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1、第一单元 分子构型与物质的性质第一课时 分子的空间构型 【学习目标】w.w.w.k.s.5.u.c.o.m1.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。【学习重点】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【学习难点】杂化轨道理论、价层电子对互斥理论【学习方法】讲解法、归纳法【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
2、子为什么是 CH4，而不是 CH2？CH4分子为什么具有正四面体结构？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（一、杂化轨道理论（1931 年，美国化学家鲍林 L.Pauling 提出）1. CH4 sp3杂化杂化轨道排布式：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
3、，成分相同，如：每个 sp3杂化轨道占有 个 s 轨道、 个 p 轨道；w.w.w.k.s.5.u.c.o.m（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CCl4、NH4+等，原子晶体金刚石、晶体硅、SiO2等中 C 和 Si 也采取 sp3杂化形式，轨道间夹角为 。2. BF3 sp2杂化型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）sp2杂化
4、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】例例 1. 根据乙烯、乙炔分子的
5、结构，试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。例例 2：试用杂化轨理论解释石墨、苯的结构w.w.w.k.s.5.u.c.o.m小结：请填写下表小结：请填写下表 表表 1 杂化轨道类型与杂化轨道空间构型杂化轨道类型与杂化轨道空间构型杂化类型杂化类型轨道成分轨道成分轨道空间构型轨道空间构型轨道间夹角轨道间夹角相关实例相关实例spsp2sp3*dsp3或 sp3d-三角双锥90、120PCl5*d2sp3或 sp3d2-八面体90、180SF6思考、讨论NH3、H2O 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
6、轨道间夹角小于 10928，可能说明了什么问题？二、价层电子对互斥理论二、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、不等性杂化三、不等性杂化NH3、H2O 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
7、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 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。例例 3. BF3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。w.w.w.k.s.5.u.c.o.m四、确定分子空间构型的简易方法四、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
8、提供的价电子数计算，如：PCl5 中52515n（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：NH4+ ： ； SO42- ：421415n42206n例例 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/电子 对空间构型轨道夹角分子空间 构型键角气态 BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2O2供)(mBAn中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中供NH3PCl32. 对于 ABm型分子的空间构型(分子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
9、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、CO2n=3平面三 角形BF3、BCl3n=4四面体CH4 、NH4+n=5dsp3或 sp3d三角双 锥90、 120PCl5三角双锥90、 120n=6d2sp3 或 sp3d2八面体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
10、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：XeF4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。Xe FFFF Xe FFFF说明：说明：电子对空间构型与分子
11、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：CaF2、SrF2、BaF2，是弯曲型而不是预期的直线型。w.w.w.k.s.5.u.c.o.m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平面 三角 形120SO2、 PbCl22 21 1V 型 V 型119.5 -n=4正四 面体10928H2O、 NH32 32 1V 型、 三角锥型104.5、10718*n=5三角 双锥
12、90、120XeF223直线型180*n=6正八 面体90、180XeF4 XeOF44 52 1正方形 四方锥形90 -例例 5： 用价层电子对互斥理论推测下列分子的空间构型CS2 NCl3 SO42- NO3- SO3 H3O+五、等电子原理五、等电子原理 w.w.w.k.s.5.u.c.o.m1. 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，SiCl4、SiO44-与 SO42-2. 等电子原理的应用（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
13、子原理针对某物质找电子体；例例 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。O3能吸收有害紫外线，保护人类赖以生存的空间。O3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化轨道类型相同的有： 。与 O3分子构型最相似的是 。AH2OBCO2 CSO2DBF3 E. NO2- w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
