σ键,断裂 个π键。
(4)膨大剂能在动物体内代谢,其产物较为复杂,其中有H2O、NH3、CO2等。
①请用共价键知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因:
___________________________________________________________。
②H2O、NH3、CO2分子的空间构型分别是__________________________,
中心原子的杂化类型分别是_____________________________________。
解析 根据构造原理可知,氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,所以未成对电子数为1。
(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知,有2个氮原子均形成3个单键,孤电子对数为1,属于sp3杂化;剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键,孤电子对数为1,是sp2杂化;羰基碳原子形成2个单键和1个双键,为sp2杂化。
(3)由于σ键比π键更稳定,根据反应方程式可以看出,断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N===C键中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H键。
(4)①O、N属于同周期元素,O的原子半径小于N,H—O键的键能大于H—N键的键能,所以H2O分子比NH3分子稳定。
②H2O分子中O原子的价层电子对数=2+
=4,孤电子对数为2,所以为V形结构,O原子采用sp3杂化;NH3分子中N原子的价层电子对数=3+
=4,孤电子对数为1,所以为三角锥形结构,N原子采用sp3杂化;CO2分子中C原子的价层电子对数=2+
=2,不含孤电子对,所以是直线形结构,C原子采用sp杂化。
答案
(1)1
(2)sp2、sp3 sp2 (3)NA NA
(4)①H—O键的键能大于H—N键的键能 ②V形、三角锥形、直线形 sp3、sp3、sp
12.高考组合题
(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)X、Y、Z、R为前四周期元素且原子序数依次增大。
XY2是红棕色气体;X与氢元素可形成XH3;Z基态原子的M层与K层电子数相等;R2+离子的3d轨道中有9个电子。
XY
的立体构型是 ;R2+的水合离子中,提供孤电子对的原子是 。
(3)SO
的空间构型为 (用文字描述)。
(4)NO
的空间构型是 (用文字描述)。
(5)在BF3分子中:
F—B—F的键角是 ,B原子的杂化轨道类型为 ,BF3和过量NaF作用可生成NaBF4,BF
的立体构型为 。
(6)用价层电子对互斥理论推断,SnBr2分子中Sn—Br键的键角 (填“>”“<”或“=”)120°。
解析
(1)OF2分子中,O原子的价层电子对数为2+
×(6-2)=4,故分子构型为V形,氧原子的杂化方式为sp3。
(2)X、Y、Z、R依次为N、O、Mg、Cu元素。
NO
中氮原子的σ键电子对数为2,孤电子对数为
×(5+1-2×2)=1,所以价层电子对数为2+1=3,VSEPR模型为平面三角形,立体构型为V形。
[Cu(H2O)4]2+中的氧原子提供孤电子对。
(3)和(4)SO
中的S原子和NO
中的N原子的孤电子对数均为0,其空间构型分别为正四面体形和平面三角形。
(5)BF3分子中B原子的杂化方式为sp2,与NaF作用生成NaBF4,BF
中含有1个配位键,立体构型为正四面体形。
(6)SnBr2分子中Sn原子的σ键电子对数为2,孤电子对数为
×(4-2×1)=1,所以其VSEPR模型为平面三角形,略去孤电子对,其立体构型为V形。
由于孤电子对与σ键电子对相互排斥,所以Sn—Br键的键角小于120°。
答案
(1)V形 sp3
(2)V形 氧原子 (3)正四面体形 (4)平面三角形 (5)120° sp2 正四面体形
(6)<
13.高考组合题
(1)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型为 。
(2)醛基中碳原子的杂化轨道类型是 。
(3)化合物
中阳离子的空间构型为 ,阴离子的中心原子轨道采用 杂化。
(4)X的单质与氢气可化合生成气体G,其水溶液pH>7。
G分子中X原子的杂化轨道类型是 。
(5)S单质的常见形式为S8,其环状结构如图所示,S原子采用的轨道杂化方式是 。
(6)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中O原子采用 杂化。
H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大,原因为______________________________
___________________________________________________________。
解析
(1)CH3COOH分子中,—CH3和—COOH上的碳原子的杂化轨道类型分别是sp3和sp2。
(2)
上的碳原子形成3个σ键和1个π键,是sp2杂化。
(3)阳离子是H3O+,呈三角锥形;阴离子是[HO→BF3]-,硼原子形成4个σ键(含1个配位键),采用sp3杂化。
(4)G是NH3分子,N原子采取sp3杂化。
(5)硫原子形成2个S—S键,还有2对孤电子对,杂化方式为sp3。
(6)H2O和H3O+中氧原子均采取sp3杂化,其键角的差异是由于σ键电子对与孤电子对的斥力差异所造成的。
答案
(1)sp3杂化、sp2杂化
(2)sp2杂化 (3)三角锥形 sp3 (4)sp3杂化 (5)sp3杂化 (6)sp3 H3O+中O原子只有1对孤电子对,H2O中O原子有2对孤电子对,前者σ键电子对与孤电子对的排斥力较小,因而键角大
14.高考组合题
(1)配合物[Cr(H2O)6]3+中,与Cr3+形成配位键的原子是 (填元素符号)。
(2)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。
1molNH4BF4含有 mol配位键。
(3)Cu2+的水合离子中,提供孤电子对的原子是 。
将Cu单质的粉末加入NH3的浓溶液中,通入O2,充分反应后溶液呈深蓝色,该反应的离子方程式是
___________________________________________________________。
(4)硼砂是含结晶水的四硼酸钠,其阴离子Xm-(含B、O、H三种元素)的球棍模型如图所示:
在Xm-中,硼原子轨道的杂化类型有 ,配位键存在于 (填原子的数字标号)原子之间;m= (填数字)。
(5)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成[Cu(OH)4]2-。
不考虑空间构型,[Cu(OH)4]2-的结构可用示意图表示为__________________________。
解析
(1)提供孤电子对的是氧原子。
(2)在1molNH4BF4中含有1molN→H和1molB←F键。
(3)将Cu单质的粉末加入NH3的浓溶液,通入氧气,充分反应后溶液呈深蓝色,说明在反应中铜被氧化为铜离子,Cu2+与NH3结合形成配离子,则该反应的离子方程式为2Cu+8NH3·H2O+O2===2[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O。
(4)由硼砂的模型如1、3、5、6均代表氧原子,2、4代表B原子,利用中心原子价电子对数n=σ键数+孤电子对数,如果n=3则为sp2杂化,n=4则为sp3杂化。
由于2号B形成3个σ键且无孤电子对,故2号B原子为sp2杂化,4号B形成4个σ键,则4号B原子为sp3杂化;配位键存在于4号B原子与5号O原子之间。
该阴离子为[H4B4O9]m-,由各元素的化合价可计算离子的电荷数为4+12-18=-2,即m=2。
(5)[Cu(OH)4]2-是Cu2+与4个OH-通过配位键形成的配离子,Cu2+提供空轨道,OH-提供孤电子对。
答案
(1)O
(2)2 (3)O 2Cu+8NH3·H2O+O2===2[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O
(4)sp2、sp3 4、5 2
(5)
或