1、专题4 第一单元 分子构型与物质的性质,第1课时 分子的空间构型,1.能用杂化轨道理论、价层电子对互斥模型及等电子原理解释或预测一些分子或离子的空间构型。 2.知道一些常见简单分子的空间构型(如甲烷、氨分子、苯、乙烯等)。,目标导航,基础知识导学,重点难点探究,随堂达标检测,栏目索引,一、 杂化轨道理论,基础知识导学,1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成及结构 根据杂化轨道理论，C原子是CH4分子的中心原子，其基态外围电子排布为 在形成CH4分子的过程中，C原子的1个2s电子激发到 空轨道，只有一个未成对电子的2s轨道与3个均含有未成对电子的2p轨道混合起来，形成能量相等，成分相同的4个完全等
2、同的sp3杂化轨道。然后，中心原子C以夹角均为109.5的4个完全等同的sp3杂化轨道，分别与4个H原子的1s轨道重叠，形成4个sp3s型的键，故CH4分子的空间构型为正四面体。杂化轨道理论很好地解释了甲烷分子的正四面体结构。,2.用杂化轨道理论解释BF3和BeCl2分子的形成及结构 B原子的基态电子排布式为 在形成BF3分子的过程中，硼原子的一个2s电子激发到一个空的2p轨道中，1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成能量相同、成分相同的3个sp2杂化轨道。B原子的三个sp2杂化轨道间的夹角为120，因此BF3具有平面三角形结构。,Be原子的基态电子排布式是1s22s2，在形成BeCl2分子
3、的过程中，Be的一个2s电子可以进入2p轨道，Be原子的1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道，Be原子的2个sp杂化轨道间的夹角为180，因此BeCl2为直线形分子构型。,3.用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况,在乙烯分子中，C原子由1个s轨道和2个p轨道进行杂化，组成3个等同的sp2杂化轨道，sp2杂化轨道夹角成120。乙烯中两个碳原子各用1个sp2轨道重叠形成1个CC 键外，各又以2个sp2杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道重叠，形成4个键，这样形成的5个键在同一平面上，每个C原子还剩下1个py轨道，它们垂直于这5个键所在平面，互相平行电子的
4、自旋方向相反，沿着x轴平行地侧面重叠，形成键。 在乙炔分子中碳原子由1个2s轨道和1个2p轨道进行杂化，组成2个sp杂化轨道。2个sp杂化轨道夹角为180，在乙炔分子中，两个碳原子各以1个sp轨道互相重叠，形成1个CC 键，每一个碳原子又各以1个sp轨道分别与1个氢原子形成键，此外每个碳原子还有2个互相垂直的未杂化的2p轨道，它们与另一个碳的2个2p轨道两两互相侧面重叠形成两个键。,4.杂化轨道的类型与分子空间构型的关系,1,2,3,2,3,4,180,120,109.5,答案,答案,直线形,平面三角形,正四面体,答案,议一议 1.氨气分子中氮原子的原子轨道也是发生sp3杂化，为什么氨气空间构
5、型与甲烷不同？ 答案 NH3中N原子为sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道，但NH3分子空间构型不是正四面体型，而是三角锥型，是因为氮原子形成NH3时有一对孤电子对。,答案,2.指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式和空间构型。 (1)CO2分子中的C采用_杂化，分子结构式为_，空间构型为_。 (2)CH2O中的C采用_，分子的结构式为_，空间构型为_。 (3)CH4分子中的C采用_杂化，分子的结构式为_，空间构型 为_。,sp,O=C=O,直线形,sp2,平面三角形,sp3,正四面体型,答案,(4)H2S分子中的S采用_杂化，分子的结构式为_，空间构 型为_。 (5)BeH2分子的中Be采用
6、_杂化，分子结构式为_，空间构型为_。 (6)BBr3分子中的Be采用_杂化，分子的结构式为_，空间 构型为_。,sp,HBeH,直线形,sp3,V形,sp2,平面正三角形,答案,(7)PH3分子中的P采用_杂化，分子的结构式为_，空间构型为_。,sp3,三角锥型,答案,二、 价层电子对互斥模型 1.价层电子对互斥模型的基本内容：分子中的 由于相互 作用，尽可能趋向彼此远离。 (1)当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子 ，就要求尽可能采取 结构。 (2)当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力 ，从而影响分子的空间构型。
7、 (3)电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力 。,价电子对(包括成键电子对,和孤电子对),排斥,斥力最小,对称,不同,越小,答案,2.价层电子对互斥模型与分子的几何构型 (1)中心原子中的价电子全部参与形成共价键的分子的几何构型如下表所示(由中心原子周围的原子数m来预测)：,直线形,平面三角形,正四面体型,答案,(2)中心原子上有孤电子对(价电子中未参与形成共价键的电子对)的分子的几何构型：中心原子上的 占据中心原子周围的空间，与 互相排斥，使分子的几何构型发生变化，如：H2O、NH3等。,孤电子对,成键电子,解析 若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当m2时，分子结
8、构为直线形；m3时，分子结构为平面三角形；m4时，分子结构为正四面体型。,议一议 1.若ABm的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，运用价层电子对互斥模型，下列说法正确的是( ) A.若m2，则分子的空间构型为V形 B.若m3，则分子的空间构型为三角锥型 C.若m4，则分子的空间构型为正四面体型 D.以上说法都不正确,解析答案,C,答案,2.CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都为sp3，键角为什么依次减小？试用价层电子对互斥模型解释。 答案 CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子的孤电子对数依次为0个、1个、2个。由于孤电子对比成键电子对更靠近中心原子的原子核，
9、对共用电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。,三、等电子体的判断和应用,答案,1.等电子原理 相同、 相同的分子或离子具有相同的 。 2.等电子体 满足等电子原理的分子或离子称为等电子体。如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体，它们的许多性质相似。 3.应用举例 等电子体具有相似的化学键特征和空间构型，它们的许多性质是相似的，利用等电子原理可以判断某些分子或离子的空间构型。,原子总数,价电子总数,结构特征,答案,(1)CO、CN等与N2互为等电子体，则CO和CN的结构式分别为 、 。 (2)CS2、N2O等与CO2互为等电子体，则CS2的结构
10、式为 ，空间构型为 形。,平面三角,(4)PH3、H3O、AsH3等与NH3互为等电子体，则PH3、H3O、AsH3的空间构型为 。,正四面体,CO,CN,S=C=S,直线,三角锥型,答案,议一议 1.已知CN与N2互为等电子体，则HCN分子中键与键的数目之比为多少？ 答案 11。HCN中CN与N2结构相同，含有三个键，一个键和两个键；另外H和C之间形成一个键，所以HCN分子中键与键数目之比为22，即为11。,返回,答案,2.分别写出与N2、CO2互为等电子体的分子或离子。,一、杂化轨道理论及分子空间构型与杂化轨道类型的关系,重点难点探究,1.杂化轨道理论要点 (1)只有能量相近的原子轨道才能
11、杂化。 (2)杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等，杂化轨道能量相同。 (3)杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。 (4)杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。 (5)杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对。 (6)未参与杂化的p轨道可用于形成键。,2.中心原子轨道杂化类型的判断 方法1：根据价层电子对数判断 杂化轨道只能用于形成键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个键，故有下列关系： 杂化轨道数价层电子对数中心原子孤电子对数中心原子结合的原子数。,根据杂化轨道数判断杂化类型，如下表所示：,方法2
12、：根据共价键类型判断 由于杂化轨道只用于形成键或容纳孤电子对，未参与杂化的轨道可用于形成键，故有如下规律： (1)中心原子形成1个叁键，则其中有2个键，是sp杂化，如：CHCH。 (2)中心原子形成2个双键，则其中有2个键，是sp杂化，如：O=C=O。 (3)中心原子形成1个双键，则其中有1个键，是sp2杂化，如： ，CH2=CH2。 (4)中心原子只形成单键，则按方法1判断。,3.分子的空间构型与杂化类型的关系 (1)当杂化轨道全部用于形成键时，分子或离子的空间构型与杂化轨道的空间构型相同。 sp杂化：直线形；sp2杂化：平面三角形；sp3杂化：正四面体构型(或四面体构型)。,(2)当杂化轨
13、道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的空间构型与杂化轨道的形状有所不同。,解析答案,例1 下列分子中的中心原子杂化轨道类型相同的是( ) A.CO2与SO2 B.CH4与NH3 C.BeCl2与BF3 D.C2H4与C2H2,解析答案,C2H2和C2H4中每个碳原子连接的原子个数分别为2、3个，每个C原子分别形成2个键、2个键和3个键、1个键，C原子杂化类型分别为sp杂化、sp2杂化。 答案 B,解题反思,(1)ABm型分子或离子中心原子杂化类型的判断思路：,(2)含双键或叁键的分子中心原子的杂化轨道类型： 根据中心原子键数目判断：如CO2、C2H2、C
14、2H4、CH3CH3分子中C原子键数目分别为2、2、3、4；碳原子杂化轨道类型分别为sp、sp、sp2、sp3杂化。,变式训练1 根据价层电子对互斥模型及原子的杂化轨道理论判断NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为( ) A.直线形 sp杂化 B.三角形 sp2杂化 C.三角锥型 sp2杂化 D.三角锥型 sp3杂化,解析答案,解析 根据价层电子对互斥模型可知，NF3分子中N原子价电子对数为 (53)4，N原子价电子对空间构型为四面体型，N原子周围有1对孤电子对，故NF3为三角锥型。根据杂化轨道理论可知，NF3分子中N原子杂化轨道数N原子孤电子对数N原子键数N原子价电子对数4。,D,解题反
15、思,二、利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间构型,1.价层电子对互斥模型的基本要点 (1)ABm型分子或离子的空间构型取决于中心原子A价层电子对(包括成键电子对即键电子对和孤电子对)的相互排斥作用，分子的空间构型采取价层电子对相互排斥作用最小的那种结构。 (2)若价电子对全部是成键电子对(即键电子对)，为使价电子对之间斥力最小则尽可能采取对称空间结构，若价电子对包含孤电子对时，则孤电子对和成键电子对之间、孤电子对之间和成键电子对之间的排斥作用不同，从而影响分子或离子的空间构型。,(3)价电子对之间的相互排斥作用大小的一般规律： 叁键与叁键叁键与双键双键与双键双键与单键单键与单键。 孤电子
16、对与孤电子对孤电子对与成键电子对成键电子对与成键电子对。 (4)ABm型分子或离子价电子对数目和价电子对几何构型的关系：,特别提醒,(1)价层电子对互斥模型指的是价电子对的几何构型，而分子的空间构型指的是成键电子对的空间构型，不包括孤电子对。 (2)当中心原子无孤电子对时，分子的空间构型与价电子对的几何构型一致； 当中心原子有孤电子对时，分子的空间构型与价电子对的几何构型不一致。 2.利用价层电子对互斥模型确定ABm型分子或离子空间构型的步骤,在计算中心原子的价电子对数时应注意如下规定： 作为配位原子，卤素原子和H原子提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子； 作为中心原子，卤素原子按提供7个电
17、子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算；,计算电子对数时，若剩余1个电子，即出现奇数电子，也把这个单电子当作1对电子处理； 双键、叁键等多重键作为1对电子看待。 (2)确定价电子对的几何构型 根据中心原子A的价电子对数，找出对应的几何构型,(3)确定分子或离子的空间构型 若中心原子A无孤电子对，则分子或离子的空间构型为价电子对的几何构型。 若中心原子A有孤电子对，则分子或离子的空间构型为略去中心原子孤电子对后的成键电子对的空间构型。,特别提醒,可以根据孤电子对、成键电子对之间的相互排斥力的大小，确定排斥力最小的稳定结构，并推测这种结构对价层电子对互斥模型的偏离程度。,解析答案,例2 利用价层
18、电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型。 (1)H2Se_；(2)OF2_； (3)BCl3_；(4)NF3_； (5)SiCl4_；(6)SO2_。,解析答案,答案 (1)V形 (2)V形 (3)平面三角形 (4)三角锥型 (5)正四面体 (6)V形,变式训练2 根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的空间构型不是三角锥型的是( ) A.PCl3 B.H3O C.HCHO D.PH3,解析答案,解析 PCl3分子中P原子的成键电子对数为3，孤电子对数为1，其价电子对的几何构型为四面体，分子的空间构型为三角锥型；同理，H3O和PH3分子的成键电子对数和孤电子对数均分别为3和1，分子的
19、空间构型为三角锥型；HCHO分子的中心原子的价电子都用来形成共价键，中心原子周围的原子数为3，空间构型为平面三角形。故选C。,C,解题反思,确定ABm型分子或离子空间构型的思路,三、等电子原理及应用 1.判断方法 原子总数相同，价电子总数相同的分子或离子。 2.应用 等电子体的许多性质是相近的，空间构型是相同的。利用等电子体可以： 判断一些简单分子或离子的空间构型； 利用等电子体在性质上的相似性制造新材料； 利用等电子原理针对某物质找等电子体。,3.常见等电子体及空间构型,例3 (1)根据等电子原理，仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是_和_；_和_。,解析答案,解析 仅由第2周
20、期元素组成的共价分子中，即C、N、O、F组成的共价分子，如N2与CO价电子总数均为10，CO2与N2O价电子总数均为16个电子。,N2,CO,CO2,N2O,(2)根据等电子原理，由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与 互为等电子体的分子有：_。,解析答案,解析 依题意，只要原子数相同，各原子最外层电子数之和也相同，即可互称等电子体， 为三原子，各原子最外层电子数之和为(5621)18，SO2、O3也为三原子，各原子最外层电子数之和为6318。,SO2、O3,解题反思,等电子体的确定方法 (
21、1)将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n1,2等)的原子，如N2与CO、 和CNO互为等电子体。 (2)将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如N2O和 互为等电子体。 (3)同主族元素最外层电子数相同，故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素原子，如O3与SO2、CO2与CS2互为等电子体。 (4)互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，如N2O与CO2互为等电子体。,变式训练3 根据等电子原理，回答下列问题。 (1)CO分子的结构式为_。,(3)二氧化钛(TiO2)是常用的、具有较高催化活性和稳定
22、性的光催化剂，常用于污水处理。O2在其催化作用下，可将CN氧化成CNO，进而得到N2。 写出一种与CN互为等电子体的单质分子的结构式：_，根据等电子原理写出CO、HCN分子的结构式：_、_。,解析答案,与CNO互为等电子体的分子、离子化学式分别为_ _、_(各写一种)。CNO的空间构型为_，CNO中键与键的个数比为_。,解析答案,解析 根据等电子原理、原子总数、价电子总数相同的分子或离子具有相似的结构特征和许多相近的性质来回答问题。 (1)CO与N2互为等电子体，故CO结构式为CO。,(3)用O原子替换CN中的N原子，同时减少1个负电荷，用N原子替换CN中的C原子，同时减少1个负电荷，分别得到
23、CN的两种等电子体CO和N2。根据等电子体原理可推知CO和CN的结构式分别为CO，CN，则HCN的结构式为HCN。,用O原子替换CNO中的N原子同时要去掉1个负电荷可得CNO的等电子体CO2，用S替换CO2中的O原子得等电子体CS2，CO与N2互为等电子体，用N2替换CNO中的CO可得等电子体 用N原子替换CNO中的C原子同时要去掉1个负电荷得其等电子体N2O，CO2的结构式为O=C=O，所以CNO的结构式为N=C=O，空间构型为直线形，键与键的数目比为2211。,解析答案,答案 (1)CO,(3)NN CO HCN,解题反思,确定分子或离子的空间构型(或共价键类型)的思路,返回,1.下列关于
24、杂化轨道的说法错误的是( ) A.所有原子轨道都参与杂化 B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化 C.杂化轨道能量集中，有利于牢固成键 D.杂化轨道中不一定有电子,随堂达标检测,1,2,3,解析答案,4,5,6,解析 参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A项错误，B项正确； 杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确； 并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道，也可以有一对孤电子对(如NH3、H2O的形成)，故D项正确。 答案 A,
25、1,2,3,4,5,6,2.下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是( ) BF3 CH2=CH2 CHCH PH3 CH4 A. B. C. D.,解析答案,1,2,3,4,5,6,答案 A,1,2,3,4,5,6,3.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键，也可用于形成键 B.杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对 C.NH3中氮原子的sp3杂化轨道是由氮原子的3个p轨道与氢原子的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CH 键,解析答案,1,2,3,4,5,6,解析 杂化轨道只用于形成键，或用来容纳
26、未参与成键的孤电子对，不能用来形成键，故B正确，A不正确； NH3中氮原子的sp3杂化轨道是由氮原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的，C不正确； 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s轨道重叠形成2个CH 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CC 键，D不正确。 答案 B,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,解析答案,B,5.(1)写出与OH互为等电子体的一种分子：_。,解析答案,1,2,3,4,5,6,解析 等电子体指的是具有相同的原子总数和价电子总数的分子或离子。 (1)用F原子替换OH中的O原子，
27、同时去掉1个负电荷得其等电子体HF分子。,解析答案,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,答案 (1)HF、HCl等,(3)N2O4 (4)CH4、SiH4等 (6)C2H6,6.(1)BCl3和NCl3中心原子的杂化方式分别为_和_。 (2)元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。在Y的氢化物(H2Y)分子中，Y原子轨道的杂化类型是_。,1,2,3,4,5,6,解析答案,解析 杂化轨道用于形成键和容纳孤电子对。BCl3分子中硼原子形成3个键，无孤电子对，则硼原子采取sp2杂化。NCl3中氮原子形成3个键，且有1对孤电子对，则氮原子采取sp3杂化。,解析 H2S中S采取sp3杂化。,sp2,sp3,sp3,1,2,3,4,5,6,返回,解析答案,正四面体,CCl4或SiCl4等,本课结束,