2.2.1 分子空间结构的理论分析学案

skybamboo · 发表于 5 小时前

第二章微粒间相互作用与物质性质
第2节　共价键与分子的空间构型
第1课时　分子空间结构的理论分析

1.知道常见分子的空间结构，能运用杂化轨道理论解释典型分子的空间结构。
2.能借助助价电子对互斥论预测前单分子或离子的空间结构。
3.了解等电子原理

杂化轨道理论和价电子对互斥理论

1.写出C、N、O原子的价电子排布式。
C；N；O；
2.共价键的特征是具有和；
共价键的键参数包括、、。
3.根据原子轨道的重叠方式可将共价键分为和；根据共用电子是否发生偏移共价键分为和。

一.分子空间结构的理论分析
1.杂化轨道理论
原子轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部重新组合形成新的原子轨道的过程。杂化轨道：原子轨道杂化组合后形成的叫作杂化原子轨道，简称杂化轨道。
杂化轨道特点：杂化轨道不仅改变了原有s和p轨道的，而且使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度，形成的共价键更。
（1）sp3杂化——甲烷的形成
  sp3杂化: 由和的杂化称为sp3杂化，所形成的四个杂化轨道称为sp3杂化轨道。
   每两个sp3杂化轨道的夹角为。
甲烷的形成：四个H原子分别以轨道与C原子上的轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的键，形成一个构型的分子。
（2）sp2杂化——乙烯的形成
sp2杂化：轨道和轨道杂化,产生轨道, sp2杂化轨道间夹角，呈形。
乙烯的形成：两个碳原子个以轨道重叠形成键，同时以轨道重叠形成一个Π键，每个碳原子都以另外两个轨道分别与两个氢原子的轨道重叠形成键，乙烯分子为型性结构。
（3）sp杂化——乙炔的形成
sp杂化：轨道和轨道杂化,产生轨道, sp杂化轨道间夹角，呈形。
乙炔的形成：两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成键，另两个轨道分别与两个氢原子的轨道重叠形成两个键，每个原子的轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的键，形成乙炔分子，乙炔分子为型性结构。
【迁移应用】请结合教材“联想质疑”、“交流研讨”栏目用轨道杂化理论解释苯分子和氨分子的空间构型。
（1）苯分子中碳原子轨道的杂化类型为，碳原子之间通过轨道形成个键；碳原子和氢原子通过轨道和轨道形成个键；分子中6个碳原子轨道上的未成对电子重叠结果形成了一个闭合的、环状的大键。苯分子中六个碳原子和六个氢原子处于同一内，空间构型为形，键角皆为。
（2）氨分子中氮原子轨道的杂化类型为，四个杂化轨道中有一个轨道有电子，另外三个轨道中电子与氢原子电子形成键。形成的氨分子的空间结构为。
【归纳总结】杂化轨道的理论要点
（1）杂化轨道的能量；       （2）杂化前后轨道数；
（3）杂化轨道更易形成共价键；       （4）杂化轨道间的夹角分布最大化
【思考】甲烷分子和氨气分子中心原子均为sp3杂化，为什么甲烷为正四面体形而氨分子为三角锥形。
2.价电子对互斥理论
(1)基本观点：分子中的中心原子的价电子对——和由于相互作用，处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。
(2)价电子对的计算方法：中心原子价电子对=+
孤对电子的计算方法：中心原子上的孤电子对数＝。
(3)价电子对互斥理论与分子空间结构(以ABn型分子为例)
①中心原子价电子全部参与成键的分子空间结构：

价电子对数	成键电子对数	孤电子对数	空间结构	范例
2	2	0		CO2、HgCl2
3	3	0		CH2O、BF3
4	4	0		CH4、CCl4
5	5	0		PCl5
6	6	0		SF6

②中心原子上有孤电子对的分子空间结构：
中心原子上的孤电子对占据中心原子周围的空间，与成键电子对互相排斥，使分子的空间结构发生变化。

价电子对数	成键电子对数	孤电子对数	空间结构	范例
3	2	1		SO2、SnCl2
4	3	1		NH3、PCl3
	2	2		H2O、H2S

【活动探究】请用价电子对互斥理论预测甲烷、乙烯、乙醇和乙酸的空间结构，并用棍棒、球等搭建它们的分子模型，或利用计算机软件绘制分子的模型。
CH4:
C2H4:
C2H5OH:
CH3COOH:
【课堂小结】

1．下列关于杂化轨道的叙述正确的是(　　)
A．杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键
B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对
C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的s轨道杂化而成的
D．在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—H σ键
2．下列有关苯分子的说法不正确的是(　　)
A．苯分子中C原子均以sp2杂化方式成键，形成夹角为120° 的三个sp2杂化轨道，故为正六边形的碳环
B．每个碳原子还有一个未参与杂化的2p轨道，垂直碳环平面，相互重叠，形成大π键
C．大π键中6个电子被6个C原子共用，故称为6中心6电子大π键
D．苯分子中共有六个原子共面，六个碳碳键完全相同
3．在

中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是(　　)
A．sp2　sp2       B．sp3　sp3
C．sp2　sp3       D．sp　sp3
4．下列分子中，中心原子的杂化类型相同，分子的空间结构也相同的是(　　)
A．H2O、SO2       B．BeCl2、CO2
C．H2O、NH3       D．NH3、HCHO
5．下列分子或离子的中心原子杂化轨道的类型不同的是(　　)
6．下列说法正确的是(　　)
A．PCl3分子是三角锥形，这是因为磷原子采用sp2杂化
B．乙烯分子中的碳氢键是由氢原子的1s轨道和碳原子的一个sp3杂化轨道形成的
C．中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形或角形
D．AB3型的分子空间结构必为平面三角形
7．下列各项中分子的中心原子形成的杂化轨道类型相同的是(　　)
A．CO2与H2O       B．CH4与NH3
C．BeCl2与BF3       D．C2H2与C2H4
8．氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间结构和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是(　　)
A．三角锥形、sp3       B．平面三角形、sp3
C．平面三角形、sp2       D．三角锥形、sp2
9．下列各组粒子属于等电子体的是(　　)
A．12CO2和14CO       B．H2O和NH3
C．N2和13CO       D．NO和CO
10．(1)在形成氨气分子时，氮原子中的原子轨道发生sp3杂化形成4个________，形成的4个杂化轨道中，只有________个含有未成对电子，所以只能与________个氢原子形成共价键，又因为4个sp3杂化轨道有一对________，所以氨气分子中的键角与甲烷不同。
(2)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_____________________________________________________________________。
检测反馈答案
1．【答案】B
【解析】杂化轨道只用于形成σ键，或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能用来形成π键，故B正确，A错误；NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的，C错误；在乙烯分子中，1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的1s轨道重叠形成2个C—H σ键，剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个C—C σ键，D错误。
2．【答案】D
【解析】苯分子中共有12个原子共面。
3．【答案】C
【解析】　

中碳原子形成了3个σ键，无未成键价电子对，需要形成3个杂化轨道，采用的杂化方式是sp2。两边的碳原子各自形成了4个σ键，无未成键电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的是sp3杂化。
4．【答案】B
【解析】A项，H2O中氧原子为sp3杂化，分子的空间结构为角形，SO2中硫原子为sp2杂化，分子的空间结构为角形；B项，BeCl2和CO2的中心原子都是sp杂化，分子的空间结构为直线形；C项，NH3中氮原子为sp3杂化，分子的空间结构为三角锥形；D项，HCHO中碳原子为sp2杂化，分子的空间结构为平面三角形。
5．【答案】A
【解析】

	价电子对数	成键电子对数	孤电子对数	杂化类型
	4	3	1	sp3
SO3	3	3	0	sp2
CH4	4	4	0	sp3
H2O	4	2	2	sp3
PCl3	4	3	1	sp3
	4	3	1	sp3
BF3	3	3	0	sp2
	3	3	0	sp2

6．【答案】C
【解析】PCl3分子中P采用sp3杂化，但有一对孤电子对，所以PCl3分子是三角锥形，A项错误；乙烯分子中碳原子采用sp2杂化，形成的C—H键为ssp2 σ键，B项错误；中心原子采用sp3杂化的CH4、NH3、H2O的空间结构分别为正四面体形、三角锥形、角形，C项正确；NH3为AB3型，但是NH3的空间结构为三角锥形，D项错误。
7．【答案】B
【解析】C2H2、CO2和BeCl2的中心原子都是采取sp杂化，C2H4、BF3的中心原子都是采取sp2杂化，CH4、H2O和NH3的中心原子都是采取sp3杂化。故B项正确。
8．【答案】A
9．【答案】C
【解析】组成粒子的原子总数相同、价电子总数相同的粒子互称为等电子体。在题述粒子中，C选项中两分子的原子数相同且价电子总数也相同，所以是等电子体。
10．【答案】(1)sp3杂化轨道　3　3　孤电子对
(2)sp3　H3O＋离子中有一对孤电子对，H2O分子中有两对孤电子对，对形成的H—O的排斥力：H2O大于H3O＋，造成H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H 键角大
【解析】(1)在形成NH3分子时，氮原子的2p轨道和2s轨道发生sp3杂化，形成4个杂化轨道，含有一对孤对电子，3个未成键的单电子，可以与3个氢原子形成3个σ键。
(2)H3O＋的价电子对数为4对，所以杂化方式为sp3杂化；H3O＋中只有一对孤电子对，H2O中有两对孤电子对，对形成共价键的排斥力H2O大于H3O＋，使得H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大。

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[鲁科版] 2.2.1 分子空间结构的理论分析 学案

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