分子的立体构型.docx
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分子的立体构型
学生活动
归纳总结
知识回顾
【每课一题】
1、能说明CH4分子的5个原子不在同一平面的
理由是（）
A、任意两个C—H键之间的夹角为109°28′
B、4个C—H键均为s-pσ键
C、4个C—H键的键能相同
D、4个C—H键的键长相同
复习共价键的三个参数，为分子构型打下基础。
键能、键长是衡量共价键稳定性的重要参数。
键角是描述分子立体构型的重要参数。
2、试从能量角度解释下列问题：
自然界的水的流动有何规律？
为什么？
自然界大多数的自发反应都是放热反应，为什么？
Na原子在化学反应中如何变化？
为什么？
一个C原子结合几个H原子形成分子？
为什么？
空间中不受外力作用、有一定距离的一个正电荷和一个负电荷，会如何运动？
为什么？
空间中不受外力作用的两个同性电荷，会如何运动？
为什么？
让学生从能量的角度去思维自然界的变化，明白能量变化的趋势，遵循的能量最低原理。
3、试从空间相对位置角度回答下列问题：
若1个正电荷同时吸引2个负电荷，试推测2个负电荷在空间如何占位，才能使体系内能最低？
若1个正电荷同时吸引3个负电荷，试推测3个负电荷在空间如何占位，才能使体系内能最低？
若1个正电荷同时吸引4个负电荷，试推测4个负电荷在空间如何占位，才能使体系内能最低？
学生通过实际的例子，分析电荷间的作用力，以及由作用力影响到它们之间的夹角，夹角的变化影响到它们的形状，为后面探究分子的空间构型埋下伏笔。
一形形色色的分子
二
价层电子对
互斥理论
价层电子对互斥理论
【思考】
1、看到形形色色的分子，你发现不同的分子呈现的结构如何？
2、科学家们用红外光谱测出C6H12存在船式和椅式两种结构，但主要呈现椅式结构，这说明什么？
分子的立体构型与什么有关系？
3、观察与中心原子相连的原子，彼此尽量靠近，还是远离？
这说明原子间有什么作用？
原子间为什么会产生这种作用？
通过对比两种结构得出：
、分子的立体构型与稳定性有关，遵循能量最低原理。
分析构成分子的原子间由于电子对的存在，而彼此吸引，彼此排斥，使能量最低。
【思考】完成表格-1
分子式
CO2
H2O
电子式
结构式
立体构型
键角
4、CO2和H2O都是三原子分子，为什么它们的立体构型不同？
完成表格-2
分子式
CH2O
NH3
电子式
结构式
立体构型
键角
5、NH3和CH2O都是四原子分子，为什么它们的立体构型也不同？
对照其电子式，分析键角变化、结构不同的原因：
通过分子立体结构的分析得出
价层电子对互斥理论的观点：
。
【思考】6、分子的空间结构我们看不见，那么科学家是怎样测定的呢？
阅读课本P37，体会科学技术的运用。
价层电子对互斥理论模型预测分子的立体构型：
把分子分成以下两大类：
一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键；
它们的立体结构可用中心原子周围的原子数n来预测，概括如下：
ABn
立体结构
范例
n=2
直线型
C02、BeCl2
n=3
平面三角形
CH20、BF3
n=4
正四面体型
CH4、CCl4
n=5
三角双锥形
PCl5
n=6
正八面体形
SF6
另一类是中心原子上有孤对电子（未用于形成共价键的电子对）的分子。
如C02、CH20、CH4等分子中的碳原子，在这类分子中，由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能的相互远离，成键原子的几何构型总是采取电子对排斥最小的那种结构。
如H2O和NH3，对于这类分子，首先建立四面体模型，每个键占据一个方向（多重键只占据一个方向），孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。
例如，H20和NH3的中心原子上分别有2对和l对孤对电子，跟中心原子周围的σ键加起来都是4，它们相互排斥，形成四面体，因而H2O分子呈V形，NH3分子呈三角锥形。
7、预测分子立体构型的思路：
σ键数与孤电子对数的计算方法：
确定价层电子对互斥模型：
完成表格-3
分子
中心原子
σ键电子对数
中心原子上的孤电子对数
中心原子上的价层电子对数
价层电子对互斥模型名称
中心原子上的孤电子对数
分子的立体构型名称
CO2
H2O
CH2O
NH3
CH4
BF3
SiF4
8、同一分子的价层电子对互斥模型与分子的立体构型有何区别？
9、请确定BF3、NH4+、和SO32-的VESPR模型和它们的立体构型。
学以致用、知识迁移
【思考】10、对比CH4、NH3、H2O分子的立体构型，据键角变化，可得出什么结论？
分子键角
CH4109°28′
NH3107°
H2O105°
通过思考、比较得出孤电子对与成键电子对斥力的大小。
由于中心原子有孤对电子的分子，所以结构不对称，键角越小；且中心原子上的孤电子对数越多，键角越小。
【思考】11、说出CH4、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4
的分子构型，可得出什么结论？
分析得出：
与中心原子相连的原子只要不完全一样，分子的立体构型就不对称
【知识建构】
电子对排布方式
应用的学科思想、方法：
价层电子对互斥
判断
分子立体构型
影响
决定
针对性练习：
1、下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是（）
A、CO2B、H2SC、PCl3D、SiCl4
2、下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是（）
A、H2OB、CO2C、C2H2D、P4
3、写出你所知道的分子具有以下形状的物质的化学式，并指出它们分子中的键角分别是多少？
（1）直线形
（2）平面三角形
（3）三角锥形
（4）正四面体
4、下列分子中，各原子均处于同一平面上的是（）
A、NH3B、CCl4C、H2OD、CH2O
5、下列物质中，化学键类型和分子的立体构型皆相同的是（）
A、CO2和SO2B、CH4和SiH4C、BF3和NCl3D、Na2O2和H2O2
五、板书设计
第二章第二节分子的空间构型
一、形形色色的分子
能量最低原理在分子构型中的应用：
二、价层电子对互斥理论
预测分子构型的思路
创设问题情境：
1、阅读课本P37-40内容；
2、展示CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4分子的球辊模型（或比例模型）；
3、提出问题：
⑴什么是分子的空间结构？
⑵同样三原子分子CO2和H2O，四原子分子NH3和CH2O，为什么它们的空间结构不同？
[讨论交流]
1、写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4的电子式和结构式；
2、讨论H、C、N、O原子分别可以形成几个共价键；
3、根据电子式、结构式描述CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4的分子结构。
[模型探究]
由CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4的球辊模型，分析结构不同的原因。
[引导交流]
引导学生得出由于中心原子的孤对电子占有一定的空间，对其他成键电子对存在排斥力，影响其分子的空间结构。
——引出价层电子对互斥模型（VSEPRmodels）
[讲解分析]价层电子对互斥模型
把分子分成两大类：
一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键。
如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子。
它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测，概括如下：
ABn
立体结构
范例
n=2
直线型
CO2
n=3
平面三角形
CH2O
n=4
正四面体型
CH4
另一类是中心原子上有孤对电子（未用于形成共价键的电子对）的分子。
如
H2O和NH3中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。
因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角锥型。
（如图）课本P40。
[应用反馈]
应用VSEPR理论判断下表中分子或离子的构型。
进一步认识多原子分子的立体结构。
化学式
中心原子含有孤对电子对数
中心原子结合的原子数
空间构型
H2S
2
2
V形
NH2-
2
2
V形
BF3
0
3
正三角形
CHCl3
0
4
四面体
SiF4
0
4
正四面体
[练习]：
1、下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是
A、CO2B、H2SC、PCl3D、SiCl4
2、下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是
A、H2OB、CO2C、C2H2D、P4
3、写出你所知道的分子具有以下形状的物质的化学式，并指出它们分子中的键角分别是多少？
①直线形
②平面三角形
③三角锥形
④正四面体
4、下列分子中，各原子均处于同一平面上的是
A、NH3B、CCl4C、H2OD、CH2O
5、下列分子的结构中，原子的最外层电子不都满足8电子稳定结构的是
A、CO2B、PCl3C、CCl4D、NO2
6、下列分子或离子的中心原子，带有一对孤对电子的是
A、XeO4B、BeCl2C、CH4D、PCl3
7、为了解释和预测分子的空间构型，科学家在归纳了许多已知的分子空间构型的基础上，提出了一种十分简单的理论模型——价层电子对互斥模型。
这种模型把分子分成两类：
一类是；另一类是。
BF3和NF3都是四个原子的分子，BF3的中心原子是，NF3的中心原子是；BF3分子的立体构型是平面三角形，而NF3分子的立体构型是三角锥形的原因是
。
8、用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型。
BeCl2；SCl2；SO32-；SF6
一、行行色色的分子
1、共价键的形成具有方向性。
单原子分子（稀有气体）、双原子分子不存在立体结构问题。
大多数分子是由两个以上原子构成的，在多原子分子中，原子的空间关系不同，便形成不同的立体结构。
常见典型分子的立体结构
ABn
立体结构
范例
双原子分子
n=1
直线型
H2、HCl等
三原子分子
n=2
直线型
CO2、CS2、BeCl2等
V形
H2O、H2S等
四原子分子
n=3
平面三角形
BF3、CH2O等
三角锥形
NH3、H3O+、PCl3等
五原子分子
n=4
正四面体型
CH4、CCl4、NH4＋等
此外，还有一些结构特殊、更复杂的常见分子的结构见课本36页图2—12。
2、分子的立体结构的测定：
见课本P37【科学视野】
测定分子的立体结构
【过渡】：
C、O的价电子结构分别为2s22p2、2s22p4，C原子有两个单电子，2个p轨道垂直，理论上与O原子上的p电子应该“头碰头”重叠形成，夹角应为90°，为何是180°？
二、杂化轨道理论
杂化轨道理论是一种价键理论，是为了解释分子的立体结构提出的。
1、杂化的概念：
原子形成分子时，由于原子的相互影响，同一原子中若干能量相近的原子轨道，在外界条件的影响下重新组合形成一组新轨道过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫。
2、杂化结果：
重新分配能量和空间，组成和都相等且成键能力更强的原子轨道。
3、杂化的过程：
杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在、和等过程。
例如：
基态碳原子的电子排布为，其2s能级上的1个电子跃迁到2p能级上则形成激发态1s22s12p3（1s22s12px12py12pz1），此时2s与2p轨道的能量不相同，然后1个2s轨道与3个、2个或1个2p轨道混合而形成4个、3个或2个能量相等、成分相同、电子云形状（原子轨道的电子云轮廓图）完全相同的新的原子轨道，此过程即为杂化，形成的新的原子轨道分别称为sp3、sp2、sp杂化轨道，每个杂化轨道中有1个不成对电子且自旋平行，再与其它原子中的电子发生电子云重叠而形成σ键，可用下图表示：
激发杂化
→→
2s2p2s2psp3
基态激发态杂化轨道
此处中心原子的2s和2px，2py，2pz等四条原子轨道发生杂化，形成一组新的轨道，即四条sp3杂化轨道，这些sp3杂化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道。
3、杂化轨道类型：
（1）sp杂化：
sp杂化轨道是由个s轨道与个p轨道杂化而得的。
sp杂化得到夹角为的形杂化轨道。
如CO2、BeCl2、CS2、C2H2等。
分析CO2化学键的形成：
C、O原子形成CO2时，C原子的一个2s电子激发到能量相近的2p轨道上，同时原来空的2p轨道与2s轨道发生了sp杂化，形成了两个在同一条直线上能量相等的相同轨道，每个轨道上一个单电子，两个没有参与杂化的2p轨道保持原状，与这两个杂化轨道相互垂直（相当于3个2p轨道的分布，实际上是4个轨道：
两个p轨道，两个sp杂化轨道）。
这样O原子的一个p轨道先与C的一个杂化轨道重叠时形成σ键，该O原子的另一个p轨道则与C原子的一个p轨道形成π键。
另一个O原子的一个p轨道再与C余下的一个杂化轨道形成σ键，该O原子的另一个p轨道则与C余下的p轨道形成键π键。
实际上CO2中的两个π键是相互垂直的。
同理可得CS2、C2H2的结构。
请分析BeCl2、CS2、C2H2化学键的形成：
（2）sp2杂化：
sp2杂化轨道表示由个s轨道与个p轨道杂化而得。
sp2杂化得到三个夹角为的形杂化轨道。
如BF3、C2H4、HCHO等。
分析BF3化学键的形成：
B、F原子间形成BF3时，B原子的一个2s电子激发到一个空的2p轨道上，这个2s和2个有单电子的2p轨道发生sp2杂化，形成三个能量相等、相互间夹角为120°的三个相同轨道（每个轨道上有一个单电子）。
每个F原子的2p轨道与B的一个杂化轨道形成电子σ键，这样的三个σ键完全等同，在平面上对称分布，因而B—F键间的夹角是120°。
BF3是平面三角形分子。
请分析C2H4、HCHO化学键的形成：
注意：
sp杂化、sp2杂化这两种杂化形式还有未参与杂化的p轨道，可用于形成键，而杂化轨道只用于形成键或者用来容纳未参与成键的孤对电子。
（3）sp3杂化：
sp3杂化轨道表示由个s轨道与个p轨道杂化而得。
sp3杂化
sp3杂化得到夹角为的形杂化轨道。
如CH4、CCl4等。
分析CH4化学键的形成：
C、H原子形成CH4时，C原子的一个2s电子激发到空的2p轨道上，这个2s形轨道与3个2p轨道再发生sp3杂化，形成了4个能量相等的相互夹角是109°28′，在空间呈正四面体形分布的杂化轨道（每个轨道上一个单电子），4个H原子的s电子与这四个杂化轨道形成4个完全等同的σ键，在空间对称分布。
因而CH4分子的键角是109°28′。
请分析CCl4的化学键的形成：
【思考】：
为何CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3不是正四面体？
三、价层电子对互斥模型（VSEPRmodels）
不同的分子由于其原子在空间排列方式不同而导致分子的立体结构不同。
但对于一些组成相似的分子，如CO2和H2O、NH3和BF3分子等，它们的空间结构并不相同，为什么？
把分子分成两大类：
一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键。
如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子。
另一类是中心原子上有（未用于形成共价键的电子对）的分子。
如H2O和NH3中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。
因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角锥型。
例如：
可用AXna±来表示只含一个中心原子的分子或离子的组成。
各符号含义：
A——中心原子
X——中心原子结合的原子（可以是一种，也可以是多种）
n——中心原子结合的原子的总数
A的价电子数－︱X的化合价︳×n±a
公式：
m＝
2
说明：
①阳离子时相当于中心原子失电子，则“－”a，如NH4＋中，m=0
阴离子时相当于中心原子得电子，则“＋”a，如SO42—、PO43—、NO3—中，m=0
HCN、CH2O中m=0，H3O＋中m=1
化学式
中心原子含有
孤对电子对数
中心原子结合的
原子数
杂化轨道数
杂化类型
空间构型
CO2
CH4
CH3Cl
H2O
H2S
NH3
BF3
CH2O
C2H4
C2H2
NH2—
NH4+
SO42－
②若m为小数时，则进一步取整数，如NO2中m＝0.5，这时应当作m=1。
（因为单电子也要占据一个轨道）
③m+n指中心原子的孤对电子对数与相连的其他原子数之和，称为价层电子对数，即杂化轨道数。
m+n
2
3
4
5
6
空间构型
直线形
平面三角形
正四面体
三角双锥
正八面体
杂化类型
sp
sp2
sp3
∕
∕
如：
SO2m=（6－2×2）/2＝1m+n＝1+2=3为sp2杂化
写出HCN分子和CH2O分子的路易斯结构式。
分析：
HCN中C原子以杂化，CH2O中C原子以杂化；HCN中含有个σ键和个π键；CH2O中含有个σ键和个π键。
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