第29期 分子的空间结构-【数理报】新教材2022-2023学年高中化学选择性必修2同步学案（人教版）

书 多样的分子空间结构 分子类型 化学式 空间结构 结构式 键角 空间填充模型 球棍模型 三原子 分子 ＣＯ２ 直线形  Ｏ Ｃ Ｏ １８０° Ｈ２Ｏ Ｖ形 Ｏ Ｈ Ｈ １０５° 四原子 分子 ＣＨ２Ｏ 平面三角形 Ｏ Ｃ Ｈ Ｈ １２０° ＮＨ３ 三角锥形 Ｎ ＨＨ Ｈ １０７° 五原子 分子 ＣＨ４ 四面体形 １０９°２８′ Ｎ Ｏ２Ｎ ＮＯ  ２ ＮＯ２ 思考：科学家研制出可望成为高效火箭推进剂的 Ｎ（ＮＯ２）３，如右图所示．已知该分子中 Ｎ—Ｎ—Ｎ键键角都是１０８．１°．试推测四个氮原子围成的空间是空间正四面体吗？ 提示：不是．由于Ｎ—Ｎ—Ｎ键键角都是１０８．１°，所以四个氮原子围成的空间不是正四面体而 是三角锥形． 书 价层电子对互斥（ＶＳＥＰＲ）理论是用来预测分子的 空间结构的常用理论，它能够准确地预测不同分子的空 间结构．杂化轨道理论是可以用来解释分子的空间结构 的理论，将二者结合可以更好地理解分子的空间结构． 一、理论与模型识别 例１ 下列关于各分子的ＶＳＥＰＲ模型与中心原子 的杂化方式的叙述正确的是 （　　） 选项 分子 分子的 空间结构 ＶＳＥＰＲ模型 中心原子的 杂化方式 Ａ Ｈ２Ｏ ｓｐ３杂化 Ｂ ＮＨ３ ｓｐ２杂化 Ｃ ＣＯ２ ｓｐ２杂化 Ｄ ＢＦ３ ｓｐ２杂化 解析：Ｈ２Ｏ的中心原子采取 ｓｐ ３杂化，但由于分子 中存在两对孤电子对，所以 Ｈ２Ｏ为 Ｖ形分子，Ａ项正 确；从电子式Ｈ∶Ｎ ·· Ｈ ·· ∶Ｈ可以看出，ＮＨ３分子中含有三个 σ 键，还含有一对孤电子对，二者之和为４，故 Ｎ原子采取 ｓｐ３杂化，Ｂ项错误；ＣＯ２分子中无孤电子对，形成的是 直线形分子，故Ｃ原子采取ｓｐ杂化，Ｃ项错误；ＢＦ３分子 中无孤电子对，形成的是平面三角形分子，故 Ｂ原子采 取ｓｐ２杂化，Ｄ项错误． 答案：Ａ 二、理论与空间结构 例２ 下列关于 ＣＨＣＨＯ（ Ｈ  Ｏ Ｈ ）、Ｈ３Ｏ ＋的空 间结构与中心原子的杂化方式的说法正确的是 （　　） Ａ．空间结构相同，中心原子的杂化方式不同 Ｂ．空间结构不同，中心原子的杂化方式相同 Ｃ．空间结构不同，中心原子的杂化方式不同 Ｄ．空间结构相同，中心原子的杂化方式相同 解析：从ＨＣＨＯ的结构式可以看出，中心碳原子的 所有价电子都用于形成共价键，考虑到与中心原子结合 的原子数为３，根据 ＶＳＥＰＲ模型可知，其空间结构应为 平面三角形，碳原子采取 ｓｐ２杂化；在 Ｈ３Ｏ ＋中，中心氧 原子上有一对孤电子对，并参与相互排斥，所以这 一对孤电子对与其他三对成键电子对构成四面体， 略去孤电子对的影响，Ｈ３Ｏ ＋中各原子形成的空间 结构与 ＮＨ３的类似，呈三角锥形，氧原子采取 ｓｐ ３ 杂化，Ｃ项正确． 答案：Ｃ 例３ 如下图所示为甲醛分子的模型．根据该图和 所学化学键知识，回答下列问题： （１）甲醛分子中碳原子的杂化方式是 ，做 出该判断的主要理由是 ． （２）下列对甲醛分子中碳氧键的判断正确的是 （填序号）． ①单键　②双键　③σ键　④π键　⑤σ键和π键 （３）甲醛分子中 Ｃ—Ｈ键与 Ｃ—Ｈ键间的夹角 （填“＝”“＞”或“＜”）１２０°，出现该现象的主 要原因是 ． 解析：（１）中心原子的杂化轨道类型不同，分子的空 间结构也不同．由题图可知，甲醛分子的空间结构为平 面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取ｓｐ２杂化． （２）醛类分子中都含有羰基（ Ｃ ０），所以甲醛分子 中的碳氧键是双键，双键中包含一个σ键和一个π键． （３）由于碳氧双键中除σ键外还存在 π键，π键对 Ｃ—Ｈ键的排斥作用较强，所以甲醛分子中 Ｃ—Ｈ键与 Ｃ—Ｈ键间的夹角小于１２０°． 答案：（１）ｓｐ２杂化　甲醛分子的空间结构为平面三 角形 （２）②⑤ （３）＜　碳氧双键中除σ键外还存在 π键，π键对 Ｃ—Ｈ键的排斥作用较强 书 １．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成 在形成ＣＨ４分子时，碳原子的一个２ｓ轨道和三个 ２ｐ轨道发生混杂，形成４个能量相等的ｓｐ３杂化轨道．４ 个ｓｐ３杂化轨道分别与４个 Ｈ原子的１ｓ轨道重叠形成 ４个Ｃ—Ｈσ键，所以４个Ｃ—Ｈ键是等同的． ２．杂化轨道的形成及其特点 ３．杂化轨道类型及其空间结构 （１）ｓｐ３杂化轨道 ｓｐ３杂化轨道是由１个ｓ轨道和３个 ｐ轨道杂化形 成的．ｓｐ３杂化轨道间的夹角是１０９°２８′，空间结构为正 四面体形． （２）ｓｐ２杂化轨道 ｓｐ２杂化轨道是由１个ｓ轨道和２个 ｐ轨道杂化而 成的．ｓｐ２杂化轨道间的夹角是１２０°，呈平面三角形． （３）ｓｐ杂化轨道 ｓｐ杂化轨道是由１个 ｓ轨道和１个 ｐ轨道杂化而 成的．ｓｐ杂化轨道间的夹角是１８０°，呈直线形． 注意：ｓｐ、ｓｐ２两种杂化形式中还有未参与杂化的 ｐ 轨道，可用于形成 π键，而杂化轨道只用于形成