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第二章
分子结构与性质
第二节　分子的空间结构
第2课时　分子空间结构的理论解释
内容索引
学习目标
活动方案
课堂反馈
学 习 目 标
1. 能根据价层电子对互斥模型预测简单分子或离子的空间结构。
2. 能用杂化轨道理论解释简单分子或离子的空间结构。
活 动 方 案
阅读下列材料，回答问题。
价层电子对互斥模型，简称VSEPR模型。对于AXn型分子或离子，其价层电子对指的是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，其数目等于X原子数n与孤电子对的对数之和。该理论认为，AXn型分子或离子的空间结构，主要决定于中心原子的价层电子对间的相互排斥作用，这些价层电子对在中心原子周围按尽可能互相远离的位置排布(如下表所示)。
活动一：学会用价层电子对互斥模型预测简单粒子的空间结构
1. 完成下列活动，体验价层电子对数、价层电子对间的排斥作用与模型的关系。
(1) 将2个完全相同的充满空气的气球扎在一起，放在桌面上，2个气球之间的关系如何？
【答案】 呈直线形。
(2) 若将上述气球的数目分别改为3个、4个，则又将如何呢？
【答案】 呈平面三角形、正四面体形。
2. 对于ABn型分子的中心原子而言，σ键电子对数即与该原子成键(多重键只计σ键，不计π键)的原子数。
【答案】 CO2、H2O、BF3、NH3、CH4、CH3Cl的孤电子对数分别为0、2、0、1、0、0，对应AX2、AX2E2、AX3、AX3E、AX4、AX4模型。
3. 根据价层电子对互斥理论，分析分子的VSEPR模型和空间结构。
2
0
直线形
直线形
2
1
平面三角形
V形
4
0
正四面体形
正四面体形
3
0
平面三角形
平面三角形
3
1
四面体形
三角锥形
4
0
正四面体形
正四面体形
3
0
平面三角形
平面三角形
3
1
四面体形
三角锥形
4. 已知：AX2E的键角小于120°；AX3E、AX2E2的键角小于109°28′(CH4的键角为109°28′，NH3的键角为107°，H2O的键角为105°)。说明孤电子对与成键原子对相邻原子的斥力，哪一个更大？
【答案】 孤电子对的斥力更大。
1. 画出基态碳原子的价电子排布图，碳原子要与4个氢原子形成CH4，需要4个未成对电子。基态碳原子中的电子如何激发，才能满足这一条件？从s轨道和p轨道的空间取向来看，原有的轨道可以与4个氢原子形成正四面体形的CH4分子吗？
【答案】 　 将2s能级上的1个电子激发到2p能级上　不能
活动二：学会用杂化轨道理论解释分子空间结构
2. 阅读下列材料，回答问题。
美国化学家鲍林在探索化学键理论时，为了解释一些分子的空间结构提出了杂化轨道理论。其基本要点如下：在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中能量相近的不同类型的原子轨道发生混杂、叠加而形成等数量、同能量的新原子轨道——“杂化轨道”。杂化轨道的形状发生了改变，使得在某个方向更有利于原子轨道间的重叠，因而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。杂化轨道之间的夹角发生了变化，其分布尽可能夹角最大以使相互间的排斥能最小。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。
s轨道和p轨道共可以形成三种杂化方式：sp3杂化、sp2杂化和sp杂化。
(1) 填写下表。
(2) s轨道和p轨道形成sp2杂化轨道或sp杂化轨道后，还有未参与杂化的p轨道，该轨道与杂化轨道在空间上是什么关系？
【答案】 未参与杂化的p轨道垂直于sp2杂化轨道；未参与杂化的2个p轨道与sp杂化轨道相互垂直。
杂化轨道类型 杂化轨道数目 轨道夹角 参与杂化的轨道类型和数目
sp3
sp2
sp
4
109°28′
1个s轨道和3个p轨道
3
120°
1个s轨道和2个p轨道
2
180°
1个s轨道和1个p轨道
(3) 用杂化轨道理论解释CH4分子的空间构型。
【答案】 碳原子的1个s轨道和3个p轨道形成4个sp3杂化轨道，4个sp3杂化轨道之间的夹角为109°28′，每个杂化轨道中有1个未成对电子，4个氢原子各提供1个电子，分别从四个方向以头碰头的方式与杂化轨道重叠形成4个σ键。
(4) NH3、H2O分子中中心原子的杂化方式分别是什么？
【答案】 均为sp3杂化。
3. 用杂化轨道理论解释乙烯、乙炔的分子空间结构。
(1) 乙烯中碳原子采用什么类型的杂化？杂化轨道分别与什么原子成键，形成什么类型的键？未参与杂化的轨道形成什么类型的键，共几个？
【答案】 sp2杂化；2个氢原子和1个碳原子，形成σ键；形成π键，共1个。
(2) 乙炔中碳原子采用什么类型的杂化？杂化轨道分别与什么原子成键，形成什么类型的键？未参与杂化的轨道形成什么类型的键，共几个？
【答案】 sp杂化；1个氢原子和1个碳原子，形成σ键；形成π键，共2个。
(3) 某有机物的分子式为C9H8，球棍模型如图所示，其分子中的所有碳原子都在同一平面上。
①写出该有机物的结构简式。
【答案】
②该有机物分子中采用sp3、sp2、sp杂化的碳原子数分别是多少？
【答案】 采用sp3、sp2、sp杂化的碳原子数分别为1、6、2。
价层电子对互斥理论常用来预测分子的构型，杂化轨道理论常用来解释原子如何通过轨道杂化形成相应键角。对于ABn型分子或离子，可用下表归纳价层电子对互斥理论与杂化轨道理论之间的关系，填写下表。
活动三：归纳价层电子对互斥理论与杂化轨道理论之间的关系
ABn型 分子或离子 σ键数 中心原子孤 电子对数 VSEPR 模型名称 粒子的空间 结构名称 中心原子
杂化方式
n＝2 0
1
2
n＝3 0
1
n＝4 0
2
直线形
直线形
sp
2
平面三角形
V形
sp2
2
四面体形
V形
sp3
3
平面三角形
平面三角形
sp2
3
四面体形
三角锥形
sp3
4
正四面体形
正四面体形
sp3
课 堂 反 馈
2
4
5
1
3
7
6
1. 用价层电子对互斥理论预测H2S和PF3的空间结构，下列两个预测都正确的是( 　　)
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
【解析】 H2S和PF3的中心原子S、P上的价层电子对数均为4，前者有2对孤电子对，后者有1对孤电子对，所以前者为V形，后者为三角锥形。
【答案】 B
2
4
5
1
3
7
6
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( 　　)
A. CS2是V形分子 B. SnBr2的键角大于120°
2
4
5
1
3
7
6
【答案】 D
2
4
5
3
7
6
3. 下列有关NH3和BF3的说法正确的是( 　　)
A. NH3和BF3的空间结构都是三角锥形
B. NH3中N原子上的孤电子对数为1，BF3中B原子上无孤电子对
C. NH3和BF3形成的化合物NH3·BF3中各原子最外层都达到8电子稳定结构
D. NH3和BF3的中心原子的价层电子对数均为4
1
2
4
5
3
7
6
1
【答案】 B
2
4
5
3
7
6
4. 下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是( 　　)
A. 由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成
B. 所形成的3个sp2杂化轨道的能量相同
C. 每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一
D. sp2杂化轨道最多可形成2个σ键
1
【解析】 同一能层上的s轨道与p轨道的能量差异不大，sp2杂化轨道是由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成的，A正确；同种类型的杂化轨道能量相同，B正确；sp2杂化轨道是1个s轨道与 2个 p轨道杂化而成的，C正确；sp2杂化轨道最多可形成3个σ键，D错误。
【答案】 D
2
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3
7
6
5. 杂化轨道理论是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。下列关于sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较正确的是( 　　)
A. sp杂化轨道的夹角最大 B. sp2杂化轨道的夹角最大
C. sp3杂化轨道的夹角最大 D. sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
1
【解析】 sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°，A正确。
【答案】 A
2
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3
7
6
6. 白磷是一种能自燃的单质，其分子的球棍模型为 。下列叙述错误的是( 　　)
A. 每个磷原子形成3个σ键，磷原子为sp2杂化
B. 每个磷原子的价层电子对数为4，磷原子均为sp3杂化
C. 1 mol白磷中共含6 mol非极性键
D. 白磷分子的空间结构为正四面体形
1
【解析】 由白磷分子的球棍模型图可知，每个磷原子均形成了3个σ键，且每个磷原子还有一对孤电子，故价层电子对数为4，磷原子采取sp3杂化，A错误，B正确；由图可知，C、D正确。
【答案】 A
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3
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6
7. 写出下列中心原子与氢结合所得相应的分子或离子的化学式。
(1) 氧原子以sp3杂化轨道形成3个σ键：________________。
(2) 分子中4个碳原子间形成了2个π键且碳原子的杂化类型均为sp2杂化：____________。
(3) 分子中有2个磷原子，均以sp3杂化轨道形成5个σ键：________。
(4) 氮原子以sp3杂化轨道与氢原子形成4个σ键的阳离子：_______。
1
H3O＋ 、H2O2
C4H6
P2H4
2
4
5
3
7
6
1
谢谢观看
Thank you for watching

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