第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)第1課

時(shí)復(fù)習(xí)回顧共價(jià)鍵σ鍵π鍵鍵參數(shù)鍵能鍵長鍵角衡量共價(jià)鍵的穩(wěn)定性描述分子的空間結(jié)構(gòu)的重要因素成鍵方式“頭碰頭”,呈軸對(duì)稱成鍵方式“肩并肩”,呈鏡像對(duì)稱指多原子構(gòu)成的分子中的原子的空間關(guān)系問題多樣的分子空間結(jié)構(gòu)1.單原子分子，主要指稀有氣體。不存在分子的立體結(jié)構(gòu)問題。2.雙原子分子，例如O2、HCl等。其構(gòu)型一定是直線形

O2HCl多樣的分子空間結(jié)構(gòu)3.三原子分子18001050其構(gòu)型是直線形或V形

多樣的分子空間結(jié)構(gòu)4.四原子分子三角錐形平面三角形約12001070多樣的分子空間結(jié)構(gòu)4.四原子分子乙炔C2H2直線形白磷P4正四面體形多樣的分子空間結(jié)構(gòu)5.五原子分子-----構(gòu)型多，主要代表是“正四面體形”109028′形成分子的原子數(shù)越多，分子構(gòu)型越復(fù)雜肉眼不能看到分子，科學(xué)家是怎樣知道分子的結(jié)構(gòu)的呢？分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器和方法紅外光譜晶體X射線衍射分子中的原子不是固定不動(dòng)的，而是處于不斷振動(dòng)著的。紅外線透過分子時(shí)，分子會(huì)吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率相同的紅外線，再記錄到譜圖上呈現(xiàn)吸收峰。通過和已有譜圖庫比對(duì)，或通過量子化學(xué)計(jì)算，可以得知分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定紅外光譜分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定質(zhì)譜縱坐標(biāo)表示相對(duì)豐度，橫坐標(biāo)表示粒子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷數(shù)之比（m/z），簡(jiǎn)稱荷質(zhì)比，化學(xué)家通過分析得知，被測(cè)物的相對(duì)分子質(zhì)量是92，該物質(zhì)是甲苯。寫出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的電子式、結(jié)構(gòu)式及分子的空間結(jié)構(gòu)：分子CO2H2ONH3CH2OCH4電子式結(jié)構(gòu)式中心原子有無孤對(duì)電子空間結(jié)構(gòu)O=C=O無有有無無直線形V形三角錐形

平面三角形正四面體思考：同為三原子分子，CO2和H2O分子的空間結(jié)構(gòu)卻不同，為什么？

同為四原子分子，CH2O與NH3分子的空間結(jié)構(gòu)也不同，為什么？二、價(jià)層電子對(duì)互斥理論（VSEPR模型）二、價(jià)層電子對(duì)互斥理論（VSEPR模型）——預(yù)測(cè)分子空間構(gòu)型的簡(jiǎn)單理論價(jià)層電子對(duì)互斥模型：分子的空間結(jié)構(gòu)是中心原子周圍的“價(jià)層電子對(duì)”相互排斥的結(jié)果。要點(diǎn)：①中心原子：對(duì)ABn型分子，B圍繞A成鍵，則A為中心原子，B為配位或端位原子。n值為中心原子結(jié)合的原子數(shù)②VSEPR的“價(jià)層電子對(duì)”是指分子中的中心原子與結(jié)合原子間的σ鍵電子對(duì)和中心原子上的孤電子對(duì)。多重鍵只計(jì)其中的σ鍵電子對(duì)，不計(jì)π電子對(duì)。二、價(jià)層電子對(duì)互斥理論（VSEPR模型）分子中心原子共價(jià)鍵σ鍵數(shù)σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)H2OOO－H2NH3NN－H3SO3SS=O3233?中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)的計(jì)算其中：a表示中心原子的價(jià)電子數(shù)對(duì)主族元素：a＝

；對(duì)于陽離子：a＝

－

；

如H2O、CO32-、NH4+

對(duì)于陰離子：a＝

＋

。x為與中心原子結(jié)合的

。b為與中心原子結(jié)合的原子

，H為1，其他原子=

。價(jià)電子數(shù)原子數(shù)最多能接受的電子數(shù)8﹣該原子的價(jià)電子數(shù)最外層電子數(shù)電荷數(shù)價(jià)電子數(shù)電荷數(shù)200NO2注意：有時(shí)計(jì)算出來的孤電子對(duì)數(shù)不是整數(shù)，如NO2為0.5，這時(shí)要按1來對(duì)待，因?yàn)閱坞娮右惨紦?jù)一個(gè)軌道。

計(jì)算H2O、NH3、SO3、NH4+、CO32－分子或離子的孤電子對(duì)數(shù)分子或離子中心原子axb中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)σ鍵電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)H2OONH3NSO3SNH4+NCO32-C6565-1=44+2=62334311212210002334344343價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ鍵電子對(duì)數(shù)+中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)

對(duì)ABn型的分子或離子，中心原子A價(jià)層電子對(duì)之間存在排斥力，將使分子中的原子處于盡可能遠(yuǎn)的相對(duì)位置上（以使彼此之間斥力最小，分子體系能量最低），從而得到含有孤電子對(duì)的分子的VSEPR模型（價(jià)層電子對(duì)互斥模型）。

略去VSEPR模型中中心原子上的孤電子對(duì)，便可得到分子的空間結(jié)構(gòu)。

幾種分子或離子的中心原子上的空間構(gòu)型分子或離子孤電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型名稱分子或離子的空間結(jié)構(gòu)名稱CO2

SO2

CO32-

H2O

NH3

CH4

NH4+

02直線形直線形13平面三角形V形03平面三角形平面三角形24四面體V形14四面體三角錐形04正四面體正四面體04正四面體正四面體VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)1、中心原子上無孤電子對(duì)的分子ABn立體結(jié)構(gòu)范例n=2直線形CO2n=3平面三角形CH2On=4（正）四面體形CH4---------------分子的VSEPR模型就是分子的空間結(jié)構(gòu)VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)1、中心原子上有孤電子對(duì)的分子分子的VSEPR模型和分子的空間結(jié)構(gòu)不一致價(jià)層電子對(duì)數(shù)目VSEPR模型σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)分子的立體構(gòu)型實(shí)例2直線形20直線形CO2、BeCl23三角形30三角形BF3、BCl321V形PbCl24四面體形40正四面體形CH4、NH4＋31三角錐形NH3、NF322V形H2O、SO2（1）確定σ鍵電子對(duì)數(shù)（2）確定中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)（3）得到中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)（4）畫出分子的VSEPR模型（5）得到分子的立體構(gòu)型確定分子的空間結(jié)構(gòu)的步驟：常見分子或離子的空間構(gòu)型實(shí)例σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)電子對(duì)的排列方式VSEPR模型分子的立體構(gòu)型BeCl2、CO2BF3、BCl3

SO223200123直線形平面三角形直線形平面三角形V形常見分子或離子的空間構(gòu)型實(shí)例σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)電子對(duì)的排列方式VSEPR模型分子的立體構(gòu)型CH4、CCl4

NH3H2O4320124正四面體形四面體形三角錐形V形常見分子或離子的空間構(gòu)型實(shí)例σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)電子對(duì)的排列方式VSEPR模型分子的立體構(gòu)型PCl5SF6560506三角雙錐三角雙錐正八面體正八面體應(yīng)用反饋:分子或離子σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型空間結(jié)構(gòu)HCNNO2NH2－NO3-H3O+SiCl4CHCl3NH4+PO43-0120100023434444直線形V形V型平面三角形三角錐形四面體正四面體正四面體04正四面體222334444直線形平面三角形四面體正四面體正四面體正四面體平面三角形四面體四面體第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)第2課

時(shí)1.H2O、NH3、NO2-的鍵角分別是105°、107°、115°，請(qǐng)解釋原因。

H2O、NH3的價(jià)層電子對(duì)均為4，VSEPR模型均為四面體形，鍵角接近109°，但H2O、NH3的的孤電子對(duì)分別為2、1，分子中電子對(duì)之間的斥力大小順序：孤電子對(duì)-孤電子對(duì)＞孤電子對(duì)-成鍵電子對(duì)＞成鍵電子-成鍵電子，故H2O、NH3的鍵角均減小，但H2O中減小的更多，分別是105°、107°。三、價(jià)層電子對(duì)互斥理論（VSEPR模型）的應(yīng)用——判斷分子中鍵角的大小NO2-的價(jià)層電子對(duì)均為3，VSEPR模型均為平面三角形，鍵角接近120°，孤電子對(duì)的排斥使得NO2-的鍵角減小，變?yōu)?15°。體驗(yàn)高考1.【2021年全國乙卷】H2O的鍵角小于NH3的，分析原因：

。

H2O、NH3的價(jià)層電子對(duì)均為4，VSEPR模型均為四面體形，由于斥力孤電子對(duì)-成鍵電子對(duì)＞成鍵電子-成鍵電子，因此孤電子對(duì)數(shù)越多，鍵角減小的越多，鍵角越小。【結(jié)論1】電子對(duì)之間的斥力大小順序：孤電子對(duì)-孤電子對(duì)＞孤電子對(duì)-成鍵電子對(duì)＞成鍵電子-成鍵電子中心原子的孤電子對(duì)數(shù)多，斥力大，鍵角小，如H3O+中鍵角大于H2O鍵角。體驗(yàn)高考2.【2020年山東卷】NH3、PH3、AsH3的鍵角由大到小的順序?yàn)椋?/p>

。

同主族元素，隨著原子序數(shù)遞增，電負(fù)性逐漸減弱，則其氫化物中成鍵電子對(duì)逐漸遠(yuǎn)離中心原子，致使成鍵電子對(duì)之間的排斥力降低，鍵角逐漸減小，故鍵角由大到小的順序是NH3、PH3、AsH3。3.試解釋：NH3的鍵角大于NF3的鍵角。F的電負(fù)性大于H，則N-F鍵中成鍵電子對(duì)更偏向于F原子，致使成鍵電子對(duì)之間的排斥力降低，鍵角變小，故鍵角由大到小的順序是NH3>NF3?！窘Y(jié)論2】電負(fù)性：中心原子電負(fù)性大，成鍵電子對(duì)斥力大，鍵角大，例如H2O的鍵角大于H2S的鍵角；配位原子電負(fù)性大，斥力小，鍵角小。體驗(yàn)高考4.試解釋：HCHO中，∠O-C-H鍵角（大于120°）大于∠H-C-H（小于120°）。【結(jié)論3】由于三鍵、雙鍵比單鍵包含的電子多，所以斥力大小順序：三鍵＞雙鍵＞單鍵。常用：雙鍵間斥力>雙鍵—單鍵間斥力>單鍵間斥力。如SO2Cl2的VSEPR模型為四面體型，S=O鍵是雙鍵，S—Cl鍵是單鍵，其中∠O-S-O>109°28′，∠Cl-S-Cl<∠O-S-Cl<109°28′。5.試解釋：NO2與SO2空間構(gòu)型均為V形，但NO2鍵角大。

NO2與SO2的價(jià)層電子對(duì)均為3，VSEPR模型均為平面三角形，但NO2中孤電子是一個(gè)單電子，由于斥力：電子對(duì)-電子對(duì)>電子對(duì)-單電子，NO2鍵角大于120°，NO2鍵角小于120°。體驗(yàn)高考6.試解釋：NO2、NO2-、NO2+鍵角大小。

NO2價(jià)層電子對(duì)為3，VSEPR模型均為平面三角形，但NO2中孤電子是一個(gè)單電子，由于斥力：電子對(duì)-電子對(duì)>電子對(duì)-單電子，NO2鍵角大于120°。

NO2-價(jià)層電子對(duì)為3，VSEPR模型均為平面三角形，孤電子對(duì)數(shù)為1，由于斥力：孤電子對(duì)-成鍵電子對(duì)>成鍵電子對(duì)-成鍵電子對(duì)，NO2-鍵角小于120°。

NO2+價(jià)層電子對(duì)為2，VSEPR模型均為平面三角形直線型，鍵角180°。1、下列物質(zhì)中，分子的立體結(jié)構(gòu)與水分子相似的是（）A、CO2B、H2SC、PCl3D、SiCl4B2、下列分子的立體結(jié)構(gòu)，其中屬于直線型分子的是（）A、H2OB、CO2C、C2H2D、P4BC課堂練習(xí)第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)第3課

時(shí)

雜化軌道理論簡(jiǎn)介課程標(biāo)準(zhǔn)素養(yǎng)目標(biāo)1.了解雜化軌道理論的基本內(nèi)容。2.能根據(jù)雜化理論判斷簡(jiǎn)單分子或離子的空間構(gòu)型。1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：通過認(rèn)識(shí)分子結(jié)構(gòu)以及雜化軌道理論，探析雜化類型與分子立體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：結(jié)合雜化軌道理論與分子的立體構(gòu)型，能論證證據(jù)與模型建立及其發(fā)展之間的關(guān)系。教

學(xué)

目

標(biāo)新課導(dǎo)入寫出碳原子與氧原子的價(jià)層電子軌道表示式。思考為什么碳原子與氫原子結(jié)合形成CH4，而不是CH2？當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，碳原子的2s軌道和3個(gè)2p軌道會(huì)發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，卻得到4個(gè)新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正四面體的4個(gè)頂角，夾角109°28'，稱為sp3雜化軌道，表示這4個(gè)軌道是由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道雜化形成的。當(dāng)碳原子跟4個(gè)氫原子結(jié)合時(shí)，碳原子以4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)氫原子的1s軌道重疊，形成4個(gè)C-Hσ鍵，因此呈正四面體形的空間結(jié)構(gòu)。新

課

導(dǎo)

入雜化軌道理論雜化軌道理論是一種價(jià)鍵理論，是鮑林為了解釋分子的空間結(jié)構(gòu)提出的。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發(fā)生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程。雜化軌道：原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡(jiǎn)稱雜化軌道。軌道雜化的過程：激發(fā)→雜化→軌道重疊。雜化軌道理論要點(diǎn)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。參與雜化的原子軌道數(shù)等于形成的雜化軌道數(shù)。雜化改變了中心原子原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。雜化前后原子軌道數(shù)目不變，且雜化軌道的能量相同。（重新分配能量和空間方向，組成數(shù)目相等成鍵能力更強(qiáng)的原子軌道）原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會(huì)發(fā)生，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。雜化軌道用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。分子的空間結(jié)構(gòu)主要取決于原子軌道的雜化類型（sp、sp2、sp3等）。雜化軌道數(shù)=中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)+與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。雜化軌道的類型sp3雜化軌道——CH4分子的形成xyzxyzzxyzxyz109°28′sp3雜化軌道是由一個(gè)ns軌道和三個(gè)np軌道雜化而得。sp3雜化軌道的夾角為109°28′，呈空間正四面體形(如CH4、CF4、CCl4)。

sp2雜化軌道——BF3分子的形成

xyzxyzzxyzxyz120°sp2雜化軌道是由一個(gè)ns軌道和兩個(gè)np軌道雜化而得。sp2雜化軌道間的夾角為120°，呈平面三角形(如BF3)sp2雜化后，未參與雜化的一個(gè)np軌道可以用于形成π鍵，如乙烯分子碳碳雙鍵的形成。碳的sp2雜化軌道——C2H4的形成sp2雜化：三個(gè)夾角為120°的平面三角形雜化軌道。↑↑↑↓2s2psp2雜化↑↑↑↑sp2

π鍵的存在使得C=C電子云密度增大，對(duì)成鍵電子對(duì)排斥力增大，∠H-C-H鍵角變?。?lt;120°）。

sp雜化軌道——BeCl2分子的形成xyzxyzzxyzxyz180°◆sp雜化軌道是由一個(gè)ns軌道和一個(gè)np軌道雜化而得。sp雜化軌道間的夾角為180°，呈直線形(如BeCl2)。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?！魋p雜化后，未參與雜化的兩個(gè)np軌道可以用于形成π鍵，如乙炔分子中的C≡C鍵的形成。sp雜化↑↓2s2p↑↑sp碳的sp雜化軌道——C2H2的形成sp雜化：夾角為180°的直線形雜化軌道。↑↑↑↓2s2psp雜化↑↑↑↑sp乙炔雜化軌道和成鍵雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)（不用于形成π鍵）當(dāng)沒有孤電子對(duì)時(shí)，能量相同的雜化軌道彼此遠(yuǎn)離，形成的分子為對(duì)稱結(jié)構(gòu)；當(dāng)有孤電子對(duì)時(shí)，孤電子對(duì)占據(jù)一定空間且對(duì)成鍵電子對(duì)產(chǎn)生排斥，形成的分子的空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。雜化軌道與分子空間構(gòu)型的關(guān)系小

結(jié)學(xué)生活動(dòng)【課堂練習(xí)1】甲醛分子的結(jié)構(gòu)式為

，下列描述正確的是：A.甲醛分子有4個(gè)σ鍵B.甲醛分子中的碳原子為sp3雜化C.甲醛分子中的氧原子為sp雜化D.甲醛分子為平面三角形，有一個(gè)π鍵垂直于三角形平面D只有中心原子發(fā)生雜化端位原子不發(fā)生雜化學(xué)

生

活

動(dòng)雜化軌道與分子的空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系雜化類型spsp2sp3軌道組成軌道夾角雜化軌道示意圖實(shí)例分子的空間結(jié)構(gòu)1個(gè)ns和1個(gè)np1個(gè)ns和2個(gè)np1個(gè)ns和3個(gè)np180°120°109°28′BeCl2BF3CH4直線形平面三角形正四面體學(xué)生活動(dòng)分析CO2、SO2、SO3、H2O、NH3、CH4的雜化軌道類型、VSEPR模型、空間構(gòu)型，總結(jié)VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型的關(guān)系。價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型VSEPR模型名稱雜化軌道數(shù)中心原子的雜化軌道類型