2.2.1分子的空间结构课件(共69张PPT)2023-2024学年高二化学人教版(2019)选择性必修2

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名称 2.2.1分子的空间结构课件(共69张PPT)2023-2024学年高二化学人教版(2019)选择性必修2
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 化学
更新时间 2024-01-02 10:46:22

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(共69张PPT)
第二章 分子的结构与性质
第二节 分子的空间结构
第1课时 空间结构与分子结构的测定
1.会判断一些典型分子的立体结构,认识分子结构的多样性和复杂性。
2.通过对典型分子立体结构探究过程,学会运用观察、比较、分类及归纳
等方法对信息进行加工,提高科学探究能力。能说明红外光谱等实验手
段在物质结构研究中的应用。
3.通过观察分子的立体结构,激发学习化学的兴趣,感受化学世界的奇妙。
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
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。构型一定是直线形
O2
HCl
3.三原子分子
其构型是直线形或V形
化学式
电子式
分子的空间结构模型
结构式
键角
CO2
H2O
O==C==O
直线形
V形
180
105
一、多样的分子空间结构
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间填充模型 球棍模型
CH2O
NH3
4.四原子分子
乙炔C2H2
直线形
白磷P4
正四面体形
平面三角形
三角锥形
120
107
N


H


H


H
C


O



H
H

5.五原子分子
——构型多,主要代表是“正四面体形”
6、其他分子:形成分子的原子数越多,分子构型越复杂
CH3CH2OH
CH3COOH
C6H6
CH3OH
C8H8
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间填充模型 球棍模型
CH4
109°28′
正四面体形
多样的分子空间结构
6、其他分子:形成分子的原子数越多,分子构型越复杂
多样的分子空间结构
6、其他分子:形成分子的原子数越多,分子构型越复杂
分子世界如此形形色色,异彩纷呈,美不胜收,常使人流连忘返。那么分子结构又是怎么测定的呢?
指导阅读教材P41、42
二、分子结构的测定
测定分子结构的现代仪器和方法
1、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。
测定键长和键角。
1、红外光谱
检测仪
样品
棱镜
光源
光谱



绿



紫外
红外
分子
不断振动
一束红外线
吸收红外线
(与化学键振动频率相同)
红外图谱
分析出
化学键或官能团
对比
量子化学计算
红外图谱
3、用质谱仪测定分子的相对分子质量
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),简称质荷比,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。
相对分子质量=最大质荷比
甲苯的相对分子质量为92
(8)所有的三原子分子都是直线形结构。(  )
(9)所有的四原子分子都是平面三角形结构。(  )
(10)五原子分子的空间结构都是正四面体形。(  )
(11)由红外光谱可推测未知物的化学键。(  )
(12)P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28'。(  )
(13)由CH4的结构可推测CH2Cl2也是正四面体。(  )
1、正误判断:
×
×
×

×
×
2、下列说法错误的是( )
A.核磁共振氢谱图可以推知有机物分子中有几种不同类型氢原子及他们的数目
B.红外光谱法是用高能电子流等轰击样品分子,使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等微粒
C.质谱法具有快速、微量、精确的特点
D.通过红外光谱法可以测知有机物所含的官能团
B
3、下列分子中的立体结构模型正确的是(   )
A.CO2的立体结构模型
B.H2O的立体结构模型
C.NH3的立体结构模型
D.CH4的立体结构模型
D
4、下列分子的空间结构与分子中共价键键角对应正确的是 ( )
A.V形:105° B.平面正三角形:120°
C.三角锥形:109°28 D.正四面体形:109°28
B
5、下列说法正确的是( )
A.CS2分子的立体构型是V形
B.NF3分子的立体构型是四面体形
C.键长、键角不同是导致分子构型不同的主要原因
D.正四面体形分子一定是五原子分子
C
第二节 
分子的空间结构
第1课时
分子结构的测定
多样的分子空间结构
方法
仪器
三原子分子
四原子分子
五原子分子
早年科学家主要靠对物质的化学性质进行系统总结得出规律后进行推测
红外光谱仪:可分析分子中含有
何种化学键或官能团的信息
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
质谱仪:测定分子的相对分子质量
其他多原子分子的空间结构
第二章 分子的结构与性质
第二节 分子的空间结构
第2课时 价层电子对互斥理论
授课人:罗庆红
1、理解价层电子对互斥理论的含义。
2、能运用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间结构,发展学生的模型认知能力。
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 CO2 H2O NH3 CH2O CH4
电子式
结构式
中心原子 有无孤对电子
空间结构
O=C=O





直线形
V 形
三角锥形
平面三角形
正四面体
空间结构是怎么推测呢?
一、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)
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?
1、内容:ABn的分子或离子的立体构型主要取决于中心原子的价层电子对之间的相互排斥。这些电子对在中心原子周围尽可能按互相远离的位置排布,使彼此间的排斥能最小。
即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。
解读: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。
(一)价层电子对互斥理论的解读
——预测分子空间构型的简单理论
2、价层电子对的计算
价层电子对=σ键电子对+中心原子上的孤电子对
σ键电子对数=配位原子的数目
3、价层电子对之间的排斥作用的大小顺序是:
孤电子对~孤电子对>孤电子对~成键电子对>成键电子对~成键电子对
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。
对于阳离子:a=价电子数-电荷数;如 NH4+
对于阴离子:a=价电子数+电荷数。如 CO32-
孤电子对:指未形成共价键的成对价电子
计算H2O、NH3、SO3、NH4+、CO32-分子或离子的孤电子对数和σ键电子对数
分子或离子 中心原子 中心原子上的孤电子对数 σ键电子对数 价层电子对数
H2O O
NH3 N
SO3 S
NH4+ N
CO32- C
2
1
0
0
0
2
3
3
4
3
4
4
3
4
3
二、价层电子对互斥模型(VSEPR模型)与分子的空间构型
价层电子对数 VSEPR模型 分子的构型及名称 典例
2 直线形 CO2
3 平面三角形 BF3
4 正四面体形 CH4
5 三角双锥形 PCl5
6 正八面体形 SCl6
1、无孤电子对(即:当中心原子上的价电子都用于形成共价键)时
ABn 立体结构 范例
n=2 直线形 CO2
n=3 平面三角形 CH2O
n=4 (正)四面体形 CH4
n=5 三角双锥形 PCl5
n=6 正八面体 SF6
中心原子上无孤电子对(分子的VSEPR模型就是分子的空间构型)
略去VSEPR模型中中心原子上的孤电子对,即为分子的空间结构
ABn 孤电子对 价层电子对 VSEPR模型 分子空间构型
H2O
NH3
PCl5
SO2
SO32-
2
4
V形
正四面体形
1
4
正四面体形
三角锥形
0
5
三角双锥形
三角双锥形
1
3
三角锥形
V形
1
4
正四面体形
三角锥形
2、中心原子上有孤电子对的分子
化学式 结构式 含孤电子对的VSEPR模型 分子的空间结构模型
H2O
NH3
写出NH3和H2O的路易斯结构式。
分子或离子 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型 VSEPR模型名称 分子或离子的空间结构名称
H2S
NH2-
CHCl3
SiF4
2 4
2 4
0 4
0 4
V形
四面体形
正四面体形
V形
四面体形
四面体形
正四面体形
正四面体形
确定简单离子或分子的空间结构
(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 CO2
BF3 BCl3
SO2
2
3
2
0
0
1
2
3
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
NH3
H2O
4
3
2
0
1
2
4
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
PCl5
SF6
5
6
0
5
0
6
三角双锥
三角双锥
正八面体
正八面体
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
HCN
NO2
NH2-
NO3-
H3O+
SiCl4
CHCl3
NH4+
PO43-
0
1
2
0
1
0
0
0
2
3
4
3
4
4
4
4
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
0
4
正四面体
2
2
2
3
3
4
4
4
4
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
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°。
——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°。
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。
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。
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°。
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、CO2 B、H2S C、PCl3 D、SiCl4
2、下列分子的立体结构,其中属于直线型分子的是( )
A、H2O B、CO2 C、C2H2 D、P4
B
BC
第二章 分子的结构与性质
第二节 分子的空间结构
第3课时 杂化轨道理论简介
授课人:罗庆红
1、结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp3、sp2、sp)。
2、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,能运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构。
3、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。
我们已经知道,甲烷分子的空间结构呈____________,它的4个C-H的键长______,H-C-H的键角皆为_________。
按照价键理论,甲烷的4个C-H单键都应该是_______键。
109°28′
正四面体形
相同
109°28′
σ
C原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道,用他们跟4个氢原子的1s轨道重叠,不可能得到正四面体形,针对这一问题,鲍林是如何解决的呢?
C原子
2s22p2
H原子

s
1s1
2个C-H相互垂直
键角为90°
sp3杂化
跃迁

s
4个C-H,键角为109°28′
↑↓
s
p
p
p


基态

s
p
p
p



激发态
sp3




杂化轨道
形成σ键
一、杂化轨道理论
莱纳斯·卡尔·鲍林
杂化轨道是一种价键理论模型。
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。
为了解释分子的空间结构,1931年鲍林提出了杂化轨道理论。
一、杂化轨道理论
轨道杂化的过程:激发→杂化→轨道重叠。
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。
杂化轨道理论要点
价层电子
空轨道
激发
杂化轨道
轨道重新组合
成对电子
中的一个
与激发电子临近
能量相近、类型不同的原子
吸收能量
轨道总数目不变,角度和形状发生变化,成键时释放能量较多,轨道重叠程度更大,生成的分子更稳定
对杂化过程的理解
sp3杂化轨道
sp3杂化轨道——CH4分子的形成
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°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)。
H原子

s
1s1
3个N-H相互垂直
键角为90°

s
3个N-H,键角为107°
N原子
↑↓
s
p
p
p



2s22p3
基态
sp3
↑↓



杂化轨道
例1、怎么用杂化轨道理论解释NH3的空间结构呢?
孤电子对
sp3杂化
形成σ键
sp2杂化轨道——BF3分子的形成
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
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。




2s
2p
sp2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°)。
例2、请同学们分析BF3的中心原子杂化方式。
1个B-F
3个B-F,键角为120°
B原子
↑↓
s
p
p
p

2s22p1
基态
形成σ键
sp2杂化
sp2



杂化轨道
p
F原子
2s22p5
↑↓
s
p
p
p
↑↓
↑↓

↑↓
s
p
p
p
↑↓
↑↓

未杂化轨道
sp杂化轨道——BeCl2分子的形成
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
◆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


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。




2s
2p
sp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
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,配位原子不发生
杂化类型 sp sp2 sp3
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np
1个ns和2个np
1个ns和3个np
180°
120°
109°28′
BeCl2
BF3
CH4
直线形
平面三角形
正四面体
杂化轨道与分子空间构型的关系
VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系
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 分子的空间构型 实例
2 直线形 2 sp 直线形 BeCl2、CO2
3 平面三角形 3 sp2 V形 SO2
3 平面三角形 3 sp2 平面三角形 SO3
4 正四面体形 4 sp3 V形 H2O
4 正四面体形 4 sp3 三角锥形 NH3
4 正四面体形 4 sp3 正四面体形 CH4、CCl4
判断分子或离子中心原子的杂化类型的一般方法
对于主族元素来说,
中心原子的杂化轨道数=价层电子数=σ键电子对数 + 孤电子对数
规律:
当中心原子的价层电子对数为4时,其杂化类型为 杂化,
当中心原子的价层电子对数为3时,其杂化类型为 杂化,
当中心原子的价层电子对数为2时,其杂化类型为 杂化。
sp3
sp2
sp
含碳化合物中碳原子的杂化类型判断
规律:
如果碳原子形成1个三键或两个双键,则其中有2个π键,用去2个p轨道,形成的是sp杂化,如CO2、HC≡CH等;
如果碳原子形成1个双键则其中必有1个π键,用去1个p轨道,形成的是sp2杂化,如HCHO、CH2=CH2等;
如果全部是单键(即碳原子饱和),则形成sp3杂化,如CH4、CH3OH等。
PCl3中心原子的杂化类型为sp3,那么PCl5中心原子的杂化类型如何?
三角双锥
sp3d杂化




3s
3p

3d








3s
3p

3d

激发
杂化
SF6中心原子的杂化
正八面体
sp3d2杂化




3s
3p

3d








激发



3s
3p

3d


杂化
要点
类型
判断
方法
杂化轨道理论
轨道数不变
能量相近
成键力增强
排斥力最小
sp、sp2、sp3
VSEPR模型
杂化轨道数目
键角
C原子杂化类型
1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
A、CO2与SO2 B、CH4与NH3
C、BeCl2与BF3 D、C2H2与C2H4
B
2、下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①BF3 ②CH2=CH2 ③ ④CH≡CH ⑤NH3 ⑥CH4
A、①②③ B、①⑤⑥
C、②③④ D、③⑤⑥
A
3、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、CO2
C、BeCl2 D、BF3
C
4、下列有关甲醛(HCHO)分子的说法正确的是( )
①C原子采取sp杂化  ②甲醛分子为三角锥形结构
③C原子采取sp2杂化  ④甲醛分子为平面三角形结构
A、①② B、②③
C、③④ D、①④
C
5、乙烯分子中含有4个C-H和1个C=C,6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是( )
①每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化,形成两个sp杂化轨道
②每个C原子的2s轨道与2个2p轨道杂化,形成3个sp2杂化轨道
③每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化,形成4个sp3杂化轨道
④每个C原子的3个价电子占据3个杂化轨道,1个价电子占据1个2p轨道
A、①③ B、②④ C、①④ D、②③
B
6、回答下列问题
(1)图(a)为S8的结构,其硫原子的杂化轨道类型为______。
(2)气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的空间结构为____________;固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为_____。
(3)COCl2分子中所有原子均满足8电子构型,COCl2分子中σ键和π键的个数比为______,中心原子的杂化方式为_____。
平面三角形
sp3
sp3
3∶1
sp2