資源簡介

(共33張PPT)
第二章
分子結構與性質
第二節　分子的空間結構
第2課時　分子空間結構的理論解釋
內容索引
學習目標
活動方案
課堂反饋
學 習 目 標
1. 能根據價層電子對互斥模型預測簡單分子或離子的空間結構。
2. 能用雜化軌道理論解釋簡單分子或離子的空間結構。
活 動 方 案
閱讀下列材料，回答問題。
價層電子對互斥模型，簡稱VSEPR模型。對于AXn型分子或離子，其價層電子對指的是中心原子與結合原子間的σ鍵電子對和中心原子上的孤電子對，其數目等于X原子數n與孤電子對的對數之和。該理論認為，AXn型分子或離子的空間結構，主要決定于中心原子的價層電子對間的相互排斥作用，這些價層電子對在中心原子周圍按盡可能互相遠離的位置排布(如下表所示)。
活動一：學會用價層電子對互斥模型預測簡單粒子的空間結構
1. 完成下列活動，體驗價層電子對數、價層電子對間的排斥作用與模型的關系。
(1) 將2個完全相同的充滿空氣的氣球扎在一起，放在桌面上，2個氣球之間的關系如何？
【答案】 呈直線形。
(2) 若將上述氣球的數目分別改為3個、4個，則又將如何呢？
【答案】 呈平面三角形、正四面體形。
2. 對于ABn型分子的中心原子而言，σ鍵電子對數即與該原子成鍵(多重鍵只計σ鍵，不計π鍵)的原子數。
【答案】 CO2、H2O、BF3、NH3、CH4、CH3Cl的孤電子對數分別為0、2、0、1、0、0，對應AX2、AX2E2、AX3、AX3E、AX4、AX4模型。
3. 根據價層電子對互斥理論，分析分子的VSEPR模型和空間結構。
2
0
直線形
直線形
2
1
平面三角形
V形
4
0
正四面體形
正四面體形
3
0
平面三角形
平面三角形
3
1
四面體形
三角錐形
4
0
正四面體形
正四面體形
3
0
平面三角形
平面三角形
3
1
四面體形
三角錐形
4. 已知：AX2E的鍵角小于120°；AX3E、AX2E2的鍵角小于109°28′(CH4的鍵角為109°28′，NH3的鍵角為107°，H2O的鍵角為105°)。說明孤電子對與成鍵原子對相鄰原子的斥力，哪一個更大？
【答案】 孤電子對的斥力更大。
1. 畫出基態碳原子的價電子排布圖，碳原子要與4個氫原子形成CH4，需要4個未成對電子。基態碳原子中的電子如何激發，才能滿足這一條件？從s軌道和p軌道的空間取向來看，原有的軌道可以與4個氫原子形成正四面體形的CH4分子嗎？
【答案】 　 將2s能級上的1個電子激發到2p能級上　不能
活動二：學會用雜化軌道理論解釋分子空間結構
2. 閱讀下列材料，回答問題。
美國化學家鮑林在探索化學鍵理論時，為了解釋一些分子的空間結構提出了雜化軌道理論。其基本要點如下：在成鍵過程中，由于原子間的相互影響，同一原子中能量相近的不同類型的原子軌道發生混雜、疊加而形成等數量、同能量的新原子軌道——“雜化軌道”。雜化軌道的形狀發生了改變，使得在某個方向更有利于原子軌道間的重疊，因而雜化軌道比原來軌道的成鍵能力強。雜化軌道之間的夾角發生了變化，其分布盡可能夾角最大以使相互間的排斥能最小。雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。
s軌道和p軌道共可以形成三種雜化方式：sp3雜化、sp2雜化和sp雜化。
(1) 填寫下表。
(2) s軌道和p軌道形成sp2雜化軌道或sp雜化軌道后，還有未參與雜化的p軌道，該軌道與雜化軌道在空間上是什么關系？
【答案】 未參與雜化的p軌道垂直于sp2雜化軌道；未參與雜化的2個p軌道與sp雜化軌道相互垂直。
雜化軌道類型 雜化軌道數目 軌道夾角 參與雜化的軌道類型和數目
sp3
sp2
sp
4
109°28′
1個s軌道和3個p軌道
3
120°
1個s軌道和2個p軌道
2
180°
1個s軌道和1個p軌道
(3) 用雜化軌道理論解釋CH4分子的空間構型。
【答案】 碳原子的1個s軌道和3個p軌道形成4個sp3雜化軌道，4個sp3雜化軌道之間的夾角為109°28′，每個雜化軌道中有1個未成對電子，4個氫原子各提供1個電子，分別從四個方向以頭碰頭的方式與雜化軌道重疊形成4個σ鍵。
(4) NH3、H2O分子中中心原子的雜化方式分別是什么？
【答案】 均為sp3雜化。
3. 用雜化軌道理論解釋乙烯、乙炔的分子空間結構。
(1) 乙烯中碳原子采用什么類型的雜化？雜化軌道分別與什么原子成鍵，形成什么類型的鍵？未參與雜化的軌道形成什么類型的鍵，共幾個？
【答案】 sp2雜化；2個氫原子和1個碳原子，形成σ鍵；形成π鍵，共1個。
(2) 乙炔中碳原子采用什么類型的雜化？雜化軌道分別與什么原子成鍵，形成什么類型的鍵？未參與雜化的軌道形成什么類型的鍵，共幾個？
【答案】 sp雜化；1個氫原子和1個碳原子，形成σ鍵；形成π鍵，共2個。
(3) 某有機物的分子式為C9H8，球棍模型如圖所示，其分子中的所有碳原子都在同一平面上。
①寫出該有機物的結構簡式。
【答案】
②該有機物分子中采用sp3、sp2、sp雜化的碳原子數分別是多少？
【答案】 采用sp3、sp2、sp雜化的碳原子數分別為1、6、2。
價層電子對互斥理論常用來預測分子的構型，雜化軌道理論常用來解釋原子如何通過軌道雜化形成相應鍵角。對于ABn型分子或離子，可用下表歸納價層電子對互斥理論與雜化軌道理論之間的關系，填寫下表。
活動三：歸納價層電子對互斥理論與雜化軌道理論之間的關系
ABn型 分子或離子 σ鍵數 中心原子孤 電子對數 VSEPR 模型名稱 粒子的空間 結構名稱 中心原子
雜化方式
n＝2 0
1
2
n＝3 0
1
n＝4 0
2
直線形
直線形
sp
2
平面三角形
V形
sp2
2
四面體形
V形
sp3
3
平面三角形
平面三角形
sp2
3
四面體形
三角錐形
sp3
4
正四面體形
正四面體形
sp3
課 堂 反 饋
2
4
5
1
3
7
6
1. 用價層電子對互斥理論預測H2S和PF3的空間結構，下列兩個預測都正確的是( 　　)
A. 直線形　三角錐形 B. V形　三角錐形
C. 直線形　平面三角形 D. V形　平面三角形
【解析】 H2S和PF3的中心原子S、P上的價層電子對數均為4，前者有2對孤電子對，后者有1對孤電子對，所以前者為V形，后者為三角錐形。
【答案】 B
2
4
5
1
3
7
6
2. 利用價層電子對互斥模型可以預測許多分子或離子的空間結構，也可推測鍵角的大小，下列判斷正確的是( 　　)
A. CS2是V形分子 B. SnBr2的鍵角大于120°
2
4
5
1
3
7
6
【答案】 D
2
4
5
3
7
6
3. 下列有關NH3和BF3的說法正確的是( 　　)
A. NH3和BF3的空間結構都是三角錐形
B. NH3中N原子上的孤電子對數為1，BF3中B原子上無孤電子對
C. NH3和BF3形成的化合物NH3·BF3中各原子最外層都達到8電子穩定結構
D. NH3和BF3的中心原子的價層電子對數均為4
1
2
4
5
3
7
6
1
【答案】 B
2
4
5
3
7
6
4. 下列有關sp2雜化軌道的說法錯誤的是( 　　)
A. 由同一能層上的s軌道與p軌道雜化而成
B. 所形成的3個sp2雜化軌道的能量相同
C. 每個sp2雜化軌道中s能級成分占三分之一
D. sp2雜化軌道最多可形成2個σ鍵
1
【解析】 同一能層上的s軌道與p軌道的能量差異不大，sp2雜化軌道是由同一能層上的s軌道與p軌道雜化而成的，A正確；同種類型的雜化軌道能量相同，B正確；sp2雜化軌道是1個s軌道與 2個 p軌道雜化而成的，C正確；sp2雜化軌道最多可形成3個σ鍵，D錯誤。
【答案】 D
2
4
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3
7
6
5. 雜化軌道理論是鮑林為了解釋分子的空間結構提出的。下列關于sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角的比較正確的是( 　　)
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、sp2、sp雜化軌道的夾角相等
1
【解析】 sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角分別為109°28′、120°、180°，A正確。
【答案】 A
2
4
5
3
7
6
6. 白磷是一種能自燃的單質，其分子的球棍模型為 。下列敘述錯誤的是( 　　)
A. 每個磷原子形成3個σ鍵，磷原子為sp2雜化
B. 每個磷原子的價層電子對數為4，磷原子均為sp3雜化
C. 1 mol白磷中共含6 mol非極性鍵
D. 白磷分子的空間結構為正四面體形
1
【解析】 由白磷分子的球棍模型圖可知，每個磷原子均形成了3個σ鍵，且每個磷原子還有一對孤電子，故價層電子對數為4，磷原子采取sp3雜化，A錯誤，B正確；由圖可知，C、D正確。
【答案】 A
2
4
5
3
7
6
7. 寫出下列中心原子與氫結合所得相應的分子或離子的化學式。
(1) 氧原子以sp3雜化軌道形成3個σ鍵：________________。
(2) 分子中4個碳原子間形成了2個π鍵且碳原子的雜化類型均為sp2雜化：____________。
(3) 分子中有2個磷原子，均以sp3雜化軌道形成5個σ鍵：________。
(4) 氮原子以sp3雜化軌道與氫原子形成4個σ鍵的陽離子：_______。
1
H3O＋ 、H2O2
C4H6
P2H4
2
4
5
3
7
6
1
謝謝觀看
Thank you for watching

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