第2章 第2节 第1课时 分子空间结构的理论分析（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中化学选择性必修2（鲁科版2019）

第2节　共价键与分子的空间结构 第1课时　分子空间结构的理论分析 课程内容标准 结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，并可运用杂化轨道理论和模型进行解释和预测。 一、杂化轨道理论 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，形成四个能量相等的sp3杂化轨道。四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—H键是等同的。 碳原子的sp3杂化可表示如下： 2．轨道杂化与杂化轨道 3．杂化轨道类型及其空间构型 (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′，立体构型为正四面体形(如下图所示)。 (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。 [提醒]　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σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对 4．苯分子的空间构型与大π键 (1)根据杂化轨道理论，形成苯分子时每个碳原子中一个2s轨道和两个2p轨道都发生了sp2杂化(如2s、2px、2py杂化)，由此形成的三个sp2杂化轨道在同一平面内，还有一个未参与杂化的2p轨道(如2pz)垂直于这个平面。 (2)每个碳原子的两个sp2杂化轨道上的电子分别与邻近的两个碳原子的sp2杂化轨道上的电子配对形成σ键，于是六个碳原子组成一个正六边形的碳环；每个碳原子的另一个sp2杂化轨道上的电子分别与一个氢原子的1s电子配对形成 σ键。 (3)6个碳原子上各有1个未参与杂化的垂直于碳环平面的p轨道，这6个轨道以“肩并肩”的方式形成含有6个电子、属于6个C原子的大π键。 5．氮原子的杂化 (1)在形成氨分子时，氮原子的一个2s轨道和三个2p轨道发生sp3杂化，生成四个sp3杂化轨道。有三个sp3杂化轨道分别与氢原子的1s电子形成一个σ键，还有一个sp3杂化轨道中已有两个电子(孤电子对)不能再与氢原子形成σ键。因此一个氮原子与三个氢原子结合形成氨分子。 (2)氨气分子中氮原子发生sp3杂化，所以四个sp3杂化轨道在空间的分布呈四面体形。又因为四个sp3杂化轨道中的一个轨道已有一对电子，另有三个轨道中的未成对电子可以与氢原子的1s电子配对成键，所以形成的氨分子的空间结构与甲烷分子的空间结构不同，呈三角锥形。如下图所示： 二、价电子对互斥理论 1．基本观点 (1)分子中的中心原子的价电子对——成键电子对和孤电子对由于相互排斥作用，处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。 (2)两个原子间的成键电子不论是单键还是多重键，都看作一个空间取向；一个孤电子对可看作一个空间取向。 2．孤电子对的计算方法 中心原子上的孤电子对数，可以通过写出该分子或离子的电子式来确定，也可以利用如下公式来计算： 孤电子对数＝。 例如：H2O中的中心原子为氧原子，其价电子数为6，氢原子的未成对电子数为1，可知：氧原子上的孤电子对数＝＝2。 3．利用价电子对互斥理论预测分子的空间结构 (1)若n个价电子对全部是成单键的电子对且没有孤电子对，为使价电子对之间的斥力最小，价电子对应尽量远离。因此，当n＝2、3、4、5、6时，分子的空间结构分别为直线形、三角形、四面体形、三角双锥形和八面体形。 (2)复杂分子空间结构的预测 ①乙醇分子中，羟基上的氧原子有两对成键电子对和两对孤电子对，价电子对共有四个空间取向；氧原子价电子对相互排斥而远离，呈四面体形，因此C—O—H呈角形。 ②乙酸分子中，羟基上的碳原子的价电子对均为成键电子对，C===O上的成键电子对仅有一个空间取向，因此碳原子的价电子对共有三个空间取向，相互排斥而远离，因此部分呈三角形。 1．巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (1)任意能级的s轨道和p轨道都可以形成杂化轨道。(×) (2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。(√) (3)凡通过sp3杂化形成的分子，其立体构型一定为正四面体形。(×) (4)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。(√) (5)杂化轨道中一定有一个电子。(×) (6)两种分子的杂化方式一样，但是分子构型却不一定相同。(√) (7)凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。(×) 2．有关杂化轨道的说法不正确的是(　　) A．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变 B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180° C．部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以