苏教版高中化学选择性必修2专题4分子空间结构与物质性质第一单元第一课时分子的空间结构模型课件(共78张PPT)

(共78张PPT)
专题4　分子空间结构与物质性质
第一单元　分子的空间结构
第一课时　分子的空间结构模型
学习目标：1.了解常见分子的空间结构。2.理解杂化轨道理论的主要内容，并能用杂 化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间结构。3.理解价层电子对互斥模型和等 电子原理，能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构。
第*页
研习任务一　杂化轨道及其理论要点
教材　认知
1. 杂化轨道理论
美国化学家 于1931年提出。
（1）CH4为什么是正四面体空间结构
①杂化轨道的形成：以CH4为例，碳原子2s轨道中1个电子进入2p空轨道， 个2s 轨道和 个2p轨道“混杂”，形成 、 的4个 杂 化轨道，可表示为：
②共价键的形成：碳原子的4个 杂化轨道分别与4个氢原子的 轨道形成4 个相同的 键。
鲍林　
1　
3　
能量相等　
成分相同　
sp3　
sp3　
1s　
σ　
③甲烷分子的空间结构：甲烷分子为 结构，4个C—H 键是等同的，键角 为 。
正四面体　
109°28'　
（2）轨道杂化与杂化轨道
①轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部能量 的原子轨道重新组合形成 一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化。
②杂化轨道：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。
相近　
③轨道杂化理论的要点：
a.原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一 定是中心原子。
b.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。
c.只有能量相近的轨道才能杂化（如2s、2p）。
d.杂化前后原子轨道数目不变（参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目），且 杂化轨道的能量相同。
e.杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布。 故杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，成键一端变大，但杂化后形成的杂化轨道 的形状完全相同。
f.杂化轨道与σ键、π键的关系
杂化轨道只能用于形成σ键或者容纳孤电子对，不能用于形成π键；未参与杂化的p轨 道可用于形成π键。
④杂化轨道的类型
杂化类型 sp sp2 sp3
参与杂化的原子轨道及数目 n s 1 1 1
n p 1 2 3
杂化轨道数目 2 3 4
2. 杂化轨道理论解释分子成键
（1）杂化轨道理论解释CH4、BF3、BeCl2
类型 参与轨道 杂化轨道的夹角 杂化轨道的构型 实例
sp3杂化
sp2杂化 BF3、
CH2=CH2
sp杂化 BeCl2
1个s轨道与3个p
轨道　
109°28'　
正四面体　
1个s轨道与2个　
p轨道　
120°　
平面三角形　
1个s轨道与1个　
p轨道　
180°　
直线形　
（2）用杂化轨道理论分析C2H6、C2H4、C2H2的成键情况
分子结构 C原子杂化方式 成键情况
sp3杂化 ①每个C原子的 轨道分别与3个H原子 的 轨道重叠形成3个 键
②两个C原子各以 轨道发生重叠形成1 个 键
sp2杂化 ①每个C原子的 轨道分别与2个H原子 的 轨道重叠形成2个 键
②两个C原子各以 轨道发生重叠形成1 个 键，各以1个未杂化的 轨道发生 重叠形成1个 键
3个sp3　
1s　
C—H σ　
1个sp3　
C—C σ　
2个sp2　
1s　
C—H σ　
1个sp2　
C—C σ　
2p　
π　
分子结构 C原子杂化方式 成键情况
sp杂化 ①每个C原子的 轨道分别与1个H原子 的 轨道重叠形成1个 键
②两个C原子各以 轨道发生重叠形成1 个 键，各以2个未杂化的 轨道发生 重叠形成2个 键
1个sp　
1s　
C—H σ　
1个sp　
C—C σ　
2p　
π　

√
√
问题　探讨
1. 在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂， 重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的杂化。双原子分子中，不存在杂化过 程。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下：
（2）2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道？
提示：（1）杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。s轨道与p轨道 的能量不同，杂化后形成的一组杂化轨道能量相同。
提示： （2）不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与3p不在同一能级，能量相差较大。
（1）观察上述杂化过程，分析原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？
2. BF3和H3O＋的中心原子分别是什么？其杂化类型分别是什么？
提示：BF3和H3O＋的中心原子分别是B和O，其杂化类型分别是sp2和sp3杂化。
应用　体验
A. 所有原子轨道都参与杂化形成杂化轨道
B. 同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C. 杂化轨道能量集中，有利于牢固成键
D. 杂化轨道中不一定有一个电子
解析：参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s轨道与2s、2p轨道能量相差 太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A项错误， B项正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云重叠 程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都会有电子， 也可以是空轨道，也可以有一对孤电子对（如NH3、H2O），故D项正确。
A
①BF3　②CH2=CH2　③CH≡CH　④NH3　⑤CH4
A. ①② B. ①⑤
C. ②③④ D. ③⑤
A
A. 凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其空间结构都是正四面体形
B. CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成 的
C. sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的1个s轨道和3个p轨道重新组合而形成的 一组能量相同的新轨道
D. 凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化成键
解析：中心原子采取sp3杂化，但如果中心原子还有孤电子对，分子的空间结构则不 是正四面体，如NH3为三角锥形，A错误；CH4分子中的sp3杂化轨道是C原子的一个2s 轨道与三个2p轨道杂化而成的，B错误；AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂 化或sp3杂化，D错误。
C
A. sp2、sp2 B. sp3、sp3
C. sp2、sp3 D. sp、sp3
解析：中间碳原子有一个双键，形成双键用去一个p轨道，为sp2杂化；两边的碳原子 为饱和碳原子，形成4个σ键，为sp3杂化。
C
5. 小明同学上网查阅了如下资料：
中心原子杂化类型的判断方法：
（1）公式： n ＝（中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数）÷2。
说明：配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数看为0；当电荷数为正值时，公式 中取“－”号，当电荷数为负值时，公式中取“＋”号。
（2）根据 n 值判断杂化类型：当 n ＝2时为sp杂化， n ＝3时为sp2杂化， n ＝4时为sp3 杂化。
请运用该方法计算下列微粒的 n 值，并判断中心原子的杂化类型。
①NH3： n ＝ ， 杂化。
4　
sp3　
3　
sp2　
4　
sp3　
④SO2： n ＝ ， 杂化。
3　
sp2　
杂化轨道类型的判断
（1）根据杂化轨道数判断
因为杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ 键，故有下列关系：
杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂 化类型。例如：
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型
CO2 0＋2＝2 sp
CH2O 0＋3＝3 sp2
CH4 0＋4＝4 sp3
SO2 1＋2＝3 sp2
NH3 1＋3＝4 sp3
H2O 2＋2＝4 sp3
（2）根据分子空间结构、夹角判断
杂化类型 sp sp2 sp3
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 BeCl2、CO2、CS2等 BCl3、BF3、BBr3等 CF4、SiCl4、SiH4等
提示：杂化轨道只能形成σ键，不能形成π键。
第*页
研习任务二　价层电子对互斥模型
价电子对数目 2 3 4 5 6
价电子对构型 直线形 平面三角形 正四面体形 三角双锥形 正八面体形
价电子对　
相互
排斥　
远离　
对
称的　
成键电子对数　
孤电子对数　
（1）中心原子的价电子数
①分子：中心原子的价电子数等于中心原子的 。
最外层电子数　
2. 价电子对数计算方法
②离子：
（2）配位原子提供价电子数
①H：提供价电子数为1
②O、S：提供价电子数为0
③其他主族元素：
提供价电子数＝8－最外层电子数
3. 价层电子对互斥模型与分子的几何构型
σ键电
子对 数 孤电子
对数 价电子
对数目 电子对 的
排列方 式 价层电子 对
互斥模型 分子或离子的
空间结构 实例
2 0 2 直线形 直线形 BeCl2、CO2
3 0 3 平面三角 形 平面三角形 BF3、BCl3
2 1 V形 PbCl2
σ键电
子对 数 孤电子
对数 价电子
对数目 电子对 的
排列方 式 价层电子 对
互斥模型 分子或离子的
空间结构 实例
4 0 4 正四面体 形 正四面体形 CH4、CCl4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
（1）对于价电子对全是成键电子对的分子，价电子对分布的几何构型与分子的空间 结构相一致。
（2）中心原子上有孤电子对（价电子中未参与形成共价键的电子对）的分子的几何 构型，中心原子上的 占据中心原子周围的空间，与 相互 排斥，使分子的几何构型发生变化，如：H2O、NH3等。
如CH4、NH3、H2O的中心原子均为sp3杂化，但键角的大小为 CH4 NH3 H2O。
孤电子对　
成键电子对　
孤电子对与孤电子对之间的斥力　
孤电
子对与成键电子对之间的斥力　
成键电子对与成键电子对之间的斥力　
增强　
减小　
＞　
＞　
自我　排查
正误判断
√



问题　探讨
1. 水分子中的中心原子是什么？写出水分子的电子式，中心原子上有几对成键电子， 几对孤电子对？其VSEPR模型是什么？略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对 后得到水分子的空间结构是什么？
2. 计算下面几种分子或离子的中心原子的价电子对数；并将计算结果填入下表：
分子或离子 中心原子 σ键数 中心原子上的孤电子对数 价电子对数
SO2 S
N
C
CO2 C
提示：2　1　3　4　0　4　3　0　3　2　0　2
应用　体验
A. 若 n ＝2，则分子的空间结构为V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
解析：若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小原则，当 n ＝2 时，分子空间结构为直线形；当 n ＝3时，分子空间结构为平面三角形；当 n ＝4时， 分子空间结构为正四面体形，C正确。
C
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
D
A. SO2、CS2、HI都是直线形分子
B. BF3的键角为120°，SnBr2的键角大于120°
C. COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子
D. PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形分子
C
4. （2024·武汉高二期中联考）翡翠是玉石中的一种，其主要成分为NaAlSi2O6，常含 微量Cr、Ni、Mn、Fe、Mg、Ni等元素，其中Cr3＋的含量决定其绿色的深浅，是决定 翡翠品质的重要因素之一。
（1）基态硅原子的核外电子排布式为 。
解析：（1）Si为14号元素，核外电子排布为 1s22s22p63s23p2。
1s22s22p63s23p2　
正四面体形　
sp3　
（3）硅与碳类似，能与氢元素形成SiH4、Si2H4、Si3H8，此三种分子中硅原子为sp3杂 化的有 ；Si2H4分子的空间构型是 。
SiH4、Si3H8　
6个原子共面　
（4）已知某FeSO4· x H2O的结构如图所示。
＞　
子S价层无孤电子对，H2O的中心原子O价层有2对孤电子对，其对成键电子对的斥力
更大，使得H2O分子内的键角更小
利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构解题思路

说明：若AB n 型分子中，A与B之间通过两对或三对电子（即通过双键或三键）结合 而成，则价层电子对互斥模型把双键或三键作为一对电子对看待。
第*页
研习任务三　等电子原理
教材　认知
1. 基本概念
等电子原理是指 相同、 相同的粒子（分子或离子）具有相似 的分子 和 特征，它们的许多性质（主要是物理性质）是相似的。 满足等电子原理的粒子互称为等电子体。
2. 等电子体判断方法
原子总数相同，价电子总数相同的分子或离子。
价电子数　
原子数　
结构　
化学键　
3. 等电子体应用
等电子体的许多性质是相似的，空间结构是相同的。利用等电子体可以：
（1）判断一些简单分子或离子的空间结构；
（2）利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；
（3）利用等电子原理针对某物质找等电子体。
4. 寻找等电子体的常用方法
（1）同主族替换法
同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素原子， 如O3与SO2、CO2与CS2互为等电子体。
（2）左右移位法
（3）叠加法
互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，还互为等电子 体，如N2O与CO2互为等电子体。


应用　体验
A. SO2与O3 B. CO2与NO2
C. CS2与NO2 D. PCl3与BF3
解析：A项中SO2与O3 互为等电子体，故结构相似。
A
A. CO和N2 B. O3和SO2
C. CO2和N2O D. N2H4和C2H4
解析：CO和N2的原子个数都为2，价电子数前者为10，后者为10，原子数和价电子数 分别都相等，互称为等电子体，A不符合题意；O3和SO2的原子个数都为3，价电子数 前者为18，后者为18，原子数和价电子数分别都相等，互称为等电子体，B不符合题 意；CO2和N2O的原子个数都为3，价电子数前者为16，后者为16，原子数和价电子数 分别都相等，互称为等电子体，C不符合题意；N2H4和C2H4的原子个数都为6，价电 子数前者为14，后者为12，原子数相等，但价电子数不相等，不互称为等电子体，D 符合题意。
D
A. ①② B. ②③
C. ③④ D. ①④
解析：等电子体要具备两个条件：一是微粒的原子总数相同，二是微粒的价电子总数 相同。分析可知①、②两项正确，③项中F－和Mg的价电子总数不同，④项中H2O和 CH4的原子总数不相同。
A
4. 根据等电子原理，由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电 子数之和相同，也可互称等电子体，它们也具有相似的结构特征。
（1）仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是 和 ；
和 。
解析：（1）仅由第2周期元素组成的共价分子中，即C、N、O、F组成的共价分子， 如N2与CO价电子总数均为10，CO2与N2O价电子总数均为16。
N2　
CO　
CO2　
N2O（合理即可）　
SO2、O3　
一些常见的等电子体
类型 实例 空间结构
双原子10价电子的等电子 体 直线形
三原子16价电子的等电子 体 直线形
三原子18价电子的等电子 体 V形
四原子24价电子的等电子 体 平面三角形
五原子32价电子的等电子 体 正四面体形
第*页
课时作业
A. CS2分子的空间填充模型：
B. 基态Fe2＋的价层电子轨道表示式：
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A. H2O2分子的氧原子杂化方式为sp3
B. NH3的VSEPR模型为平面三角形
C. SO2分子的空间结构为直线形
D. 基态Cu原子的价电子轨道表示式：
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A. sp，范德华力 B. sp2，范德华力
C. sp2，氢键 D. sp3，氢键
解析：由于石墨的结构是平面六边形，每个碳原子以sp2杂化轨道的类型形成的3个共 价键，是平面三角形构型，而硼酸[B（OH）3]分子中，B原子与3个羟基相连，其晶 体具有与石墨相似的层状结构，因此B原子杂化轨道的类型为sp2，且羟基之间作用力 为氢键。
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
B. NH3 C. H3O＋ D. CO2
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
选 项 粒子 中心原子的孤电子对数 粒子的空间结构
A BF3 0 平面三角形
B BeCl2 1 V形
C NH3 1 三角锥形
D 0 正四面体形
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A. BeCl2和BF3
D. CO2和SO3
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A. N2与CO不互为等电子体，故它们的熔沸点、溶解度相差较大
D. 苯与硼氮苯（如图）互为等电子体，故硼氮苯中含有大π键，且形成大π键的电子 都由N原子提供
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A. Zn的核外电子排布式为3d104s2
B. ZnCO3中阴离子空间结构为平面正三角形
C. ZnCO3中C的杂化方式为sp3
D. 电负性：Zn＞C＞O
B
解析：锌元素的原子序数为30，基态原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s2，故A错误；碳酸根离子中碳原子的价层电子对数为3、孤电子 对数为0，离子的空间结构为平面正三角形，故B正确；碳酸根离子中碳原子的价层 电子对数为3，则碳原子的杂化方式为sp2杂化，故C错误；金属元素的电负性小于非 金属元素，非金属元素的金属性越强，电负性越大，则三种元素的电负性大小顺序为 O＞C＞Zn，故D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
C. 碳原子均采取sp3杂化
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A. SO2和SO3的VSEPR模型均为平面三角形
B. PCl3、NCl3的空间构型都是三角锥形
C. BF3和NF3均为sp2杂化
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
11. 根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构，试根据相关知识填空：
（1）AsCl3分子的空间结构为 ，其中As的杂化轨道类型为 。
解析：（1）AsCl3中分子的价电子对数为4，As 的杂化方式为sp3杂化，AsCl3分子的空间结构为 三角锥形。
（2）CH3COOH中C原子轨道杂化类型为 。
解析：（2）CH3COOH的结构式为 ，分子中甲基上的碳原子采用 sp3杂化，羧基中碳原子采用sp2杂化。
三角锥形
sp3
sp3、sp2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
①该分子中有 个sp2杂化碳原子； 个sp3杂化碳原子。
②该分子中有 个sp2－sp3 σ键； 个sp3－sp3σ键。
解析：（3）有机物中饱和碳原子是sp3杂化，双 键上的碳原子是sp2杂化，三键上的碳原子是sp杂 化。①该分子中有2个sp2杂化碳原子；6个sp3杂 化碳原子。②该分子中有3个sp2－sp3 σ键；3个 sp3－sp3 σ键。
2
6
3
3
直线
sp
（3）一种有机化合物的结构简式如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
24
平面三角
sp2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
正四面体形　
CCl4（或SiCl4，合理答案均可）　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
构；PCl3为三角锥形结构
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
13. （1）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。NH3分子的空间结构是 ；N2H4分子中氮原子轨道 的杂化类型是 。
解析：（2）H3O＋中氧原子采用sp3杂化。
三角锥形　
sp3　
sp3　
H2O中氧原子有2对孤电子对，H3O＋中氧原子
只有1对孤电子对，排斥力较小　
三角锥形　
sp3　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13