(共54张PPT)
第1课时 分子空间结构的理论分析(基础课)
第2章 微粒间相互作用与物质性质
第2节 共价键与分子的空间结构
素养目标 1．理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型。
2．能应用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间结构。
旧知
回顾 (1)基态C原子的价电子排布式为2s22p2，与其他原子可形成4个化学键。
(2)CO2、H2O、NH3、CH4、C2H4、C2H2、C6H6分子中的键角是180°、104.5°、107.3°、109°28′、120°、180°和120°，其分子的空间结构分别是直线形、角形、三角锥形、正四面体形、平面三角形、直线形和平面正六边形。
(3)球棍模型能够表示分子的空间结构和分子内原子之间的成键类型。空间填充模型可以表示分子的空间结构。
必备知识 自主预习
一、杂化轨道理论
1．轨道杂化和杂化轨道
分子式 空间结构 空间填充模型 球棍模型
CH4
2．甲烷分子的空间结构
(1)甲烷的分子组成和结构
(2)甲烷中碳原子的杂化类型
3．苯分子的空间结构
(1)苯的空间结构
(2)苯分子中的大π键：六个碳原子上各有一个未参与杂化的垂直于碳环平面的___轨道，这六个轨道以“______”的方式相互重叠形成属于六个碳原子的______。
2p
肩并肩
大π键
4．杂化轨道的类型
杂化类型 sp sp2 sp3
用于杂化的原子轨道及数目 s _ _ _
p _ _ _
杂化轨道的数目 _ _ _
杂化轨道间的夹角 _____ _____ _________
空间结构 ______ __________ __________
实例 CO2、C2H2 BF3、SO3 CH4、CCl4
1
1
1
1
2
3
2
3
4
180°
120°
109°28′
直线形
平面三角形
正四面体形
判一判 (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道。 ( )
(2)杂化轨道用于形成π键。 ( )
(3)NH3中的氮原子与CH4中的碳原子均采用sp3杂化，因此键角相等。 ( )
√
×
×
二、价电子对互斥理论和等电子原理
1．价电子对互斥理论(VSEPR理论)
(1)价电子对互斥理论基本观点：分子中的中心原子的价电子对——__________(bp)和________(lp)由于相互排斥作用，处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此____。
成键电子对
孤电子对
远离
(2)
(3)若中心原子没有孤电子对，为使价电子对之间的斥力最小，分子的结构尽可能采取____的结构。
对称
练一练 请填写以下表格中的空白：
分子 成键电子对数 孤电子对数
H2O _ _
NH3 _ _
H2S _ _
CH4 _ _
2
2
3
1
2
2
4
0
2．利用VSEPR理论预测复杂分子的空间结构
(1)乙醇分子中，羟基上的氧原子有__个成键电子对和__个孤电子对，价电子对共有__个空间取向；氧原子价电子对相互排斥而远离，呈四面体形，因此C—O—H呈__形。
两
两
四
角
(2)乙酸分子中，羧基上的碳原子的价电子对均为成键电子对，C==O上的成键电子对仅有__个空间取向，因此碳原子的价电子对
共有__个空间取向，相互排斥而远离，因此 部分呈
________形。
一
三
平面三角
(3)电子对之间的排斥与分子空间结构
①成键电子对之间斥力由大到小顺序：三键—三键__三键—双键__双键—双键__双键—单键__单键—单键。
②含孤电子对的斥力由大到小顺序：孤电子对—孤电子对__孤电子对—单键__单键—单键。
＞
＞
＞
＞
＞
＞
价电子总数
空间结构
化学键类型
AX4
sp3
四面体形
AX3
sp3
孤电子对
三角锥形
想一想 NH3和H3O＋两种微粒是等电子体吗？为什么？若是，微粒的空间结构是什么？
提示：NH3和H3O＋两种微粒的原子数和价电子总数都相等，是等电子体，其空间结构相同均为三角锥形。
关键能力 情境探究
[情境探究]
有机化合物是自然界中存在最多的一类化合物，原因之一是碳原子之间以碳链、碳环、单键、双键、三键等多种形式结合。有机化合物的一些空间结构示意图如图。
正确认识杂化轨道理论
1．甲苯分子中所有碳原子的杂化方式是否相同？采用何种杂化方式？
提示：甲苯分子中碳原子的杂化方式不全相同。其中甲基上的碳原子采用sp3杂化成键，苯环上的所有碳原子均是sp2杂化成键。
2．烯烃的碳碳双键和炔烃的碳碳三键上的碳原子的杂化方式是否相同？若不相同，则各是什么杂化方式(若相同，此问不回答)
提示：不相同。碳碳双键上的碳原子采用sp2杂化，碳碳三键上碳原子是sp杂化成键。
[归纳总结]
1．杂化轨道的特点
(1)形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。
(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)杂化前后轨道数目不变。
(4)杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。
(5)只有能量相近的轨道才能杂化(ns、np)。
2．分子空间结构与杂化类型的关系
杂化轨道类型 VSEPR模型 成键电子对数 孤电子对数 电子对的排列方式 分子的空间
结构 实例
sp 直线形 2 0 直线形 HC≡CH、BeCl2、CO2
杂化轨道类型 VSEPR模型 成键电子对数 孤电子对数 电子对的排列方式 分子的空间结构 实例
sp2 平面三角形 3 0 平面正三角形 BF3、BCl3
2 1 角形 SnBr2、PbCl2
杂化轨道类型 VSEPR模型 成键电子对数 孤电子对数 电子对的排列方式 分子的空间结构 实例
sp3 四面
体形 4 0 正四面体形 CH4、CCl4
3 1 三角锥形 NH3、NF3
2 2
角形 H2O
[能力达成]
1．下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①BF3 ②CH2==CH2 ③Cl2C==CCl2 ④CH≡CH ⑤NH3 ⑥CH4
A．①②③ B．①⑤⑥
C．②③④ D．③⑤⑥
A [④乙炔中的碳原子发生sp杂化；⑤NH3中的氮原子发生sp3杂化；⑥CH4中的碳原子发生sp3杂化。]
√
2．形成下列分子时，一个原子用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是( )
①PF3 ②CCl4 ③NH3 ④H2O
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
√
A [PF3分子中，磷原子的最外层电子排布式为3s23p3，中心磷原子采用sp3杂化，形成4个杂化轨道，一个杂化轨道被一个孤电子对占据，另外3个杂化轨道分别与氟原子的2p轨道形成3个σ键；CCl4为正四面体形结构，碳原子采用sp3杂化，4个杂化轨道分别与4个氯原子的3p轨道形成4个σ键。]
3．(双选)下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A．杂化轨道全部形成化学键
B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°
C．部分四面体形、三角锥形、角形分子的结构可以用sp3杂化轨道理论解释
D．杂化前后的轨道数和轨道的形状都发生了改变
√
√
AD [杂化轨道可以部分参加形成化学键，例如NH3中N发生了sp3杂化，形成了4个sp3杂化轨道，但是只有3个参与形成化学键，故A项错误；sp3、sp2、sp杂化轨道的空间结构分别是正四面体形、平面三角形、直线形，夹角分别为109°28′、120°、180°，故B项正确；部分四面体形、三角锥形、角形分子的结构可以用sp3杂化轨道理论解释，如甲烷分子、氨分子、水分子，故C项正确；杂化前后的轨道数不变，杂化后，各个轨道尽可能分散、对称分布，导致轨道的形状发生了改变，故D项错误。]
分子 二氧化硫 三氧化硫 硫酸
结构
杂化方式 sp2 sp2 sp3
[情境探究]
下表为某些含硫微粒的模型及杂化方式：
根据价电子互斥理论判断分子或离子的空间结构
1．填空：
成键电子对数 孤电子对数 价电子对数
SO2
SO3
提示：
成键电子对数 孤电子对数 价电子对数
SO2 2 1 3
SO3 3 0 3
4 0 4
2．通过以上信息得到价电子对数与分(离)子空间结构有什么关系？
提示：分子的空间结构指成键电子对空间结构，当分子的中心原子没有孤电子对时，价电子对的空间结构与分子的空间结构相同。
(3)确定价电子对的空间结构
由于价电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能地相互远离。价电子对的空间结构与价电子对数目的关系如表：
价电子
对数目 2 3 4 5 6
价电子
对结构 直线形 三角形 四面体形 三角
双锥形 八面
体形
2．价电子对数与分(离)子空间结构的关系
价电子对互斥理论说的是价电子对的空间结构，而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对。
(1)当中心原子无孤电子对时，两者的空间结构一致；
(2)当中心原子有孤电子对时，两者的空间结构不一致。
价电子
对数 成键电
子对数 孤电子
对数 VSEPR
模型 分子空
间结构 实例
2 2 0 直线形 直线形 BeCl2
3 3 0 三角形 三角形 BF3
2 1 角形 SnBr2
4 4 0 四面体形 正四面体形 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 角形 H2O
[能力达成]
1．若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，下列说法正确的是( )
A．若n＝2，则分子的空间结构为角形
B．若n＝3，则分子的空间结构为三角锥形
C．若n＝4，则分子的空间结构为正四面体形
D．以上说法都不正确
√
C [若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子的空间结构为直线形；n＝3时，分子的空间结构为平面三角形；n＝4时，分子的空间结构为正四面体形。]
√
√
3．填空。
粒子 价电子对数 杂化轨道类型 分子空间结构
CO2 _ ____ ______
CH2O _ _____ __________
CH4 _ _____ __________
SO2 _ _____ ____
NH3 _ _____ ________
H2O _ _____ ____
_ _____ ____________
_ _____ __________
2
sp
直线形
3
sp2
平面三角形
4
sp3
正四面体形
3
sp2
角形
4
sp3
三角锥形
4
sp3
角形
3
sp2
平面正三角形
4
sp3
正四面体形
[教材链接]
[教材 拓展视野]
价电子对互斥理论用于预测简单分子的空间结构。其要点可以概括为：
Ⅰ．用AXnEm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)，(n＋m)称为价电子对数。
Ⅱ．分子的空间结构是指分子中的原子在空间的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对。
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。
请仔细阅读上述材料，回答下列问题：
(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表：
n＋m 2 ______
VSEPR理想模型 ______ 正四面体
价电子对之间的理想键角 ______ 109°28′
4
直线形
180°
角形
<
四面体
>
三角锥形
[解析] (1)AXnEm中n＋m＝2时，最理想的VSEPR模型是直线形，键角为180°；若是正四面体形，n＋m＝4。(2)水分子属于AX2E2，n＋m＝4，有两个孤电子对，应为角形，VSEPR理想模型为正四面体形，价电子对之间的夹角均为109°28′，再根据斥力大小顺序：孤电子对—孤电子对＞孤电子对－单键＞单键－单键可知，H2O分子中O原子上的孤电子对的排斥作用使得∠H—O—H<109°28′。
学习效果 随堂评估
1．下图表示sp2杂化轨道的电子云轮廓图的是( )
2
4
3
题号
1
A B C D
D [D项，杂化轨道的空间结构为平面三角形，夹角为120°，共有3个杂化轨道，为sp2杂化，正确。]
√
2．(双选)下列有关NCl3分子的叙述正确的是( )
A．NCl3分子中的氮原子采取sp2杂化
B．NCl3分子为平面三角形
C．NCl3分子中Cl—N—Cl键角小于109°28′
D．NCl3分子中含有三个极性键
2
3
题号
1
4
√
√
3．(双选)下列说法中正确的是( )
A．PCl3分子呈三角锥形，这是磷原子采取sp2杂化的结果
B．sp3杂化轨道是由原子最外电子层的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道
C．中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形或角形
D．AB3型的分子空间结构必为平面三角形
2
3
题号
4
1
√
√
2
4
3
题号
1
平面三角形
三角锥形
2
4
3
题号
1
＜
S原子半径小于P原子半径，故 S—Cl 键的键长要比
P—Cl键短
三角锥形
NH3(或PH3)
2
4
3
题号
1
2
4
3
题号
1第2节 共价键与分子的空间结构
第1课时 分子空间结构的理论分析(基础课)
素养 目标 1．理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型。 2．能应用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间结构。
旧知回顾 (1)基态C原子的价电子排布式为2s22p2，与其他原子可形成4个化学键。 (2)CO2、H2O、NH3、CH4、C2H4、C2H2、C6H6分子中的键角是180°、104.5°、107.3°、109°28′、120°、180°和120°，其分子的空间结构分别是直线形、角形、三角锥形、正四面体形、平面三角形、直线形和平面正六边形。 (3)球棍模型能够表示分子的空间结构和分子内原子之间的成键类型。空间填充模型可以表示分子的空间结构。
一、杂化轨道理论
1．轨道杂化和杂化轨道
2．甲烷分子的空间结构
(1)甲烷的分子组成和结构
分子式 空间结构 空间填充模型 球棍模型
CH4
(2)甲烷中碳原子的杂化类型
3．苯分子的空间结构
(1)苯的空间结构
(2)苯分子中的大π键：六个碳原子上各有一个未参与杂化的垂直于碳环平面的2p轨道，这六个轨道以“肩并肩”的方式相互重叠形成属于六个碳原子的大π键。
4．杂化轨道的类型
杂化类型 sp sp2 sp3
用于杂化的原子轨道及数目 s 1 1 1
p 1 2 3
杂化轨道的数目 2 3 4
杂化轨道间的夹角 180° 120° 109°28′
空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形
实例 CO2、C2H2 BF3、SO3 CH4、CCl4
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道。 ( )
(2)杂化轨道用于形成π键。 ( )
(3)NH3中的氮原子与CH4中的碳原子均采用sp3杂化，因此键角相等。 ( )
[答案] (1)√ (2)× (3)×
二、价电子对互斥理论和等电子原理
1．价电子对互斥理论(VSEPR理论)
(1)价电子对互斥理论基本观点：分子中的中心原子的价电子对——成键电子对(bp)和孤电子对(lp)由于相互排斥作用，处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。
(2)
(3)若中心原子没有孤电子对，为使价电子对之间的斥力最小，分子的结构尽可能采取对称的结构。
请填写以下表格中的空白：
分子 成键电子对数 孤电子对数
H2O 2 2
NH3 3 1
H2S 2 2
CH4 4 0
2．利用VSEPR理论预测复杂分子的空间结构
(1)乙醇分子中，羟基上的氧原子有两个成键电子对和两个孤电子对，价电子对共有四个空间取向；氧原子价电子对相互排斥而远离，呈四面体形，因此C—O—H呈角形。
(2)乙酸分子中，羧基上的碳原子的价电子对均为成键电子对，C==O上的成键电子对仅有一个空间取向，因此碳原子的价电子对共有三个空间取向，相互排斥而远离，因此部分呈平面三角形。
(3)电子对之间的排斥与分子空间结构
①成键电子对之间斥力由大到小顺序：三键—三键＞三键—双键＞双键—双键＞双键—单键＞单键—单键。
②含孤电子对的斥力由大到小顺序：孤电子对—孤电子对＞孤电子对—单键＞单键—单键。
3．等电子原理
(1)内容：化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间结构和相同的化学键类型等结构特征。
(2)应用：判断中心原子的杂化方式及微粒的空间结构
①、等离子具有AX4通式，价电子总数为32，中心原子采取sp3杂化，呈四面体形空间结构。
②、等离子具有AX3通式，价电子总数为26，中心原子采取sp3杂化，由于存在孤电子对，离子呈三角锥形空间结构。
NH3和H3O＋两种微粒是等电子体吗？为什么？若是，微粒的空间结构是什么？
提示：NH3和H3O＋两种微粒的原子数和价电子总数都相等，是等电子体，其空间结构相同均为三角锥形。
正确认识杂化轨道理论
有机化合物是自然界中存在最多的一类化合物，原因之一是碳原子之间以碳链、碳环、单键、双键、三键等多种形式结合。有机化合物的一些空间结构示意图如图。
1．甲苯分子中所有碳原子的杂化方式是否相同？采用何种杂化方式？
提示：甲苯分子中碳原子的杂化方式不全相同。其中甲基上的碳原子采用sp3杂化成键，苯环上的所有碳原子均是sp2杂化成键。
2．烯烃的碳碳双键和炔烃的碳碳三键上的碳原子的杂化方式是否相同？若不相同，则各是什么杂化方式(若相同，此问不回答)
提示：不相同。碳碳双键上的碳原子采用sp2杂化，碳碳三键上碳原子是sp杂化成键。
1．杂化轨道的特点
(1)形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。
(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)杂化前后轨道数目不变。
(4)杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。
(5)只有能量相近的轨道才能杂化(ns、np)。
2．分子空间结构与杂化类型的关系
杂化轨道类型 VSEPR模型 成键电子对数 孤电子对数 电子对的排列方式 分子的空间结构 实例
sp 直线形 2 0 直线形 HC≡CH、BeCl2、CO2
sp2 平面三角形 3 0 平面正三角形 BF3、BCl3
2 1 角形 SnBr2、PbCl2
sp3 四面体形 4 0 正四面体形 CH4、CCl4
3 1 三角锥形 NH3、NF3
2 2 角形 H2O
1．下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①BF3 ②CH2==CH2 ③Cl2C==CCl2 ④CH≡CH ⑤NH3 ⑥CH4
A．①②③ B．①⑤⑥
C．②③④ D．③⑤⑥
A [④乙炔中的碳原子发生sp杂化；⑤NH3中的氮原子发生sp3杂化；⑥CH4中的碳原子发生sp3杂化。]
2．形成下列分子时，一个原子用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是( )
①PF3 ②CCl4 ③NH3 ④H2O
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
A [PF3分子中，磷原子的最外层电子排布式为3s23p3，中心磷原子采用sp3杂化，形成4个杂化轨道，一个杂化轨道被一个孤电子对占据，另外3个杂化轨道分别与氟原子的2p轨道形成3个σ键；CCl4为正四面体形结构，碳原子采用sp3杂化，4个杂化轨道分别与4个氯原子的3p轨道形成4个σ键。]
3．(双选)下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A．杂化轨道全部形成化学键
B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°
C．部分四面体形、三角锥形、角形分子的结构可以用sp3杂化轨道理论解释
D．杂化前后的轨道数和轨道的形状都发生了改变
AD [杂化轨道可以部分参加形成化学键，例如NH3中N发生了sp3杂化，形成了4个sp3杂化轨道，但是只有3个参与形成化学键，故A项错误；sp3、sp2、sp杂化轨道的空间结构分别是正四面体形、平面三角形、直线形，夹角分别为109°28′、120°、180°，故B项正确；部分四面体形、三角锥形、角形分子的结构可以用sp3杂化轨道理论解释，如甲烷分子、氨分子、水分子，故C项正确；杂化前后的轨道数不变，杂化后，各个轨道尽可能分散、对称分布，导致轨道的形状发生了改变，故D项错误。]
根据价电子互斥理论判断分子或离子的空间结构
下表为某些含硫微粒的模型及杂化方式：
分子 二氧化硫 三氧化硫 硫酸
结构
杂化方式 sp2 sp2 sp3
1．填空：
成键电子对数 孤电子对数 价电子对数
SO2
SO3
提示：
成键电子对数 孤电子对数 价电子对数
SO2 2 1 3
SO3 3 0 3
4 0 4
2．通过以上信息得到价电子对数与分(离)子空间结构有什么关系？
提示：分子的空间结构指成键电子对空间结构，当分子的中心原子没有孤电子对时，价电子对的空间结构与分子的空间结构相同。
1．价电子对互斥理论(VSEPR理论)在确定分子空间结构中的应用
(1)确定中心原子的杂化轨道数，对于ABm型分子或离子，杂化轨道数n＝×(中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数)。注意如下规定：
①当电荷数为正值时，公式中取“－”；当电荷数为负值时，公式中取“＋”。
②当配位原子为氧原子或硫原子时，配位原子的成键电子数为零。
(2)根据杂化轨道数列判断杂化类型
n＝2时，sp杂化，如BeCl2，n＝×(2＋2)＝2；
n＝3时，sp2杂化，如，n＝×(5＋1)＝3；
n＝4，sp3杂化，如，n＝×(5－1＋4)＝4。
(3)确定价电子对的空间结构
由于价电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能地相互远离。价电子对的空间结构与价电子对数目的关系如表：
价电子 对数目 2 3 4 5 6
价电子 对结构 直线形 三角形 四面 体形 三角 双锥形 八面 体形
2．价电子对数与分(离)子空间结构的关系
价电子对互斥理论说的是价电子对的空间结构，而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对。
(1)当中心原子无孤电子对时，两者的空间结构一致；
(2)当中心原子有孤电子对时，两者的空间结构不一致。
价电子 对数 成键电 子对数 孤电子 对数 VSEPR 模型 分子空 间结构 实例
2 2 0 直线形 直线形 BeCl2
3 3 0 三角形 三角形 BF3
2 1 角形 SnBr2
4 4 0 四面体形 正四面体形 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 角形 H2O
1．若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，下列说法正确的是( )
A．若n＝2，则分子的空间结构为角形
B．若n＝3，则分子的空间结构为三角锥形
C．若n＝4，则分子的空间结构为正四面体形
D．以上说法都不正确
C [若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子的空间结构为直线形；n＝3时，分子的空间结构为平面三角形；n＝4时，分子的空间结构为正四面体形。]
2．(双选)下列分子或离子的中心原子的杂化轨道类型和空间结构不正确的是( )
A．BF3中B原子采取sp3杂化，为正四面体形结构
中P原子采取sp3杂化，为正四面体形结构
C．BeCl2中Be原子采取sp杂化，为角形结构
中P原子采取sp3杂化，为角形结构
[答案] AC
3．填空。
粒子 价电子对数 杂化轨道类型 分子空间结构
CO2 2 sp 直线形
CH2O 3 sp2 平面三角形
CH4 4 sp3 正四面体形
SO2 3 sp2 角形
NH3 4 sp3 三角锥形
H2O 4 sp3 角形
3 sp2 平面正三角形
4 sp3 正四面体形
[教材 拓展视野]
价电子对互斥理论用于预测简单分子的空间结构。其要点可以概括为：
Ⅰ．用AXnEm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)，(n＋m)称为价电子对数。
Ⅱ．分子的空间结构是指分子中的原子在空间的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对。
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。
请仔细阅读上述材料，回答下列问题：
(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表：
n＋m 2 ______
VSEPR理想模型 ______ 正四面体
价电子对之间的理想键角 ______ 109°28′
(2)H2O分子的空间结构为________，请你预测水分子中∠H—O—H________(填“＞”“＜”或“＝”)109°28′。
(3)SO2Cl2和SO2F2都属AX4E0型分子，S==O之间以双键结合，S—Cl、S—F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的立体构型：________，SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl________(填“<”“>”或“＝”)SO2F2分子中∠F—S—F。
(4)用价电子对互斥理论(VSEPR)判断离子的空间结构：________。
[解析] (1)AXnEm中n＋m＝2时，最理想的VSEPR模型是直线形，键角为180°；若是正四面体形，n＋m＝4。(2)水分子属于AX2E2，n＋m＝4，有两个孤电子对，应为角形，VSEPR理想模型为正四面体形，价电子对之间的夹角均为109°28′，再根据斥力大小顺序：孤电子对—孤电子对＞孤电子对－单键＞单键－单键可知，H2O分子中O原子上的孤电子对的排斥作用使得∠H—O—H<109°28′。(3)SO2Cl2和SO2F2中n＋m＝4，分子的空间结构应是四面体形，根据Ⅲ中信息可知，F原子得电子能力大于Cl原子得电子能力，则S—F形成的共用电子对之间的斥力较弱，形成的F—S—F的夹角较小，所以SO2Cl2分子中的∠Cl—S—Cl>SO2F2分子中的∠F—S—F。的价电子对数为3＋(6＋2－3×2)＝4，VSEPR的空间结构应为正四面体形，但中心原子S上有一个孤电子对，所以为三角锥形。
[答案] (1)
n＋m 2 4
VSEPR理想模型 直线形 正四面体
价电子对之间的理想键角 180° 109°28′
(2)角形 <
(3)四面体 >
(4)三角锥形
1．下图表示sp2杂化轨道的电子云轮廓图的是( )
A B C D
D [D项，杂化轨道的空间结构为平面三角形，夹角为120°，共有3个杂化轨道，为sp2杂化，正确。]
2．(双选)下列有关NCl3分子的叙述正确的是( )
A．NCl3分子中的氮原子采取sp2杂化
B．NCl3分子为平面三角形
C．NCl3分子中Cl—N—Cl键角小于109°28′
D．NCl3分子中含有三个极性键
[答案] CD
3．(双选)下列说法中正确的是( )
A．PCl3分子呈三角锥形，这是磷原子采取sp2杂化的结果
B．sp3杂化轨道是由原子最外电子层的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道
C．中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形或角形
D．AB3型的分子空间结构必为平面三角形
[答案] BC
4．(1)SeO3的空间结构为______________的空间结构为______________。
(2)与SeO3互为等电子体的一种阴离子为__________________________________
(填化学式)。
和PCl3互为等电子体的空间结构是______________。S—Cl键的键长________(填“>”“＝”或“<”)P—Cl键的键长，原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)碳负离子的空间结构为______________________________，与互为等电子体的一种分子是________(填化学式)。
[解析] (1)SeO3的中心原子Se的价电子对数是3，且不存在孤电子对，所以其空间结构为平面三角形；的中心原子Se的价电子对数为3＋＝4，且有一个孤电子对，所以空间结构为三角锥形。(2)等电子体的原子总数相同、价电子总数相同，故与SeO3互为等电子体的阴离子为、或。中中心原子S的价电子对数＝σ键个数＋孤电子对数＝3＋×(6－1－3×1)＝4，且含1个孤电子对，所以其空间结构为三角锥形；键长与形成键的原子半径有关，S原子半径小于P原子半径，故S—Cl键的键长比P—Cl键短。的中心原子C原子的价电子对数为3＋×(4＋1－3×1)＝4，且含1个孤电子对，故其空间结构为三角锥形；等电子体的原子总数相等、价电子总数相等，因此与互为等电子体的分子可以为NH3或PH3。
[答案] (1)平面三角形 三角锥形
(或、) (3)三角锥形 ＜ S原子半径小于P原子半径，故 S—Cl 键的键长要比P—Cl键短 (4)三角锥形 NH3(或PH3)
课时分层作业(十) 分子空间结构的理论分析
(选择题只有一个选项符合题目要求)
1．能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为( )
D [碳原子中的2s轨道与2p轨道形成4个能量相同的杂化轨道，因此碳原子最外层上的4个电子分占在4个sp3杂化轨道上并且自旋状态相同。]
2．下列分子的空间结构正确的是( )
A．CO2： B．NH3：
C．H2S： D．CH4：
D [CO2的空间结构为直线形，A项错误；NH3的空间结构为三角锥形，B项错误；H2S与H2O的空间结构相似，均为角形，C项错误；CH4的空间结构为正四面体形，D项正确。]
3．下列分子的中心原子采取sp2杂化的是( )
①BF3 ②乙烯 ③乙炔 ④甲醛 ⑤NCl3 ⑥过氧化氢
A．①②④ B．①④⑥
C．②③④ D．②⑤⑥
A [①BF3中B原子价电子对数为3，B原子采取sp2杂化；②乙烯中C原子价电子对数为3，C原子采取sp2杂化；③乙炔中C原子价电子对数为2，C原子采取sp杂化；④甲醛中C原子价电子对数为3，C原子采取sp2杂化；⑤NCl3中N原子价电子对数为4，N原子采取sp3杂化；⑥过氧化氢中O原子采取sp3杂化；中心原子采取sp2杂化的是①②④。]
4．下列关于水合氢离子(H3O＋)的说法错误的是( )
A．含有极性键
B．空间结构为三角锥形
C．键角：H3O＋D．H3O＋和H2O中氧原子均为sp3杂化
C [A．水合氢离子中含有氢氧键，是极性键，A正确；B．水合氢离子中的氧原子为sp3杂化，含有一个孤电子对，故为三角锥形，B正确；C．水分子中的孤电子对的数目大于水合氢离子，孤电子对数目越多键角越小，故键角：H3O＋>H2O，C错误；D．H3O＋和H2O中氧原子均为sp3杂化，D正确。]
5．硫及其化合物用途广泛，图(a)为S8的结构，图(b)为固体SO3中存在的三聚分子。下列说法不正确的是( )
A．S8中的化学键属于非极性共价键
B．SO3分子的空间结构为平面三角形
C．图(a)和图(b)分子中S原子的杂化轨道类型均为sp3
D．图(a)和图(b)均存在大π键
D [A．S8中的S—S键属于非极性共价键，A正确；B．SO3中S原子的价电子对数为3＋＝3，且不含孤电子对，根据价电子对互斥理论判断SO2分子的空间结构为平面三角形，B正确；C．图(a)分子中每个S原子都形成2个单键，有2个孤电子对，所以S原子杂化类型为sp3。图(b)分子中每个S原子都形成4个单键，所以S原子杂化类型为sp3，C正确；D．图(a)和图(b)中p轨道均参与sp3杂化，不能形成大π键，D错误。]
6．氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间结构和(S)采取何种杂化方式的说法正确的是( )
A．三角锥形、sp3 B．三角形、sp2
C．平面三角形、sp2 D．三角锥形、sp2
A [氯化亚砜的中心原子S的孤电子对数为×(6－2－2×1)＝1，成键电子对数为3，价电子对数为3＋1＝4，S原子采用sp3杂化，SOCl2的空间结构为三角锥形。]
7．氨分子的空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为( )
A．两种分子的中心原子杂化类型不同，NH3为sp2杂化，CH4是sp3杂化
B．NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道
C．NH3分子中有一个孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强
D．NH3分子中氮元素的电负性比CH4分子中碳元素的电负性大
C [NH3的中心原子N的价电子对数为3＋1＝4，杂化类型为sp3，CH4的中心原子C的价电子对数为4＋0＝4，杂化类型为sp3，A、B不符合题意；氮元素的电负性比碳元素的电负性大，但与空间结构无关，D不符合题意。]
8．用价电子对互斥理论完成下列问题(“·”的原子为中心原子)。
分子或 离子 成键电 子对数 孤电子 对数 价电子 对数 分子空 间结构 中心原子的杂化方式
______ ______ ______ ______ ______
______ ______ ______ ______ ______
[解析] H2分子中Se原子成键电子对数为2，孤电子对数为×(6－2×1)＝2，价电子对数为4，分子空间结构为角形，杂化方式是sp3；分子中B原子成键电子对数为3，孤电子对数为×(3－3×1)＝0，价电子对数为3，分子空间结构为平面正三角形，B和Cl形成单键，杂化方式是sp2。
[答案] 2 2 4 角形 sp3 3 0 3 平面正三角形 sp2
9．X、Y、Z均为短周期元素，可形成X2Z和YZ2两种化合物。X、Y、Z的原子序数依次增大，X原子的K层的电子数目只有一个，Y位于X的下一周期，它的最外层电子数比K层多2，而Z原子核的最外层电子数比次外层电子数少2个。
(1)它们的元素符号分别为X________；Y__________；Z________。
(2)用价电子对互斥理论判断：
物质 价电子对数 轨道杂 化类型 分子的空间结构
成键电子对数 孤电子对数
X2Z
YZ2
[解析] X原子的K层的电子数只有一个，可知X为氢元素；Y位于X的下一周期，即为第2周期元素，它的最外层电子数比K层多2个，则其原子结构示意图为，故Y为C元素；Z原子核的最外层电子数比次外层电子数少2个，且原子序数：Z>Y，则Z为S元素。从而推知X2Z为H2S，YZ2为CS2。
[答案] (1)H C S
(2)2 2 sp3 角形 2 0 sp 直线形
(选择题有一个或两个选项符合题目要求)
10．我国科学家可以通过CO2、H2制得CH3OH，进而合成了人工淀粉[(C6H10O5)n]。用NA代表阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是( )
A．1 mol CO2中含有NA个π键
B．H2中的共价键是s-s σ键
C．CH3OH中的氧原子采取sp3杂化方式成键
D．淀粉水解生成葡萄糖的过程给人体供给能量
AD [A．二氧化碳分子的结构式为O==C==O，1 mol CO2含有2NA个π键，故A错误；B．H2中由H原子通过电子云重叠成键，H原子的核外电子排布式是1s1，所以H2中的共价键是s-s σ键，B正确；C．CH3OH中的氧原子价电子对数为4对，包括2个成键电子对、2个孤电子对，因此是通过sp3杂化方式成键，C正确；D．淀粉能水解生成葡萄糖，葡萄糖可以被人体吸收，给人体供给能量，故D错误。]
11．W、X、Z、Q、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，其内层电子数之和为18，最外层电子数之和为28，它们所形成的阴离子具有很高的亲水性，可以作为能源材料中的电解质，该离子结构如图所示。下列说法正确的是( )
的空间结构为四面体形
B．YWX－的空间结构为角形
C．非金属性：X＜Y＜Q
D．阴离子中∠Y—X—Y小于180°
AD [W、X、Z、Q、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，根据离子结构可知，Y形成6个共价键，则Y最外层有6个电子，故Y为S元素，五种元素的内层电子数之和为18，则W、X、Z、Q为第2周期元素，根据Q形成1个共价键，W形成4个共价键，Z形成2个共价键，X形成2个共价键，又获得1个电子，则Q为F，Z为O，X是N，W为C，再代入最外层电子数检验成立。根据上述分析可知：W是C，X是N，Z是O，Q是F，Y是S元素。为，类似于硫酸根离子，空间结构为四面体形，A正确；B．YWX－为SCN－，其中C原子形成2个σ键，采用sp杂化，空间结构为直线形，B错误；C．非金属性N强于S，元素的非金属性：Y(S)12．从微粒结构角度分析，下列说法正确的是( )
的中心原子的杂化方式为sp3
B．ZnCO3中，阴离子空间结构为平面三角形，C原子的杂化形式为sp3
C．根据价电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3三种分子中，中心原子价电子对数相等
D．三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体()两种存在形式，两种形式中S原子的杂化轨道类型相同
A 的中心原子碘的价电子对数为4，中心原子的杂化方式为sp3，A项正确；的中心原子碳原子的孤电子对数为0，价电子对数是空间结构是平面三角形，碳原子杂化方式是sp2，B项错误；H2S的中心原子是S，价电子对数是4，SO2的中心原子是S，价电子对数是3，SO3的中心原子的价电子对数是3，C项错误；SO3的空间结构是平面三角形，硫原子杂化方式是sp2，而三聚分子固体中硫原子的杂化方式是sp3，D项错误。]
13．请依据相关化学知识与原理完成下列各题。
(1)下列一组微粒中键角按由大到小的顺序排列为____________(填序号)。
①HCN ②SiF4 ③SCl2 ④ ⑤H3O＋
(2)ClO－、、、中，Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键，将它们的空间结构填入表格中：
离子
空间结构 ______ ______ ______ ______
(3)S单质的常见形式为S8，其环状结构如图所示，S原子采用的轨道杂化方式是____________杂化。
(4)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是___________________
_____________________________________________________________________杂化，N2H4中的六个原子__________(填“在”或“不在”)同一个平面上。
[解析] (1)①HCN分子中C原子孤电子对数为＝0，C原子形成2个σ键，所以HCN为直线形分子，键角180°。
②SiF4分子中Si原子价电子对数是4，VSEPR模型为正四面体形，无孤电子对；
③SCl2分子中S原子价电子对数是4，VSEPR模型为正四面体形，有2个孤电子对；
④中碳原子价电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，无孤电子对；
⑤H3O＋中O原子价电子对数是4，VSEPR模型为正四面体形，有1个孤电子对；所以键角按由大到小的顺序排列为①④②⑤③。
(2)ClO－是2个原子构成的微粒，空间结构为直线形；中Cl价电子对数是4，有2个孤电子对，空间结构为角形；中Cl价电子对数是4，有1对孤电子对，空间结构为三角锥形；中Cl价电子对数是4，无孤电子对，空间结构为正四面体形。
(3)S8分子中S原子孤电子对数为＝2，有2个σ键，S原子采用的轨道杂化方式是sp3杂化。
(4)N2H4分子中氮原子形成3个σ键，孤电子对数为＝1，轨道的杂化类型是sp3杂化，N2H4中的六个原子不在同一个平面上。
[答案] (1)①④②⑤③
(2)直线形 角形 三角锥形 正四面体形
(3)sp3
(4)sp3 不在
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
