分子的空间结构课件-高中化学人教版选择性必修二

第二章分子结构与性质第二节分子的空间结构第1课

时复习回顾共价键σ键π键键参数键能键长键角衡量共价键的稳定性描述分子的空间结构的重要因素成键方式“头碰头”,呈轴对称成键方式“肩并肩”,呈镜像对称指多原子构成的分子中的原子的空间关系问题多样的分子空间结构1.单原子分子，主要指稀有气体。不存在分子的立体结构问题。2.双原子分子，例如O2、HCl等。其构型一定是直线形

O2HCl多样的分子空间结构3.三原子分子18001050其构型是直线形或V形

多样的分子空间结构4.四原子分子三角锥形平面三角形约12001070多样的分子空间结构4.四原子分子乙炔C2H2直线形白磷P4正四面体形多样的分子空间结构5.五原子分子-----构型多，主要代表是“正四面体形”109028′形成分子的原子数越多，分子构型越复杂肉眼不能看到分子，科学家是怎样知道分子的结构的呢？分子结构的测定测定分子结构的现代仪器和方法红外光谱晶体X射线衍射分子中的原子不是固定不动的，而是处于不断振动着的。红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到谱图上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知分子中含有何种化学键或官能团的信息。分子结构的测定红外光谱分子结构的测定质谱纵坐标表示相对丰度，横坐标表示粒子的相对质量与其电荷数之比（m/z），简称荷质比，化学家通过分析得知，被测物的相对分子质量是92，该物质是甲苯。写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的电子式、结构式及分子的空间结构：分子CO2H2ONH3CH2OCH4电子式结构式中心原子有无孤对电子空间结构O=C=O无有有无无直线形V形三角锥形

平面三角形正四面体思考：同为三原子分子，CO2和H2O分子的空间结构却不同，为什么？

同为四原子分子，CH2O与NH3分子的空间结构也不同，为什么？二、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）二、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）——预测分子空间构型的简单理论价层电子对互斥模型：分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。要点：①中心原子：对ABn型分子，B围绕A成键，则A为中心原子，B为配位或端位原子。n值为中心原子结合的原子数②VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的孤电子对。多重键只计其中的σ键电子对，不计π电子对。二、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）分子中心原子共价键σ键数σ键电子对数孤电子对数H2OOO－H2NH3NN－H3SO3SS=O3233?中心原子上的孤电子对数的计算其中：a表示中心原子的价电子数对主族元素：a＝

；对于阳离子：a＝

－

；

如H2O、CO32-、NH4+

对于阴离子：a＝

＋

。x为与中心原子结合的

。b为与中心原子结合的原子

，H为1，其他原子=

。价电子数原子数最多能接受的电子数8﹣该原子的价电子数最外层电子数电荷数价电子数电荷数200NO2注意：有时计算出来的孤电子对数不是整数，如NO2为0.5，这时要按1来对待，因为单电子也要占据一个轨道。

计算H2O、NH3、SO3、NH4+、CO32－分子或离子的孤电子对数分子或离子中心原子axb中心原子上的孤电子对数σ键电子对数价层电子对数H2OONH3NSO3SNH4+NCO32-C6565-1=44+2=62334311212210002334344343价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数

对ABn型的分子或离子，中心原子A价层电子对之间存在排斥力，将使分子中的原子处于尽可能远的相对位置上（以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低），从而得到含有孤电子对的分子的VSEPR模型（价层电子对互斥模型）。

略去VSEPR模型中中心原子上的孤电子对，便可得到分子的空间结构。

几种分子或离子的中心原子上的空间构型分子或离子孤电子对数价层电子对数VSEPR模型名称分子或离子的空间结构名称CO2

SO2

CO32-

H2O

NH3

CH4

NH4+

02直线形直线形13平面三角形V形03平面三角形平面三角形24四面体V形14四面体三角锥形04正四面体正四面体04正四面体正四面体VSEPR模型与分子的空间结构1、中心原子上无孤电子对的分子ABn立体结构范例n=2直线形CO2n=3平面三角形CH2On=4（正）四面体形CH4---------------分子的VSEPR模型就是分子的空间结构VSEPR模型与分子的空间结构1、中心原子上有孤电子对的分子分子的VSEPR模型和分子的空间结构不一致价层电子对数目VSEPR模型σ键电子对数孤电子对数分子的立体构型实例2直线形20直线形CO2、BeCl23三角形30三角形BF3、BCl321V形PbCl24四面体形40正四面体形CH4、NH4＋31三角锥形NH3、NF322V形H2O、SO2（1）确定σ键电子对数（2）确定中心原子上的孤电子对数（3）得到中心原子上的价层电子对数（4）画出分子的VSEPR模型（5）得到分子的立体构型确定分子的空间结构的步骤：常见分子或离子的空间构型实例σ键电子对数孤电子对数价层电子对数电子对的排列方式VSEPR模型分子的立体构型BeCl2、CO2BF3、BCl3

SO223200123直线形平面三角形直线形平面三角形V形常见分子或离子的空间构型实例σ键电子对数孤电子对数价层电子对数电子对的排列方式VSEPR模型分子的立体构型CH4、CCl4

NH3H2O4320124正四面体形四面体形三角锥形V形常见分子或离子的空间构型实例σ键电子对数孤电子对数价层电子对数电子对的排列方式VSEPR模型分子的立体构型PCl5SF6560506三角双锥三角双锥正八面体正八面体应用反馈:分子或离子σ键电子对数孤电子对数价层电子对数VSEPR模型空间结构HCNNO2NH2－NO3-H3O+SiCl4CHCl3NH4+PO43-0120100023434444直线形V形V型平面三角形三角锥形四面体正四面体正四面体04正四面体222334444直线形平面三角形四面体正四面体正四面体正四面体平面三角形四面体四面体第二章分子结构与性质第二节分子的空间结构第2课

时1.H2O、NH3、NO2-的键角分别是105°、107°、115°，请解释原因。

H2O、NH3的价层电子对均为4，VSEPR模型均为四面体形，键角接近109°，但H2O、NH3的的孤电子对分别为2、1，分子中电子对之间的斥力大小顺序：孤电子对-孤电子对＞孤电子对-成键电子对＞成键电子-成键电子，故H2O、NH3的键角均减小，但H2O中减小的更多，分别是105°、107°。三、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）的应用——判断分子中键角的大小NO2-的价层电子对均为3，VSEPR模型均为平面三角形，键角接近120°，孤电子对的排斥使得NO2-的键角减小，变为115°。体验高考1.【2021年全国乙卷】H2O的键角小于NH3的，分析原因：

。

H2O、NH3的价层电子对均为4，VSEPR模型均为四面体形，由于斥力孤电子对-成键电子对＞成键电子-成键电子，因此孤电子对数越多，键角减小的越多，键角越小。【结论1】电子对之间的斥力大小顺序：孤电子对-孤电子对＞孤电子对-成键电子对＞成键电子-成键电子中心原子的孤电子对数多，斥力大，键角小，如H3O+中键角大于H2O键角。体验高考2.【2020年山东卷】NH3、PH3、AsH3的键角由大到小的顺序为：

。

同主族元素，随着原子序数递增，电负性逐渐减弱，则其氢化物中成键电子对逐渐远离中心原子，致使成键电子对之间的排斥力降低，键角逐渐减小，故键角由大到小的顺序是NH3、PH3、AsH3。3.试解释：NH3的键角大于NF3的键角。F的电负性大于H，则N-F键中成键电子对更偏向于F原子，致使成键电子对之间的排斥力降低，键角变小，故键角由大到小的顺序是NH3>NF3。【结论2】电负性：中心原子电负性大，成键电子对斥力大，键角大，例如H2O的键角大于H2S的键角；配位原子电负性大，斥力小，键角小。体验高考4.试解释：HCHO中，∠O-C-H键角（大于120°）大于∠H-C-H（小于120°）。【结论3】由于三键、双键比单键包含的电子多，所以斥力大小顺序：三键＞双键＞单键。常用：双键间斥力>双键—单键间斥力>单键间斥力。如SO2Cl2的VSEPR模型为四面体型，S=O键是双键，S—Cl键是单键，其中∠O-S-O>109°28′，∠Cl-S-Cl<∠O-S-Cl<109°28′。5.试解释：NO2与SO2空间构型均为V形，但NO2键角大。

NO2与SO2的价层电子对均为3，VSEPR模型均为平面三角形，但NO2中孤电子是一个单电子，由于斥力：电子对-电子对>电子对-单电子，NO2键角大于120°，NO2键角小于120°。体验高考6.试解释：NO2、NO2-、NO2+键角大小。

NO2价层电子对为3，VSEPR模型均为平面三角形，但NO2中孤电子是一个单电子，由于斥力：电子对-电子对>电子对-单电子，NO2键角大于120°。

NO2-价层电子对为3，VSEPR模型均为平面三角形，孤电子对数为1，由于斥力：孤电子对-成键电子对>成键电子对-成键电子对，NO2-键角小于120°。

NO2+价层电子对为2，VSEPR模型均为平面三角形直线型，键角180°。1、下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是（）A、CO2B、H2SC、PCl3D、SiCl4B2、下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是（）A、H2OB、CO2C、C2H2D、P4BC课堂练习第二章分子结构与性质第二节分子的空间结构第3课

时

杂化轨道理论简介课程标准素养目标1.了解杂化轨道理论的基本内容。2.能根据杂化理论判断简单分子或离子的空间构型。1.宏观辨识与微观探析：通过认识分子结构以及杂化轨道理论，探析杂化类型与分子立体结构的关系。2.证据推理与模型认知：结合杂化轨道理论与分子的立体构型，能论证证据与模型建立及其发展之间的关系。教

学

目

标新课导入写出碳原子与氧原子的价层电子轨道表示式。思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2？当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到4个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角109°28'，称为sp3杂化轨道，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-Hσ键，因此呈正四面体形的空间结构。新

课

导

入杂化轨道理论杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。轨道杂化的过程：激发→杂化→轨道重叠。杂化轨道理论要点原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。杂化改变了中心原子原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。杂化前后原子轨道数目不变，且杂化轨道的能量相同。（重新分配能量和空间方向，组成数目相等成键能力更强的原子轨道）原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不可能发生杂化。杂化轨道用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成π键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型（sp、sp2、sp3等）。杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+与中心原子结合的原子数。杂化轨道的类型sp3杂化轨道——CH4分子的形成xyzxyzzxyzxyz109°28′sp3杂化轨道是由一个ns轨道和三个np轨道杂化而得。sp3杂化轨道的夹角为109°28′，呈空间正四面体形(如CH4、CF4、CCl4)。

sp2杂化轨道——BF3分子的形成

xyzxyzzxyzxyz120°sp2杂化轨道是由一个ns轨道和两个np轨道杂化而得。sp2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形(如BF3)sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键，如乙烯分子碳碳双键的形成。碳的sp2杂化轨道——C2H4的形成sp2杂化：三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道。↑↑↑↓2s2psp2杂化↑↑↑↑sp2

π键的存在使得C=C电子云密度增大，对成键电子对排斥力增大，∠H-C-H键角变小（<120°）。

sp杂化轨道——BeCl2分子的形成xyzxyzzxyzxyz180°◆sp杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道杂化而得。sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形(如BeCl2)。杂化后的2个sp杂化轨道分别与氯原子的3p轨道发生重叠，形成2个σ键，构成直线形的BeCl2分子。◆sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键，如乙炔分子中的C≡C键的形成。sp杂化↑↓2s2p↑↑sp碳的sp杂化轨道——C2H2的形成sp杂化：夹角为180°的直线形杂化轨道。↑↑↑↓2s2psp杂化↑↑↑↑sp乙炔杂化轨道和成键杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对（不用于形成π键）当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子的空间结构也发生变化。杂化轨道与分子空间构型的关系小

结学生活动【课堂练习1】甲醛分子的结构式为

，下列描述正确的是：A.甲醛分子有4个σ键B.甲醛分子中的碳原子为sp3杂化C.甲醛分子中的氧原子为sp杂化D.甲醛分子为平面三角形，有一个π键垂直于三角形平面D只有中心原子发生杂化端位原子不发生杂化学

生

活

动杂化轨道与分子的空间结构的关系杂化类型spsp2sp3轨道组成轨道夹角杂化轨道示意图实例分子的空间结构1个ns和1个np1个ns和2个np1个ns和3个np180°120°109°28′BeCl2BF3CH4直线形平面三角形正四面体学生活动分析CO2、SO2、SO3、H2O、NH3、CH4的杂化轨道类型、VSEPR模型、空间构型，总结VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系。价层电子对数VSEPR模型VSEPR模型名称杂化轨道数中心原子的杂化轨道类型