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分子的空间结构
第4课时
教学目标
整合学生已学习的关于分子空间结构的理论、方法、模型，建立模型间的联系，形成知识网络。
教学重难点
综合运用VSEPR模型和杂化轨道理论处理具有一定复杂度分子的空间结构。
教学过程
一、新课导入
二、讲授新课
五、分子的空间结构整合提升
【典型例题】
例1. 结合价键理论、杂化轨道理论分析乙烯分子中的成键形式、碳原子的杂化方式。
C采用sp2杂化， 三个sp2杂化轨道和一个未参加杂化的p轨道中各有一个未成对电子。两个C原子各以一个sp2杂化轨道重叠形成一个σ键，同时以p轨道重叠形成一个π键；每个C都以另外两个sp2杂化轨道分别与两个H的1s轨道重叠形成两个σ键。
例2. 在类比例1的基础上，结合价键理论、杂化轨道理论分析乙炔分子中的成键形式、碳原子的杂化方式。
C采用sp杂化，两个sp杂化轨道和两个未参加杂化的p轨道中各有一个未成对电子。两个C原子各以一个sp杂化轨道重叠形成一个σ键，同时两组平行的p轨道重叠形成两个π键；每个C都以另外的一个sp杂化轨道分别与两个H的1s轨道重叠形成两个σ键。
例3. 在类比例1、例2的基础上，结合价键理论、杂化轨道理论分析苯分子中的成键形式、碳原子的杂化方式。
C采用sp2杂化，由此形成的三个sp2轨道在同一平面内，每个sp2杂化轨道上有一个未成对电子。这样每个C的两个sp2杂化轨道分别与邻近的两个C的sp2杂化轨道形重叠形成σ键，于是六个C组成一个正六边形的碳环，每个C的另一个sp2杂化轨道分别与一个H的1s轨道重叠形成σ键。与此同时，每个C还有一个与碳环平面垂直的未参加杂化的2p轨道，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C的π键。
例4. 对于乙醇、乙酸这样看似更加复杂的分子，怎样判断它们的分子结构以及某些原子的杂化方式呢？
方法：利用“价电子对相互排斥而尽量远离”原则判断。
例如，在乙醇分子中，羟基上的O有两对成键电子对和两对孤电子对，故O的价电子对总数为4，价电子对共有四个空间取向，故O为sp3杂化。O的价电子对相互排斥而远离，呈四面体形，因此C-O-H呈V形。
例如，在乙酸分子中，羧基上的C有4对成键电子对，其中有一个π键，故C的价电子对总数为3，共有3个空间取向，故羧基C为sp2杂化。C的价电子对相互排斥而远离，呈三角形，因此部分呈三角形。
三、课堂练习
1. 判断下列说法是否正确，若不对，说明理由。
（1）杂化轨道只用于形成共价键 （ ）
（2）中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体结构（ ）
（3）NH3为三角锥形，N发生sp2杂化（ ）
（4）只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化（ ）
（5）中心原子是sp杂化的，其分子的空间结构不一定为直线形（ ）
（6）价层电子对互斥模型中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子数（ ）
答案　（1）×（2）×（3）×（4）√（5）×（6）√
解析
（1）杂化轨道只用于形成共价键
理由：杂化轨道只用于形成共价键中的σ键（或容纳孤对电子），不用于形成π键
（2）中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体结构sp3杂化轨道
理由：对应的VSEPR模型为正四面体，但确定分子孔径结构还要略去孤对电子
（3）NH3为三角锥形，N发生sp2杂化
理由：NH3中N的价层电子对数为4，VSEPR模型为正四面体，对应的杂化形式为sp3
（5）中心原子是sp杂化的，其分子的空间结构不一定为直线形
理由：中心原子的两条sp杂化轨道的夹角为180°，没有孤对电子，因此分子形状与VSEPR模型相同，必为直线形。
2. 下表中的中心原子A上没有孤电子对，运用价层电子对互斥模型，完成下表空白。
ABn 分子的空间结构 典型例子
n=2
n=3
n=4
答案　
ABn 分子的空间结构 典型例子
n=2 直线形 CO2、HCN
n=3 平面三角形 BF3、CH2O
n=4 正四面体形 CH4、CCl4
3. 在丙酮分子（CH3COCH3）中，碳氧双键中的碳原子与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为
A.sp2 sp2 B.sp3 sp3
C.sp2 sp3 D.sp sp3
答案　C
解析　碳氧双键中的碳原子有4对成键电子对，其中有一个π键，故C的价电子对总数为3，共有3个空间取向，故碳氧双键中C为sp2杂化。
甲基碳原子有4对成键电子对，均为σ键，故C的价电子对总数为4，共有4个空间取向，故甲基碳原子中C为sp3杂化。
4. 关于雷酸（H-O-NC）和氰酸（H-O-CN）及其组成元素的说法错误的是
A.二者互为同分异构体
B.两种分子中的所有原子都在一条直线上
C.O原子上的孤电子对数最多
D.VSEPR模型中，二者的π电子数不计入价层电子对数
答案　B
解析　A项二者分子式相同，互为同分异构体。B项两种酸中O原子的价电子对数均为4，其中孤对电子2对，故O与O连接的两原子空间形状为V形。C项两种酸中O原子的孤对电子均为2对，雷酸中C的孤对电子1对，氰酸中N的孤对电子1对，故O最多。D项价层电子对只包含σ键电子和孤对电子。
5. 下列分子中，中心原子杂化轨道类型为sp3的是
①CH4 ②BeCl2 ③NH3 ④SCl2 ⑤CO2 ⑥BF3
A.①③④ B.③④⑥
C.①③④⑥ D.②④⑤⑥
答案　A
解析　先用VSERP模型计算六种分子的价层电子对总数，再依据价层电子对总数与杂化类型的对应关系判断。
判断可知，CH4、NH3、SCl2的价层电子对总数为4，中心原子为sp3杂化；
BeCl2、CO2价层电子对总数为2，中心原子为sp杂化；
BF3价层电子对总数为3，中心原子为sp3杂化；
6. 已知原子总数相同、价层电子总数也相同的粒子（离子需计算电荷），具有相似的化学键特征和相同的空间结构，此原理称为等电子原理。
（1）以下各组微粒结构不相似的________（填字母）
A.SO2和O3 B.CO和N2
C.CH4和NH4+ D.SO32-和CO32-
（2）氮元素的一种氧化物与CO2互为等电子体，氮元素的这种氧化物的分子式为___________，该分子的空间结构为______________。
答案　（1）A （2）N2O 直线形
解析　（1）主族元素的价层电子数 = 族序数。A项均为3原子，价电子总数18的粒子；B项均为2原子，价电子总数10的粒子；C项均为5原子，价电子总数8的粒子；D项SO32-价电子总数为26，CO32-价电子总数为24。
（2）CO2是3原子，价电子总数16的粒子。氮的价电子数为5，O的价电子数为6，氮氧化物可以表示NxOy，则5x + 6y = 16，符合这一关系的正整数解即为所求。枚举可知只有x = 2，y = 1成立，故其分子式为N2O，空间结构与CO2一样，是直线形。

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