物质结构与性质学案第二节分子的空间结构

第二节分子的空间结构

第1课时分子结构的测定和多样性价层电子对互斥模型

［核心素养发展目标］1.了解分子结构的测定方法。2.通过对典型分子空间结构的学习，认识

微观结构对分子空间结构的影响，了解共价分子结构的多样性和复杂性。3.通过对价层电子

对互斥模型的探究，建立解决复杂分子结构判断的思维模型。

一、分子结构的测定

早年科学家主要靠对物质的3拄质进行系统总结得出规律后进行推测，现代科学家应用了

许多测定分子结构的现代仪器和方法，如红外光谱、晶体X射线衍射等。

1.红外光谱在测定分子结构中的应用

分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。当一束红外线透过分子时，分子会吸

收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线,再记录到图谱上呈现吸收峰。通过和已有遭

图库比对，或通过量子化学计算,可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的,

综合这些信息，可分析分子中含有何种化燮键或宣能团的信息。

2.质谱法在测定分子相对分子质量中的应用

现代化学常利用质谱仪测定分子的相对分子质量。它的基本原理是在质谱仪中使分子失去电

子变成带正电逋的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的离子具有不同的相对质量，它们

在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场得以分离，在记录仪上呈现一系列峰，化学家对这些

峰进行系统分析，便可得知样品分子的相对分子质量。

r理解应用」

i.可以准确判断有机物分子中含有哪些官能团的分析方法是（）

A.核磁共振氢谱B.质谱

C.红外光谱D.紫外光谱

答案C

解析核磁共振氢谱能分析等效氢的种类，故A错误：质谱分析相对分子质量，故B错误；

红外光谱判断有机物分子中官能团的种类，故C正确；只根据紫外光谱是不能完全确定物质

的分子结构，故D错误。

2.2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机分子的结构进行分析的质谱法。

其方法是让极少量（IO"g左右）的化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少

量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子化后可得到C2HzC2H：、C2H；……然后测定其质荷

比夕。设H+的质荷比为1,某有机物样品的质荷比如图（假设离子均带一个单位正电荷，信号

强度与该离子多少有关），则该有机物可能（）

质荷比（㈤

A.CH3OHB.C3H8

C.C2H4D.CH4

答案D

解析有机物样品的质荷比的最大值为该物质的相对分子质量，根据有机物样品的质荷比图

可知该物质的相对分子质量为16,甲醇、丙烷、乙烯、甲烷的相对分子质量分别为32、44、

28、16,因此该有机物是甲烷。

二、多样的分子空间结构

单原子分子（稀有气体分子）、双原子分子不存在空间结构，多原子分子中存在原子的几何学

关系和形状，即所谓“分子的空间结构”。

1.三原子分子

化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称

9

C02（）：：C：：（）o=c=o180。直线形

0

HOH：()：H/\105。0dAstV形

2HH

2.四原子分子

化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称

H

:o:/

CH2O()=0约120。平面三角形

H：C：H\

IIV

H

NH3/!\107°a三角锥形

H：N：HHII

3.五原子分子

化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称

•H・H

CHH：C：H109。28'ss正四面体形

4••HN等H

HH4

:ci；Cl

z4\

CC14：Cl:C:Cl:109°28'正正面体形

；Cl:

Cl

4.其他多原子分子的空间结构

r判断正误」

(1)四原子分子一定都是平面三角形或三角锥形()

(2)正四面体形的键角均为109。28'()

(3)SiCU,SiH4>NH；、CH3cl均为正四面体结构()

(4)SF6分子的空间结构为正八面体形()

⑸椅式C6H12比船式C6H12稳定()

答案(1)X(2)X(3)X(4)J(5)J

r理解应用」

i.下列分子的空间结构模型正确的是()

A.COz的空间结构模型:

B.H?0的空间结构模型：00=0

C.NH3的空间结构模型:A

D.CH』的空间结构模型:

答案D

解析CO2的空间结构为直线形，A不正确；H2O的空间结构为V形，B不正确；NH3的空

间结构为三角锥形，C不正确：CH4的空间结构为正四面体形，D正确。

2.(2020•南京调研)(1)硫化氢(H2S)分子中，两个H—S的夹角接近90。，说明H2s分子的空间

结构为。

(2)二硫化碳(CS*分子中，两个C=S的夹角是180。，说明CS2分子的空间结构为o

(3)能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是(填字母)。

a.两个键之间的夹角为109°28,

b.C—H为极性共价键

c.4个C—H的键能、键长都相等

d.二氯甲烷(CH2cI2)只有一种(不存在同分异构体)

答案⑴V形(2)直线形(3)ad

解析(1)、(2)中可由键角直接判断分子的空间结构。(3)五原子分子CH4可能有平面四边形

和正四面体两种空间结构，不管为哪种，b、c两项都成立；若为前者，则键角为90。，CH2cL

0H

——

1—

J0C

——

—

H和H

有两种:；若为后者，则键角为109°28,,CH2CI2只有一种。

三、价层电子对互斥模型

1.价层电子对互斥模型(VSEPRmodel)：对AB“型的分子或离子，中心原子A的价层电子对

(包括成键的◎键电子对和未成键的孤电子对)之间由于存在排斥力,将使分子的空间结构总

是采取电子对相互排斥最弱的那种结构,以使彼此之间斥力最小,分子或离子的体系能量最

低，最稳定。

2.价层电子对的计算

(1)中心原子价层电子对数键电子对数+孤电子对数。

(2)0键电子对数的计算

由化学式确定，即中心原子形成几个◎键，就有几对c键电子对。如H2O分子中，。有2

对。键电子对。NH3分子中，N有2对。键电子对。

(3)中心原子上的孤电子对数的计算

中心原子上的孤电子对数斗a—功)

①a表示中心原子的价电子数；

对主族元素：“=最外层电子数;

对于阳离子：“=价电子数一离子所带电荷数；

对于阴离子：。=价电子数+离子所带电荷数。

②X表示与中心原子结合的原子数。

③匕表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1,其他原子=8—该原子的价电

子数。

3.价层电子对的空间结构(即VSEPR模型)

价层电子对数目：234

VSEPR模型：直线形平面三角形正四面体形

4.VSEPR模型的应用——预测分子空间结构

由价层电子对的相互排斥，得到含有孤电子对的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的

中心原子上的孤电子对,便可得到分子的空间结构。

(1)中心原子不含孤电子对

分子或0键电子孤电子分子(或离子)的空间结构

VSEPR模型及名称

离子对数对数及名称

60。直线形。直线形

CO22000

^^平面:用形T平面三角形

cor30

4*正四面体形

CH40

4正四面体形

(2)中心原子含孤电子对

分子或价层电子孤电子

VSEPR模型及名称分子的空间结构及名称

离子对数对数

令三角锥形

NH341

O四面体形

吸0四面体形

»V形

H2O42

0^0平面三角形

Av形

so231

■特别提醒

(1)若AB“型分子中，A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成，则价层

电子对互斥模型把双键或三键作为一对电子对看待。

(2)由于孤电子对有较大斥力，含孤电子对的分子的实测键角几乎都小于VSEPR模型的预测

值。

价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对一孤电子对〉孤电子对一成键电子

对〉成键电子对一成键电子对。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的

斥力减小，键角也减小。

(3)价层电子对互斥模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。

r正误判断」

(1)分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构是相同的()

(2)所有的三原子分子都是直线形结构()

(3)SCh与CCh的分子组成相似，故它们分子的空间结构相同()

(4)由价层电子对互斥模型可知SnBn分子中Sn—Br的键角小于180°()

(5)根据价层电子对互斥模型可以判断H3O'与NH3的分子(或离子)的空间结构一致()

答案(1)X(2)X(3)X(4)J(5)7

r深度思考」

1.试解释CH4键角(109°28')、NH3键角(107。)、氏0键角(105。)依次减小的原因。

提示CH4分子中的C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1对孤电子对，H2O分子

中O原子上有2对孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角减小。

2.用价层电子对互斥模型完成下列问题(点的原子为中心原子)。

。键电子对数孤电子对数空间结构

H2s9

BCb

PCh

so2

soi

OF2

CIFt

答案

。键电子对数孤电子对数空间结构

H2sq22V形

BCh30平面三角形

PC1331三角锥形

so221V形

soi40正四面体形

OF222V形

C1F222V形

-归纳总结

分子空间结构的确定思路

中心原子价层电子对数〃

4

—n=2直或形

VSEPR模型----”=3平面三角形

----71=4四面体形

分子的空间结构——略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间

随堂演练知识落实

1.下列物质中，分子的空间结构与氨分子相似的是（）

A.C02B.H2sC.PC”D.SiCl4

答案C

解析氨分子是三角锥形，H2s分子是V形，CCh是直线形，PC”是三角锥形，SiCL是正四

面体形。

2.下列微粒中，中心原子含有孤电子对的是（）

A.SiH4B.H20

c.CH4D.NH；

答案B

3.若AB.型分子的中心原子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，判断下列说法中正确的是（）

A.若〃=2,则分子的空间结构为V形

B.若〃=3,则分子的空间结构为三角锥形

C.若"=4,则分子的空间结构为正四面体形

D.以上说法都不正确

答案C

解析若中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，则不存在c键电子对与孤电子对

之间的相互排斥。当〃=2时，分子的空间结构为直线形；〃=3时，分子的空间结构为平面

三角形；〃=4时，分子的空间结构为正四面体形。

4.有X、Y两种活性反应中间体微粒，均含有1个碳原子和3个氢原子，其球棍模型如图所

A.X的组成为CH3-

B.丫的组成为CH]

C.X的价层电子对数为4

D.Y中键角小于120°

答案C

解析由图可知，X为平面三角形结构，其碳原子应该有三对价层电子对，其组成为CH。

A项正确、C项错误；丫为三角锥形，其碳原子有四对价层电子对，故其组成为CH},键角

比120°小，B、D项正确。

5.美国化学家鲍林教授具有独特的化学想象力：只要给他物质的分子式，他就能大体上想象

出这种物质的分子结构模型。多核离子所带电荷可以认为是中心原子得失电子所致，根据

VSEPR模型，下列离子中所有原子都在同一平面上的一组是（）

A.NO2和NH]B.HaO+和CIO,

C.NO；WCOfD.POF和SOF

答案c

5+1—2X2

解析NO?中心原子的价层电子对数=2+------2―-=3,含有一对孤电子对，空间结构为

5——1—Ax1

V形，NH；中心原子的价层电子对数=4+:——I——*=4,没有孤电子对，空间结构为正四

6——1——3X]

面体形，故A不选；H3O+中心原子的价层电子对数=3H--------—=4，含有一对孤电子

7+]-3义2

对，空间结构为三角锥形，C10f中心原子的价层电子对数=3+——2——=4,含有一对孤

5+1—3X2

电子对，空间结构为三南锥形，故B不选；NO,中心原子的价层电子对数=3+^———

4+2—2X3

3,没有孤电子对，空间结构为平面三角形，COM中心原子的价层电子对数=3+-—2〜-

=3,没有孤电子对，空间结构为平面三角形，故C选；POF中心原子的价层电子对数=4

5+3—4X2

产一、—=4，没有孤电子对，空间结构为正四面体形，sor中心原子的价层电子对数

=4+----2----=4，没有孤电子对，空间结构为正四面体形，故D不选。

6.⑴利用VSEPR模型推断分子或离子的空间结构。POF；CS2________;AlBn（共

价分子）o

（2）按要求写出第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式。

平面三角形分子,三角锥形分子,四面体形分子。

（3）为了解释和预测分子的空间结构，科学家在归纳了许多已知的分子空间结构的基础上，提

出了一种十分简单的理论模型——价层电子对互斥模型。这种模型把分子分成两类：一类是

;另一类是。BF3和NF3都是四个原子的分子，BF3的中

心原子是,NF3的中心原子是；BF3分子的空间结构是平面三角形而NFj

分子的空间结构是三角锥形的原因是。

答案（1）正四面体形直线形平面三角形

（2）BF3NF3CF4

（3）中心原子上的价电子都用于形成共价键中心原子上有孤电子对BNBF3分子中B

原子的3个价电子都与F原子形成共价键，而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成

共价键，还有一对未成键的电子对，占据了N原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥

形

解析（1）P0厂是AB4型，成键电子对是4,为正四面体形。CS2是AB2型，成键电子对是2,

是直线形。AIBn是AB3型，成键电子对是3,是平面三角形。（2）第二周期非金属元素构成

的中性分子的化学式，呈三角锥形的是NF3,呈平面三角形的是BF3,呈四面体形的是CFm

课时对点练

g对点训练

题组一价层电子对互斥模型的理解

1.下列关于价层电子对互斥模型的叙述中不正确的是（）

A.价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间结构

B.分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构

C.中心原子上的孤电子对不参与互相排斥

D.分子中键角越大，价层电子对相互排斥力越小，分子越稳定

答案C

解析价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间结构，注意实际空间结构要去掉孤电子对，

A正确；空间结构与价层电子对相互排斥有关，所以分子中价层电子对相互排斥决定了分子

的空间结构，B正确；中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，

且孤电子对间排斥力＞孤电子对和成对电子对间的排斥力，C错误：在多原子分子内，两个共

价键之间的夹角越大，价层电子对相互排斥力越小，分子越稳定，D正确。

2.SOi离子的中心原子孤对电子计算公式为一厂中，下列对应的数值正确的是（）

A.。=8x=3b=2

B.。=6x=3b=2

C.a=4x=2b=3

D.〃=6x=2h~—3

答案A

题组二价层电子对互斥模型的应用

3.用价层电子对互斥模型判断S03分子的空间结构为（）

A.正四面体形B.V形

C.三角锥形D.平面三角形

答案D

解析S03中心原子s的孤电子对数=）x（6—3X2）=0,没有孤对电子，只有3对0键电子

对，故其分子空间结构为平面三角形。

4.（2019•乌鲁木齐市第二十三中学高二月考）根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离

子的空间结构不是三角锥形的是（）

+

A.PC13B.H3O

C.HCHOD.PH3

答案C

解析PCL中P原子含有的孤电子对数是•‘二=◎键电子对数为3,P的价层电子对数

为4,VSEPR模型为四面体形，PCb的空间结构为三角锥形，A不选；H3O'中O原子含有

6—1—1x3

的孤电子对数是2——~=1.G键电子对数为3,。的价层电子对数为4,VSEPR模型为

四面体形，H3O+的空间结构为三角锥形，B不选；HCHO中碳原子含有的孤电子对数是

A—1x2—7X1

---------z---------=0,"键电子对数为3,C的价层电子对数为3,VSEPR模型为平面三角形，

5—1x3

甲醛的空间结构是平面三角形，C选；PH3中P原子含有的孤电子对数是2—L=l,O键

电子对数为3,P的价层电子对数为4,VSEPR模型为四面体形，PH.3的空间结构为三角锥形,

D不选。

5.下列描述中正确的是（）

A.CS2为V形分子

B.CKK的空间结构为平面三角形

C.SF6中有6对完全相同的成键电子对

D.SiF4和SOF的中心原子均无孤电子对

答案C

解析CS2为直线形分子；C103■中心原子的价层电子对数为3+L—=4,根据化学式

知成键电子对数为3,所以有1对孤电子对，故空间结构为三角锥形；SiF4无孤电子对，而

SO歹有1对孤电子对，D错误。

6.（2019•三亚华侨学校高二期中）下列分子的VSEPR模型与分子的空间结构相同的是（）

A.CCI4B.SO2

C.NH3D.H2O

答案A

解析CC14中碳原子价层电子对数=4+：X（4-4Xl）=4,所以VSEPR模型为正四面体结

构，不含有孤电子对，所以其空间结构为正四面体结构，VSEPR模型与分子空间结构模型一

八_Q*）

致，故A正确：SO?中孤电子对数为一2-=|>0键电子对数为2,价层电子对数=1+2

=3,VSEPR模型为平面三角形结构，含有1对孤电子对，空间结构为V形，VSEPR模型与

分子空间结构模型不一致，故B错误；氮气分子中氮原子的价层电子对数键电子对数+

孤电子对数=3+』X（5-3Xl）=4,VSEPR模型为正四面体结构，含有1对孤电子对，所以

其空间结构为三角锥形，VSEPR模型与分子空间结构模型不一致，故C错误；水分子中氧

原子的价层电子对数=2+；X（6-2X1）=4,VSEPR模型为正四面体结构，含有2对孤电子

对，空间结构是V形，VSEPR模型与分子空间结构模型不一致，故D错误。

7.用价层电子对互斥模型分别预测H2s和BF3的空间结构，两个结论都正确的是（）

A.直线形三角锥形B.V形三角锥形

C.直线形平面三角形D.V形平面三角形

答案D

解析根据价层电子对互斥模型，H2s的中心原子上的价层电子对数为4,孤电子对数为2,

孤电子对和0键电子对相互排斥而形成V形结构；BF3的中心原子上的价层电子对数为3,

孤电子对数为0,故为平面三角形结构。

8.下列对应关系不正确的是（）

选项ABCD

中心原子所在族NAVAIVAVIA

分子通式AB4

AB3AB2AB2

空间结构正四面体形平面面角形直线形V形

答案B

解析当中心原子在VA族时，AB3分子应是三角锥形。当中心原子在IVA族时，AB』分子

是正四面体形，当中心原子在IVA族时，AB2分子是直线形，当中心原子在VIA族时，AB2

分子是V形。

g综合强化

9.短周期主族元素A、B可形成AB3分子，下列有关叙述正确的是（）

A.若A、B为同一周期元素，则AB3分子一定为平面正三角形

B.若AB3分子中的价电子个数为24个，则AB3分子可能为平面正三角形

C.若A、B为同一主族元素，则AB3分子一定为三角锥形

D.若AB3分子为三角锥形，则AB3分子一定为N%

答案B

10.下列说法中正确的是（）

A.NCb、BF3、NCb分子中没有一个分子中原子的最外电子层都满足了8电子稳定结构

B.P4和CE都是正四面体形分子且键角都为109。28'

H

-

rn+

LHNHJ

一

C.NH；的电子式为H,离子呈平面正方形结构

D.NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强

答案D

解析NCb分子原子的最外电子层都满足8电子稳定结构，故A错误；白磷的键角是60。，

故B错误；NH1呈正四面体形结构，故C错误；分子中，孤电子对对成键电子对的排斥力大

于成键电子对对成键电子对的排斥力，所以NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键

电子的排斥作用较强，故D正确。

11.第VA族元素的原子R与A原子结合形成RA3气态分子，其空间结构呈三角锥形。RCh

在气态和液态时，分子结构如下图所示，下列关于RCL分子的说法中不正确的是（）

A.每个原子都达到8电子稳定结构

B.键角（CI—R—C1）有90。、120。、180。几种

C.RCk受热后会分解生成分子空间结构呈三角锥形的RC13

D.分子中5个R—C1键能不都相同

答案A

解析R原子最外层有5个电子，形成5对共用电子对，所以RCk中R的最外层电子数为

10,不满足8电子稳定结构，故选A;上下两个顶点与中心R原子形成的键角为180。，中间

为平面三角形，构成三角形的键角为120。，顶点与平面形成的键角为90。，所以键角(Cl—R—C1)

有90。、120。、180。几种，故不选B：RC15=£=RCb+CLf,则RCI5受热后会分解生成分子

空间结构呈三角锥形的RCb,故不选C;键长越短，键能越大，键长不同，所以键能不同，

故不选D。

12.出。2的结构式为H-O-O—H,下列有关H2O2的说法正确的是()

A.是直线形分子

B.是三角锥形分子

C.氧原子有1对孤电子对

D.氧原子的价层电子对数为4

答案D

解析H2O2中的每个氧原子有6个价电子，形成了2个。键，故还有4个电子没有成键，孤

电子对数为2,价层电子对数为4,C项错误、D项正确；以氧为中心的三个原子呈V形结

构，H2O2中相当于有两个V形结构，故不可能是直线形或三角锥形分子，A、B项错误。

13.(1)计算下列分子或离子中点原子的价层电子对数.

①◎；

@BeCl2；

®BC13；

(4)PCho

(2)计算下列微粒中点“/原子的孤电子对数。

①H2s;

®PC15;

③眄；

@NH30

(3)三原子分子或离子的常见空间结构有形和形两种；四原子分子或离子的

常见空间结构有形和形两种；五原子分子或离子最常见的空间结构是

形。COM是平面三角形结构，则离子中的键角是：CBn分子中，两个相邻

C—Br键的夹角是109。28',说明CB"分子的空间结构为形。

答案(1)①4②2③3@4⑵①2②0③0④1⑶直线V平面三角三角锥

四面体120°正四面体

14.20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)，用于预测简单分子

空间结构。其要点可以概括：

I.用AX“E,“表示只含一个中心原子的分子组成，A为中心原子，X为与中心原子相结合的原

子，E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，(“+M称为价层电子对数。分

子中的价层电子对总是互相排斥，均匀地分布在中心原子周围的空间；

II.分子的空间结构是指分子中的原子在空间中的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对；

III.分子中价层电子对之间的斥力主要顺序为i.孤电子对之间的斥力〉孤电子对与共用电子

对之间的斥力>共用电子对之间的斥力；由双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力〉

单键与单键之间的斥力；iii.X原子得电子能力越弱，A—X形成的共用电子对之间的斥力越

强；iv.其他。请仔细阅读上述材料•，回答下列问题：

⑴根据要点I可以画出AX“E,“的VSEPR理想模型，请填写下表：

2

VSEPR理想模型正四面体形

价层电子对之间的理想键角109028/

(2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因:

(3)H2O分子的空间结构为,请你预测水分子中/H-O—H的大小范围并解释原因:

(4)SO2cL和SO2F2都属AX4Eo型分子，S与O之间以双键结合，S与Cl、S与F之间以单键

结合。请你预测SO2cL和SO2F2分子的空间结构：，SO2cb分子中

ZC1—S—Cl(填">”或“=")SC)2F2分子中/R-S—F。

答案⑴

n~\~m24

VSEPR理想模型直线形正四面体形

价层电子对之间的理想键角180°109028/

(2)CCh属AX2E0,"+机=2,故为直线形

(3)V形水分子属AX2E2,〃+m=4,VSEPR理想模型为正四面体形，价层电子对之间的夹

角均为109。28',根据HI中的i,应有/H—O—H<109O28'

(4)四面体形>

15.短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序数逐渐增大，它们的最简单氢化物分子的空间结

构依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、V形、直线形。回答下列问题:

(1)Z的氢化物的结构式为,HZO分子的中心原子价层电子对数的计算式为

，该分子的空间结构为o

(2)Y的价层电子排布式为,Y的最高价氧化物的VSEPR模型为o

(3)X与Z形成的最简单化合物的化学式是,

该分子中的键角是。

(4)D、E的最简单氢化物的分子空间结构分别是正四面体形与三角锥形，这是因为

____________(填字母)。

a.两种分子的中心原子的价层电子对数不同

b.D、E的非金属性不同

c.E的氢化物分子中有一对孤电子对，而D的氢化物分子中没有

答案(1)H—C12+1x(6-1X1-1X1)V形(2)3s23P4平面三角形(3)SiCl4

109°28,(4)c

解析由题意可推出D、E、X、Y、Z分别为C、N、Si、S、Cl«HCIO中氧原子是中心原

子，价层电子对数=2+gx(6-lXl-lX1)=4,所以HC1O分子的空间结构为V形。SO3

中硫原子的价层电子对数为3,VSEPR模型为平面三角形。SiCb是正四面体结构，键角为

109°28zoCH4、NH3的中心原子价层电子对数均为4,分子的空间结构不同的根本原因是

N%分子中有孤电子对而CH4分子中没有，分子构型与元素的非金属性强弱无关。

第2课时杂化轨道理论

［核心素养发展目标］1.通过杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化类型对

分子空间结构的影响。2.通过杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法,

建立分子空间结构分析的思维模型。

一、杂化轨道理论简介

1.杂化轨道的含义

在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原

子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。

2.杂化轨道理论要点

(1)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。

(2)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道

的能量相同。

(3)杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。杂化轨道在角度分布上

比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头

大一头小，如图dCZZ)二成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠,

重叠程度更大，形成的共价键更牢固。

(4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不

同，但形状完全相同。

r判断正误」

(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子()

(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的

()

(3)只有能量相近的轨道才能杂化()

(4)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键()

(5)杂化轨道只用于形成。键或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

形成兀键()

答案(1)J(2)7(3)V(4)V(5)7

-归纳总结

杂化轨道理论四要点

(1)能量相近

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。

(2)数目不变

形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。

(3)成键能力增强

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)排斥力最小

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。

二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系

1.杂化轨道的类型

(1)Sp3杂化轨道——正四面体形

Sp3杂化轨道是由1个〃S轨道和3个"P轨道杂化而成，每个Sp3杂化轨道都含有;S和的成

分，sp3杂化轨道间的夹角为109。28',空间结构为正四面体形。如下图所示。

(2)sp2杂化轨道——平面三角形

sp2杂化轨道是由l_±.ns轨道和2个而轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有小和jp成分,

sp2杂化轨道间的夹角都是120。，呈平面三角形，如下图所示。

(3)sp杂化——直线形

sp杂化轨道是由1个"S轨道和1个而轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有%和1p的成

分，sp杂化轨道间的夹角为180。，呈直线形，如下图所示。

□rmsp杂.□□m

sPPPPp

Sp

P»PyP：P，Py

2,杂化轨道类型与分子空间结构的关系

(1)当杂化轨道全部用于形成o键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。

杂化类型spsp2sp3

轨道夹角180°120°109028/

120°

180°120^^^20。

杂化轨道示意图备心

实例BF3

BeCl2CH4

H

,飞]09。2%卜

分子结构示意图

C1—Be—C1「KF

H

分子空间结构直线形平面三角形正四面体形

(2)当杂化轨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

或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。

中心原子杂中心原子孤电子

AB“型分子空间结构实例

化类型对数

sp21V形

AB2SO2

NH3、PC13、NF3、+

AB31三角锥形

sp3

AB2或(B2A)2V形H2S>NH2

r判断正误」

(1)杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致()

(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角一定相同()

(3)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键分子其空间结构都是正四面体形()

(4)凡AB3型共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键()

(5)NH3分子的空间结构为三角锥形，则氮原子的杂化方式为sp3()

(6)C2H4分子中的键角都约是120。，则碳原子的杂化方式是sp")

答案(1)V(2)X(3)X(4)X(5)V(6)7

r理解应用」

i.填表

物质价层电子对数杂化轨道数杂化轨道类型

CO222组

2

CH2O33sp

CH444sp3

SO233sp2

NH344sp3

H2O44sp3

2.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是()

三

①BF3②CH2=CH2③0④CHCH⑤NH3@CH4

A.①②③B.①⑤⑥

C.②③④D.③⑤⑥

答案A

解析sp2杂化轨道形成夹南为120。的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F夹角为120。；

②C2H4中碳原子以sp2杂化，未杂化的2P轨道重登形成兀键；③与②相似；④乙烘中的碳原

子为sp杂化，未杂化的2P轨道重叠形成兀键：⑤NH.3中的氨原子为sp3杂化；⑥CH』中的碳

原子为Sp3杂化。

-归纳总结

判断中心原子杂化轨道类型的三种方法

(1)根据杂化轨道数目判断

杂化轨道只能用于形成0键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，而两个原子之间只能形成

一个。键，故有下列关系：杂化轨道数目=价层电子对数目=。键电子对数目+中心原子的

孤电子对数目，再由杂化轨道数目确定杂化类型。

杂化轨道数目234

杂化类型spsp2sp3

(2)根据杂化轨道的空间分布判断

①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化。

②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化。

③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化。

(3)根据杂化轨道之间的夹角判断

①若杂化轨道之间的夹角为109。28',则中心原子