第2章 第2节 第1课时 分子空间结构的理论分析-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2五维课堂同步Word教案（鲁科版2019）

第二节　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 课标要点 核心素养 1.能用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间结构 2.理解价电子对互斥理论和等电子原理，能根据有关理论、原理判断简单分子或离子的空间结构 3.通过分析常见分子或离子的空间结构，构建利用杂化轨道理论、价电子对互斥理论的认知模型 1.宏观辨识与微观探析：通过认识分子结构以及杂化轨道理论，探析杂化轨道类型与分子空间结构的关系 2.科学探究与创新意识：认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动 3.证据推理与模型认知：结合价电子对互斥理论及杂化轨道理论及杂化轨道理论与分子的空间结构的关系，能论证证据与模型建立及其发展之间的关系 [知识梳理] [知识点一]　杂化轨道理论　 1．轨道杂化和杂化轨道 2．甲烷分子的空间结构 (1)甲烷的分子组成和结构 分子式 空间结构 空间填充模型 球棍模型 CH4 (2)甲烷中碳原子的杂化类型 3．苯分子的空间结构 (1)苯的空间结构 (2)苯分子中的大π键：六个碳原子上各有一个未参与杂化的垂直于碳环平面的　2p　轨道，这六个轨道以“　肩并肩　”的方式形成含有六个电子、属于六个碳原子的　大π键　。 4．杂化轨道的类型 [知识点二]　价电子对互斥理论　 1．价电子对互斥理论 (1)价电子对互斥理论基本观点：分子中的中心原子的价电子对——　成键电子对　(bp)和　孤电子对　(lp)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　。 (3)若中心原子没有孤电子对，为使价电子对之间的斥力最小，使分子的结构尽可能采取　对称　的结构。 微点拨：多重键、成键电子对与孤电子对的斥力大小顺序为三键－三键＞三键－双键＞双键－双键＞双键－单键＞单键－单键，lp－lp≫lp－bp＞bp－bp。 2．等电子原理 (1)内容：化学通式相同且　价电子总数　相等的分子或离子具有相同的　空间结构　和相同的　化学键类型　等结构特征。 (2)应用 ①判断一些简单分子或原子团的　空间结构　。 a．SO、PO等离子具有　AX4　通式，价电子总数为32，中心原子采取　sp3　杂化，呈　四面体形　空间结构。 b．SO、ClO等离子具有　AX3　通式，价电子总数为26，中心原子采取　sp3　杂化，由于存在　孤电子对　，分子呈　三角锥形　空间结构。 ②利用等电子体在性质上的相似性制造新材料。 ③利用等电子原理针对某物质找等电子体。 [自我评价] 1．[判一判](对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道(×) 提示：参与杂化的轨道能量相近。 (2)中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形、三角锥形或V形(√) 提示：sp3杂化轨道中孤电子对数目为0、1、2时分别对应空间结构为四面体形、三角锥形、V形。 (3)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。(√) (4)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。(√) (5)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是正四面体形。(×) (6)正四面体结构的分子的键角都是109°28′。(×) 提示：正四面体结构的分子的键角不一定为109°28′，如CCl4、CH4等分子的键角为109°28′，而P4分子的键角为60°。 (7)根据价电子对互斥理论，H3O＋的空间结构为平面正三角形。(×) (8)SO2分子与CO2分子的组成相似，故它们都是直线形分子。(×) 2．[想一想] 烯烃中与双键相连的C原子为sp2杂化，乙烯分子的成键情况如图： 试分析乙烯分子中碳碳双键的成键方式？ 提示：乙烯分子中碳原子采取sp2杂化，C＝C键是成键碳原子的sp2杂化轨道“头碰头”形成σ键，同时其余的p轨道垂直于平面，“肩并肩”形成π键。 3．[练一练] 将下列VSEPR模型、分子或离子和空间结构用短线连起来： VSEPR模型　　分子或离子　空间结构 A．正四面体 ①BF3 a．直线形 B．直线形 ②NH b．平面三角形 C．平面三角形 ③SO c．正四面体 D．四面体 ④BeCl2 d．三角锥形 提示：A－②－c，B－④－a，C－①－b，D－③－d. 　　　　杂化轨道理论 [情境素材] 在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫作轨道的杂化。双原子分子中，不存在杂化过程。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下： [思考探究] (1)观察上述杂化过程，分析原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？ 提示：杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同，杂化后，形成的一组杂化轨道能量相同。 (2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道？ 提示：不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与3p不在同一能级，能量相差较大。 (3)用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构？ 提示：NH3分子中N原子的价电子排布式为2s22p3。1个2s轨道和3个2p经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另1个杂化轨道中是成对电子，不与H原子形成共价键，sp3杂化轨道为正四面体形，但由于孤电子对的排斥作用，使3个N－H键的键角变小，成为三角锥形的空间结构。H2O分子中O原子的价电子排布式为2s22p4。1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另2个杂化轨道是成对电子，不与H原子形成共价键，sp3杂化轨道为正四面体形，但由于2个孤电子对的排斥作用，使2个O－H键的键角变得更小，成为V形的空间结构。 (4)CH4NH3、H2O中心原子的杂化类型都为sp3，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法？ 提示：CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子的孤电子对数依次为0个、1个、2个。由于孤电子对对成键电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。比较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时：一般键角按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。 [核心突破] 1．杂化轨道理论要点 (1)只有能量相近的原子轨道才能杂化。 (2)杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等，杂化轨道能量相同。 (3)杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。 (4)杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。 (5)杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对。 (6)未参与杂化的p轨道可用于形成π键。 2．中心原子轨道杂化类型的判断 (1)利用价电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路： 价电子对杂化轨道数杂化类型杂化轨道构型。 (2)根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。 (3)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取sp3杂化，连接双键的碳原子采取sp2杂化，连接三键的碳原子采取sp杂化。 [典例示范] [典例1]　下列中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构不正确的是(　　) A．PCl3中P原子sp3杂化，为三角锥形 B．NH中N原子sp3杂化，为正四面体形 C．H2S中S原子sp杂化，为直线形 D．SO2中S原子sp2杂化，为V形 [思维建模] 解答有关杂化轨道判断问题的思维流程如下： (1)根据杂化轨道的空间结构判断：①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化。②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化。 (2)根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。 [解析]　C　[该分子中P原子价电子对个数＝3＋＝4且含有一个孤电子对，根据价电子对互斥模型判断其中心原子杂化类型是sp3，实际空间结构为三角锥形，故A正确；该离子中N原子价电子对个数＝4＋＝4且不含孤电子对，根据价电子对互斥模型判断N原子为sp3杂化，为正四面体形，故B正确；该分子中S原子价电子对个数＝2＋＝4且含有两对孤电子对，根据价电子对互斥理论判断S原子采用sp3杂化，为V形结构，故C错误；该分子中S原子价电子对个数＝2＋＝3且含有一对孤电子对，根据价电子对互斥理论判断S原子为sp2杂化，为V形，故D正确。] (1)在形成多原子分子时，原子内部能量相近的原子轨道，重新组合形成新的原子轨道的过程，叫作杂化原子轨道，简称杂化轨道。双原子分子中，不存在杂化过程。 (2)只有能量相近的轨道才能杂化(ns，np)。 (3)杂化过程中，原子轨道总数不变，即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等。 (4)杂化过程中，轨道的形状发生变化。 (5)杂化轨道的形状相同，能量相等。 (6)杂化轨道之间要满足最小排斥原理。 (7)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。 [学以致用] 1．下列有关杂化轨道的说法不正确的是(　　) A．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理 B．杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对 C．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等 D．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量最近的1个s轨道和三个p轨道混合起来形成的一组能量相同的新轨道 解析：C　[杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理，这样能量才能最小，分子才能最稳定，故A正确；杂化轨道只能用于形成σ键或容纳孤电子对，不能形成π键，π键是轨道之间肩并肩形成的，故B正确；杂化轨道的数目与杂化前的轨道数目相等，但轨道形状发生变化，故C错误；sp3杂化轨道是由同一个原子中能量最近的1个s轨道和3个p轨道混合起来形成的一组能量相同的新轨道，杂化后的各轨道能量完全相同，故D正确。] 2．根据价电子对互斥理论及原子的杂化轨道理论判断NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式为(　　) A．直线形　sp杂化 B．三角形　sp2杂化 C．三角锥形　sp2杂化 D．三角锥形　sp3杂化 解析：D　[在NF3分子中，N原子价电子对数为4，所以根据理论可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化，空间结构为三角锥形，类似于NH3。] 3．计算下列各粒子中心原子的杂化轨道数、判断中心原子的杂化轨道类型、写出VSEPR模型名称。 (1)C　S2　2　、　sp　、　直线形　。 (2)N　H　4　、　sp3　、　正四面体形　。 (3)H2O　　4　、　sp3　、　四面体形　。 (4)P　Cl3　4　、　sp3　、　四面体形　。 (5)B　Cl3　3　、　sp2　、　平面三角形　。 　　　　价电子对互斥理论与分子结构 [情境素材] 在1940年希吉维克提出VSEPR理论后，又由吉列斯比等人发展了这一理论。目前，几经修改的VSEPR理论由于其在判断中心原子杂化方式方面的强大功能，对进一步推出微粒内部键的情况、研究化合物的化学性质有着很大的帮助，其在判断分子构型方面有着广泛的应用，是重要的共价键理论之一。 [思考探究] (1)为何孤电子对会影响分子的空间结构？ 提示：中心原子的孤电子对占有一定的空间，对其他成键电子对存在排斥力，从而影响其分子的空间结构。 (2)如何计算分子(离子)中心原子的孤电子对数？ 提示：ABm型分子的价电子对数n＝ 利用上式计算A原子的价电子对数时，需注意： ①氧族元素的原子作为中心原子A时提供6个价电子，作为配位原子B时不提供价电子。 ②卤素原子作为中心原子A时提供7个价电子，作为配位原子B时提供1个价电子。 ③若为分子，电荷数为0；若为阳离子，则减去电荷数，如NH，n＝＝4；若为阴离子，则加上电荷数，如SO，n＝＝4。 (3)根据上面背景信息分析BCl3的价电子对数、价电子对空间结构、分子空间结构是怎样的？ 提示：BCl3的价电子对数有3对，价电子对空间结构为平面三角形，分子空间结构为平面三角形。 (4)NF3的价电子对、价电子对空间结构、分子空间结构是怎样的？ 提示：NF3的价电子对为4对，价电子对空间结构为四面体形，分子空间结构为三角锥形。 (5)通过(1)、(2)两例分析价电子对的空间结构与分子的空间结构一定相同吗？二者之间有何规律存在？ 提示：价电子对的空间结构与分子的空间结构不一定一致，分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的空间结构一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的空间结构不一致。 [核心突破] 1．价电子对互斥理论要点 (1)对于ABx型分子中，空间结构主要取决于中心原子A价电子对的相互排斥。价电子对数＝σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数。 (2)中心原子的价电子对数和空间结构的关系 价电子对数 2 3 4 5 6 空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形 三角双键形 正八面体形 (3)价电子对之间相互排斥作用大小孤电子对－孤电子对＞孤电子对－成键电子对＞成键电子对－成键电子对 2．用价电子对理论判断共价分子或离子空间结构 (1)确定中心原子的价电子对数 ①对于ABx型分子，σ键电子对＝B原子的个数，如H2O的中心原子是O，有2对σ键电子对。 ②中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)，其中a为中心原子的价电子数，x为B原子的个数，b为B最多能接受的电子数。 ③对于阳(或阴)离子来说，a为中心原子的价电子数减去(或加上)离子的电荷数。 ④中心原子价电子对数＝σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数 (2)根据中心原子价电子对数确定VSEPR模型 (3)略去孤电子对，确定分子构型 [典例示范] [典例2]　用价电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角大小。下列判断正确的是(　　) A．H2O、CS2都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120° C．CH2O、BF3都是平面三角形的分子 D．PCl3、PCl5都是三角锥形的分子 [思维建模]　 解答有关分子空间结构问题的思维流程如下： [解析]　C　[CS2的中心原子只含有2对价电子对，没有孤电子对，分子空间结构为直线形，H2O中O原子的价电子对数＝2＋(6－2×1)＝4，而且含有2对孤电子对，分子的空间结构为V形，故A错误；BF3中价电子对数＝3＋×(3－3×1)＝3，所以为平面三角形结构，键角为120°；SnBr2中价电子对数＝2＋×(4－2×1)＝3，且含有一对孤电子对，为V形结构，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以BF3键角为120°，SnBr2键角小于120°，故B错误；CH2O中碳形成3个σ键，为平面三角形结构，BF3中价电子对数＝3＋×(3－3×1)＝3，所以为平面三角形结构，所以CH2O、BF3都是平面三角形的分子，故C正确；PCl3中价电子对数＝3＋×(5－3×1)＝4，且含有一对孤电子对，所以PCl3为三角锥形结构；PCl5中价电子对数＝5＋×(5－5×1)＝5，且不含孤电子对，为三角双锥形结构，故D错误。] 价电子对的空间结构与分子的空间结构不一定一致，分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的空间结构一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的空间结构不一致。 [学以致用] 4．若ABn分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价电子对互斥理论，下列说法正确的是(　　) A．若n＝2，则分子的空间结构为V形 B．若n＝3，则分子的空间结构为三角锥形 C．若n＝4，则分子的空间结构为正四面体形 D．以上说法都不正确 解析：C　[若中心原子A上没有未用于成键的孤电于对，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子的空间结构为直线形；当n＝3时，分子的空间结构为平面三角形；当n＝4时，分子的空间结构为正四面体形。] 5．下列描述中正确的是(　　) A．BeCl2为V形的极性分子 B．ClO的空间结构为正四面体形 C．P4和CH4都是正四面体分子且键角都为109°28′ D．H2O和CO空间结构均为平面三角形 解析：B　[BeCl2分子中，铍原子含有两个共价单键，不含孤电子对，所以价电子对数是2，分子的空间结构为直线形，正负电荷重心重合，为非极性分子，故A错误；由价电子对互斥理论可知ClO中Cl原子的价电子对数＝4＋×(7＋1－4×2)＝4，无孤电子对，所以ClO是正四面体形，故B正确；P4键角为60°，CH4键角为109°28′，二者都是正四面体形分子，故C错误；水分子中氧原子形成2个O－H键，含有2对孤电子对，空间结构为V形，CO的中心原子C原子上含有3个σ键，中心原子上的孤电子对数＝×(4＋2－2×3)＝0，所以中心原子均为sp2杂化，故D错误。] 6．用价电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间结构 分子或离子 VSEPR模型名称 空间结构名称 BeCl2 SCl2 BF3 PF3 NH SO 解析：根据各分子的电子式和结构式，分析中心原子的孤电子对数，依据中心原子连接的原子数和孤电子对数，确定VSEPR模型和分子的空间结构。 分子或离子 中心原子上的孤电子对数 价电子对数 VSEPR模型名称 空间结构名称 BeCl2 0 2 直线形 直线形 SCl2 2 4 四面体形 V形 BF3 0 3 平面三角形 平面三角形 PF3 1 4 四面体形 三角锥形 NH 0 4 四面体形 正四面体形 SO 1 4 四面体形 三角锥形 答案： 分子或离子 VSEPR模型名称 空间结构名称 BeCl2 直线形 直线形 SCl2 四面体形 V形 BF3 平面三角形 平面三角形 PF3 四面体形 三角锥形 NH 四面体形 正四面体形 SO 四面体形 三角锥形 1．下列分子的空间结构模型正确的是(　　) A B C D 解析：D　[CO2的空间结构是直线形，A项错误；H2O的空间结构为V形，B项错误；NH3的空间结构为三角锥形，C项错误；CH4是正四面体形结构，D项正确。] 2．氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间结构和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是(　　) A．三角锥形、sp3　　　 B．V形、sp2 C．平面三角形、sp2 D．三角锥形、sp2 解析：A　[根据价电子对互斥理论确定微粒的空间结构，SOCl2中S原子形成2个S－Cl键，1个S＝O键，价电子对个数＝σ键个数＋孤电子对个数＝3＋＝4，杂化轨道数是4，故S原子采取sp3杂化，含一对孤电子对，分子空间结构为三角锥形。] 3．下列描述中正确的是(　　) A．CS2为V形的极性分子 B．ClO的空间结构为平面三角形 C．SF6中有6对完全相同的成键电子对 D．SiF4和SO的中心原子均为sp2杂化 解析：C　[CS2的结构式为S＝C＝S，中心C原子外围没有孤电子对，所以CS2分子是直线形的非极性分子，故A错误；ClO中心原子Cl的价电子对数＝3＋＝4，含有一对孤电子对，所以ClO的VSEPR模型为四面体，略去一对孤电子对，ClO的空间结构为三角锥形，故B错误；SF6中心原子S的价电子对数＝6＋＝6，无孤电子对，SF6中含有6个S－F键，所以SF6中有6对完全相同的成键电子对，故C正确；SiF4和SO的中心原子价电子对数分别为4＋＝4、3＋＝4，VSEPR模型分别为正四面体形、四面体形，所以SiF4和SO的中心原子均为sp3杂化，故D错误。] 4．下列各组分子或离子的空间结构不相似的是(　　) A．NH、CH4 B．H3O＋、NH3 C．CO、BF3 D．CO2、SO2 解析：D　[NH中N原子价电子对数＝4＋＝4，且不含孤电子对，CH4中C原子价电子对数＝4＋＝4，且不含孤电子对，所以二者都是正四面体形结构，故A不选；H3O＋中O原子价电子对数＝3＋＝4，且含有一对孤电子对，NH3中N原子价电子对数＝3＋＝4，且含有一对孤电子对，所以二者都是三角锥形，故B不选；CO中C原子价电子对数＝3＋＝3，且不含孤电子对、BF3中B原子价电子对数＝3＋＝3，且不含孤电子对，所以二者都是平面三角形，故C不选；二氧化碳是直线形分子，二氧化硫分子中S原子价电子对数＝2＋＝3，且含有一对孤电子对，所以为V形，二者结构不相似，故D选。] 5．(1)根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构，试根据相关知识填空。 ①AsCl3分子的空间结构为　________　，其中As的杂化轨道类型为　________　。 ②CS2分子中C原子的杂化轨道类型是　________　。 ③CH3COOH中C原子的杂化轨道类型为　________　。 解析：①AsCl3中As元素价电子对数为4，As的杂化方式为sp3杂化，AsCl3分子的空间结构为三角锥形。②CS2的结构式为S＝C＝S，C原子形成2个双键，无孤电子对，所以为sp杂化。 ③CH3COOH的结构式为，分子中甲基上的碳原子采用sp3杂化，羧基中碳原子采用sp2杂化。 答案：①三角锥形　sp3　②sp　③sp3、sp2 (2)有下列分子或离子：①CS2，②PCl3，③H2S， ④CO，⑤H3O＋，⑥NH，⑦BF3，⑧SO2。 粒子的空间结构为直线形的有　________　；粒子的空间结构为V形的有　________　；粒子的空间结构为平面三角形的有　________　；粒子的空间结构为三角锥形的有　________　；粒子的空间结构为正四面体形的有　________　。 解析：中心原子上孤电子对数及粒子的空间结构如表。 答案：①　③⑧　④⑦　②⑤　⑥ [课堂小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$