Урок 3. Пространственное строение молекул
Предмет: Химия, 11 класс

Конспект урока

Химия, 11 класс

Урок № 3. Пространственное строение молекул

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: гибридизацией называют образование одинаковых по энергии и форме орбиталей атома в результате сложения различных по энергии и форме орбиталей при возбуждении этого атома. При этом орбитали разной симметрии смешиваются и переходят в гибридные атомные орбитали одинаковой формы и одинаковой усредненной энергии, что обеспечивает равноценность образуемых ими связей. Различают sp, sp2,sp3 –гибридизацию.

Глоссарий

Гибридизация – процесс взаимодействия разных, но близких по энергии электронных орбиталей, приводящий к их выравниванию по форме и энергии.

Дельта связь (δ) – связь, образованная перекрыванием d-орбиталей всеми четырьмя лепестками.

Двойная связь образуется при наложении π-связи на σ-связь.

Орбиталь – область наиболее вероятного местонахождения электрона в атоме (атомная орбиталь) или в молекуле (молекулярная орбиталь).

Пи связь (π) – связь, образованная перекрыванием атомных орбиталей по обе стороны от линии, соединяющей ядра атомов (боковые перекрывания).

Сигма связь (σ) – связь, образованная перекрыванием атомных орбиталей по линии, соединяющей ядра взаимодействующих атомов.

Тройная связь образуется при наложении двух π-связей на σ-связь.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Гибридизацией называют образование одинаковых по энергии и форме орбиталей атома в результате сложения различных по энергии и форме орбиталей при возбуждении этого атома. При этом орбитали разной симметрии смешиваются и переходят в гибридные атомные орбитали одинаковой формы и одинаковой усредненной энергии, что обеспечивает равноценность образуемых ими связей.

При смешении s и р-орбиталей образуется две sp-гибридных орбитали, угол между осями которых равен 180°. Молекулы, в которых осуществляется sp-гибридизация, имеют линейную геометрию. Такой тип гибридизации характерен для ацетилена, хлорида цинка, гидрида бериллия.

При смешении s- и двух р-орбиталей образуется три sp2-гибридные орбитали, угол между осями которых равен 120°.

Молекулы, в которых осуществляется sp2-гибридизация, имеют плоскую геометрию. Такой тип гибридизации характерен для этилена, хлорида алюминия, фторида брома.

При смешении s и трех р-орбиталей – четыре sp3-гибридных орбитали, угол между осями которых равен 109°28'. Молекулы, в которых осуществляется sp3-гибридизация, имеют тетраэдрическую геометрию - метан, аммиак.

Форма гибридных атомных орбиталей отличается от формы исходных. В гибридной атомной орбитали электронная плотность смещается в одну сторону от ядра, поэтому при взаимодействии ее с атомной орбиталью другого атома происходит максимальное перекрывание, которое приводит к повышению энергии связи. Это повышение энергии связи компенсирует энергию, требуемую на образование гибридной орбитали. В результате химические связи, образованные гибридными орбиталями, прочнее, а полученная молекула – более устойчива.

Геометрическая конфигурация молекул полностью определяется типом гибридных орбиталей центрального атома только при условии, что все гибридные атомные орбитали участвуют в образовании связей. Если хотя бы на одной из них остается неподеленная электронная пара, то конфигурация, определяемая типом гибридизации, реализуется не полностью.

Более сложные виды гибридизации приводят к образованию более сложной пространственной конфигурации молекул. Например, у серы возможна sp3d2-гибридизация, которая приводит к октаэдрической конфигурации молекул.

Таким образом, пространственная структура молекул зависит от типа гибридизации центрального атома и числа неподеленных пар. Образование p-связей стабилизирует состояние молекулы.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. При сгорании 4,00 г органического соединения образовалось 4,48 л углекислого газа (н.у.) и 2,88 г воды. Вещество обесцвечивает бромную воду и вступает в реакцию с раствором гидроксида бария при нагревании, один из продуктов имеет формулу: СxHyOz+…O2→x CO2+y/2 H2O. На основании данных условия задания:

1) проведите необходимые вычисления и установите молекулярную формулу исходного органического вещества;

2) составьте структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле.

Шаг 1. Определите количество вещества атомов углерода. Задание на ввод числа.

Решение: n(C) = n(CO2) = V(CO2)/Vm(CO2) = 4,48 л/22,4л/моль = 0,2 моль

Ответ: 0,2

Шаг 2. Определите количество вещества атомов водорода. Задание на ввод числа.

Решение: n(Н) = 2n(Н2О) = 2m(H2O) / M(H2O) = 2x2,88г/18 г/моль = 0,32 моль

Ответ: 0, 32

Шаг 3. Определите количество вещества атомов кислорода. Задание на ввод числа.

Решение: m(CxHyOz)= 0,20x12 + 0,32x1+ 16x = 4г, х = 0.08 моль

Ответ: 0, 08

Шаг 4. Находим соотношение атомов углерода, водорода и кислорода. Определяем количество атомов углерода.

Задание на ввод числа.

Решение: 0,2:0,32:0,08; 5:8:2

Ответ: 5

Шаг 5. Находим соотношение атомов углерода, водорода и кислорода. Определяем количество атомов водорода.

Задание на ввод числа.

Решение: 0,2:0,32:0,08; 5:8:2

Ответ: 8

Шаг 6. Находим соотношение атомов углерода, водорода и кислорода. Определяем количество атомов углерода.

Задание на ввод числа.

Решение: 0,2:0,32:0,08; 5:8:2

Ответ: 2

Шаг 7. Составляем молекулярную формулу искомого вещества.

Задание на ввод числа.

С2H7O2

C5H8O2

C3H4O

1

2

3

Ответ: 2

Шаг 8. Выберите правильную структурную формулу вещества, основываясь на условии в задании.

Задание на ввод числа.

СH3-CH=CH-CH2-COOH

1

2

Решение: Это могут быть, например, непредельная карбоновая кислота или сложный эфир.

Искомое вещество обесцвечивает бромную воду, значит, молекула содержит кратную углерод-углеродную связь. Искомое вещество вступает в реакцию с раствором гидроксида бария при нагревании. Из этого можно сделать вывод, что искомое вещество − сложный эфир непредельной кислоты, содержащей три атома углерода.

Значит, искомое вещество − это этиловый эфир пропеновой кислоты.

Ответ: 1

2. Некоторое органическое соединение содержит 62,1 % углерода и 27,6 % кислорода по массе. Известно, что это соединение может быть получено в результате термического разложения кальциевой соли соответствующей карбоновой кислоты. На основании данных условия задачи:

1) произведите вычисления, необходимые для установления молекулярной формулы органического вещества;

2) составьте структурную формулу исходного вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле.

Шаг 1. Определите содержания водорода по массе.

Задание на ввод числа.

Решение: 100-(62,1+27,6) =10,3

Ответ: 10,3

Шаг 2. Находим соотношение атомов углерода, водорода и кислорода. Определяем количество атомов углерода.

Задание на ввод числа.

Решение: 62,1/12=5,175

Ответ: 5,175

Шаг 3. Находим соотношение атомов углерода, водорода и кислорода. Определяем количество атомов водорода.

Задание на ввод числа.

Решение: 10,3/1=10,3

Ответ: 10,3

Шаг 4. Находим соотношение атомов углерода, водорода и кислорода. Определяем количество атомов углерода.

Задание на ввод числа.

Решение: 27,6/16=1,725

Ответ: 1,725

Шаг 5. Составляем молекулярную формулу искомого вещества.

Задание на ввод числа.

С2H7O2

C5H8O2

C3H6O

1

2

3

Ответ: 3

Шаг 6. Выберите правильную структурную формулу вещества, основываясь на условии в задании.

Задание на ввод числа.

1

2

Решение: Получить термическим разложением кальциевой соли соответствующей карбоновой кислоты можно только ацетон.

Ответ: 2