2.2 分子的空间结构 课件-高二下学期化学人教版选择性必修2

第二章分子结构与性质第二节

分子的空间结构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4.通过对杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构的影响。5.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。核心素养

发展目标分子结构的测定

一科学家应用_____光谱、晶体___________等方法测定分子结构，应用_______测定分子的相对分子质量。X射线衍射红外质谱法1.红外光谱(1)原理当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些_______的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现_______。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可分析出分子中含有何种_______或_______的信息。(2)实例某未知物的红外光谱图：读谱：该物质中有______、______、______化学键，并推测可能含有_____官能团。化学键吸收峰化学键官能团C—HO—HC—O羟基2.质谱法甲苯分子的质谱图：读谱：相对分子质量=最大质荷比，甲苯的相对分子质量为____。921.如图是有机物A的质谱图，则A的相对分子质量是A.29 B.43

C.57

D.722.如图所示是某分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为A.CH3COOCH2CH3 B.CH3CH2CH2COOHC.HCOOCH2CH2CH3 D.(CH3)2CHCH2COOH√3.已知某分子质谱图如图所示，且分子的红外光谱信息中含有C—O、C—H、O—H的吸收峰。下列关于该分子结构的叙述正确的是A.该分子的结构为CH3CH2OHB.该分子的相对分子质量可能为27、31、

45或46C.该分子的结构为CH3—O—CH3D.该分子的红外光谱和质谱都可以全面

反映分子结构的信息√VSEPR模型分子的空间结构预测光谱解释杂化轨道理论测定多样的分子空间结构

二CO2H2O三原子分子BeCl2、HCNSO2、O3NH3BF3CH2O四原子分子五原子分子CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3CH4四原子分子都是平面三角形或三角锥形吗？提示

不是。H2O2分子的结构类似于一本打开的书，两个氧原子在两页书的交接处，两个氢原子分别在翻开的书的两页上。而白磷(P4)分子为正四面体形。P4（Hassel1930年研究，1969年Nobel奖）椅式C6H12

椅式——稳定

船式——不稳定

船式C6H12

C10H16金刚烷S8SF6C60B12

科学家是怎样知道分子的形状的呢?早年的科学家主要靠对物质的宏观性质进行系统总结得出规律后进行推测，如今，科学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器，红外光谱就是其中的一种。C60溶解在CS2中形成溶液。B12可否？几种常见分子的空间结构(1)常见的空间结构为直线形的分子有BeCl2、HCN、C2H2、CO2等。(2)常见的空间结构为V形的分子有H2O、H2S、SO2等。(3)常见的空间结构为平面三角形的分子有BF3、SO3、HCHO等。(4)常见的空间结构为三角锥形的分子有PH3、PCl3、NH3等。(5)常见的空间结构为正四面体形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等；是四面体形但不是正四面体形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。价层电子对互斥模型(VSEPRmodel)

三ValenceShellElectronPairRepulsion——预测分子的空间结构价层电子对互斥模型(VSEPRmodel)

价层电子对由于相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离以减少斥力，因此，分子总是尽可能采取对称的空间构型，使它们之间斥力最小,能量最低,物质才能最稳定。“气球空间互斥”类比“电子对互斥”电子对数电子对互斥气球空间互斥空间结构234直线形平面三角形正四面体形（一）VSEPR模型：电子对数目与立体结构23456直线形平面三角形四面体形三角双锥形八面体形（二）价层电子对ABx中心原子价层电子对σ键电子对孤电子对：与中心原子成键的原子个数1.σ键电子对思考：

CO2、H2O、NH3、BF3、SO2、CH4、PCl5的σ键电子对A为中心原子B为配位原子中心原子：处于分子结构中间的原子配位原子：与中心原子成键的原子2.中心原子上的孤电子对数

a为中心原子的价电子数，x为与中心原子结合的原子数，b为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)分子中心原子axb中心原子的孤电子对数CO2SO2C428-6=24－2×22S628-6=26－2×22思考：NH3、CH4、BF3、PCl5

离子中心原子axb中心原子的孤电子对数CO32-NH4+C4＋2＝638-6=24＋2－3×22N5－1＝4415－1－4×12思考：H3O+、SO32-、SO42-3.VSEPR模型应用——预测分子或离子空间结构价层电子对数VPNVSEPR模型成键电子对数孤对电子对数分子类型电子对排布模型

空间结构

实例

2直线形20AB2直线形

CO23平面三角形30AB3平面三角形

BF321AB2V形SO2价层电子对数VPNVSEPR模型成键电子对数孤对电子对数分子类型电子对排布模型

空间结构

实例

4正四面体4 0AB4正四面体

CH43 1AB3三角锥形

NH32 2AB2V形

H2O

注：价层电子对互斥模型对少数化合物判断不准，不能适用于过渡金属化合物，除非金属具有全满、半满或全空的d轨道。4.分子的空间结构

(2024·河北)NH4ClO4中的阴、阳离子有相同的VSEPR模型和空间结构√

等电子体是指原子总数相同、价层电子总数相同的分子或离子。请分析下列几组等电子体的杂化类型与空间结构，有什么规律？等电子体杂化类型空间结构、CO2、CS2___________SO3、N、C_______________NH3、H3O+、PH3_____________CH4、SiH4、N_____________sp直线形sp2平面三角形sp3三角锥形sp3四面体形规律：互为等电子体的分子或离子中心原子的杂化轨道类型相同，具有相似的空间结构。

H2O、NH3、CH4VSEPR模型都为四面体，为什么分子的空间构型却分别为V形、三角锥形和正四面体？

CH4、NH3、H2OVSEPR模型都为四面体，为什么分子中键角分别为109°28'、107°、105°？5.价层电子对之间的斥力（90°法则：避免的是斥力大的电子对在90°的方向上）①电子对之间夹角越小，排斥力越大；②孤对电子-孤对电子﹥孤对电子-成键电子﹥成键电子-成键电子③三键、双键比单键包含的电子数目多，所以其斥力大小顺序为：三键＞双键＞单键

价层电子对相同且孤电子对数目也相同：看中心原子或配位原子的电负性。(1)中心原子不同，配位原子相同，中心原子电负性越大，键角越____。原因：中心原子电负性越大，成键电子对离中心原子越近，斥力越大，键角越大。如键角：H2O>H2S。(2)中心原子相同，配位原子不同，配位原子的电负性越大，键角越____。原因：配位原子电负性越大，成键电子对离中心原子越远，斥力越小，键角越小。如键角：NH3>NF3。大小

√杂化轨道理论简介

四请画出C原子的价层电子排布图，思考C与H为什么没有形成CH2

而形成CH4且为正四面体分子？sp3鲍林提出了杂化轨道理论

我国化学家唐敖庆等于1953年统一处理了s－p－d－f轨道杂化，提出了杂化轨道的一般方法，进一步丰富了杂化理论的内容。Sp3杂化s109°28′由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道。为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道间的夹角为109°28′，呈正四面体形。1.杂化与杂化轨道(1)轨道的杂化原子内部能量相近的原子轨道重新组合生成与原轨道数相等的一组新轨道的过程。(2)杂化轨道杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道。(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(如2s、2p)。(4)杂化前后原子轨道数目不变(杂化轨道数＝价层电子对数)，新生成的杂化轨道与原轨道能量不同，杂化轨道的能量相同。(5)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。2p2s2s2psp34个sp3杂化轨道跃迁

sp3杂化基态激发态（1）sp3杂化2.杂化轨道的类型CH4BF32s2p轨道2s2p2s2p3个sp2杂化轨道跃迁

sp2杂化（2）sp2杂化轨道sp2杂化s120°120°120°杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。还有1个未杂化的p轨道可用于形成π键。2s2p2s2p2个sp

杂化轨道跃迁

sp杂化BeCl2（3）sp杂化轨道sp杂化180°杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形。还有2个未杂化的p轨道可用于形成π键。杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道杂化轨道数杂化轨道间夹角空间结构实

例小结：杂化轨道的类型1s+1p1s+2p1s+3p2个sp杂化轨道180°直线C2H23个sp2杂化轨道120°正三角形C2H44个sp3杂化轨道109°28’正四面体CH4、CCl4

碳原子杂化轨道中s成分占比sp>sp2>sp31.根据分子空间结构（杂化轨道的之间的夹角）推断分子中C的杂化方式？①H2C=CH2

②苯③HC≡CH④石墨（平面六边形）⑤金刚石（正四面体的空间网状结构）⑥CH3C≡CCH2HC=CHCOOH

C2H4分子中C为sp2杂化判断一：对于C原子，σ键电子对数=杂化轨道数目指出分子中各个碳原子的杂化轨道类型：SP2SP2SP3SP1234567891011判断二：中心原子连接单键是sp3杂化；连接双键是sp2杂化；连接三键是sp杂化。

√√A的价层电子对数234A的杂化轨道数杂化类型234spsp2sp33.杂化轨道类型与VSEPR模型的关系杂化轨道数=价层电子对数请分析CO2

、CH2O、NH3

、H2O、

CH4

、HCN、BF3

、NH4+

、H3O+、HClO分子中中心原子的杂化方式。选项微粒中心原子杂化类型VSEPR模型名称空间结构AH2F+sp直线形直线形BNsp3四面体形V形CPCl3sp3四面体形四面体形DBsp3四面体形三角锥形1.下表中关于各微粒的描述完全正确的一项是√2.BeCl2是共价分子，可以以单体、二聚体和多聚体形式存在，三者的结构依次如图所示。其单体、二聚体和多聚体中Be的杂化轨道类型依次为A.sp3、sp2、sp B.sp2、sp、sp3C.sp2、sp3、sp D.sp、sp2、sp3√3.二硫代磷酸酯的分子结构如图所示。下列说法错误的是A.电负性：O>S>PB.1个该分子中含有23个σ键C.碳原子的杂化方式为sp、sp2D.氮原子的杂化方式为sp3√气态N2O5呈平面结构，其结构式为

。固态N2O5的晶胞

如图所示，下列说法不正确的是(

)A．实验室利用P2O5的吸水性与浓硝酸反应制得N2O5B．气态N2O5中N原子的杂化方式为sp2杂化C．1mol气态N2O5中含6NA个σ键D．固态N2O5为离子化合物√（2025·山东卷）用硫酸和NaN3可制备一元弱酸HN3。下列说法错误的是A．NaN3的水溶液显碱性B．N3–的空间构型为V形C．NaN3为含有共价键的离子化合物D．N3–的中心N原子所有价电子均参与成键√大π键

五苯环中的6个碳原子采取sp2杂化，形成平面正六边形结构。每个碳原子剩余一个未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行。平面正六边形，离域大π键。

吡啶

吡咯

噻吩

咪唑下列环状物质所有原子共平面，写出存在的大π键①②1.呋喃()与氢气加成得到四氢呋喃()，已知呋喃是一种具有芳香性的平面分子，分子中含有大π键，该大π键可表示为

。

2.鸟嘌呤和吡咯的结构如图所示。

sp2、sp3>

1.下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是(

)A．CH≡CH

B．CO2C.BeCl2D．BF3C2.纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，纳米TiO2催化的一个实例如下图所示。化合物甲的分子中采取sp2杂化方式的碳原子个数为___，化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由小到大的顺序为________

。7C<O<N3.(1)[2021·全国甲卷，35(1)节选]SiCl4是生产高纯硅的前驱体，SiCl4可发生水解反应，机理如下：含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为

(填标号)。

②

sp3sp2(10)(2024·湖南，9D)P和Q呈平面六元并环结构，原子的连接方式如图所示，P和Q分子中C、B和N均为sp2杂化。√立方氮化硼的结构与金刚石类似、硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。立方氮化硼晶胞中有

个硼原子，

个氮原子，硼原子的杂化类型为

。

44sp3

化学史上，经典共价键理论的提出者被公认为是美国著名物理化学家路易斯。1916年在"原子与分子"一文中，他首次提出双中心双电子成键的假设，指出2个（或多个）原子可以通过共用一对或多对电子形成具有稀有气体原子的电子层结构，而生成稳定分子。路易斯的共价键理论包含3个方面∶（1）原子之间共用电子的思想;（2）原子之间所共用的电子对是由2个电子形成的;（3）原子之间共用电子的目标是最终达到稀有气体所具有的外层电子结构（8电子稳定结构）。共价键理论发展简史

Lewis的“共用电子对”概念解释了共价键的饱和性，却不能解释共价键的方向性。比如没有办法解释甲烷的结构；H2O中，O原子的最外层的3个P轨道互成90度。如果共用外层电子，那H2O分子的H-O-H应该成90度，而不是109度。

1930年，美国Paulin的《共价键的本质》一书系统提出了杂化轨道