高二 人教版 化學 選擇性必修2 第二章《第二節(jié) 分子的空間結構（第四課時）》課件

高二—人教版—化學—選擇性必修2—第二章

廣州市第五中學

黃素雯第二節(jié)分子的空間結構（第四課時）學習目標1.了解共價鍵理論的發(fā)展史，認識隨著科學的進步，可能會不斷出現(xiàn)新的理論，養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度和敢于創(chuàng)新的科學精神。2.能熟練運用價層電子對互斥模型（VSEPR）預測簡單分子或離子的空間結構，發(fā)展模型認知能力。3.學會運用雜化軌道理論分析與解釋分子或離子的空間結構，發(fā)展證據(jù)推理與模型認知能力，提升對科學本質的認識。共價鍵理論的發(fā)展史一、經(jīng)典共價鍵理論（又稱為路易斯理論）

1916年，美國化學家路易斯提出分子中的原子之間可以通過共用電子對，使分子中的每個原子具有穩(wěn)定的稀有氣體原子的電子構型。如氨氣分子中，氮原子通過形成三對共用電子對，達到8電子穩(wěn)定的稀有氣體原子的電子構型；而氫原子通過形成一對共用電子對，達到2電子穩(wěn)定的稀有氣體原子的電子構型。自《無機化學（第三版）》（高等教育出版社）第185頁圖片來源于網(wǎng)絡一、經(jīng)典共價鍵理論（又稱為路易斯理論）

經(jīng)典共價鍵理論初步解釋了簡單非金屬原子間形成共價分子或離子的過程，并明確地表現(xiàn)出共價鍵與離子鍵的區(qū)別，但它沒有揭示共價鍵的本質和特征。另外，有些分子中的每個原子并不一定都具有穩(wěn)定的稀有氣體原子的電子構型，如BF3、PCl5、SF6等。共價鍵理論的發(fā)展史二、現(xiàn)代價鍵理論（又稱價鍵理論）1930年，美國化學家鮑林建立了現(xiàn)代價鍵理論。該理論闡明了共價鍵的本質，解釋了共價分子的許多性質。（一）共價鍵的形成如果A、B兩個原子各有一個未成對的電子，兩個單電子則可以自旋相反的方式相互配對，形成穩(wěn)定的共價鍵。

自《無機化學（第三版）》（高等教育出版社）第188頁共價鍵理論的發(fā)展史二、現(xiàn)代價鍵理論（又稱價鍵理論）（二）共價鍵的飽和性、方向性共價鍵的飽和性是指每個原子成鍵的總數(shù)或與其以單鍵相連的原子的數(shù)目是一定的。共價鍵的方向性是指原子軌道之間只有沿著一定的方向進行最大程度的重疊，以形成共價鍵，才能保證成鍵原子軌道對稱性的一致。

自《無機化學（第三版）》（高等教育出版社）第190頁共價鍵理論的發(fā)展史二、現(xiàn)代價鍵理論（又稱價鍵理論）（三）共價鍵的類型：

主要分為σ鍵、π鍵σ鍵是原子軌道沿鍵軸方向按“頭碰頭”的方式發(fā)生重疊；

π鍵是原子軌道按“肩碰肩”的方式發(fā)生重疊。共價鍵理論的發(fā)展史π鍵σ鍵圖片來源于課本圖片來源于課本三、雜化軌道理論

1931年，為了解釋多原子分子或離子的空間結構，鮑林在價鍵理論的基礎上，提出了雜化軌道理論。

以甲烷為例，在甲烷分子中，中心碳原子在形成化學鍵時，價電子層的4

條原子軌道并不維持原來的狀態(tài)，而是發(fā)生激發(fā)、雜化，得到4條等同的雜化軌道，再與氫原子的1s軌道發(fā)生重疊、成鍵。共價鍵理論的發(fā)展史圖片自《無機化學（第三版）》（高等教育出版社）193頁三、雜化軌道理論雜化軌道理論是為了解釋分子的空間結構提出的。利用雜化軌道理論討論問題，是在已知分子幾何構型尤其是鍵角的基礎上進行的。

自《無機化學（第三版）》（高等教育出版社）第198頁

因此，獲得分子的空間結構是確定中心原子雜化類型的關鍵。共價鍵理論的發(fā)展史四、價層電子對互斥模型（簡稱VSEPR）1940年，西奇維克和鮑威爾在總結實驗事實基礎上，提出了一種在概念上比較簡單又能準確地判斷分子幾何構型及雜化方式的理論模型，后經(jīng)吉利斯皮和尼霍姆在20世紀50年代加以發(fā)展，現(xiàn)在稱為價層電子對互斥模型。在ABn型分子或離子中，A稱為中心，B稱為配體，n為配體的個數(shù)。ABn型分子或離子的幾何構型取決于中心原子A的價層中電子對的排斥作用。分子的構型總是采取電子對相互排斥作用最小的結構。共價鍵理論的發(fā)展史自《無機化學（第三版）》（高等教育出版社）第200頁VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型中心原子A上的價層電子對數(shù)VSEPR模型VSEPR模型名稱中心原子的雜化軌道類型2直線形sp3平面三角形sp2平面三角形4正四面體形sp3四面體形圖片來源于網(wǎng)絡共價鍵理論的發(fā)展史價鍵理論、雜化軌道理論、價層電子對互斥模型都比較直觀，能夠較好地說明共價鍵的形成和分子的幾何構型。但這些理論也有其局限性。例如，根據(jù)價鍵理論，電子配對成鍵，形成共價鍵的電子只局限在兩個相鄰原子間的小區(qū)域內運動，沒有考慮整個分子的情況。又例如對于氧分子，價鍵理論認為電子配對成鍵，沒有成單電子，但實驗測定氧分子是順磁性分子，氧分子中一定有成單電子。

自《無機化學（第三版）》（高等教育出版社）第208頁一、經(jīng)典共價鍵理論（又稱為路易斯理論）共價鍵理論的發(fā)展史二、現(xiàn)代價鍵理論（又稱價鍵理論）三、雜化軌道理論

四、價層電子對互斥模型（簡稱VSEPR）……課堂練習1.運用價層電子對互斥模型（VSEPR)，回答下列問題。（1）請預測下列分子或離子的空間結構。CO2、SO2、CO32?、NH4+（2）請比較CO32?中O─C─O鍵角與SO32?中O─S─O鍵角的大小，并說明理由。分子或離子中心原子上的孤電子對數(shù)=中心原子的價層電子對數(shù)VSEPR模型名稱分子或離子的空間結構名稱CO2SO2CO32?NH4+課堂練習分析（1）2直線形直線形(4?2╳2)=03平面三角形V形(6?2╳2)=13平面三角形平面三角形(4+2?3╳2)=04正四面體形正四面體形(5?1?4╳1)=0(a?xb)分子或離子中心原子上的孤電子對數(shù)中心原子的價層電子對數(shù)VSEPR模型名稱分子或離子的空間結構名稱CO32?SO32?03平面三角形平面三角形14四面體形三角錐形

由于CO32?空間結構為平面三角形，所以，CO32?中O─C─O鍵角為120°；由于SO32?空間結構為三角錐形，SO32?上的孤電子對的斥力更大，使O─S─O鍵角小于109°28’。所以，CO32?中O─C─O鍵角大于SO32?中O─S─O鍵角。課堂練習分析（2）課堂練習2.請利用雜化軌道理論的相關知識解釋BF3的空間結構是平面三角形，而NF3的空間結構是三角錐形。硼原子的價電子排布為2s22p1，形成BF3時，硼原子的一個2s軌道和兩個2p軌道發(fā)生了sp2雜化，生成的3個sp2雜化軌道在同一平面內，軌道之間的夾角為120°；硼原子的3個sp2雜化軌道各含有一個未成對電子，分別與氟原子2p軌道中的一個未成對電子形成3個σ鍵，所以BF3分子的空間結構為平面三角形。課堂練習分析（1）圖片自《無機化學（第三版）》（高等教育出版社）第195頁氮原子的價電子排布為2s22p3，形成NF3時氮原子的一個2s軌道和三個2p軌道發(fā)生了sp3雜化，生成的4個sp3雜化軌道在空間分布為四面體形；4個sp3雜化軌道中，一個軌道已有一對電子（孤電子對），只有另外三個軌道中的未成對電子分別與氟原子2p軌道中的一個未成對電子形成3個σ鍵，所以NF3分子的空間結構為三角錐形。課堂練習分析（2）圖片來源于網(wǎng)絡圖片來源于網(wǎng)絡課堂練習3.請利用雜化軌道理論的相關知識解釋乙烯、乙炔分子的空間結構。乙烯乙炔圖片來源于網(wǎng)絡圖片來源于網(wǎng)絡乙烯分子中兩個碳原子都采用sp2雜化，三個sp2雜化軌道在同一平面內，碳原子的三個sp2雜化軌道和未參與雜化的p軌道中各有一個未成對電子；每個碳原子用兩個sp2雜化軌道分別與兩個氫原子的1s軌道形成σ鍵，兩個碳原子之間分別用另一個sp2雜化軌道形成σ鍵，同時兩個碳原子的未參與雜化的2p軌道互相平行，“肩并肩”重疊又形成一個π鍵，π鍵的存在使得碳碳之間的共價鍵不能“自由旋轉”，所以乙烯分子中的六個原子都在同一平面內，為平面形分子。課堂練習分析（1）圖片來源于課本《有機化學基礎》（人民教育出版社）第32頁乙炔分子中兩個碳原子都采用sp雜化，兩個sp雜化軌道在同一直線上，軌道之間的夾角為180°，碳原子的兩個sp雜化軌道和未參與雜化的兩個p軌道中各有一個未成對電子；每個碳原子用一個sp雜化軌道分別與1個氫原子的1s軌道形成σ鍵，兩個碳原子之間分別用另一個sp雜化軌道形成σ鍵，同時兩個碳原子的未參與雜化的兩個2p軌道在各自方向上“肩并肩”，重疊又形成2個π鍵，

所以乙炔分子中的兩個碳原子和兩個氫原子在同一直線上，為直線形分子。課堂練習分析（2）圖片來源于課本《有機化學基礎》（人民教育出版社）第35頁4.下列各組粒子的空間結構互不相同的是：A.CO2和H2OB.NH3

和H3O+

C.O3和SO2

D.CO2和BeCl2答案：A解析：A.CO2為直線形，H2O為V形。B.NH3

和H3O+均為三角錐形。C.O3和SO2均為V形。D.CO2和BeCl2均為直線形。課堂練習5.下列各組粒子的中心原子雜化方式不相同的是：A.BF3和SO2

B.NH3

和SO42?

C.HCN和H2S

D.NCl3和NH4+答案：CA.BF3和SO2中心原子雜化方式均為sp2雜化。B.NH3

和SO42?中心原子雜化方式均為sp3雜化。C.HCN中心原子雜化方式為sp雜化，而H2S中心原子雜化方式為sp3雜化。D.NCl3和NH4+中心原子雜化方式均為sp3雜化。課堂練習6.下列各組粒子的價層電子對互斥模型不相同的是：A.BH4?

和SiF4

B.SO42?和ClO4?

C.ClO3?和NO3?

D.CH2O和COCl2答案：CA.BH4?

和SiF4的價層電子對互斥模型均為正四面體。B.SO42?和ClO4?的價層電子對互斥模型均為正四面體。C.ClO3?的價層電子對互斥模型為四面體形，NO3?的價層電子對互斥模型為平面三角形。D.CH2O和COCl2的價層電子對互斥模型均為平面三角形。課堂練習7.關于CO2和SO2的說法中，正確的是：A.C和S上都沒有孤電子對B.C和S都是sp3雜化C.都是AB2型，所以空間結構都是直線形D.CO2的空間結構是直線形，SO2的空間結構是V形答案：D課堂練習解析：A.CO2的C原子上沒有孤電子對，SO2的S原子上有一個孤電子對。B.CO2的C原子是sp雜化，SO2的S原子是sp2雜化。C.CO2的空間結構是直線形，SO2的空間結構是V形。8.以下說法正確的是：A.NH3為三角錐形，N發(fā)生sp2雜化B.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形結構C.雜化軌道只用于形成共價鍵D.價層電子對互斥模型中，π鍵電子對數(shù)不計入中心原子的價層電子對數(shù)答案：D課堂練習A.NH3為三角錐形，N發(fā)生sp3雜化。B.中心原子若通過sp3雜化軌道成鍵，則該分子的空間結構不一定為正四面體形，還可能是三角錐形、V形、四面體形等。C.雜化軌道可用于形成σ鍵，還用于容納未參與成鍵的孤電子對。D.價層電子對互斥模型中，π鍵電子對數(shù)不計入中心原子的價層電子對數(shù)，該說法正確。解析：本節(jié)知識梳理分子的空間結構多樣的分子空間結構運用價層電子對互斥模型預測簡單分子的空間結構運用雜化軌道理論解釋簡單分子的空間結構三原子分子：直線形和V形四原子分子：平面三角形和三角錐形五原子分子：四面體形……謝謝大家的觀看！再見！高二—人教版—化學—選擇性必修2—第二章

第二節(jié)分子的空間結構（第四課時）答疑課后習題答案：D1.下列說法中，正確的是A.雜化軌道只用于形成σ鍵B.凡是中心原子采取sp2雜化的分子，其空間結構都是平面三角形C.凡是AB2型的共價化合物，其中心原子A均采用sp2雜化軌道成鍵D.SCl2屬于AB2型的共價化合物，中心原子S采取sp3雜化軌道成鍵解析：A.雜化軌道還用于容納未參與成鍵的孤電子對。B.空間結構可能是平面三角形，如BF3，也可能是V形，如