江苏省连云港市赣榆县海头高级中学2015高中化学 4.1分子的空间构
型教学案（无答案）苏教版选修3
【教学目标】
1、理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型； 2、学会用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间构型； 3、掌握价层电子对互斥理论，知道确定分子空间构型的简易方法； 4、了解等电子原理及其应用。
【教学重点】杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、分子空间构型的简易方法、等电子原理 【教学过程】
〖你知道吗〗1、O原子与H原子结合形成的分子为什么是H2O，而不是H3O或H4O？
2、C原子与H原子结合形成的分子为什么是CH4，而不是CH2？CH4分子为什么具有正四
面体结构？
3、为什么H2O分子是“V”型、键角是104.5°，而不是“直线型”或键角是“90°”？
一、杂化轨道理论（1931年，美国化学家鲍林L.Pauling提出）
3
1、CH4 —— sp杂化 轨道排布式：
电子云示意图：
（1）能量相近的原子轨道才能参与杂化；
（2）杂化后的轨道一头大，一头小，电子云密度大的一端与成键原子的原子轨道沿键轴方向重
叠，形成σ键；由于杂化后原子轨道重叠更大，形成的共价键比原有原子轨道形成的共价键稳定，所以C原子与H原子结合成稳定的CH4，而不是CH2。
3
（3）杂化轨道能量相同，成分相同，如：每个sp杂化轨道占有 个s轨道、 个p轨道； （4）杂化轨道总数等参与杂化的原子轨道数目之和，如 个s轨道和 个p轨道杂化成 个
3
sp杂化轨道
3
（5）正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采取sp杂化轨道形式形成化学键，如CCl4、．．NH4等，原子晶体金刚石、晶体硅、SiO2等中C和Si也采取sp杂化形式，轨道间夹角为 。
1
+
3
2
2、BF3 —— sp杂化型
2
用轨道排布式表示B原子采取sp杂化轨道成键的形成过程：
电子云示意图：
2
（1）每个sp杂化轨道占有 个s轨道、 个p轨道；
2
（2）sp杂化轨道呈 型，轨道间夹角为 ；
2
（3）中心原子通过sp杂化轨道成键的分子有 、 等。
2
〖思考、讨论〗根据现代价键理论即“电子配对理论”，Be原子外围电子排布式为2s，电子已配对不能形成共价键，但气态BeCl2分子却能稳定存在，为什么？ 3、气态BeCl2—— sp杂化型
用轨道排布式表示Be原子采取sp杂化轨道成键的形成过程：
电子云示意图：
（1）每个sp杂化轨道占有 个s轨道、 个p轨道； （2）sp杂化轨道呈 型，轨道间夹角为 ；
（3）中心原子通过sp杂化轨道成键的分子有 、 等。 〖思考〗为何不能形成气态BeCl4分子？
【例题选讲】
例1：根据乙烯、乙炔分子的结构，试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。
例2：试用杂化轨理论解释石墨、苯的结构
2
小结：请填写下表
表1 杂化轨道类型与杂化轨道空间构型 ．．．．杂化类型 轨道成分 sp 轨道空间构型 轨道间夹角 相关实例 sp 2 sp 3 *dsp或 3spd 3------ 三角双锥 90°、120° PCl5 *dsp或32spd 23------ 八面体 90°、180° SF6 〖思考、讨论〗NH3、H2O分子中键角分另为107°18′、104.5°，与109°28′相差不大，由此可推测，N、O原子的原子轨道可能采取何种类型杂化？原子轨道间夹角小于109°28′，可能说明了什么问题？
二、价层电子对互斥理论（1941年西奇威克、吉来斯比等提出）
3
1、价电子对：包括孤对电子对和成键电子对，一般孤对电子对离核较近。
2、价电子对之间存在相互排斥作用，为减小斥力，相互之间尽可能远离，因此分子的空间构型受到影响，一般，分子尽可能采取对称的空间结构以减小斥力。 相邻电子对间斥力大小顺序：
孤对电子对?孤对电子对>孤对电子对?成键电子对>成键电子对?成键电子对 *叁键?叁键>叁键?双键>双键?双键>双键?单键>单键?单键 *三、不等性杂化
NH3、H2O的分子构型也可通过不等性杂化解释，即中心原子的孤对电子也参与杂化，得到性质不完全等同的杂化轨道，轨道的s成分和p成分不全相同，孤对电子对较密集于氮原子或氧原子周围。由于孤对电子对的杂化轨道排斥成键电子的杂化轨道，以致轨道夹角不等，氨分子和水分子成键电子对之间的夹角都小于109°28′。水分子中的氧原子有两个孤对电子对，它的O-H键之间的夹角比氨分子中N-H键之间夹角受到的排斥力作用更大。
例3：BF3是平面三角型的几何构型，但NF3却是三角锥型的几何构型，试用所学理论加以说明。
四、确定分子空间构型的简易方法 1、对于ABm型分子 中心原子A的价电子数?配位原子B提供的价电子数?m
价层电子对数目(n)? 2（1）对于主族元素，中心原子价电子数=最外层电子数，配位原子按提供的价电子数计算，
如：PCl5 中n?5?1?5?5 2（2）O、S作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为6； （3）离子的价电子对数计算 如：NH4 ： n?+
5?1?4?16?0?2?4； SO42- ：n??4
22中心原子杂化轨道类型 杂化轨道/电子对空间构型 轨道夹角 分子空间构型 键角 例4：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表 物质 气态BeCl2 CO2 BF3 CH4 NH4 H2O NH3 PCl3 +价电子对数
2、对于ABm型分子的空间构型(分子空间构型指不包括孤对电子对的空间的排布)
4
（1）价层电子对数=配位原子数时，分子空间构型与杂化轨道空间构型相同 价电子对数 n=2 n=3 n=4 中心原子杂化轨道类型 3杂化轨道/电子对空间构型 轨道夹角 实例 分子空间构型 键角 直线型 平面三角形 四面体 三角双锥 八面体 90°、12090°、气态BeCl2、CO2 BF3、BCl3 CH4 、NH4 PCl5 SF6 + 三角双锥 正八面体 90°、120° 90°、180° dsp或 *n=5 3spd dsp或*n=6 32spd 23 （2）价层电子对数≠配位原子数时（一般存在孤对电子对），分子空间构型与杂化轨道空间构型不同，一般由于价层电子对之间的斥力不同导致。确定分子的稳定构型时应考虑三种电子对之间的排斥作用：一般孤对电子对间排斥作用数最少为最稳定构型，其次考虑孤对电子对-成键电子对排斥作用数，最后考虑成键电子对-成键电子对排斥作用数。
* 如：XeF4分子空间构型的确定：价层电子对为6，电子对构型为八面体，Xe的配位原子数为4，存在两对孤对电子对，分子空间构型可能存在以下两种：
FFF
XeXe FFFF
F （a） (b)
构型： （a） (b) 孤对电子对-孤对电子对排斥作用数： 0 1
孤对电子对-成键电子对排斥作用数： 8 6 成键电子对-成键电子对排斥作用数： 4 5
构型（a）比构型（b）的孤对电子对-孤对电子对排斥作用数少，因此，构型（a）是XeF4较稳定的空间构型。
说明：电子对空间构型与分子构型既有区别又有联系，分子构型可根据价层电子对互斥理论从电子对空间构型推导而得，此规律一般不适用于推测过渡金属化合物的几何构型，对极少数化合物判断也不准，如：CaF2、SrF2、BaF2，是弯曲型而不是预期的直线型。
表2 部分分子的空间构型与价层电子对空间构型
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