2.3.3　分子的空间结构与杂化轨道 讲义 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

分子的空间结构与杂化轨道 学习目标　1.能准确判断共价分子中中心原子的杂化轨道类型。2.能用杂化轨道理论和价层电子对互斥理论判断分子共价键的形成和空间构型。 粒子(分子或离子)空间结构与杂化类型的判断 一、中心原子轨道杂化类型的判断 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道组成 1个ns、 1个np 1个ns、2个np 1个ns、3个np 轨道夹角 180° 120° 109°28' VSEPR模型 直线形 平面三角形 正四面体形 价层电子对数 2 3 4 孤电子对数 0 0 1 0 1 2 分子(离子) 空间结构 直线形 平面 三角形 V形 正四 面体形 三角 锥形 V形 实例 CO2 BF3 SO2 CH4 NH3 H2O 二、根据价层电子互斥理论推测简单分子(或离子)空间结构的方法 1.思维模型 价层电子对数VSEPR模型分子(或离子)的空间结构 2.关键步骤 (1)确定中心原子的价层电子对数和中心原子孤电子对数。 ①对简单分子(ABm型)或离子(A型),通过前面“中心原子杂化轨道类型的判断方法”,求出中心原子的价层电子对数n; ②根据杂化轨道数=中心原子形成的σ键数+中心原子孤电子对数,可推出:中心原子孤电子对数=杂化轨道数-中心原子形成的σ键数=中心原子的价层电子对数-配位原子的个数=n-m。 (2)由价层电子对数确定 VSEPR 模型(即杂化轨道空间构型)。 (3)略去孤电子对,应用价层电子对互斥理论确定分子或离子空间结构(具体见表格)。 价层电子对数(n) 2 3 4 杂化轨道类型 sp sp2 sp3 VSEPR模型 直线形 平面三角形 正四面体形 孤电子对数(n-m) 0 0 1 0 1 2 分子或离 子的空间结构 直线形 平面三角形 V形 正四面体形 三角锥形 V形 举例 BeCl2 N SO2 CH4 NH3 H2O 键角 180° 120° 119.5° 109°28' 107° 105° [例1]　(1)(2023·北京卷节选)S2的空间结构是　　　　　　。  (2)(2023·浙江1月卷节选)硅材料在生活中占有重要地位。请回答: Si(NH2)4分子的空间结构(以Si为中心)名称为　　　　　　,分子中氮原子的杂化轨道类型是　　　　　　。  [例2]　(1)(2022·湖南卷节选)科学家近期合成了一种固氮酶模型配合物,该物质可以在温和条件下直接活化H2,将N3-转化为N,反应过程如图所示: 产物中N原子的杂化轨道类型为　　　　　　。  (2)(2022·山东卷节选)吡啶()替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的大π键、则吡啶中N原子的价层孤电子对占据　　　　(填标号)。  　　　　　　　　　　　　　　　　 A.2s轨道 B.2p轨道 C.sp杂化轨道 D.sp2杂化轨道 (3)(2022·全国乙卷节选)一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一个　　　　杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl　　　　键。  1.用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构,两个结论都正确的是 (　　) A.直线形;三角锥形 B.V形;三角锥形 C.直线形;平面三角形 D.V形;平面三角形 2.PCl3的分子结构是 (　　) A.平面三角形,键角小于120° B.平面三角形,键角120° C.三角锥形,键角小于109°28' D.三角锥形,键角109°28' 3.白磷是一种能自燃的单质,其分子的球棍模型如图所示:,下列叙述错误的是 (　　) A.每个磷原子形成3个σ键,磷原子为sp2杂化 B.每个磷原子的价层电子对数为4,磷原子均为sp3杂化 C.1 mol白磷中共含6 mol共价键 D.白磷分子的空间结构为正四面体形 4.(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,其分子中氮原子、碳原子的杂化轨道类型分别是　　　　　　、　　　　　　。  (2)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中阴离子的空间结构是　　　　　　,其中心原子的杂化轨道类型为　　　　　　。  (3)气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的空间结构为　　　　　　;固态三氧化硫中存在如图所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为　　　　　　。  (4)S单质的常见形式为S8,其环状结构如图所示,S原子采取的轨道杂化方式是　　　　　　。  分子的空间结构与杂化轨道 题型突破 [例1]　(1)四面体形　(2) 四面体形　sp3 解析　(1)S的中心原子S的价层电子对数为4,无孤电子对,空间构型为四面体形,S2中1个O原子被S原子取代,则S2的空间构型为四面体形。(2)Si(NH2)4分子可视为SiH4分子中的4个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的,所以Si(NH2)4分子中Si原子轨道的杂化类型是sp3,分子的空间结构(以Si为中心)名称为四面体形,分子中氮原子形成3个σ键,含一个孤电子对,则其杂化方式为sp3。 [例2]　(1) sp3杂化　(2)D　(3)sp2　σ 解析　(1)由结构简式可知,产物中氮原子的价层电子对数为4,原子的杂化方式为sp3杂化;(2)吡啶()替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的大π键,则说明吡啶中N原子也是采用sp2杂化,杂化轨道只用于形成σ键和存在孤电子对,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道,故答案为D;(3) 一氯乙烯的结构式为,碳为双键碳,采取sp2杂化,因此C的一个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C-Cl σ键。 对点训练 1.D　[在H2S中,价层电子对数为4,若无孤电子对存在,则其应为正四面体形。但中心原子S上有两个孤电子对,而且孤电子对也要占据中心原子周围的空间,它们相互排斥,因此H2S为V形结构。在BF3中,价层电子对数为3,其中心原子B上无孤电子对,因此BF3应为平面三角形。] 2.C　[PCl3与NH3互为等电子体,因此PCl3的空间结构为三角锥形,键角小于109°28'。] 3.A　[由白磷分子的球棍模型图可知,每个磷原子均形成了3个σ键,又因每个磷原子还有一个孤电子对,故价层电子对数为4,磷原子为sp3杂化,A项错误,B项正确;由图可知C、D项正确。] 4.(1)sp3　sp3　(2)正四面体形　sp3　(3)平面三角形　sp3 (4)sp3 解析　(1)H2NCH2CH2NH2中N原子形成3个σ键,孤电子对数为1,C原子形成4个σ键,无孤电子对,二者的价层电子对数都为4,因此N原子、C原子的杂化轨道类型都为sp3。(2)LiAlH4中的阴离子是Al,其中Al原子与H原子之间的σ键数为4,孤电子对数为=0,因此其价层电子对数为4+0=4,故Al的空间结构为正四面体形,其中心原子的杂化轨道类型为sp3。(3)SO3分子中,中心原子上的价层电子对数为3,孤电子对数为=0,故SO3分子的空间结构为平面三角形;由题图可知该三聚分子中每个S原子与4个O原子形成4个σ键,故其杂化轨道类型为sp3。(4)每个硫原子形成2个S—S,孤电子对数为2,杂化方式为sp3。 学科网（北京）股份有限公司 $$