2.2 分子空间构型 课件-2025-2026学年高二化学人教版选择性必修2

该高中化学课件围绕分子结构测定、VSEPR模型及杂化轨道理论展开，通过对比CO₂与H₂O等分子空间结构差异设问，以“问题链”衔接红外光谱等测定方法与模型理论，搭建从实验数据到理论应用的学习支架。 其特色在于融合科学思维与科学探究，通过价层电子对计算表、杂化类型对比实例（如CH₄的sp³杂化与NH₃键角分析），引导学生建模推理。小结环节整合核心公式与关系表，助力学生系统掌握，教师可借助实例提升教学效率，培养学生微观探析与模型认知能力。

第二节　分子的空间结构　 2.1 分子结构的测定 + 价层电子对互斥模型 第二章 分子结构与性质 分子结构的测定 键能 键长 共价键的稳定性 键角 分子的空间结构 决定分子的性质 键参数 决定 决定 【思考】分子的世界形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。 肉眼不能看到分子，那么，科学家是怎样知道分子的结构的呢？ 分子结构的测定 X射线衍射仪 质谱仪 红外光谱仪 现代分子结构测定仪器 用于分析分子中 化学键、官能团的种类 用于测定分子的 相对分子质量 用于分析 晶体结构 分子结构的测定 ①、红外光谱法测定分子结构 一、分子结构的测定 ①、红外光谱仪原理 分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动。 化学键就像弹簧，通过键的震动化解原子间的伸缩振动， 从而保持物质的状态。 震动需要能量，因此分子会吸收跟它某些 化学键的振动频率相同的红外线 图谱上呈现吸收峰， 和谱图库比对 通过量子化学 计算 分析分子中含何种化学键或官能团 一、分子结构的测定 ②、质谱法测定分子结构 一、分子结构的测定 ②、质谱法原理 在质谱仪中使分子失去电子变成 带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子 生成的离子具有不同的相对质量 高压电场加速后通过狭缝进入磁场得以分离， 在记录仪上呈现一系列峰 分析丰度与质核比，判断相对分子质量 质荷比= 粒子相对质量 粒子电荷数 甲苯分子的质谱图 相对丰度较高，最大质荷比即为相对分子质量92 二、多样的分子空间结构 CO2 直线形 180° H2O V形 105° CH2O 平面三角形 120° NH3 三角锥形 107° CH4 正四面体形 109°28′ 三原子分子CO2和H2O、四原子分子CH4、NH3和CH2O，为什么空间结构不同？如何预测？ 有一种比较简单的理论叫做价层电子对互斥模型，简称VSEPR，可以预测分子的空间结构。 8 三、价层电子对互斥模型 价层电子对互斥模型（VSEPR） Abm 价层电子对 = σ键 + 孤电子对 分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。 不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子的空间结构。 价层电子对 互相排斥 尽可能 远离 能量最低 最稳定 ① σ 键电子对数 分子 中心原子 共价键 σ键 H2O O O－H NH3 N N－H SO3 S S=O SO42- S 2 3 3 4 （由化学式确定） ＝中心原子结合的原子数 9 三、价层电子对互斥模型 价层电子对互斥模型（VSEPR） Abm价层电子对 = σ键 + 孤电子对 分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。 中心原子上孤电子对数 ＝ ( a – xb ± c ) 1 2 a = 中心原子的价电子数 = 主族序数 x = 与中心原子结合的原子数 b= 其他原子的可接受电子数 = 8-族序数 c = 离子所带电荷数（阴加阳减） （H=1，氧族：b=2 ，卤族：b=1 ） ② 中心原子上的孤电子对数 a：根据公式计算 a(价电子数) x(原子数) b(最多容纳电子数) 孤电子对数 CH4 NH3 H2O 4 5 6 4 3 2 1 1 1 0 1 2 10 三、价层电子对互斥模型 价层电子对互斥模型（VSEPR） Abm价层电子对 = σ键 + 孤电子对 分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。 离子 中心原子 a x b c 孤电子对数 NH4+ CO32- SO42- N C 1 4 5 4 3 2 S 6 4 2 -1 +2 +2 0 0 0 中心原子上孤电子对数 ＝ ( a – xb ± c ) 1 2 a = 中心原子最外层电子数 = 主族序数 x = 与中心原子结合的原子数 b= 其他原子的可接受电子数 = 8-族序数 c = 离子所带电荷数（阴加阳减） （H=1，氧族：b=2 ，卤族：b=1 ） 11 三、价层电子对互斥模型 价层电子对互斥模型（VSEPR） 价层电子对 = σ键 + 孤电子对 分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。 ② 中心原子上的孤电子对数 b：根据电子式直接确定 0 0 0 0 2 1 12 三、价层电子对互斥模型 价层电子对数 VSEPR 模型 σ键+孤电子对 空间结构 键角 n=2 n=3 n=4 直线形 平面三角形 四面体形 VSEPR模型 与 分子/离子空间结构 2+0 直线形 3+0 2+1 平面三角形 V形 4+0 3+1 2+2 正四面体形 三角锥形 V形 180° 120° 109°28′ 价层电子对=5 VSEPR模型为：三角双锥 价层电子对=6 VSEPR模型为：八面体形 价层电子对互斥构型（VSEPR模型）是价层电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对的空间构型，不包括孤电子对。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，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。 13 三、价层电子对互斥模型 化学式 BeCl2 SO2 CO32- CH4 NH4+ NH3 H2O σ键电子对 孤电子对 价层电子对 VSEPR模型 分子模型 2 2 3 4 3 2 0 1 0 0 1 2 2 3 3 4 4 4 直线 平面 三角 平面 三角 四面体 四面体 四面体 直线 V形 平面 三角 正四 面体 三角锥 V形 4 0 4 四面体 正四 面体 略去互斥模型中心原子的孤电子对，得分子的立体构型。 VSEPR模型 与 分子/离子空间结构 14 三、价层电子对互斥模型 思考 ①、标出CH4、NH3、H2O的键角 ②、CH4、NH3、H2O的VSEPR模型均为四面体形，为什么分子内键角不同，且越来越小？ CH4 H2O NH3 CH4 109°28′ NH3 107° H2O 105° H2O中含有两对孤电子对，NH3中含有一对孤电子对，CH4中不含孤电子对。 孤电子对排斥共价键，使键角缩小 5、VSEPR模型应用 ① 预测分子空间结构 ② 判断分子中键角的大小 15 三、价层电子对互斥模型 ③H2O和H2S都是V形结构，键角：H2O>H2S ？ NH3，PH3 和NF3 同为三角锥形结构，键角：NH3>PH3 ，NH3>NF3？从电负性的角度分析。 1. 中心原子的电负性越大，成键电子对更靠近中心原子，成键电子对之间斥力增大，键角增大。 如H2O>H2S ， NH3>PH3 2. 配位原子的电负性越大，成键电子对远离中心原子，成键电子对之间斥力减小，键角减小。 如NH3>NF3 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 三、价层电子对互斥模型 价层电子对互斥理论的注意事项 ①、由于孤电子对有较大斥力， 含孤电子对的分子的实测键角几乎都小于VSEPR模型的预测值。 ③、价层电子对互斥模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。 ②、孤电子对与成键电子对（共价键）相互排斥，影响键角。规律为： 孤电子对越多 → 对键的斥力越大 → 键角越小 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 17 直线 平面 四面体 平面 注意：多中心原子的分子，中心原子孤电子对的计算公式不适合。 【能力提升】 C2H2、C2H4、C2H6、苯分子中碳原子的空间构型如何？ 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 【例1】正误判断 (1)分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构是相同的 (2)SO2与CO2的分子组成相似，故它们分子的空间结构相同 (3)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的键角小于180° (4)根据价层电子对互斥模型可以判断H3O＋与NH3的分子(或离子)的空间结构一致 × × √ √ 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 【例2】用价层电子对互斥模型(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．SO2、CS2、HI 都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2 键角大于120° C．CH2O、BF3、SO3 都是平面三角形的分子 D．PCl3、NH3、PCl5 都是三角锥形的分子 课堂练习 C 【例3】在白磷(P4)分子中，4个P原子分别处在正四面体的四个顶点，结合有关P原子的成键特点，下列有关白磷的说法正确的是(　　) A．白磷分子的键角为109°28′ B．分子中共有4对共用电子对 C．白磷分子的键角为60° D．分子中有6对孤电子对 C 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 三、价层电子对互斥模型 思考1 计算CO2、SO2、H2O、NH3 、CH4的σ键数、孤电子对数与价层电子对数 分子 CO2 SO2 H2O NH3 CH4 σ键数 孤电子对数 价电子对数 2 2 2 4 3 0 1 2 0 1 2 3 4 4 4 思考2 计算CO32-、SO42-、 H3O+、NH4+ 的σ键数、孤电子对数与价层电子对数 离子 CO32- SO42- H3O+ NH4+ σ键数 孤电子对数 价电子对数 3 4 3 4 0 0 1 0 3 3 4 4 中心原子上孤电子对数＝ ( a – xb ± c ) 1 2 价层电子对 = σ键 + 孤电子对 21 二、多样的分子空间结构 常见的分子构型   化学式 结构式 键角 分子的 空间结构 三原子 分子 CO2 H2O O=C=O V形 直线形 180° 107° 四原子 分子 NH3 BF3 HCHO B F F F O H H N H H H C= H H O 120° 107° 120° 平面正三角形 三角锥形 平面三角形 22 二、多样的分子空间结构 常见的分子构型   化学式 结构式 键角 分子的 空间结构 五原子 分子 CH4 CH3Cl 109°28′ 正四面体形 四面体形 23 第二节　分子的空间结构　 2.1 杂化轨道理论 第二章 分子结构与性质 【思考】写出碳原子、氢原子的轨道表示式，思考1个C原子能结合多少个H原子？ CH4 思考 根据电子配对原理（有几个未成对电子就可形成几个共价键）， C原子应该只能形成2个共价键。 但经实际测定，C原子能够形成4个共价键（CH4-正四面体） 鲍林提出：杂化轨道理论 1s 2s 2p 6C 1s 1H 25 杂化轨道理论 杂化轨道理论 1. 定义：同一原子能量相近的不同类型原子轨道，重新组合生成与原轨道数相等的一组能量相等的杂化原子轨道。 价层电子 空轨道 杂化轨道 激发 轨道重新组合 杂化轨道理论 杂化实例：CH4的形成 ①、C原子2s上的一个电子 跃迁到能量接近的2p轨道上 sp3 ②、这四个能量接近的轨道合并重新分配， 形成数目不变、方向不同、能量相同的轨道 杂化 1s 1s 1s 1s ③、4个sp3杂化轨道再分别与4个H原子的1s轨道“头碰头”重叠，形成4个σ键， 键角109°28′，呈正四面体型 跃迁 杂化轨道理论 sp3 杂化 由1个s 轨道与3个p 轨道杂化形成 【判断方法】 价层电子对数=4的分子，中心原子为sp3杂化 【代表分子】 CH4、NH3、H2O…… 以CH4为例： 基态 吸收能量 混杂 激发态 杂化轨道 C 2p ↑ ↑ ↑ 2s ↓ sp3杂化轨道是由______ns轨道和______np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有_____ s 和____ p 的成分。 1个 3个 1/4 3/4 2p ↑ ↑ ↑ 2s ↓ sp3 ↑ ↑ ↓ ↑ 28 杂化轨道理论 sp3 杂化 由1个s 轨道与3个p 轨道杂化形成 x y z 原轨道 杂化轨道 C原子 价层电子对数 数目 形状和方向是否相同 成键能力变化 4个 4个 形状和方向发生改变 成键能力增强 x y z x y z z x y z 109°28′ 4对 轨道间的夹角为109°28′，空间构型为正四面体形 4个s-sp3σ键 以CH4为例： 29 杂化轨道理论 【思考1】写出N的价电子轨道表示式，观察NH3的电子式，根据共价键的饱和性，思考N不杂化能否形成NH3？ 如果可以形成，根据共价键的方向性和轨道的伸展方向，H−N−H键角应为多少度？ 分子 键角 NH3 107° 90° ↑↓ ↑ ↑ ↑ N 2s 2p 可以 N不杂化也能形成NH3 ，H−N−H键角应为90°，但是实际上键角为107°，说明N发生了sp3杂化。 30 杂化轨道理论 【思考2】N采用sp3杂化，在4个杂化轨道中电子如何填充？ sp3 ↑↓ ↑ ↑ ↑ N 孤电子对 σ键单电子 107° 31 杂化轨道理论 sp2 杂化 【判断方法】 价层电子对数=3的分子，中心原子为sp2杂化 【代表分子】 BF3、C2H4 、SO3、NO3- 以BF3为例： 基态 吸收能量 混杂 激发态 杂化轨道 2p B ↑ ↑ 2s ↓ sp2杂化轨道是由______ns轨道和______np轨道杂化而成，每个sp2杂化轨道都含有____ s 和_____ p 的成分。 1个 2个 1/3 2/3 2p ↑ ↑ ↑ 2s sp2 ↑ ↑ ↑ 由1个s 轨道与2个p 轨道杂化形成 杂化轨道理论 sp2 杂化 以BF3为例： 由1个s 轨道与2个p 轨道杂化形成 x y z x y z z x y z x y z 120° sp2杂化后，未参与杂化的np轨道垂直于3个sp2杂化轨道平面，可用于形成π键。 sp2杂化轨道夹角为120°，呈平面三角形。 价层电子对数：3 杂化轨道理论 sp 杂化 【判断方法】 价层电子对数=2的分子，中心原子为sp杂化 【代表分子】 C2H2（乙炔） 、BeCl2 、CO2 以BeCl2为例： 基态 吸收能量 混杂 激发态 杂化轨道 2p Be ↑ 2s ↓ sp杂化轨道是由______ns轨道和______np轨道杂化而成，每个sp杂化轨道都含有____ s 和_____ p 的成分。 1个 1个 1/2 1/2 2p ↑ ↑ 2s sp ↑ ↑ 由1个s 轨道与1个p 轨道杂化形成 杂化轨道理论 sp 杂化 以BeCl2为例： 由1个s 轨道与1个p 轨道杂化形成 x y z x y z z x y z x y z 180° sp杂化后，未参与杂化的2个np轨道与2个sp杂化轨道的伸展方向相互垂直，也可以用于形成π键。 sp杂化轨道夹角为180°，呈直线形。 杂化轨道理论 杂化轨道理论 1、杂化条件 只有在形成化学键时才能杂化 只有能量相近的轨道间才能杂化 2、杂化特点 ①. 数目不变：杂化前后轨道总数不变； ③. 排斥力最小：为使杂化轨道间的斥力最小，杂化轨道尽可能远离； ②. 更易成键：各杂化轨道能量、形状相同，成键能力增强； ④. 杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对； 3、杂化类型 sp、sp2、sp3…… 杂化轨道理论 杂化的3种判断方法 方法一：根据杂化轨道数目判断（通法） 价层电子对数目 2 3 4 5 …… 杂化类型 sp sp2 sp3 sp3d等 …… 杂化轨道数目＝价层电子对数目＝σ键电子对＋中心原子的孤电子对数目 方法二、根据杂化轨道的空间分布（键角）判断 键角 180º 120º 109º28′ 杂化类型 sp sp2 sp3 杂化轨道理论 方法三：有机物中C原子杂化类型的判断： 单键：采取sp3杂化， 双键：采取sp2杂化， 三键：采取sp杂化； sp sp2 sp3 sp3 —C≡C—CH=CH2 H3C—O— C: sp2杂化 p轨道 sp2 sp2杂化轨道有3个杂化轨道用于形成σ键(单电子)， 未参与杂化的一个p轨道用于形成π键 （苯分子的6个C可以共同形成一个大π键） ↑ ↑ ↓ ↑ 思考：苯中C原子的杂化方式 孤电子对数 化学式 价层电子对数 σ键电子对数 VSEPR模型 中心原子 杂化类型 粒子的真实空间结构 SO2 H2S SO3 NCl3 2 2 4 四面体形 sp3杂化 V形 1 2 3 平面三角形 sp2杂化 V形 0 3 3 平面正三角形 sp2杂化 平面正三角形 1 3 4 四面体形 sp3杂化 三角锥形 SO42- 0 4 4 四面体形 sp3杂化 正四面体形 0 3 3 CO32- 平面正三角形 sp2杂化 平面正三角形 39 小结 σ键对数 孤电子对数 分子的立体构型 VSEPR模型 价层电子对数 杂化轨道类型 孤电子对数 σ键个数 (a-xb)/2 2 3 4 sp sp2 sp3 2 3 4 直线形 平面三角形 四面体 课堂练习 √ √ √ √ × 【例1】正误判断 (1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子 (2)只有能量相近的轨道才能发生杂化 (3)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键 (4)轨道杂化前后轨道数目可以相等，也可以不等 (5)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 (6)凡AB3型共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键 (7)C2H4分子中的键角都约是120°，则碳原子的杂化方式是sp2 × √ 课堂练习 【例2】判断下列有机物中C原子的杂化类型 (1)CH3CH2CH3 (2)CH3CH=CH2 (3)CH≡C-CH=CH2 sp3 sp3 sp3 sp3 sp2 sp2 sp sp sp2 sp2 【例3】下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳了1个孤电子对的是 A、CH4、NH3　　　　　　　　　B、BBr3、SO32- C、SO2、BeCl2　　　　　　　　　D、PCl3、H3O＋ D 【例5】下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是 ①BF3　② 　　　③CH≡CH　④NH3　⑤CH4 A.①②　　　　B.①⑤　　　　C.③④　　　　D.③⑤ A 课堂练习 三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体。 已知三聚氰胺的结构简式如图所示。 请回答下列问题： (1) 写出基态碳原子的电子排布式：____________。 (2) 三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂化轨道类型分别是_____、______。 (3) 一个三聚氰胺分子中有_____个σ键。 1s22s22p2　 sp2 sp3 15 $