2.1 共价分子的空间结构 第2课时（教学课件）化学沪科版选择性必修2

该高中化学课件聚焦分子空间结构的分析与预测，涵盖键角、杂化轨道理论及VSEPR模型，通过CO₂与H₂O等分子结构差异的问题导入，衔接共价键知识，设置概念学习、拓展延伸等支架引导学生逐步深入。 其亮点在于以问题驱动结合模型建构，通过键角表格对比、sp³杂化解释CH₄结构、VSEPR计算SO₂孤电子对等实例，培养科学思维与化学观念。学生能系统掌握分析预测方法，教师可依托典型范例和实战练习高效突破重点。

第2章 分子结构与性质 2.1　 共价分子的空间结构 第2课时 分子空间结构的分析与预测 沪科版选择性必修2 知识导航 共价分子空间结构的预测 2 分子空间结构的分析 1 知识导航 明·学习目标 1.了解共价分子具有一定的空间结构。 2.运用相关理论和模型解释和预测分子的空间结构。 引·新课导入 1940年，希吉维克和坡维尔在总结实验事实的基础上提出了一种简单的理论模型，用以预测简单分子或离子的立体结构。这种理论模型后经吉列斯比和尼霍尔姆在20世纪50年代加以发展，定名为价层电子对互斥模型，简称VSEPR。 三原子分子CO2和H2O、四原子分子NH3和CH2O，为什么它们的空间结构不同？ 01 分子空间结构的分析 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 键角 105° H2O V形（角形） 107° NH3 三角锥形 180° CO2 直线形 【拓展延伸】键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得 【概念学习】阅读教材p36，回答什么是键角？ 【探讨交流】观察下列模型，试分析不同分子的键角。 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 键角 (2)分子的许多性质都与键角有关。 (1)描述分子空间结构，键长和键角决定分子的空间结构。 【思考交流】键角有何应用？ 键角是描述分子空间结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关 180° CO2——直线形 105° H2O——V形（角形） 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 键角 常见分子中的键角与分子空间结构 化学式 结构式 键角 空间结构 CO2 180° 直线形 H2O 105° V形 NH3 107° 三角锥形 BF3 120° 平面三角形 CH4 109°28′ 正四面体形 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 甲烷分子呈正四面体形，它的4个C-H的键长相同，H-C-H的键角为109°28′。根据价键理论，甲烷的4个C-H单键都应该是σ键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 为了解决这一矛盾，1931年由鲍林等人在价键理论的基础上提出杂化轨道理论，它实质上仍属于现代价键理论，但是它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。 杂化轨道理论的内容：在外界条件影响下，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做原子轨道的杂化。 杂化轨道：重新组合后形成的一组新的能量相同的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。 鲍林 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 CH4的正四面体形是怎么形成的？ C：2s22p2 电子激发 sp3 　 由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道。 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 1s 1s 1s 1s (1)观察杂化过程,分析原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化?轨道的形状是否发生改变？轨道空间伸展方向是否改变？ (2)发生杂化的轨道有什么要求? 4个sp3杂化轨道均为哑铃型，一头大，一头小，伸向四面体的四个顶点，夹角109°28′ 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 杂化轨道理论及要点 轨道的杂化 在外界条件的影响下，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做原子轨道的杂化。 形 成 杂化轨道 杂化后形成的新的能量相同、方向不同的一组原子轨道 杂化轨道理论要点 (1)只有在形成化学键时才能杂化 (2)只有能量相近的轨道间才能杂化（同一能级组或相近能级） ①同一原子中能量相近的原子轨道可以重新组合，形成新的杂化轨道。 ②杂化前后轨道数目不变，新形成的几个杂化轨道能量相同。 ③杂化轨道的形状发生了变化，更有利于有效地重叠，成键能力更强。 ④杂化轨道的伸展方向发生变化，杂化轨道在空间力求最大夹角（排斥力最小）。 不变? 改变? 轨道能量发生变化 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 【阅读思考】阅读教材p38，分析如何形成sp3杂化？ sp3杂化 C：2s22p2 2s 2p 激发 2s 2p sp3 sp3杂化 【归纳总结】形成CH4时，C原子1个2s轨道和3个2p轨道混杂，形成4个新的能量相同、方向不同的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—H σ键。 1.sp3杂化 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 2.sp2杂化 【分析思考】依据sp3杂化，类比分析，什么是sp2杂化？ C：2s22p2 【分析归纳】由1个s轨道和2个p轨道混杂并重新组合成3个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为 sp2杂化轨道。 x y z x y z z x y z x y z 120° 平面三角形 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 平面三角形 【思考交流】C原子中，形成的sp2杂化轨道与未参与杂化的p轨道的空间位置如何？ 未参与杂化的p轨道垂直于杂化轨道平面 【分析思考】用杂化轨道理论解释乙烯分子的空间结构 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 乙烯成键示意图 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 B的价层电子排布： 电子跃迁 混杂 2s 2p 基态硼原子 2s 2p 激发态 sp2 杂化轨道 2p 120° 2s22p1 BF3分子中心原子杂化轨道的形成过程Sp2 杂化 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 【分析思考】尝试分析什么是sp杂化？ C：2s22p2 x y z x y z z x y z x y z 180° 直线 3.sp杂化 【分析归纳】由1个s轨道和1个p轨道混杂并重新组合成2个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为 sp杂化轨道。 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 3.sp杂化 【分析思考】用杂化轨道理论解释乙炔分子的空间结构 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，没有填充电子的空轨道一般不参与杂化。而两个原子之间只能形成一个σ键，所以： 杂化轨道数目 = 价层电子对数目 = σ键电子对数目 + 中心原子的孤电子对数目。 杂化轨道的类型与分子轨道的关系 分子空间结构的分析 探·知识奥秘 杂化轨道理论 当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道 示意图       实例 BeCl2 BF3 CH4 分子结构 示意图 分子空间结构 直线形 平面正三角形 正四面体形 析·典型范例 1.氨分子的空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为 A.两种分子的中心原子杂化类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化 B.NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道 C.NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 D.NH3分子中氮元素的电负性比CH4分子中碳元素的电负性大 D 析·典型范例 A 2.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 02 共价分子空间结构的预测 共价分子空间结构的预测 探·知识奥秘 价层电子对互斥理论 1940年，西 奇 威 克和鲍威尔在总结实验事实的基础上提出了一种简单的理论模型，用以预测简单分子或离子的立体结构。这种理论模型后经吉列斯比和尼霍尔姆在20世纪50年代加以发展，定名为价层电子对互斥模型，简称VSEPR。 三原子分子CO2和H2O、四原子分子NH3和CH2O，为什么它们的空间结构不同？ 共价分子空间结构的预测 探·知识奥秘 价层电子对互斥理论 价层电子对互斥模型认为：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。 对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的σ键电子对和未成键的孤电子对)之间由于存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对相互排斥最弱的那种结构，以使彼此之间斥力最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定。 价层电子对 互相排斥 尽可能远离 能量最低最稳定 共价分子空间结构的预测 探·知识奥秘 1.σ键电子对数由化学式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。除中心原子外，其余原子与中心原子均形成一个σ键，故 σ键电子对数=结合的原子数。 ②该理论不适合中心原子为过渡金属的分子。 注意： ①多重键只计算σ键电子对，不计π键电子对。即，共价单键、双键、三键计算时，都只计入一个σ电子对。 价层电子对数 = σ键电子对数 + 孤电子对数 价层电子对互斥理论 共价分子空间结构的预测 探·知识奥秘 a表示中心原子的价电子数 对主族元素：a = 最外层电子数； 对于阳离子：a = 价电子数 - 离子所带电荷数； 对于阴离子：a = 价电子数 + 离子所带电荷数。 2.中心原子孤电子对数 = b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。 氢为1，其他原子 = 8 - 该原子的价电子数。 x表示与中心原子结合的原子数。 示例： SO2的中心原子为S，S的价电子数为6(即S的最外层电子数为6)，则a＝6； 与中心原子S结合的O的个数为2，则x＝2； 与中心原子结合的O最多能接受的电子数为2，则b＝2； 故SO2中的中心原子S上的孤电子对数为1； 故SO2中的中心原子S上的价层电子对数为3。 注意：有时计算出来的孤电子对数不是整数，如NO2为0.5，这时要按1来对待，因为单电子也要占据一个轨道。 价层电子对互斥理论 共价分子空间结构的预测 探·知识奥秘 根据价层电子对的计算方法补充下列表格。 分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数 CO2 SO2 CO32- NH4+ C 4+2＝6 3 2 (6-3×2)÷2＝0 N 5-1＝4 4 1 (4-4×1)÷2＝0 C 4 2 2 (4-2×2)÷2＝0 S 6 2 2 (6-2×2)÷2＝1 价层电子对互斥理论 共价分子空间结构的预测 探·知识奥秘 VSEPR模型的应用 【模型应用】VSEPR模型有何应用？ 无孤对电子： 有孤对电子： 价层电子对数 → VSEPR 模型 VSEPR模型即分子空间结构 略去孤对电子，剩下是分子或离子空间结构 预测分子或离子空间结构 【交流探讨】以ABn型分子为例，分析预测分子或离子空间结构的基本思路 共价分子空间结构的预测 探·知识奥秘 分子或 离子 价层电子对数 VSEPR模型及名称 分子或离子 空间结构及名称 CO2 CH4 试结合所学分析下列中心原子不含孤电子对的分子，并填写表格。 2 直线形 直线形 3 平面三角形 平面三角形 4 正四面体形 正四面体形 VSEPR模型的应用 共价分子空间结构的预测 探·知识奥秘 中心原子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥，则 VSEPR模型与分子的空间结构不一致，此时推测分子的立体模型必须略去 VSEPR模型中的孤电子对。 分子或 离子 价层电子对数 孤电子对数 VSEPR模型 及名称 分子或离子的 空间结构及名称 NH3 H2O H3O＋ SO2 4 1 四面体形 三角锥形 4 2 四面体形 V形 4 1 四面体形 三角锥形 3 1 平面三角形 V形 VSEPR模型的应用 析·典型范例 1.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、S C.SO2、BeCl2　　　　　　　　　D.PCl3、H3O＋ D 析·典型范例 2.用价层电子对互斥模型完成下列问题(加“·”的原子为中心原子)。   σ键电子对数 孤电子对数 空间结构                                           2 2 V形 2 2 V形 3 1 三角锥形 2 1 V形 4 0 正四面体形 2 2 V形 2 2 V形 练·技能实战 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原子为sp3杂化，三角锥形 B.N中N原子为sp3杂化，正四面体形 C.H2S中S原子为sp杂化，直线形 D.SO2中S原子为sp2杂化，V形 C 练·技能实战 2.下列有关于sp2杂化轨道的说法错误的是（ ） A.由同一能层上的s轨道和p轨道杂化而成 B.共有3个能量相同的杂化轨道 C.每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一 D.sp2杂化轨道最多可形成2个σ键 D 练·技能实战 3.已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是 A.X原子一定是sp2杂化 B.X原子一定为sp3杂化 C.X原子上一定存在孤电子对 D.VSEPR模型一定是平面三角形 C 练·技能实战 4.运用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间结构。 (1) BeCl2 　　 　　　;  (2) SCl2　　　 ;  SO32-___________;  (4) PF3　　 　 ; (5) H2Se　　　 ; (6) BBr3____________; (7) CHCl3　 　　; (8) SiF4____________。 直线形 V形 三角锥形 三角锥形 V形 平面三角形 四面体形 正四面体形 感谢 您的聆听 THANKS 沪科版选择性必修2 Lavf58.41.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.18(fixed_gap:False) COeq \o\al(2－,3) eq \o(S,\s\do10(·))Cl2 eq \o(P,\s\do10(·))Cl3 eq \o(S,\s\do10(·))O2 eq \o(S,\s\do10(·))Oeq \o\al(2－,4) eq \o(O,\s\do10(·))F2 eq \o(Cl,\s\do10(·))Feq \o\al(＋,2) H2eq \o(Se,\s\do10(·)) $