第2章 专题提升 (2) 大π键与分子(或离子)的空间结构及杂化轨道理论-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 单选）

正禾一本通 一轮总复习 多媒体课件 英语（人教版） 第二章 分子结构与性质 专题提升 (二) 大π键与分子(或离子)的空间结构及杂化轨道理论 课下巩固训练(十一) 大π键与分子(或离子)的空间结构及杂化轨道理论 【目标】 1.认识大π键，能够识别常见物质中大π键的构成形式。2.能够应用价层电子对互斥模型或杂化轨道理论判断分子(或离子)的空间结构。 【能力提升】 1．大π键的概念 在一个具有平面结构的多原子分子中，如果彼此相邻的3个或多个原子中有垂直于分子平面的、对称性一致的、未参与杂化的原子轨道，那么这些轨道可以相互重叠，形成多中心π键。这种不局限在两个原子之间的π键称为离域π键或共轭大π键，简称大π键。 2．大π键的形成条件 (1)所有参与大π键形成的原子都必须在同一平面内，即连接这些原子的中心原子只能采取sp或sp2杂化。 (2)所有参与大π键形成的原子都必须提供一个或两个相互平行或接近平行的p轨道。 (3)根据泡利原理，参与大π键形成的p轨道上的电子数必须小于2倍的p轨道数。 3．大π键的表示符号 ，m表示相互平行的p轨道的数目(即参与形成大π键的原子数)，n表示相互平行的p轨道里的电子数。理论计算证明n<2m时可形成大π键，解题时可作为验证大π键书写正误的方法。 4．大π键中电子数的计算 (1)计算步骤 确定分子中价电子总数→找出分子中的σ键以及不与π键p轨道平行的孤电子对的轨道→用价电子总数减去这些σ键和孤电子对中的电子数，剩余的就是填入大π键的电子数。 (2)实例 ①SO2分子中的大π键：中心原子S的价层电子对为2＋ eq \f(6－2×2,2)＝3，为sp2杂化，有1个孤电子对，硫原子有1个垂直于分子平面的p轨道；SO2的价电子总数为18，每个氧原子有2个容纳孤电子对的轨道不与形成大π键的p轨道平行，则大π键中电子数为18－2×2－2－2×2×2＝4，故SO2分子中的大π键表示为。 ②CO2分子中的大π键：CO2为直线形分子，中心原子C为sp杂化，无孤电子对，另外2个未参与杂化的p轨道与sp杂化轨道的轴呈正交关系，即相互垂直，因而CO2分子有两套相互平行的p轨道；CO2的价电子总数为16，每个氧原子有1个容纳孤电子对的轨道不与形成大π键的p轨道平行，则大π键中电子数为16－2×2－2×2＝8，则每套平行p轨道里有4个电子，故CO2分子中的大π键表示为。 【典例分析】 【典例】 离子液体是一类应用价值很高的绿色溶剂和催化剂，其中的EMIM＋结构如图所示(五元环为平面结构，与苯分子相似)。下列说法正确的是(　　 ) A．分子中碳碳键的键长相等 B．分子中∠HCH均为109°28′ C.所有C原子与N原子的杂化方式相同 D．EMIM＋结构中存在大π键 解析：选D。分子中存在饱和的碳碳键和不饱和的碳碳键，两者键长不相等，A错误；甲基、亚甲基C的杂化方式为sp3，但不存在正四体结构，则分子中不存在∠HCH为109°28′，B错误；由于甲基、亚甲基C为sp3杂化，环上所有原子为sp2杂化，所以并非所有C原子与N原子的杂化方式相同，C错误；五元环为平面结构，其中N和C均为sp2杂化，而中心五元环还要失去一个电子形成阳离子，所以在z方向上5个原子的pz轨道耦合形成离域大π键，为，即EMIM＋结构中存在大π键；D正确。 【对点练】 1.中的大π键应表示为______，其中碳原子的杂化方式为_______________________________________________________________。 解析：(1)中的5个原子参与形成大π键，5个C原子共提供5个p电子，加上得到的1个电子，共有6个电子参与形成大π键，应表示为，其中C原子的杂化方式均为sp2。 答案：(1)　sp2 2．依据VSEPR模型推测COEQ \* jc0 \* "Font:宋体" \* hps21 \o(\s\up 9(2-),3)的空间结构为____________。COEQ \* jc0 \* "Font:宋体" \* hps21 \o(\s\up 9(2-),3)中的大π键应表示为________________。 3．Na3[Co(NO2)6]常用作检验K＋的试剂，配体NOEQ \* jc0 \* "Font:宋体" \* hps21 \o(\s\up 9(－),2)的中心原子的杂化方式为________，空间结构为____________。NOEQ \* jc0 \* "Font:宋体" \* hps21 \o(\s\up 9(－),2)中大π键应表示为________________。 答案：平面三角形　 答案：sp2　V形　 1．下列分子所含碳原子中，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：选A。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。 2．氯仿(CHCl3)在医学上常用作麻醉剂，会因保存不慎而被氧化，产生剧毒物光气COCl2：2CHCl3＋O2―→2HCl＋2COCl2，其中光气的结构式如图所示，下列说法不正确的是(　　 ) A．CHCl3分子为含极性键的正四面体形分子 B．COCl2分子中含有3个σ键、1个π键，中心C原子采取sp2杂化 C．COCl2分子中所有原子的最外层都满足8电子稳定结构 D．使用氯仿前可用AgNO3稀溶液检验氯仿是否变质 解析：选A。CHCl3分子中C为sp3杂化，含3个C—Cl键和1个C—H键，为含极性键的四面体形分子，不是正四面体结构，A错误；氯仿为非电解质，不能电离出氯离子，变质后生成HCl，则使用氯仿前可用AgNO3稀溶液检验氯仿是否变质，若无白色沉淀可知不变质，反之生成白色沉淀时变质，D正确。 3．近日科学家合成了一种新型芳香化合物K72(N6)4(N5)56(N2)72，其结构中含有N eq \o\al(4-,6)(平面正六边形，与苯的结构类似)、N eq \o\al(－,5)(平面正五边形)以及N2。下列说法不正确的是(　　) A．氮的原子结构示意图： B．N2的电子式为 C．N eq \o\al(4-,6)和N eq \o\al(－,5)中N原子杂化方式为sp3 D．N eq \o\al(4-,6)和N eq \o\al(－,5)中含有大π键 解析：选C。N eq \o\al(4-,6)是平面正六边形，与苯的结构类似，N eq \o\al(－,5)是平面正五边形，若N原子杂化方式为sp3，应该是三角锥结构，则N eq \o\al(4-,6)和N eq \o\al(－,5)中N原子杂化方式不是sp3，C错误。 4．如图是我国科学家通过X射线衍射获得的青蒿素的分子结构，根据其结构下列说法正确的是(　　 ) A．其分子式为C15H20O5 B．分子中存在过氧键(—O—O—) C．分子中所有碳原子的杂化方式都一样 D．分子中所有氧原子的杂化方式都一样 解析：选B。由青蒿素的分子结构可知，其分子式为C15H22O5，分子中存在过氧键(—O—O—)，A错误、B正确；青蒿素分子中存在碳氧双键和饱和碳原子，碳氧双键上的碳原子采取sp2杂化，饱和碳原子采取sp3杂化，C错误。 5．(2024·江西庐山高二期中)科学家发现电极界面的路易斯加合物的形成和解离如图所示。下列叙述错误的是(　　 ) A．甲、乙分子中N原子杂化类型不同 B．上述物质所含元素中，氟元素电负性最大 C．基态Li＋的电子云轮廓图为球形 D．BF eq \o\al(－,4)的VSEPR模型和空间结构相同 解析：选A。甲、乙中N均为sp2杂化，杂化方式相同，A符合题意。 6．(2024·山东潍坊高二检测)As2O3(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示)，溶于盐酸生成AsCl3，AsCl3用LiAlH4还原生成AsH3，下列说法正确的是(　　 ) A．As2O3分子中As原子的杂化方式为sp3 B．LiAlH4为共价化合物 C．AsCl3空间结构为平面三角形 D．AsH3分子键角大于109°28′ 解析：选A。As2O3分子中每个As 原子形成3个As—O共价键，As原子上还有1个孤电子对，As原子的杂化轨道数目为4，所以As原子的杂化方式为sp3杂化，A正确；LiAlH4为离子化合物，阳离子是 Li＋，阴离子为AlH eq \o\al(－,4)，B错误；AsCl3中有3个 σ 键，孤电子对数为 eq \f(1,2)×(5－3×1)＝1，As原子采取 sp3杂化，含有1个孤电子对，所以空间结构为三角锥形，C错误； AsH3分子中As原子价层电子对数为3＋ eq \f(1,2)×(5－3×1)＝4，且含有1个孤电子对，所以该分子的空间结构为三角锥形，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以键角小于 109°28′，D错误。 7．分子中的大π键可用符号表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为)。一种观点认为，苯酚羟基中的O原子是sp2杂化，则苯酚中的大π键可表示为______。 解析：若苯酚羟基中的氧原子的杂化方式为sp2杂化，未参与杂化的2个p电子与苯环上6个碳原子中未参与杂化的6个p电子形成大π键。 答案： 8．在ZnO催化作用下，呋喃()可与氨反应转化为吡咯()。二者均存在与苯类似的大π键，表示方法为，n为成环原子个数，m为形成大π键的电子个数，则的大π键可以表示为____________。 解析：由的结构简式可知，分子内含有一个大π键，该大π键由4个碳原子和一个O原子组成，每个碳原子给出1个电子参与形成大π键，每个O原子给出2个电子参与形成大π键，则该大π键的表示形式为。 答案： 9．离子液体熔点很低，常温下呈液态，阴、阳离子可自由移动，因此离子液体在电池中可作为____________，某离子液体的结构如图所示，其中碳原子杂化方式为____________，该离子液体中阴离子PF eq \o\al(－,6)的空间结构为__________，已知其阳离子的环状结构中含有大π键，该大π键应表示为____________。 解析：该离子液体中阴离子PF eq \o\al(－,6)中有6个共价键，根据价层电子对互斥模型可知，空间结构为正八面体；已知其阳离子的环状结构中含有大π键，由图可知，该大π键为5个原子和6个电子形成的，应表示为。 答案：电解质　sp2、sp3　正八面体　 10．R()中阴离子N eq \o\al(－,5)中的σ键总数为 ____________个。N eq \o\al(－,5)中的大π键应表示为____________。 解析：由图中N eq \o\al(－,5)的结构可知N eq \o\al(－,5)中的σ键数为5；N eq \o\al(－,5)中的5个原子参与形成大π键，每个原子中参与形成大π键的电子数为1(孤电子对不参与)，故参与形成大π键的电子数为5＋1＝6，N eq \o\al(－,5)中大π键应表示为。 答案：5　 11．(1)下列微粒中存在“离域∏键”的是________。 A．CH2==CH—CH===CH2 　　　　B．CCl4 C．H2O 　　　　 D．SO2 (2)NaN3中阴离子N eq \o\al(－,3)与CO2互为等电子体，均为直线型结构，N eq \o\al(－,3)中的大π键可表示为____________。 解析：(1)CH2==CH—CH==CH2、SO2分子中各原子共面，且原子之间均有相互平行的p轨道，可以形成大π键，水分子中氢原子没有p轨道，不能形成大π键，CCl4是正四面体，各原子不共面，不能形成大π键，因此微粒中存在“离域∏键”的是AD。(2)N eq \o\al(－,3)与CO2互为等电子体，均为直线形结构，根据二氧化碳的结构可以判断出N eq \o\al(－,3)中σ键为2个，该离子中两边的氮原子提供1个电子，中间氮原子提供2个电子形成大π键，所以形成的大π键可表示为。 答案：(1)AD　　(2) 12．臭氧(O3)能吸收紫外线，保护人类赖以生存的环境。O3分子的结构如图所示，呈V形，键角为116.5°，中间的一个氧原子与另外两个氧原子分别构成一个非极性共价键。中间氧原子提供2个电子，旁边两个氧原子各提供一个电子，构成一个特殊的化学键(虚线内部分)，分子中三个氧原子共用这4个电子。请回答： (1)O3中的非极性共价键是________键，特殊的化学键是________键。 (2)分子中的大π键可用符号表示，则O3中的大π键应表示为_______。 (3)下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是__________(填字母)。 A．H2O B．CO2 C．SO2 D．BeCl2 (4)分子中某一原子上没有跟其他原子共用的电子对叫孤电子对，O3分子中有______个孤电子对。 答案： (1)σ　π　(2)　(3)C　(4)5 13．按要求回答下列问题。 (1)H2O和SO eq \o\al(2-,4)的中心原子的杂化轨道类型分别为__________，试判断H2O和SO eq \o\al(2-,4)的键角大小关系并说明原因：__________________________。 (2)成语“信口雌黄”中的雌黄的分子式为As2S3，分子结构如图，As原子的杂化方式为________________，雌黄和SnCl2在盐酸中反应转化为雄黄(As4S4)和SnCl4并放出H2S气体，SnCl4分子的空间结构为____________。 (3)某绿色农药结构简式如图，回答下列问题： 分子中编号为①的碳原子和与其成键的另外几个原子构成的空间结构为________；CSe2首次是由H2Se和CCl4反应制取的，试比较CSe2、H2Se、CCl4三种分子的键角______________(按由大到小顺序排列)。 (4)S8与热的浓NaOH溶液反应的产物之一为Na2S3，S eq \o\al(2-,3)的空间结构为______________。 (5)[H2F]＋[SbF6]－(氟酸锑)是一种超强酸，则[H2F]＋的空间结构为__________。 (6)Na3AsO4中含有的化学键类型包括______________________；AsO eq \o\al(3-,4)的空间结构为________。 解析：(4)S eq \o\al(2-,3)的电子式为 ，由于中心S原子含有两个孤电子对，所以该离子的空间结构为V形。(5)[H2F]＋的中心原子为F，它的孤电子对数为 eq \f(1,2)×(7－1－1×2)＝2，成键电子对数为2，价层电子对数为2＋2＝4，VSEPR模型为四面体形，由于有两个孤电子对，故分子的空间结构为V形。 答案：(1)sp3、sp3　H2O分子键角小于SO eq \o\al(2-,4)的键角，因为H2O中的O存在2个孤电子对，SO eq \o\al(2-,4)中的S不存在孤电子对，孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对之间的斥力　(2)sp3　正四面体形　(3)四面体形　CSe2>CCl4>H2Se　(4)V形　(5)V形　(6)离子键、共价键　正四面体形 $$