1、4.1分子的空间结构第一课时分子的空间结构模型明课程标准扣核心素养1.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，并可运用相关理论和模型进行解释和预测。2.能根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构，能利用相关理论解释简单的共价分子的空间结构。宏观辨识与微观探析：辨识共价分子，微观认识其空间结构。证据推理与模型认知：构建分子的空间结构模型，能用模型认识分子的空间结构，并运用相关的理论和模型进行解释和预测。 如何用杂化轨道理论解释甲烷的分子组成为CH4及有正四面体的空间结构。提示：碳原子的4个sp3杂化轨道指向正四面体的4个顶点，每个轨道上都有一个未成对电子，4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s
2、轨道重叠形成4个相同的键，从而形成CH4分子，具有正四面体的空间结构。问题探讨1BeCl2、BF3分子中Be、B原子各用哪几个轨道参与杂化？形成什么类型的杂化轨道，请用轨道表示式表示。提示：BeCl2BF32BeCl2、BF3的空间结构分别是什么？提示：直线形、平面三角形。3请用杂化轨道理论分析乙烷、乙烯和乙炔分子的成键情况。提示：碳原子杂化方式与周围原子形成键个数键乙烷sp34无乙烯sp231个乙炔sp22个1杂化轨道理论(1)杂化轨道的形成碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混杂”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道，可表示为：(2)共价键的形成碳
3、原子的4个sp3杂化轨道分别与氢原子的1s轨道重叠，形成4个相同的键。(3)甲烷分子的空间结构甲烷分子为正四面体结构，4个CH键是等同的，CH键之间的夹角键角是10928。2杂化轨道的类型类型参与轨道杂化轨道的夹角杂化轨道的空间结构实例sp3杂化1个s轨道与3个p轨道10928正四面体CH4、CCl4、NH、金刚石、晶体硅、SiO2sp2杂化1个s轨道与2个p轨道120平面三角形BF3 CH2=CH2sp杂化1个s轨道与1个p轨道180直线形BeCl23用杂化轨道理论分析C2H6、C2H4、C2H2的成键情况分子结构C原子杂化方式成键情况sp3杂化每个C原子的3个sp3轨道与3个H原子的1s轨
4、道重叠形成3个CH 键2个C原子各以1个sp3轨道发生重叠形成1个CC 键sp2杂化每个C原子的2个sp2轨道与2个H原子的1s轨道重叠形成2个CH 键2个C原子各以1个sp2轨道发生重叠形成1个CC 键，各以1个未杂化的2p轨道发生重叠，形成1个键sp杂化每个C原子的1个sp轨道与1个H原子的1s轨道重叠形成1个CH 键2个C原子各以1个sp轨道发生重叠形成1个CC 键，各以2个未杂化的2p轨道发生重叠形成2个键4苯分子的杂化类型、空间结构与大键(1)根据杂化轨道理论，形成苯分子时每个碳原子中一个2s轨道和两个2p轨道发生了sp2杂化，由此形成的三个sp2杂化轨道在同一平面内，每个sp2杂化
5、轨道上有一个未成对电子。(2)每个碳原子的两个sp2杂化轨道分别与邻近的两个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成键，于是六个碳原子组成一个正六边形的碳环，每个碳原子的另一个sp2杂化轨道分别与一个氢原子的1s轨道重叠形成键。(3)每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道(如图甲所示)，这六个轨道相互平行且各有一个未成对电子，以“肩并肩”的方式相互重叠，从而形成属于六个碳原子的键，形象地称为大键，如图乙所示。(4)在苯分子中，六个碳原子和六个氢原子都在同一平面内，整个分子呈平面正六边形，键角皆为120。1下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是()BF3CH2=CH2CHCHCH3
6、CH3CH4A BC D解析：选Asp2杂化形成的为三个夹角为120的平面三角形杂化轨道，另外中心原子还有未参与杂化的p轨道，可形成一个键，而杂化轨道只用于形成键或容纳未成键的孤电子对，的键角均为120，为sp杂化，为sp3杂化。2有关杂化轨道的说法不正确的是()A杂化轨道全部形成化学键Bsp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为10928、120、180C部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道理论解释D杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变解析：选A杂化轨道可以部分参加形成化学键，例如NH3中N发生了sp3杂化，形成了4个sp3杂化轨道，但是只有3个参与形成化学键，故
7、A错误；sp3、sp2、sp杂化轨道其空间分布分别是正四面体、平面三角形、直线形，夹角分别为10928、120、180，故B正确；部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道理论解释，如甲烷分子、氨气分子、水分子，故C正确；杂化前后的轨道数不变，杂化后，各个轨道尽可能分散、对称分布，导致轨道的形状发生了改变，故D正确。 1(1)CH4、NH3、H2O分子中、中心原子形成什么类型的杂化轨道？提示：均为sp3杂化。(2)NH3分子中HNH的键角为10718，H2O分子中HOH的键角为10430，CH4分子中HCH的键角为10928。导致这3种分子键角差异的原因是什么？提示：sp3杂化
8、轨道空间结构为正四面体，键角为10928，CH4分子中C原子的杂化轨道上没有孤电子对，NH3分子中N原子的杂化轨道上有1对孤电子对，H2O分子中O原子的杂化轨道上有2对孤电子对，孤电子对对成键电子对的斥力随孤电子对数目的增多而增强，故CH4、NH3和H2O分子中键角依次减小。2请利用价层电子对互斥模型预测下列微粒的空间结构。CCl4SO3SOSOH3O提示：正四面体平面三角形三角锥形正四面体三角锥形1价层电子对互斥模型(1)价电子对：包括孤电子对和成键电子对，即价电子对成键电子对孤电子对。(2)价电子对之间的相互作用价电子对之间存在相互排斥作用，为减小斥力，相互之间尽可能彼此远离，因此分子的空
9、间结构受到影响，一般地，分子尽可能采取对称的空间结构以减小斥力。(3)价电子对数(ABm型分子)的计算方法价电子对数目(n)(中心原子A的价电子数每个配位原子B提供的价电子数m)对于主族元素，中心原子的价电子数最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子按提供1个价电子数计算，如PCl5中n(515)5。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。离子的价电子对数的计算：如NH：n(5141)4；SO：n(602)4。(4)价层电子对互斥模型与分子或离子的空间结构中心原子价电子全部参与成键的分子或离子的空间结构若n个价电子对全部是成单键的电子对且没有孤电子对，为使价电子对之间
10、的斥力最小，价电子对应尽量远离。ABn成键电子对数孤电子对数价电子对数分子或离子的空间结构示例n2202直线形CO2、HgCl2n3303平面三角形HCHO(甲醛)、BF3、COn4404正四面体CH4、CCl4n5505三角双锥PCl5n6606八面体SF6中心原子上有孤电子对的分子或离子的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，使分子或离子的空间结构发生变化。成键电子对数孤电子对数价电子对数分子或离子的空间结构示例213V形SO2、SnCl2314三角锥形NH3、H3O22V形H2O、H2S(5)价电子对相关的两点说明具有相同价电子对数的分子，中心原子的杂
11、化轨道类型相同，价电子对分布的几何构型也相同。如果分子中中心原子的杂化轨道上存在孤电子对，价电子对之间的斥力大小顺序为：孤电子对与孤电子对之间的斥力孤电子对与成键电子对之间的斥力成键电子对与成键电子对之间的斥力。随着孤电子对数目的增多，孤电子对对成键电子对之间的排斥作用增强，使得成键电子对与成键电子对之间的键角被“压缩”而减小。2等电子原理等电子原理指具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。如 CO和N2，二者分子结构非常相似，它们的分子中价电子总数都是10，都形成1个键和2个键，键能都较大。1下列描述中正确的是()ABeCl2的空间结构为V形BSF6的中心原子有6对成键电
12、子对，无孤电子对CBF3和PCl3的中心原子均为sp2杂化DBeCl2和SnCl2的空间结构均为直线形解析：选BBeCl2中Be原子价电子对数2且不含孤电子对，空间结构为直线形，故A错误；SF6的中心原子价电子对数6且不含孤电子对，故B正确；BF3中B原子价电子对数3且不含孤电子对，PCl3中P原子价电子对数4且含有1对孤电子对，根据价层电子对互斥模型判断中心原子杂化类型，前者是sp2杂化，后者是sp3杂化，故C错误；BeCl2中Be原子价电子对数2且不含孤电子对，Sn原子价电子对数3且含有1对孤电子对，根据价层电子对互斥模型判断其空间结构，前者是直线形，后者呈V形，故D项错误。2根据等电子原
13、理，下列各组分子或离子的空间结构不相似的是()ASO2和O3 BNH和CH4CH3O和NH3 DCO2和H2O解析：选DD项中，CO2分子和H2O分子原子总数相等，价电子总数前者为16，后者为8，二者不互为等电子体，则空间结构不相似。3已知：CS2，PCl3，H2S，CH2O，H3O，NH，BF3，SO2。请回答下列问题：(1)中心原子没有孤电子对的是_(填序号，下同)。(2)空间结构为直线形的是_；空间结构为平面三角形的是_。(3)空间结构为V形的是_。(4)空间结构为三角锥形的是_；空间结构为正四面体形的是_。解析：(2)CS2的中心原子的价电子对数2，不含孤电子对，故为直线形；CH2O的
14、中心原子的价电子对数为3，不含孤电子对，故为平面三角形；BF3的中心原子的价电子对数3，不含孤电子对，故为平面三角形。(3)H2S的中心原子的价电子对数4，含2对孤电子对，故为V形结构；SO2的中心原子的价电子对数3，含1对孤电子对，故为V形结构。(4)PCl3的中心原子的价电子对数4，含1对孤电子对，故为三角锥形；H3O的中心原子的价电子对数4，含1对孤电子对，故为三角锥形；NH的中心原子的价电子对数4，不含孤电子对，故为正四面体结构。答案：(1)(2)(3)(4) 以硼酸(H3BO3)为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，可将羧酸直接还原成醇。(1)BH中B原子的
15、杂化轨道类型为_，BH的空间结构为_。提示：B原子的价电子对数4，B采用sp3杂化，BH的空间结构为正四面体形。(2)乙酸分子()中键角1键角2，其原因为_。提示：由于双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力，所以乙酸分子结构中键角1键角2。1杂化轨道类型的判断方法一根据杂化轨道数判断(1)公式杂化轨道数n(中心原子的价电子数每个配位原子提供的价电子数电荷数)。当中心原子与氧族元素原子成键时，氧族元素原子不提供电子。当为阴离子时，中心原子加上电荷数的绝对值；为阳离子时，减去电荷数。(2)根据n值判断杂化类型n2时，sp杂化，如BeCl2，n(22)2；n3时，sp2杂化，如NO，n(51)3；n4
16、时，sp3杂化，如NH，n(514)4。方法二根据中心原子有无键判断中心原子全部形成单键(无键)，sp3杂化；形成一个双键(一个键)，sp2杂化；形成两个双键或一个三键(两个键)，sp杂化。方法三根据分子或离子的空间结构判断一般地，若是直线形，sp杂化；若是平面形，sp2杂化；若是立体形，sp3杂化。2利用价层电子对互斥模型确定分子的空间结构根据分子中中心原子的成键电子对数和孤电子对数，可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子空间结构：中心原子成键电子对数孤电子对数价电子对数价层电子对互斥模型分子空间结构。价层电子对互斥模型对几种分子空间结构的预测如下表：成键电子对数孤电子对数价电子对数电子对
17、的排列方式几何构型分子的空间结构实例202直线形直线形HgCl2、BeCl2、CO2303三角形平面三角形BF3、BCl321V形SnBr2、PbCl2404四面体正四面体CH4、CCl431三角锥形NH3、NF322V形H2O3利用等电子原理判断分子或离子的空间结构(1)利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的空间结构。如NH3和H3O的空间结构相似(三角锥形)；SiCl4、SO、PO都呈正四面体形。(2)等电子体不仅有相似的空间结构，且有相似的性质。(1)在BF3分子中，FBF的键角是_，硼原子的杂化轨道类型为_，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的空间结构为_。(2)肼(N2
18、H4)分子可视为NH3分子中的1个氢原子被NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。NH3分子的空间结构是_；N2H4分子中氮原子的杂化轨道类型是_。(3)H可与H2O形成H3O，H3O中氧原子采用_杂化。H3O中HOH键角比H2O中HOH键角大，原因为_。(4)SO的空间结构是_，其中硫原子的杂化轨道类型是_。解析：(1)BF3中B原子的价电子对数为(313)3，BF3分子的空间结构为平面三角形，故FBF的键角为120，B原子的杂化轨道类型为sp2；BF中B原子的价电子对数为(3114)4，所以BF的空间结构为正四面体。(2)NH3的空间结构为三角锥形，N原子采取sp3杂化，N2H4分子可视
19、为NH3分子中的1个氢原子被NH2取代形成的另一种氮的氢化物，所以N2H4中N原子的杂化方式也为sp3。(3)H2O、H3O中O原子均采取sp3杂化，孤电子对对成键电子对具有排斥作用，而H2O中孤电子对数比H3O中多，所以H3O中HOH键角比H2O中HOH键角大。(4)SO的中心原子S的成键电子对数为4，无孤电子对，SO为正四面体结构，中心原子采用sp3杂化。答案：(1)120sp2正四面体(2)三角锥形sp3(3)sp3H2O中氧原子上有2对孤电子对，排斥力较大，H3O中氧原子上只有1对孤电子对，排斥力较小(4)正四面体形sp3分级训练课课过关_1下列分子的空间结构是正四面体的是()ACH4
20、 BNH3CH2O DBF3解析：选ACH4、NH3、H2O分子中价电子对数均为4，价电子对分布的几何构型为正四面体，CH4分子中无孤电子对，则CH4为正四面体，NH3、H2O分子中各1对、2对孤电子对，则NH3为三角锥形，H2O为V形；BF3分子中价电子对数为3，且分子中无孤电子对，故BF3为平面三角形。2利用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间结构，也可推测键角的大小，下列判断正确的是()ACS2是V形分子BSnBr2的键角大于120CBF3是三角锥形分子DNH的键角等于10928解析：选DCS2的中心原子的价电子对数2，不含孤电子对，CS2为直线形分子，A项错误；SnBr2的中
21、心原子的价电子对数3，含有一对孤电子对，SnBr2为V形分子，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以SnBr2的键角小于120，B项错误；BF3的中心原子的价电子对数3，BF3为平面三角形分子，C项错误；NH的中心原子的价电子对数4，NH为正四面体形分子，NH的键角等于10928，D项正确。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()Asp2sp2 Bsp3sp3Csp2sp3 Dspsp3解析：选C 中碳原子形成了3个键，无孤电子对，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个键，无孤电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的是sp3杂化。4原子总数相等，价电子总数也相等的分子或离子互称为等电子体，而等电子体具有相同的空间结构。现已知CO2、N2O、O3、NO2、N2、CO、N、CN、NO、NO，试回答下列问题：(1)上述分子或离子中互为等电子体的是_。(2)CO分子的结构式为_，其中有_个键，_个键。解析：(1)根据等电子体的定义判断。(2)CO与N2互为等电子体，而等电子体又具有相同的结构，故CO与N2的结构基本相同。答案：(1)CO2、N2O、N与NO或N2、CO、CN与NO(2)CO12
