第2章 第2节 第1课时 分子空间结构的理论分析-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2教师用书word（鲁科版）

本讲义聚焦高中化学“共价键与分子的空间结构”核心内容，系统梳理杂化轨道理论（sp、sp²、sp³类型及要点）、价电子对互斥理论，结合CH₄、NH₃、BeCl₂等典型分子空间结构分析，构建从理论提出到应用的学习支架。 资料以理论与实例结合为特色，通过杂化过程图、分子结构示意图辅助理解，题点训练涵盖判断、选择、综合题，培养科学思维（模型建构、证据推理）和科学探究能力。课中助力教师突破孤电子对计算等难点，课后帮助学生巩固知识，查漏补缺。

第2节　共价键与分子的空间结构 学习目标 重点难点 1.了解杂化轨道理论的基本内容,能根据有关理论判断简单分子或离子的立体构型。 2.理解价电子对互斥理论和等电子原理,能根据价电子对互斥理论、等电子原理判断简单分子的空间结构。 3.了解手性分子的概念,会判断不对称碳原子。 4.学会判断简单分子的极性情况,知道分子的空间结构与分子极性的关系。 重点 1.应用价电子对互斥理论预测简单分子或离子的空间结构。 2.应用杂化轨道理论解释分子的空间结构。 难点 1.中心原子上的孤电子对数的计算。 2.用杂化轨道理论解释含有孤电子对的分子的空间结构。 第一课时　分子空间结构的理论分析 探究新知(一)——杂化轨道理论 1.杂化轨道理论的提出 (1)基态碳原子的价电子排布及原子轨道图 基态碳原子价电子排布 (2)杂化轨道理论的提出 研究事实:甲烷(CH4)——正四面体形结构,H—C—H键角为109°28'。分子结构如图: 根据价键理论,碳原子的价电子中只有两个未成对的2p电子。若碳原子与氢原子结合,应形成 CH2而不是 CH4,即使碳原子的一个 2s电子受外界条件影响跃迁到2p空轨道,使碳原子具有四个未成对电子,但这四个价电子的原子轨道是3个相互垂直的2p轨道与1个球形的 2s 轨道,它与四个氢原子形成的分子也不应当具有规则的正四面体形结构。为了解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论。 2.杂化轨道理论 (1)杂化轨道的含义 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作原子轨道的杂化,组合后形成的一组新的原子轨道叫作杂化原子轨道,简称杂化轨道。 (2)甲烷(CH4)分子中碳原子的杂化类型 (3)杂化轨道理论的要点 杂化轨道的能量相同 原子在成键时,同一原子内能量相近的原子轨道重新组合形成新的、能量相同的原子轨道 杂化前后轨道数相同 参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数 杂化轨道更易形成共价键(σ键) 杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中,从而使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大,形成的共价键更牢固 杂化轨道间的夹角分布最大化 杂化轨道的能量相同,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,夹角也不同 (4)杂化轨道的类型 杂化类型 sp sp2 sp3 用于杂化的原 子轨道及数目 ns 1 1 1 np 1 2 3 杂化轨道的数目 2 3 4 杂化轨道间的夹角 180° 120° 109°28' [微点拨]　①原子在成键时,同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成轨道数相等的杂化轨道。 ②杂化轨道可用于形成σ键,也可用来容纳未参与成键的孤电子对,不可形成π键。 ③原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生,单个的原子是不可能发生杂化的。 [题点多维训练] 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)任意能级的s轨道和p轨道都可以形成杂化轨道。 (×) (2)sp3杂化轨道是平面形,夹角120°。 (×) (3)有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道。 (√) (4)同一类型的杂化轨道能量相同。 (√) 2.ns轨道和np轨道杂化的类型不可能有 (　　) A.sp杂化 B.sp2杂化 C.sp3杂化 D.sp4杂化 解析:选D　p能级只有3个轨道,不可能有sp4杂化。 3.关于原子轨道的说法正确的是 (　　) A.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 B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的 C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相同的新轨道 D.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 解析:选C　中心原子采取sp3杂化,分子的空间结构可能为正四面体形,但如果中心原子还有孤电子对,分子的空间结构不是正四面体形。CH4分子中的sp3杂化轨道是C原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的。AB3型的共价化合物,A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。 探究新知(二)——典型分子的空间结构 导学设计 1.如何用杂化轨道理论解释BeCl2分子的空间结构? 提示:基态铍原子的核外电子排布式为1s22s2,从表面上看铍原子似乎不能形成共价键,但是在激发态下,铍原子2s轨道上的一个电子可以进入2p空轨道,经过杂化形成两个sp杂化轨道,如图1所示。 铍原子的两个sp杂化轨道分别与两个氯原子的3p轨道重叠形成两个sp⁃p σ键。由于杂化轨道间的夹角为180°,所以BeCl2分子的空间结构为直线形,如图2所示。 2.硼氮苯是由硼与氮形成的类似苯的化合物,分子式为B3N3H6,俗称无机苯,又称环硼氮六烷。无机苯遇水会发生水解反应,水解产物为氨气与硼酸。如图是硼氮苯的结构式。 根据硼氮苯的结构式,回答以下问题: (1)已知硼氮苯的结构与苯的结构相似,均是平面正六边形结构,则硼氮苯中N原子和B原子的轨道杂化方式是什么? 提示:由于B原子和N原子均为平面结构,故二者的杂化方式均是sp2杂化。 (2)硼氮苯中,主要有哪几种类型的共价键? 提示:主要有B与H之间sp2⁃s σ键、N与H之间sp2⁃s σ键、B和N之间的sp2⁃sp2 σ键和一个大π键。 [系统融通知能] (一)5类典型分子的空间结构分析 1.CH4分子的空间结构 CH4分子中碳原子的杂化过程如图: 四个杂化轨道的未成对电子与四个氢原子的1s电子配对形成σ键。因为四个共价键的键长、键角均相同,所以CH4分子的空间结构为正四面体形。 2.乙烯分子的空间结构 乙烯分子中碳原子的杂化过程如图: 乙烯分子中每个碳原子的杂化轨道中含一个未成对电子,两个碳原子各以一个sp2杂化轨道形成一个σ键,每个碳原子都以另外两个sp2杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个σ键,剩下的一个未参与杂化的2p轨道以“肩并肩”的方式重叠,形成一个π键。 3.乙炔分子的空间结构 乙炔分子中碳原子的杂化过程如图: 乙炔分子中碳原子的杂化轨道中各含一个未成对电子,两个碳原子各用一个sp杂化轨道形成一个σ键,再用另外一个sp杂化轨道分别与氢原子的1s轨道形成一个σ键,剩下的两个未参与杂化的2p轨道以“肩并肩”的方式重叠,形成两个π键。 4.苯分子的空间结构与大π键 5.NH3分子的空间结构 (1)NH3分子为三角锥形,分子中N—H键的键角为107.3°,分子空间结构如图: (2)NH3分子中N原子的杂化类型及成键情况: 氮原子的 2s 和 2p 轨道发生杂化,形成4个sp3杂化轨道,夹角应为109°28'。其中3个sp3杂化轨道与H原子的1s轨道形成3个sp3⁃s σ键,剩余一个杂化轨道,存在一对未成键电子,称为孤电子对。它对成键电子对的排斥作用较强,使3个N—H键的键角减小,空间结构发生变化。 (二)ABm型分子的杂化轨道类型与分子的空间结构 ABm 中心原子 杂化类型 杂化轨道 空间结构 分子 空间结构 实例 AB2 sp 直线形 直线形 CO2、CS2、 BeCl2等 AB3 sp2 平面 三角形 平面 三角形 BF3、BCl3、BBr3、SO3、N等 AB2 角形 SO2 AB4 sp3 正四 面体形 正四面 体形 CH4、SiF4、N、S、P、Si AB3 三角锥形 NH3、PCl3、NF3 AB2或A2B 角形 H2S、N、H2O [题点多维训练] 1.下列有关苯分子的说法不正确的是 (　　) A.苯分子中C原子均以sp2杂化方式成键,形成夹角为120° 的三个sp2杂化轨道,故为正六边形的碳环 B.每个碳原子还有一个未参与杂化的2p轨道,垂直碳环平面,相互重叠,形成大π键 C.大π键中6个电子被6个C原子共用,故称为6中心6电子大π键 D.苯分子中共有六个原子共面,六个碳碳键完全相同 解析:选D　苯分子中共有12个原子共面。 2.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为sp3杂化,为三角锥形 B.BCl3中B为sp2杂化,为平面三角形 C.CS2中C为sp杂化,为直线形 D.H2S中S为sp杂化,为直线形 解析:选D　PCl3中P的价电子对数=3+=4,根据价电子对互斥理论判断P为sp3杂化,为三角锥形,故A正确;BCl3中B的价电子对数=3+=3,根据价电子对互斥理论判断B为sp2杂化,为平面三角形,故B正确;CS2中C价电子对数=2+=2,根据价电子对互斥理论判断C为sp杂化,为直线形,故C正确;H2S中S的价电子对数=2+=4,根据价电子对互斥理论判断S为sp3杂化,为角形,故D错误。 3.甲醛水溶液俗称福尔马林,具有防腐杀菌性能,可用来浸制生物标本。甲醛具有防腐杀菌性能的原因主要是构成生物体的蛋白质中的氨基能跟甲醛发生反应。 (1)下列有关甲醛分子的说法正确的是　　　　　(填字母)。   ①碳原子采取sp杂化 ②甲醛分子为三角锥形结构 ③碳原子采取sp2杂化 ④甲醛分子为平面三角形结构 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ (2)如图是甲醛分子的模型,根据下图和所学化学知识回答下列问题: ①甲醛分子中碳原子采取(1)中的杂化方式的主要理由是　　　　　　　　　　　　　　　　。  ②下列对甲醛分子中碳氧键的判断中,正确的是　　　　(填字母)。  a.单键　b.双键　c.σ键　d.π键　e.σ键和π键 (3)甲醛分子的结构式如图所示,用2个Cl取代甲醛分子中的H可得到碳酰氯,下列描述正确的是　　　　(填字母)。   A.1个甲醛分子中含有4个σ键 B.碳酰氯分子中的C原子采取sp3杂化 C.甲醛分子中的H—C—H键角与碳酰氯分子中的Cl—C—Cl键角相等 D.碳酰氯分子的空间结构为平面三角形,1个该分子中存在1个π键 解析:(1)甲醛(CH2O)分子中的碳原子采取sp2杂化,C原子的价电子对数为3,孤电子对数为0,则甲醛分子的空间结构为平面三角形。(2)①由题图可知,甲醛分子的空间结构为平面三角形,所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。②甲醛分子中的碳氧键是双键,1个碳氧双键中含有1个σ键和1个π键。(3)1个甲醛分子中含有3个σ键,A不正确;碳酰氯分子中的C原子采取sp2杂化,B不正确;根据价电子对互斥理论可知,碳酰氯分子中的每个氯原子有3对孤电子对,孤电子对的斥力比成键电子对大,所以甲醛分子中的H—C—H键角与碳酰氯分子中的Cl—C—Cl键角不相等,C不正确;碳酰氯分子的空间结构为平面三角形,1个碳氧双键中含有1个π键,D正确。 答案:(1)C (2)①甲醛分子的空间结构为平面三角形　②be (3)D 学科网（北京）股份有限公司 $