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1、2019 最新新人教版化學(xué)選修3 高中分子的立體結(jié)構(gòu)教案二分子的立體結(jié)構(gòu)主要知識點 :寫出 CO2、 H2O、NH3、 CH2O、CH4 的結(jié)構(gòu)式和電子式；一、形形色色的分子大多數(shù)分子是由兩個以上原子構(gòu)成的, 于是就有了分子中的原子的空間關(guān)系問題, 這就是所謂“分子的立體結(jié)構(gòu)”。例如, 三原子分子的立體結(jié)構(gòu)有直線形和V 形兩種。如C02 分子呈直線形 , 而 H20 分子呈 V 形 , 兩個 H O鍵的鍵角為105。三原子分子立體結(jié)構(gòu)：有直線形C02 、 CS2 等 ,V 形如 H2O、 S02 等。大多數(shù)四原子分子采取平面三角形和三角錐形兩種立體結(jié)構(gòu)。例如, 甲醛 (CH20) 分子呈平面三
2、角形 , 鍵角約 120；氨分子呈三角錐形, 鍵角 107。四原子分子立體結(jié)構(gòu)：平面三角形：如甲醛(CH20) 分子等 , 三角錐形：如氨分子等。五原子分子的可能立體結(jié)構(gòu)更多 , 最常見的是正四面體形 , 如甲烷分子的立體結(jié)構(gòu)是正四面體形 , 鍵角為 109 28/ 。五原子分子立體結(jié)構(gòu)：正四面體形如甲烷、P4 等1 / 11分子世界是如此形形色色, 異彩紛呈 , 美不勝收 , 常使人流連忘返.分子的立體結(jié)構(gòu)與其穩(wěn)定性有關(guān)。例如,S 8 分子像頂皇冠 , 如果把其中一個向上的硫原子倒轉(zhuǎn)向下, 盡管也可以存在 , 卻不如皇冠式穩(wěn)定；又如 , 椅式 C6H12 比船式穩(wěn)定。測分子體結(jié)構(gòu)：紅外光譜儀
3、吸收峰分析肉眼不能看到分子, 那么 , 科學(xué)家是怎樣知道分子的形狀的呢?早年的科學(xué)家主要靠對物質(zhì)的宏觀性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后進(jìn)行推測, 如今 , 科學(xué)家已經(jīng)創(chuàng)造了許許多多測定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器, 紅外光譜就是其中的一種。分子中的原子不是固定不動的, 而是不斷地振動著的。所謂分子立體結(jié)構(gòu)其實只是分子中的原子處于平衡位置時的模型。當(dāng)一束紅外線透過分子時, 分子會吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動頻率相同的紅外線, 再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。通過計算機模擬, 可以得知各吸收峰是由哪一個化學(xué)鍵、哪種振動方式引起的, 綜合這些信息 , 可分析出分子的立體結(jié)構(gòu)。二、價層電子對互斥模型在 1940 年 , 希吉
4、維克（ Sidgwick ）和坡維爾（ Powell ）在總結(jié)實驗事實的基礎(chǔ)上提出了一種簡單的理論模型, 用以預(yù)測簡單分子或離子的立體結(jié)構(gòu)。這種理論模型后經(jīng)吉列斯比（R.J,Gillespie）和尼霍爾姆（Nyholm ）在20 世紀(jì)50 年代加以發(fā)展, 定 名為價層電子對互斥模型, 簡稱 VSEPR（ Valence Shell Electron Pair Repulsion）。1. 價層電子互斥模型分子的空間構(gòu)型與成鍵原子的價電子有關(guān)。價層電子對互斥模型可以用來預(yù)測分子的立體結(jié)構(gòu)。應(yīng)用這種理論模型, 分子中的價電子對( 包括成鍵電子對和孤電子對), 由于相互排斥作用 , 而趨向盡可能彼此遠(yuǎn)
5、離以減小斥力, 分子盡可能采取對稱的空間構(gòu)型。價電子對之間的斥力1). 電子對之間的夾角越小, 排斥力越大。2). 由于成鍵電子對受兩個原子核的吸引, 所以電子云比較緊縮, 而孤對電子只受到中心原子的吸引 , 電子云比較“肥大” , 對鄰近電子對的 斥力較大 , 所以電子對之間的斥力大小順序如下：孤電子對孤電子對 孤電子對成鍵電子 成鍵電子成鍵電子3). 由于三鍵、雙鍵比單鍵包含的電子數(shù)多, 所以其斥力大小次序為三鍵雙鍵 單鍵2. 價層電子對互斥理論： 對 ABn 型的分子或離子 , 中心原子 A 價層電子對（包括用于形成共價鍵的共用電子對和沒有成鍵的孤對電子）之間存在排斥力, 將使分子中的原
6、子處于盡可能遠(yuǎn)的相對位置上, 以使彼此之間斥力最小, 分子體系能量最低。3. 價層電子對互斥模型：這種模型把分子分成以下兩大類：一類是中心原子上的價電子都用于形成共價鍵, 如C02 、 CH20、 CH4 等分子中的碳原子, 在這類分子中, 由于價層電子對之間的相互排斥作用, 它們趨向于盡可能的相互遠(yuǎn)離, 成鍵原子的幾何構(gòu)型總是采取電子對排斥最小的那種結(jié)構(gòu)。它們的立體結(jié)構(gòu)可用中心原子周圍的原子數(shù)n 來預(yù)測 , 概括如下：ABn立體結(jié)構(gòu)范例n=2直線型CO22 / 11n=3平面三角形CH2On=4正四面體型CH4另一類是中心原子上有孤對電子( 未用于形成共價鍵的電子對) 的分子 , 如 H2O
7、 和 NH3, 對于這類分子 , 首先建立四面體模型, 每個鍵占據(jù)一個方向（多重鍵只占據(jù)一個方向）, 孤對電子也要占據(jù)中心原子周圍的空間, 并參與互相排斥。例如,H 20 和 NH3 的中心原子上分別有2對和 l對孤對電子 , 跟 中心原子周圍的 鍵加起來都是4, 它們相互排斥, 形成四面體 , 因而H： O分子呈 V 形,NH3 分子呈三角錐形。(1) 、中心原子上的價電子都用于形成共價鍵：分子中的價電子對相互排斥的結(jié)果(2). 中心原子上有孤對電子：孤對電子也要占據(jù)中心原子周圍的空間, 并參與互相排斥, 使分子的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。4. 價層電子對互斥理論的應(yīng)用利用價層電子對互斥理論時, 首
8、先要根據(jù)原子的最外層電子數(shù), 判斷中心原子上有沒有孤對電子 , 然后再根據(jù)中心原子結(jié)合的原子的數(shù)目, 就可以判斷分子的空間構(gòu)型(1) 確定中心原子 A 價層電子對數(shù)目中心原子 A 的價電子數(shù)與配體 X 提供共用的電子數(shù)之和的一半 , 即中心原子 A 價層電子對數(shù)目。計算時應(yīng)注意：(1) 氧族元素原子作為配位原子時 , 可認(rèn)為不提供電子 , 但作為中心原子時可認(rèn)為它所提供所有的 6 個價電子 .(2) 如果討論的是離子, 則應(yīng)加上或減去與離子電荷相應(yīng)的電子數(shù)。如3-中 P 原子價層電PO4子數(shù)就加上中 N 原子的價層電子數(shù)應(yīng)減去 1.3, 而 NH4(3) 如果價層電子數(shù)出現(xiàn)奇數(shù)電子 , 可把這
9、個單電子當(dāng)作電子對來看待.(2) 價電子對數(shù)計算方法對于 ABm型分子 (A 為中心原子 ,B 為配位原子 ), 分子的價電子對數(shù)可以通過下式確定n = 中心原子的價電子數(shù)每個配位原子提供的價電子數(shù) * m2(3) 確定價層電子對的空間構(gòu)型由于價層電子對之間的相互排斥作用, 它們趨向于盡可的相互遠(yuǎn)離。價層電子對的空間構(gòu)型與價層電子對數(shù)目的關(guān)系：價層電子對數(shù)目n23456價層電子對構(gòu)型直線三角形四面體三角雙錐八面體(4) 分子空間構(gòu)型確定根據(jù)分子中成鍵電子對數(shù)和孤對電子數(shù), 可以確定相應(yīng)的穩(wěn)定的分子幾何構(gòu)型。例 1：應(yīng)用 VESPR理論 , 判斷下列粒子構(gòu)型：CH 、 ClO、PCl543解析：
10、 在 CH 中 ,C 有 4 個電子 ,4個 H 提供 4個電子 ,C的價層電子總數(shù)為8 個, 價43 / 11層電子對為 4 對 。C 的價層電子對的排布為正四面體, 由于價層電子對全部是成鍵電子對,因此 CH4 的空間構(gòu)型為正四面體。有 7 個價電子 ,O 不提供電子 , 再加上得到的 1 個電子 , 價層電子總數(shù)為在 ClO3 中 ,Cl8 個 , 價層電子對為4 對。 Cl 的價層電子對的排布為四面體, 四面體的 3 個頂角被 3 個 O占據(jù), 余下的一個頂角被孤對電子占據(jù), 因此為三角錐形。在 PCl 5 中 ,P有 5 個價電子 ,5個 Cl 分別提供1 個電子 , 中心原子共有
11、5 對價層電子對, 價層電子對的空間排布方式為三角雙錐, 由于中心原子的價層電子對全部是成鍵電子對,因此 PCl 5 的空間構(gòu)型為三角雙錐形?？偨Y(jié)歸納：中心原子的價層電子對的排布和ABn 型共價分子的構(gòu)型價 價層成 孤 分子 電子對的排分子構(gòu)型實例層 電子鍵 對 類型 布方式電 對排電 電子 布子 子對對 對數(shù)數(shù) 數(shù)2直線2 0 AB 2直線形HgCl形2平面 30AB 3平面三角形BF33 三角形21AB 2角形PbCl2價價層成鍵孤對分電子對的排布分子構(gòu)型實 例層電子電子電子子方式電對排對數(shù)對數(shù)類子布型對數(shù)40AB 4正四面體CH 44 四面體31AB 3三角錐形NH322AB 2角形H2
12、O4 / 11價層價層成鍵孤對分子電子對的排分子構(gòu)型實 例電子電子電子電子類型布方式對數(shù)對排對數(shù)對數(shù)布50AB 5三角雙錐PCl541AB 4變形四面SF45三角體雙錐32AB 3T形ClF323AB 2直線形I3價層價層電成鍵孤對分子電子對的排分子構(gòu)型實 例電子子對排電子電子類型布方式對數(shù)布對數(shù)對數(shù)60AB 6正八面體SF66八面體51AB 5四方錐形IF542AB 4平面正方ICl4形價層電子對互 斥 模 型 對 少數(shù) 化 合 物 判 斷不準(zhǔn) , 不能適用于過渡金屬化合物, 除非金屬具有全滿、半滿或全空的d 軌道。根據(jù)價層電子對互斥理論：分子的立體結(jié)構(gòu)是由于分子中的價電子對相互排斥的結(jié)果,
13、 其規(guī)律如下：分子類型中心原子空間構(gòu)型AB2有孤對電子V 型無孤對電子直線形AB有孤對電子三角錐形3無孤對電子平面三角形AB無孤對電子四面體形45 / 11例 2：（ 1）用 VSEPR模型預(yù)測 , 下列分子形狀與H2O相似 , 都為 V 型的是A.OF2B.BeCl2C.SO2D.CO2（2）用 VSEPR模型預(yù)測 , 下列分子中鍵角不是1200 的是A C2H2BC6H6C BF3D NH3鞏固練習(xí)：1、下列物質(zhì)中, 分子的立體結(jié)構(gòu)與水分子相似的是（）A、 CO2B 、 H2SC、 PCl 3D、 SiCl 42、下列分子的立體結(jié)構(gòu), 其中屬于直線型分子的是（）A、H2OB、 CO2C、C
14、2H2D、 P43、寫出你所知道的分子具有以下形狀的物質(zhì)的化學(xué)式, 并指出它們分子中的鍵角分別是多少？（ 1） 直線形（ 2） 平面三角形（ 3） 三角錐形（ 4） 正四面體4、下列分子中 , 各原子均處于同一平面上的是（）A、 NH B 、CCl4C 、 H O D 、 CHO3225、下列分子的結(jié)構(gòu)中, 原子的最外層電子不都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的是（）A、 CO2 B 、 PCl3C、 CCl4D 、NO26、下列分子或離子的中心原子, 帶有一對孤對電子的是（）A、 XeO B 、BeCl2C 、 CHD 、PCl344三、雜化軌道理論簡介1、雜化的概念：在形成多原子分子的過程中, 中心原子
15、的若干能量相近的原子軌道重新組合 , 形成一組新的軌道, 這個過程叫做軌道的雜化, 產(chǎn)生的新軌道叫雜化軌道。雜化軌道理論是一種價鍵理論, 是鮑林為了解釋分子的立體結(jié)構(gòu)提出的。為了解決甲烷分子四面體構(gòu)型,鮑林提出了雜化軌道理論, 它的要點是：當(dāng)碳原子與4 個氫原子形成甲烷分子時, 碳原子的2s 軌道和 3 個 2p 軌道會發(fā)生混雜, 混雜時保持軌道總數(shù)不變, 卻得到 4 個相同的軌道 , 夾角109 28 , 稱為 sp3 雜化軌道 , 表示這 4 個軌道是由 1 個 s 軌道和 3 個 p 軌道雜化形成的。當(dāng)碳原子跟 4 個氫原子結(jié)合時 , 碳原子以 4 個 sp3 雜化軌道分別與 4 個氫原
16、子的 ls 軌道重疊, 形成 4 個 C-H 鍵 , 因此呈正四面體的分子構(gòu)型。6 / 11雜化軌道理論認(rèn)為：在形成分子時, 通常存在激發(fā)、雜化、軌道重疊等過程。但應(yīng)注意 , 原子軌道的雜化, 只有在形成分子的過程中才會發(fā)生, 而孤立的原子是不可能發(fā)生雜化的。同時只有能量相近的原子軌道才能發(fā)生雜化, 而 1s 軌道與2p 軌道由于能量相差較大,它是不能發(fā)生雜化的。2、雜化軌道的類型：(1) sp 3 雜化 1 個 s 軌道和 3 個 p 軌道會發(fā)生混雜 , 得到 4 個相同的軌道 , 夾角 109 28 ,稱為 sp3 雜化軌道?？臻g結(jié)構(gòu)：空間正四面體或V 型、三角錐型。凡屬于VESPR模型的
17、 AY4 的分子中心原子A 都采取sp3 雜化類型。例如CH4、NH3、 H2O 等。其中像CH4 這類與中心原子鍵合的是同一種原子, 因此分子呈高度對稱的正四面體構(gòu)型, 其中的4 個sp3 雜化軌道自然沒有差別, 這種雜化類型叫做等性雜化。而像NH3、H2O 這類物質(zhì)的中心原子的 4 個 sp3 雜化軌道用于構(gòu)建不同的 鍵或孤對電子 , 這個的 4 個雜化軌道顯然有差別 , 叫做不等性雜化 ,(2) sp2 雜化：同一個原子的一個ns軌道與兩個np軌道進(jìn)行雜化組合為sp2 雜化軌道。sp2 雜化軌道間的夾角是120, 分子的幾何構(gòu)型為平面正三角形。BF3分子形成2p2p正三角形2s激發(fā)2sB
18、的基態(tài)激發(fā)態(tài)sp2 雜化態(tài)FB120FF7 / 11應(yīng)當(dāng)注意的是, 雜化過程中還有未參與雜化的p 軌道 , 可用于形成 鍵, 而雜化軌道只用于形成 鍵或者用來容納未參與成鍵的孤對電子。而沒有填充電子的空軌道一般都不參與雜化。如：乙烯分子中的碳原子的原子軌道采用sp 2 雜化。其中兩個碳原子間各用一個sp2 雜化軌道形成 鍵 , 用兩個 sp2 雜化軌道與氫原子形成 鍵 , 兩個碳原子各用一個未參加雜化的 2p 原子軌道形成 鍵。苯環(huán)分子中的碳原子的原子軌道采用了sp2 雜化。每個碳原子上的三個sp2 雜化軌道分別與兩個相鄰的碳原子和一個氫原子形成三個 鍵并形成六碳環(huán), 每個碳原子上的未雜化2p
19、 軌道采用“肩并肩”的方式重疊形成大鍵。大 鍵的形成使苯環(huán)上的所用原子處于同一平面 , 且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。(3)sp 雜化：同一原子中ns-np 雜化成新軌道：一個s 軌道和一個p軌道雜化組合成兩個新的sp 雜化軌道。sp 雜化：夾角為180的直線形雜化軌道,BeCl2分子形成2p2p2s直線形2s激發(fā)雜化Be基態(tài)激發(fā)態(tài)sp雜化態(tài)180直線形鍵合ClBeCl化合態(tài)8 / 11雜化軌道成鍵時, 要滿足化學(xué)鍵間最小排斥原理, 鍵與鍵間的排斥力大小決定于鍵的方向, 即決定于雜化軌道間的夾角。由于鍵角越大化學(xué)鍵之間的排斥能越小, 對 sp 雜化來說 ,當(dāng)鍵角為180 時 , 其排拆力最小 , 所以 sp 雜
20、化軌道成鍵時分子呈直線形；對sp2 雜化來說 ,當(dāng)鍵角為120 時, 其排斥力最小, 所以 sp2 雜化軌道成鍵時, 分子呈平面三角形。由于雜化軌道類型不同 , 雜化軌道夾角也不相同, 其成鍵時鍵角也不相同, 故雜化軌道的類型與分子的空間構(gòu)型有關(guān)。3、 AB m 雜化類型的判斷公式：電子對數(shù) n=中心原子的價電子數(shù)配位原子的成鍵電子數(shù)電荷數(shù)2在上述公式使用時 , 電荷為正值時 , 取負(fù)號 , 電荷為負(fù)值時 , 取正號。當(dāng)配位原子為氧原子或硫原子時 , 成鍵電子數(shù)為零。電子對數(shù) n234雜化類型spSp2Sp3例如： SO2 電子對數(shù)為 (6+0)/2=3,為 sp2 雜化。雜化類型雜化軌道數(shù)目
21、雜化軌道間的夾角空間構(gòu)型實例Sp2180直線BeCl 2Sp23120平面三角形BF 3Sp34109 28四面體形CH 4鞏固練習(xí)：1、下列分子中心原子是sp2 雜化的是（）A PBr3B CH4C BF 3D H2O2、關(guān)于原子軌道的說法正確的是（）A 凡是中心原子采取 sp3 雜化軌道成鍵的分子其幾何構(gòu)型都是正四面體B CH 4 分子中的 sp3 雜化軌道是由 4 個 H 原子的 1s 軌道和 C 原子的 2p 軌道混合起來而形成的C sp3 雜化軌道是由同一個原子中能量相近的s 軌道和p 軌道混合起來形成的一組能量相近的新軌道D 凡 AB3 型的共價化合物 , 其中中心原子 A 均采用
22、 sp3 雜化軌道成鍵3、用 Pauling的雜化軌道理論解釋甲烷分子的四面體結(jié)構(gòu), 下列說法不正確的是（）A 、 C 原子的四個雜化軌道的能量一樣B 、 C 原子的 sp3 雜化軌道之間夾角一樣C 、 C 原子的 4 個價電子分別占據(jù)4 個 sp 3 雜化軌道9 / 11D 、 C 原子有 1 個 sp3 雜化軌道由孤對電子占據(jù)4、下列對sp3 、 sp2 、 sp 雜化軌道的夾角的比較, 得出結(jié)論正確的是（）A sp雜化軌道的夾角最大B sp2 雜化軌道的夾角最大C sp3 雜化軌道的夾角最大D sp3、 sp 2 、 sp 雜化軌道的夾角相等5、乙烯分子中含有4 個 C H 和 1 個
23、C=C雙鍵 ,6 個原子在同一平面上。下列關(guān)于乙烯分子的成鍵情況分析正確的是（）A 每個 C 原子的 2s 軌道與 2p 軌道雜化 , 形成兩個 sp 雜化軌道B 每個 C 原子的 1 個 2s 軌道與 2 個 2p 軌道雜化 , 形成 3 個 sp2 雜化軌道C 每個 C 原子的 2s 軌道與 3 個 2p 軌道雜化 , 形成 4 個 sp3 雜化軌道D 每個 C 原子的 3 個價電子占據(jù)3 個雜化軌道 ,1個價電子占據(jù)1 個 2p 軌道-、 ClO-、 ClO-3雜化軌道與 O原子成鍵的 , 試推測下列微粒6、 ClO、ClO4中 Cl 都是以 sp23的立體結(jié)構(gòu)微粒ClO-ClO2ClO3ClO4立體結(jié)構(gòu)7 、根據(jù)雜化軌道理論, 請預(yù)測下列分子或離子的幾何構(gòu)型：CO2,CO2-3H S,PH32答案：10 / 111、D 2 、BC 3 、（ 1） CO2、 CS2、HCN 鍵角 180（ 2） BF3、 BCl3、 SO3、CH2O鍵角 60（ 3）NH3、PCl3 鍵角 107.3 （ 4）CH4、CCl4 鍵角 109284、CD 5 、D 6 、D15 C CDABD6、直線； V 型；三角錐形；正四面體7、sp 雜化 , 直線；sp2 雜化 ,三角形；sp3 雜化 ,V 型；sp3 雜化 , 三角錐形11 / 11
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