4.1.1分子的空間結(jié)構(gòu)模型課件高二上學期化學選擇性必修2

專題4分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)第一單元第1課時分子的空間結(jié)構(gòu)模型素養(yǎng)目標能運用相關(guān)的理論來解釋或預測簡單分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。借助實物模型感受、識別,提升模型認知能力,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認知的化學核心素養(yǎng)?；A(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)一、雜化軌道理論與分子的空間結(jié)構(gòu)1.sp3雜化與CH4分子的空間結(jié)構(gòu)(1)雜化軌道的形成在形成CH4分子的過程中,碳原子2s軌道上的1個電子進入2p空軌道,

2s軌道和

2p軌道“混雜”,形成能量相等、成分相同的

個sp3雜化軌道。

1個

3個

4(2)sp3雜化軌道的空間指向碳原子的4個sp3雜化軌道指向

,每個軌道上都有一個未成對電子。

(3)共價鍵的形成碳原子的4個

軌道分別與H原子的

軌道重疊,形成4個相同的σ鍵。

(4)CH4分子的空間結(jié)構(gòu)CH4分子為空間

結(jié)構(gòu),分子中C—H鍵之間的夾角——鍵角都是

。

正四面體的4個頂點

sp3雜化

1s正四面體

109°28'2.sp2雜化與BF3分子的空間結(jié)構(gòu)(1)sp2雜化軌道的形成在形成BF3分子的過程中,硼原子2s軌道上的1個電子進入2p軌道。1個2s軌道和

2p軌道發(fā)生雜化,形成能量相等、成分相同的

sp2雜化軌道。

2個

3個

(2)sp2雜化軌道的空間指向硼原子的3個sp2雜化軌道指向

,3個sp2雜化軌道間的夾角為

。

(3)共價鍵的形成硼原子的3個

軌道分別與3個氟原子的1個2p軌道重疊,形成3個相同的σ鍵。

(4)BF3分子的空間結(jié)構(gòu)BF3分子的空間結(jié)構(gòu)為

,鍵角為

。

平面三角形的三個頂點

120°sp2雜化

平面三角形

120°3.sp雜化與BeCl2分子的空間結(jié)構(gòu)(1)雜化軌道的形成在形成氣態(tài)BeCl2分子的過程中,Be原子的1個2s軌道和1個2p軌道發(fā)生雜化,形成能量相等、成分相同的

個sp雜化軌道。

(2)sp雜化軌道的空間指向兩個sp雜化軌道呈

,其夾角為

。

(3)共價鍵的形成Be原子的2個sp雜化軌道分別與2個Cl原子的1個

軌道重疊,形成

相同的σ鍵。

2直線形

180°3p2個

教材閱讀

想一想閱讀教材“實驗探究”。思考:CH4、NH3、H2O分子中,中心原子形成什么類型的雜化軌道?為什么三種分子中鍵角CH4>NH3>H2O?提示

CH4、NH3、H2O分子中,中心原子都是sp3雜化。CH4分子中碳原子發(fā)生sp3雜化形成4個完全等同的sp3雜化軌道,每個軌道上都有一個未成對電子,可與4個氫原子形成4個相同的σ鍵,由于4個σ鍵之間排斥作用完全相同,因此CH4為正四面體形結(jié)構(gòu),鍵角為109°28';NH3分子中N原子的雜化軌道上有一對孤電子對,H2O分子中O原子的雜化軌道上有兩對孤電子對,由于孤電子對對成鍵電子對的“壓縮”,導致分子中鍵角減小;孤電子對越多,這種“壓縮”作用越大,鍵角越小,因此鍵角CH4>NH3>H2O。易錯辨析

判一判(1)在CH4分子中,碳原子為sp3雜化。(

)(2)雜化軌道能量集中,形成的共價鍵更加牢固。(

)(3)C2H6、C2H4和C2H2中碳原子的雜化方式相同。(

)提示

C2H6、C2H4和C2H2中碳原子的雜化方式不同,碳原子的雜化方式依次為sp3、sp2、sp雜化。(4)科學家研制出有望成為高效火箭推進劑的N(NO2)3,其結(jié)構(gòu)為

。已知該分子中N—N—N的鍵角都是°。四個氮原子相互連接構(gòu)成的是正四面體。(

)提示

N—N—N的鍵角都是°,故四個氮原子相互連接構(gòu)成的不是正四面體,應(yīng)是三角錐?！獭獭痢炼?、確定分子空間結(jié)構(gòu)的方法1.價層電子對互斥模型(1)價層電子對互斥模型的基本內(nèi)容分子中的價電子對(包括成鍵電子對和孤電子對)由于

作用,而趨向于盡可能彼此遠離以減小斥力,分子盡可能采取

的空間結(jié)構(gòu)。

相互排斥

對稱

(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:在計算中心原子的價電子對數(shù)時的注意事項:①作為配位原子,鹵素原子和H原子提供1個價電子,氧族元素的原子按不提供價電子計算。②作為中心原子,鹵素原子按提供7個價電子計算,氧族元素的原子按提供6個價電子計算。(3)規(guī)律①具有相同價電子對數(shù)的分子,中心原子的

,價電子對分布的幾何構(gòu)型也相同。

②如果分子中中心原子的雜化軌道上有孤電子對,由于孤電子對比成鍵電子對更靠近中心原子的原子核,因而價電子對之間的斥力大小順序為:孤電子對與孤電子對之間的斥力>孤電子對與成鍵電子對之間的斥力>成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力。隨著孤電子對數(shù)目的增多,孤電子對對成鍵電子對的排斥作用增強,使得成鍵電子對與成鍵電子對之間的鍵角也被“壓縮”而減小。雜化軌道類型相同

(4)典型實例

分子BeCl2BF3CH4價電子對數(shù)

幾何構(gòu)型

鍵角180°120°109°28'234直線形

平面三角形

正四面體

2.等電子原理(1)內(nèi)容:具有相同價電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征,這一原理稱為“等電子原理”。(2)等電子體:原子總數(shù)相同、價電子總數(shù)相同的分子或離子互為等電子體。(3)等電子原理的應(yīng)用①利用等電子原理可判斷簡單分子或離子的空間結(jié)構(gòu),如NH3與H3O+互為等電子體,二者空間結(jié)構(gòu)相同。②應(yīng)用于制造新材料。教材閱讀

想一想自學教材“分子中的價電子對(包括成鍵電子對和孤電子對)”連續(xù)兩段,“圖4-8”和“方法導引”。思考:運用價層電子對互斥模型分析BCl3和NCl3空間結(jié)構(gòu)是否相同?兩種分子中中心原子分別是什么雜化方式?提示

空間結(jié)構(gòu)不同。BCl3和NCl3中心原子分別是sp2和sp3雜化。BCl3:價電子對數(shù)為

=3,價電子對分布的幾何構(gòu)型為平面三角形,分子中價電子對數(shù)等于Cl原子數(shù),因此分子空間結(jié)構(gòu)為平面三角形,B原子為sp2雜化。NCl3:價電子對數(shù)為

=4,價電子對分布的幾何構(gòu)型為正四面體形,分子中價電子對數(shù)為4,Cl原子數(shù)為3,說明分子中還含有一對孤電子對,因此分子空間結(jié)構(gòu)為三角錐形,N原子為sp3雜化。易錯辨析

判一判(1)NH3和H2O都含有10個電子,互為等電子體。(

)提示

NH3和H2O所含原子數(shù)不同,二者不是等電子體。(2)CH4和

空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形。(

)(3)NF3的價電子對分布的幾何構(gòu)型和分子空間結(jié)構(gòu)相同。(

)提示

NF3的中心原子N價電子對數(shù)為4,價電子對分布的幾何構(gòu)型為正四面體形,有一對孤電子對,分子空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。(4)SO2和SO3中心原子雜化方式相同,但空間結(jié)構(gòu)不同。(

)×√×√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一雜化軌道情境探究有機化合物是自然界中存在最多的一類化合物,了解有機物分子中化學鍵特征以及成鍵方式是研究有機物性質(zhì)的基礎(chǔ)。下圖為甲苯和乙醇的球棍模型。1.烷烴分子中碳原子雜化方式是否相同?采用的雜化軌道類型有哪些?

2.甲苯分子中所有碳原子的雜化方式是否相同?采用何種雜化方式?乙醇分子中氧原子采用何種雜化方式?

提示

由于碳原子的成鍵方式均是與其他原子形成單鍵,所以雜化方式相同,均采用sp3雜化成鍵。

提示

甲苯分子中碳原子的雜化方式不全相同。其中甲基上的碳原子采用sp3雜化成鍵,苯環(huán)上的所有碳原子均是sp2雜化成鍵。乙醇分子中氧原子為sp3雜化。3.烯烴的碳碳雙鍵和炔烴的碳碳三鍵上的碳原子的雜化方式是否相同?各是什么雜化方式?提示

不相同。碳碳雙鍵上的碳原子采用的雜化方式是sp2雜化,碳碳三鍵上的碳原子是sp雜化成鍵。方法突破1.雜化軌道的特點

2.分子空間結(jié)構(gòu)的確定根據(jù)σ鍵(成鍵電子對數(shù))和孤電子對數(shù)之和確定雜化方式應(yīng)用體驗視角1雜化軌道的特點1.下列說法正確的是(

)A.中心原子為sp3雜化的分子一定是四面體形結(jié)構(gòu)B.中心原子為sp2雜化的分子不一定是平面形結(jié)構(gòu)C.通過sp3雜化形成的化合物分子中含有σ鍵D.通過sp2或sp雜化形成的化合物分子中一定含有π鍵C解析

有孤電子對的中心原子采用sp3雜化形成的分子可能是V形或三角錐形,A項錯誤;中心原子為sp2雜化的分子一定是平面結(jié)構(gòu),B項錯誤;sp3雜化軌道只能形成σ鍵或容納孤電子對,C項正確;BF3中的B原子為sp2雜化,BeF2中Be原子為sp雜化,但二者中均沒有π鍵,D項錯誤。2.下列有關(guān)雜化理論的說法中正確的是(

)3分子呈三角錐形,這是氮原子采取sp2雜化的結(jié)果3雜化軌道是由任意的1個s軌道和3個p軌道混合形成的4個sp3雜化軌道C.中心原子采取sp3雜化的分子,其空間結(jié)構(gòu)可能是四面體形、三角錐形或V形3型的分子空間結(jié)構(gòu)必為平面三角形C解析

NCl3分子中心氮原子上的價電子對數(shù):=4,因此NCl3分子中氮原子以sp3雜化,A錯誤;sp3雜化軌道是原子最外電子層上的s軌道和3個p軌道“混雜”起來,形成能量相等、成分相同的4個sp3雜化軌道,B錯誤;中心原子采取sp3雜化的分子所得到的價層電子對互斥模型為四面體形,若中心原子上沒有孤電子對,則分子空間結(jié)構(gòu)為四面體形,如CH4;若中心原子上有孤電子對,則空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,如NH3、PCl3分子是三角錐形,H2O為V形,D錯誤,C正確。視角2雜化軌道與分子的空間結(jié)構(gòu)3.下列分子的空間結(jié)構(gòu)可用sp2雜化軌道來解釋的是(

)①BF3

②CH2═CH2

③Cl2C═CCl2

④CH≡CH

⑤NH3

⑥CH4A.①②③ B.①⑤⑥C.②③④ D.③⑤⑥A解析

sp2雜化軌道形成夾角為120°的平面三角形,①BF3為平面三角形且B—F鍵之間的夾角為120°;②C2H4中碳原子發(fā)生sp2雜化,且未雜化的2p軌道形成π鍵;③與②相似;④乙炔中的碳原子發(fā)生sp雜化;⑤NH3中的氮原子、⑥CH4中的碳原子均發(fā)生sp3雜化。4.下列分子中中心原子的雜化方式為sp雜化,分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形且分子中沒有形成π鍵的是(

)2H222 D.C解析

C2H2的結(jié)構(gòu)簡式為CH≡CH,分子中含有π鍵,A錯誤;CO2的結(jié)構(gòu)式為O═C═O,分子中含有π鍵,B錯誤;BeCl2分子中,鈹原子形成兩個共價單鍵,不含孤電子對,中心原子以sp雜化軌道成鍵,分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形,分子中不含π鍵,C正確;中S原子的價電子對數(shù)為4,是sp3雜化,為正四面體形,D錯誤。歸納總結(jié)

有機化合物中碳原子的雜化方式在有機化合物中:飽和碳原子連接4個單鍵(形成4個σ鍵),則該碳原子為sp3雜化,如CH4、CH3CH3中碳原子均為sp3雜化。若碳原子連接1個雙鍵和2個單鍵(形成3個σ鍵),則該碳原子為sp2雜化,如CH2═CH2、HCHO中碳原子均為sp2雜化。若碳原子連接1個三鍵和1個單鍵或兩個雙鍵(形成2個σ鍵),則該碳原子為sp雜化,如CH≡CH中碳原子和CH2═C═O、CH2═C═CH2中連接2個雙鍵的碳原子為sp雜化。探究二確定分子空間結(jié)構(gòu)的簡易方法情境探究下面是幾種分子或離子的空間結(jié)構(gòu)和雜化方式。

1.如何快速判斷一個化合物的中心原子的雜化類型?提示

一看:分子的空間結(jié)構(gòu),如果是直線形,則是sp雜化;如果是平面三角形,則是sp2雜化;如果是四面體形,則是sp3雜化。二看:中心碳原子有沒有形成雙鍵或三鍵,如果有1個三鍵,則其中有2個是π鍵,用去了2個p軌道,所以形成的是sp雜化;如果有1個雙鍵,則其中有1個π鍵,用去了1個p軌道,所以形成的是sp2雜化;如果全部是單鍵,則形成的是sp3雜化。3.請根據(jù)SO2的分子結(jié)構(gòu),推斷O3分子的空間結(jié)構(gòu)和中心原子的雜化方式。2.H2O和SO2兩種分子空間結(jié)構(gòu)都是V形,二者的鍵角大小有何關(guān)系?提示

SO2分子的鍵角大于H2O分子。H2O分子中氧原子為sp3雜化,氧原子除與氫原子形成2個σ鍵外,還有2對孤電子對,由于孤電子對對σ鍵的排斥作用,則分子中鍵角小于109°28';SO2分子中硫原子為sp2雜化,硫原子除與氧原子形成2個σ鍵外,還有1對孤電子對,由于孤電子對對σ鍵的排斥作用,則分子中鍵角略小于120°,因此SO2分子的鍵角大于H2O分子。提示

O3分子空間結(jié)構(gòu)為V形,中心氧原子為sp2雜化。SO2與O3為等電子體,結(jié)構(gòu)相似。方法突破價層電子對互斥模型在確定分子空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

(1)確定中心原子A的價電子對數(shù)目①對于ABm型分子,中心原子的雜化軌道數(shù)可以這樣計算:n=(中心原子的價電子數(shù)+配位原子的成鍵電子數(shù))。例如:②離子的雜化軌道計算: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))。注意:①中心原子為主族元素和0族元素時,價電子數(shù)等于其最外層電子數(shù)。②在ABm型分子或離子中配位原子:鹵素原子和氫原子提供1個價電子;氧原子和硫原子按不提供價電子計算。(2)確定價電子對的幾何構(gòu)型由于價電子對之間的相互排斥作用,它們趨向于盡可能地相互遠離。價電子對的空間結(jié)構(gòu)與價電子對數(shù)目的關(guān)系如表:價電子對數(shù)目23456價電子對結(jié)構(gòu)直線形平面三角形正四面體形三角雙錐形

如PCl5為三角雙錐形正八面體形如SF6為正八面體形(3)確定分子空間結(jié)構(gòu)根據(jù)分子中成鍵電子對數(shù)和孤電子對數(shù),可以確定相應(yīng)的較穩(wěn)定的分子空間結(jié)構(gòu),如下表:價電子對數(shù)成鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)價層電子對互斥模型分子空間結(jié)構(gòu)實例220直線形直線形BeCl2330三角形平面三角形BF321V形SnBr2440四面體形正四面體形CH431三角錐形NH322V形H2O例如,H2O中的中心原子為氧原子,其價電子數(shù)為6,氫原子未成對電子數(shù)為1,可知:應(yīng)用體驗視角1價層電子對數(shù)和孤電子對數(shù)的計算1.計算下列分子中標“·”原子的價層電子對數(shù)2.計算下列分子中標“·”原子的孤電子對數(shù)

42342001視角2分子或離子空間結(jié)構(gòu)的判斷3.根據(jù)雜化軌道理論和價層電子對互斥模型,判斷下列分子或者離子的空間結(jié)構(gòu)正確的是(

)D歸納總結(jié)

雜化軌道類型的判斷方法1.根據(jù)分子的空間結(jié)構(gòu)判斷?？嫉姆肿踊螂x子結(jié)構(gòu)多為直線形、平面三角形、V形、四面體形、三角錐形等,故可按圖索驥、簡單判斷,如CO2、C2H2為直線形,中心原子為sp2.根據(jù)價層電子對互斥模型判斷根據(jù)價層電子對互斥模型能夠比較容易而準確地判斷ABm型共價分子或離子的空間結(jié)構(gòu)和中心原子雜化軌道類型。3.根據(jù)共價鍵類型判斷中心原子雜化軌道數(shù)n=中心原子的σ鍵數(shù)+中心原子的孤電子對數(shù)(雙鍵、三鍵中只有一個σ鍵,其余均為π鍵)。如HCN的中心原子碳原子無孤電子對,形成2個σ