資源簡介

分子的空間結構
第4課時
教學目標
整合學生已學習的關于分子空間結構的理論、方法、模型，建立模型間的聯系，形成知識網絡。
教學重難點
綜合運用VSEPR模型和雜化軌道理論處理具有一定復雜度分子的空間結構。
教學過程
一、新課導入
二、講授新課
五、分子的空間結構整合提升
【典型例題】
例1. 結合價鍵理論、雜化軌道理論分析乙烯分子中的成鍵形式、碳原子的雜化方式。
C采用sp2雜化， 三個sp2雜化軌道和一個未參加雜化的p軌道中各有一個未成對電子。兩個C原子各以一個sp2雜化軌道重疊形成一個σ鍵，同時以p軌道重疊形成一個π鍵；每個C都以另外兩個sp2雜化軌道分別與兩個H的1s軌道重疊形成兩個σ鍵。
例2. 在類比例1的基礎上，結合價鍵理論、雜化軌道理論分析乙炔分子中的成鍵形式、碳原子的雜化方式。
C采用sp雜化，兩個sp雜化軌道和兩個未參加雜化的p軌道中各有一個未成對電子。兩個C原子各以一個sp雜化軌道重疊形成一個σ鍵，同時兩組平行的p軌道重疊形成兩個π鍵；每個C都以另外的一個sp雜化軌道分別與兩個H的1s軌道重疊形成兩個σ鍵。
例3. 在類比例1、例2的基礎上，結合價鍵理論、雜化軌道理論分析苯分子中的成鍵形式、碳原子的雜化方式。
C采用sp2雜化，由此形成的三個sp2軌道在同一平面內，每個sp2雜化軌道上有一個未成對電子。這樣每個C的兩個sp2雜化軌道分別與鄰近的兩個C的sp2雜化軌道形重疊形成σ鍵，于是六個C組成一個正六邊形的碳環，每個C的另一個sp2雜化軌道分別與一個H的1s軌道重疊形成σ鍵。與此同時，每個C還有一個與碳環平面垂直的未參加雜化的2p軌道，這六個軌道相互平行且各有一個未成對電子，以肩并肩的方式相互重疊，從而形成屬于六個C的π鍵。
例4. 對于乙醇、乙酸這樣看似更加復雜的分子，怎樣判斷它們的分子結構以及某些原子的雜化方式呢？
方法：利用“價電子對相互排斥而盡量遠離”原則判斷。
例如，在乙醇分子中，羥基上的O有兩對成鍵電子對和兩對孤電子對，故O的價電子對總數為4，價電子對共有四個空間取向，故O為sp3雜化。O的價電子對相互排斥而遠離，呈四面體形，因此C-O-H呈V形。
例如，在乙酸分子中，羧基上的C有4對成鍵電子對，其中有一個π鍵，故C的價電子對總數為3，共有3個空間取向，故羧基C為sp2雜化。C的價電子對相互排斥而遠離，呈三角形，因此部分呈三角形。
三、課堂練習
1. 判斷下列說法是否正確，若不對，說明理由。
（1）雜化軌道只用于形成共價鍵 （ ）
（2）中心原子若通過sp3雜化軌道成鍵，則該分子一定為正四面體結構（ ）
（3）NH3為三角錐形，N發生sp2雜化（ ）
（4）只要分子的空間結構為平面三角形，中心原子均為sp2雜化（ ）
（5）中心原子是sp雜化的，其分子的空間結構不一定為直線形（ ）
（6）價層電子對互斥模型中，π鍵電子對數不計入中心原子的價層電子數（ ）
答案　（1）×（2）×（3）×（4）√（5）×（6）√
解析
（1）雜化軌道只用于形成共價鍵
理由：雜化軌道只用于形成共價鍵中的σ鍵（或容納孤對電子），不用于形成π鍵
（2）中心原子若通過sp3雜化軌道成鍵，則該分子一定為正四面體結構sp3雜化軌道
理由：對應的VSEPR模型為正四面體，但確定分子孔徑結構還要略去孤對電子
（3）NH3為三角錐形，N發生sp2雜化
理由：NH3中N的價層電子對數為4，VSEPR模型為正四面體，對應的雜化形式為sp3
（5）中心原子是sp雜化的，其分子的空間結構不一定為直線形
理由：中心原子的兩條sp雜化軌道的夾角為180°，沒有孤對電子，因此分子形狀與VSEPR模型相同，必為直線形。
2. 下表中的中心原子A上沒有孤電子對，運用價層電子對互斥模型，完成下表空白。
ABn 分子的空間結構 典型例子
n=2
n=3
n=4
答案　
ABn 分子的空間結構 典型例子
n=2 直線形 CO2、HCN
n=3 平面三角形 BF3、CH2O
n=4 正四面體形 CH4、CCl4
3. 在丙酮分子（CH3COCH3）中，碳氧雙鍵中的碳原子與甲基碳原子成鍵時所采取的雜化方式分別為
A.sp2 sp2 B.sp3 sp3
C.sp2 sp3 D.sp sp3
答案　C
解析　碳氧雙鍵中的碳原子有4對成鍵電子對，其中有一個π鍵，故C的價電子對總數為3，共有3個空間取向，故碳氧雙鍵中C為sp2雜化。
甲基碳原子有4對成鍵電子對，均為σ鍵，故C的價電子對總數為4，共有4個空間取向，故甲基碳原子中C為sp3雜化。
4. 關于雷酸（H-O-NC）和氰酸（H-O-CN）及其組成元素的說法錯誤的是
A.二者互為同分異構體
B.兩種分子中的所有原子都在一條直線上
C.O原子上的孤電子對數最多
D.VSEPR模型中，二者的π電子數不計入價層電子對數
答案　B
解析　A項二者分子式相同，互為同分異構體。B項兩種酸中O原子的價電子對數均為4，其中孤對電子2對，故O與O連接的兩原子空間形狀為V形。C項兩種酸中O原子的孤對電子均為2對，雷酸中C的孤對電子1對，氰酸中N的孤對電子1對，故O最多。D項價層電子對只包含σ鍵電子和孤對電子。
5. 下列分子中，中心原子雜化軌道類型為sp3的是
①CH4 ②BeCl2 ③NH3 ④SCl2 ⑤CO2 ⑥BF3
A.①③④ B.③④⑥
C.①③④⑥ D.②④⑤⑥
答案　A
解析　先用VSERP模型計算六種分子的價層電子對總數，再依據價層電子對總數與雜化類型的對應關系判斷。
判斷可知，CH4、NH3、SCl2的價層電子對總數為4，中心原子為sp3雜化；
BeCl2、CO2價層電子對總數為2，中心原子為sp雜化；
BF3價層電子對總數為3，中心原子為sp3雜化；
6. 已知原子總數相同、價層電子總數也相同的粒子（離子需計算電荷），具有相似的化學鍵特征和相同的空間結構，此原理稱為等電子原理。
（1）以下各組微粒結構不相似的________（填字母）
A.SO2和O3 B.CO和N2
C.CH4和NH4+ D.SO32-和CO32-
（2）氮元素的一種氧化物與CO2互為等電子體，氮元素的這種氧化物的分子式為___________，該分子的空間結構為______________。
答案　（1）A （2）N2O 直線形
解析　（1）主族元素的價層電子數 = 族序數。A項均為3原子，價電子總數18的粒子；B項均為2原子，價電子總數10的粒子；C項均為5原子，價電子總數8的粒子；D項SO32-價電子總數為26，CO32-價電子總數為24。
（2）CO2是3原子，價電子總數16的粒子。氮的價電子數為5，O的價電子數為6，氮氧化物可以表示NxOy，則5x + 6y = 16，符合這一關系的正整數解即為所求。枚舉可知只有x = 2，y = 1成立，故其分子式為N2O，空間結構與CO2一樣，是直線形。

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