1、1江苏省连云港市赣榆县海头高级中学 2015 高中化学 4.1 分子的空间构型教学案（无答案）苏教版选修 3【教学目标】1、理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型；2、学会用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间构型；3、掌握价层电子对互斥理论，知道确定分子空间构型的简易方法；4、了解等电子原理及其应用。【教学重点】杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、分子空间构型的简易方法、等电子原理【教学过程】你知道吗1、O 原子与 H 原子结合形成的分子为什么是 H2O，而不是 H3O 或 H4O？2、C 原子与 H 原子结合形成的分子为什么是 CH4，而不是 CH2？CH 4分子为什么具
2、有正四面体结构？3、为什么 H2O 分子是“V”型、键角是 104.5，而不是“直线型”或键角是“90”？一、杂化轨道理论（1931 年，美国化学家鲍林 L.Pauling 提出）1、CH 4 sp3杂化轨道排布式：电子云示意图：（1）能量相近的原子轨道才能参与杂化；（2）杂化后的轨道一头大，一头小，电子云密度大的一端与成键原子的原子轨道沿键轴方向重叠，形成 键；由于杂化后原子轨道重叠更大，形成的共价键比原有 原子轨道形成的共价键稳定，所以 C 原子与 H 原子结合成稳定的 CH4，而不是 CH2。（3）杂化轨道能量相同，成分相同，如：每个 sp3杂化轨道占有 个 s 轨道、 个 p 轨道；（
3、4）杂化轨道总数等参与杂化的原 子轨道数目之和，如 个 s 轨道和 个 p 轨道杂化成 个 sp3杂化轨道（5）正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采取 sp3杂化轨道形式形成化学键，如2CCl4、NH 4+等，原子晶体金刚石、晶体硅、SiO 2等中 C 和 Si 也采取 sp3杂化形式，轨道间夹角为 。2、BF 3 sp2杂化型用轨道排布式表示 B 原子采取 sp2杂化轨道成键的形成过程：电子云示意图：（1）每个 sp2杂化轨道占有 个 s 轨道、 个 p 轨道；（2）sp 2杂化轨道呈 型，轨道间夹角为 ；（3）中心原子通过 sp2杂化轨道成键的分子有 、 等。思考、讨论根据现代价键理
4、论即“电子配对理论” ，Be 原子外围电子排布式为 2s2，电子已配对不能形成共价键，但气态 BeCl2分子却能稳定存在，为什么？3、气态 BeCl2 sp 杂化型用轨道排布式表示 Be 原子采取 sp 杂化轨道成键的形成过程：电子云示意图：（1）每个 sp 杂化轨道占有 个 s 轨道、 个 p 轨道；（2）sp 杂化轨道呈 型，轨道间夹角为 ；（3）中心原子通过 sp 杂化轨道成键的分子有 、 等。思考为何不能形成气态 BeCl4分子？【例题选讲】例 1：根据乙烯、乙炔分子的结构，试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。3例 2：试用杂化轨理论解释石墨、苯的结构小结：请填写下表表 1
5、杂化轨道类型与杂化轨道空间构型杂化类型 轨道成分 轨道空间构型 轨道间夹角 相关实例spsp2sp3*dsp3或sp3d - 三角双锥 90、120 PCl5*d2sp3或sp3d2 - 八面体 90、180 SF6思考、讨论NH 3、H 2O 分子中键角分另为 10718、104.5，与 10928相差不大，由此可推测，N、O 原子的原子轨道可能采取何种类型杂化？原子轨道间夹角小于 10928，可能说明了什么 问题？4二、价层电子对互斥理论（1941 年西奇威克、吉来斯比等提出）1、价电子对：包括孤对电子对和成键电子对，一般孤对电子对离核较近。2、价电子对之间存在相互排斥作用，为减小斥力，相
6、互之间尽可能远离，因此分子的空间构型受到影响，一般，分子尽可能采取对称的空间结构以减小斥力。相邻电子对间斥力大小顺序：孤对电子对 孤对电子对孤对电子对 成键电子对成键电子对 成键电子对*叁键 叁键叁键 双键双键 双键双键 单键单键 单键*三、不等性杂化NH3、H 2O 的分子构型也可通过不等性杂化解释，即中心原子的孤对电子也参与杂化，得到性质不完全等同的杂化轨道，轨道的 s 成分和 p 成分不全相同，孤对电子对较密集于氮原子或氧原子周围。由于孤对电子对的杂化轨道排斥成键电子的杂化轨道，以致轨道夹角不等，氨分子和水分子成键电子对之间的夹角都小于 10928。水分子中的氧原子有两个孤对电子对，它的
7、 O-H 键之间的夹角比氨分子中 N-H 键之间夹角受到的排斥力作用更大。例 3：BF 3是平面三角型的几何构型，但 NF3却是三角锥型的几何构型，试用所学理论加以说明。四、确定分子空间构型的简易方法1、对于 ABm型分子（1）对于主族元素，中心原子价电子数=最外层电子数，配位原子按提供的价电子数计算，如：PCl 5 中 521n（2）O、S 作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为 6；（3）离子的价电子对数计算如：NH 4+ ： ； SO 42- ：44206n例 4：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表物质 价电子 对数 中心原子杂化轨道类型 杂化轨道/电
8、子 对空间构型 轨道夹角 分子空间 构型 键角气态 BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2ONH32供)( mBA中中中中中5PCl32、对于 ABm型分子的空间构型(分子空间构型 指不包括孤对电子对的空间的排布)（1）价层电子对数=配位原子数时，分子空间构型与杂化轨道空间构型相同价电子对数中心原子杂化轨道类型杂化轨道/电子对空间构型轨道夹角 实例分子空间构型 键角n=2 直线型 气态BeCl2、CO 2n=3 平面三 角形 BF3、BCl 3n=4 四面体 CH4 、NH 4+*n=5 dsp3或sp3d三角双锥90、120PCl5 三角双锥 90、120*n=6 d2sp3或sp3d2八
9、面体 90、180SF6 正八面体 90、180（2）价层电子对数配位原子数时（一般存在孤对电子对） ，分子空间构型与杂化轨道空间构型不同，一般由于价层电子对之间的斥力不同导致。确定分子的稳定构型时应考虑三种电子对之间的排斥作用：一般孤对电子对间排斥作用数最少为最稳定构型，其次考虑孤对电子对-成键电子对排斥作用数，最后考虑成键电子对-成键电子对排斥作用数。* 如：XeF 4分子空间构型的确定：价层电子对为 6，电子对构型为八面体，Xe 的配位原子数为4，存在两对孤对电子对，分子空间构型可能存在以下两种：（a） (b)构型： （a） (b)孤对电子对-孤对电子对排斥作用数： 0 1孤对电子对-成
10、键电子对排斥作用数： 8 6成键电子对-成键电子对排斥作用数： 4 5构型（a）比构型（b）的孤对 电子对-孤对电子对排斥作用数少，因此，构型（a）是 XeF4较稳定的空间构型。说明：电子对空间构型与分子构型既有区别又有联系，分子构型可根据价层电子对互斥理论从XeFFFF XeFFFF6电子对空间构型推导而得，此规律一般不适用于推测过渡金属化合物的几何构型，对极少数化合物判断也不准，如：CaF 2、SrF 2、BaF 2，是弯曲型而不是预期的直线型。表 2 部分分子的空间构型与价层电子对空间构型价电子对数杂化轨道/电子对空间构型 轨道夹角 实例成键电子对数孤对电子对数分子空间构型 键角n=3
11、平面三角形120 SO2、PbCl22211V 型V 型119.5-n=4 正四面体 10928 H2O、NH32321V 型、三角锥型104.5、10718*n=5 三角双锥 90、120 XeF2 2 3 直线型 180*n=6 正八面体 90、180 XeF4XeOF44521正方形四方锥形90-例 5： 用价层电子对互斥理论推测下列分子的空间构型CS 2 NCl 3 SO 42- NO 3- SO 3 H3O+五、等电子原理1、规律内容：具有相同 和相同 的分子或离子具有相同的结构特征，某些物理性质也相似。如：CO 与 N2，SiCl 4、SiO 44-与 SO42-2、等电子原理的应
12、用（1）判断一些简单分子或离子的立体构型；（2）利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；如 、 、 、 是良好半导体材料。（3）利用等电子原理针对某物质找电子体；例 5：1994 年度诺贝尔化学奖授予为研究臭氧做出特殊贡献的化学家。O 3能吸收有 害紫外线，保护人类赖以生存的空间。O 3分子的结构如图，呈 V 型，键角 1165。三个原子以一个 O 原子为中心，与另外两个 O 原子分别构成一个非极性共价键；中间 O 原子提供 2 个电子，旁边两个 O 原子各提供 1 个电子，构成一个特殊的化学键三个 O 原子均等地享有这 4 个电子。请从下列选项中选择合适的答案：中心原子与臭氧的中心氧原子的杂
13、化轨道类型相同的有：。与 O3分子构型最相似的是 。AH 2O BCO 2 CSO 2 DBF 3 E. NO2-7【巩固练习】1、下列有关杂化轨道的说法不正确的是 （ ）A、原子中能量相近的某些轨道，在成键时能重新组合成能量相等的新轨道B、轨道数止杂化前后可以相等，也可以不等C、杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理*D、杂化轨道可分为等性杂化轨道和不等性杂化轨道2、下列分子中，结构构成平面三角形的是 （ ）A、HgCl 2 B、BF 3 C、TeCl 4 D、SF 63、下列分子中，键角最大的是 （ ）*A、H 2S B、H 2O C、CCl 4 D、NH 34、下列分子
14、中所有原子都满足 8 电子结构的是 （ ）A、光气（COCl 2） B、六氟化硫 C、二氟化氙 D、三氟化硼5、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 （ ）A、CO 2和 SO2 B、CH 4 和 NH3 C、BeCl 2 和 BF3 D、C 2H4 和 C2H26、 下列分子结构中，原子的最外层电子不能都满足 8 电子稳定结构的是 （ ）A、CO 2 B、PCl 3 C、SiH 4 D、NO 27、 下列分子中的碳原子采取 sp2杂化的是 （ ）A、C 6H6 B、C 2H2 C、C 2H4 D、C 3H8 E、CO 2 F、石墨8、 下列分子的键角均是 10928的是 （ ）A、P
15、4 B、NH 3 C、CCl 4 D、CH 2Cl29、 下列判断正确的是 （ ）A、BF 3是三角锥形分子 B、铵根离子呈平面形结构C、甲烷分子中的 4 个 C-H 键都是氢原子的 1s 轨道与碳原子的 p 轨道形成的 s-p 键D、甲 烷 分 子 中 的 4 个 C-H 键 都 是 氢 原 子 的 1s 轨 道 与 碳 原 子 的 4 个 sp3杂 化 轨 道 重 叠 形 成 的 键10、B 3N3H6和苯就是等电子体，人们把 B3N3H6称作无机苯，下列说法中正确的是（ ）A、B 3N3H6是由极性键组成的非极性分子 B、B 3N3H6能发生加成反应和取代反应C、B 3N3H6具有碱性
16、D、B 3N3H6各原子不在同一个平面上E、B 3N3H6中 B 和 N 原子的原子轨道可能采取 sp2型杂化11、下列说法中不正确的是 （ ）A、分子中的价电子对（包括成键电子对和孤电子对）之间存在相互排斥作用B、分子中的价电子对之间趋向于彼此远离C、分子在很多情况下并不是尽可能采取对称的空间构型D、当价电子对数目分别是 2、3、4 时，价电子对分布的几何构型分别为直线型、平面三角型、正四面体型12、下列关于价电子对数目计算中正确的是 （ ）A、中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数8B、配位原子中卤素原子、氢原子提供 1 个电子C、配位原子中氧原子和硫原子提供 2 个电子D、当氧原子
17、和硫原子作中心原子时，按不提供价电子计算13、写出符合下列条件的相应的分子或离子的化学式：硼原子用 sp2杂化轨道形成三个 键： 氮原子用 sp3杂化轨道形成四个完全相同的化学键： ；氮原子形成一个 键两个 键 碳原子分别以 sp 、sp 2、sp 3杂化轨道成键 、 、 。14、若 ABn的中心原子上有一对孤对电子未能成键，当 n=2 时，其分子结构为 ；当n=3 时，其分子结构为 。15、指出下列分子中，中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。（1） SCl 4 （2）BCl 3 （3）CS 2 （4）PO 43- （5）Cl 2O （6）C 6H616、已知 H2O2分子的
18、结构如图所示，此分子不是直线形的，两个 H 原子犹如在半展开的书的两面纸上，试回答：（1）写出 H2O2分子的电子式和结构式： 、 。（2）写出分子内的键型： 。（3）估计它难溶于 CS2，简要说明原因（4）指出氧元素的化合价，简要说明原因： 。*（5）中心氧原子的孤对电子对数为 ，中心原子原子轨道可能采取 类型杂化，该杂化轨道间夹 角为 ，而 H-O-O 键角为 9652，可能原因是 ，该原因 也可能间接导致 O-O 键长变 （长或短） 。17、 （1）CNS 、NO 2+具有相同的通式：AX 2，它们的价电子总数都是 16，因此它们的结构与由第二周期两元素组成的 分子的结构相同，微粒呈 形
19、，中心原子都取 杂化。（2）CO 32、NO 3等微粒具有相同的通式： ，它们的价电子总数都是 ，因此它们与由第六主族两元素组成的 分子的结构相同，呈 形，中心原子都取 杂化。（3）N 2O(笑气)可用作麻醉剂，其与 CO2构成等电子体，已知 N2O 分子中氧原子中只与一个氮原子相连，则 N2O 的电子式可表示为 ，共空间构型为 。18、有下列两个系列的物质：X、Y、Z、W 可能是下列各组物质中的（ ）系列一：CH 4 C2H6 CO32- Y C2O42- W系列二：NH 4+ N2H62+ X NO2+ Z N2A、NO 3- CO2 N2O4 CO B、NO 3- CO2 N2H4 C2H29C、NO 3- CO NO2- C2H2 D、NO 3- HCO3- N2O42- CO
