【第1课时一些典型分子的空间构型】之小船创作目标与素养：1.了解典型的分子空间构型，能够制作典型分子的空间模型。
(科学探究)2.了解杂化轨道理论，掌握常见的杂化轨道类型。
(模型认知)3.能够应用杂化轨道理论解释典型分子的空间构型。
(宏观辨识与微观探究)一、甲烷分子的空间构型CH4化学式分子结构示意图填充模型球棍模型1.杂化轨道在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合的过程叫做原子轨道的杂化，组合后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。
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。
通常，有多少个原子轨道参加杂化，就形成多少个杂化轨道。
2．甲烷中碳原子的杂化类型3．杂化轨道的类型根据杂化轨道理论，形成苯分子时每个碳原子的价电子原子轨道发生sp2杂化(如s、p x、p y)，由此形成的三个sp2杂化轨道在同一平面内。
这样，每个碳原子的两个sp2杂化轨道上的电子分别与邻近的两个碳原子的sp2杂化轨道上的电子配对形成σ键，于是六个碳原子组成一个正六边形的碳环；每个碳原子的另一个sp2杂化轨道上的电子分别与一个氢原子的1s电子配对形成σ键。
与此同时，每个碳原子的一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道(如2p z)均含有一个未成对电子。
这六个碳原子的2p轨道相互平行，它们以“肩并肩”的方式相互重叠，从而形成含有六个电子、属于六个碳原子的π键。
人们把这种在多原子间形成的多电子的π键称为大π键。
所以，在苯分子中，整个分子呈平面正六边形，六个碳碳键完全相同，键角皆为120°。
三、价电子对互斥理论与等电子原理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，尽可能趋向于彼此远离。
(2)(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。
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构型和化学键类型等结构特征。
(2)应用①判断一些简单分子或离子的空间结构。
a．SO2－4、PO3－4等离子具有AX4通式，价电子总数为32，中心原子采取sp3杂化，呈四面体空间构型。
b．SO2－3、PO3－3等离子具有AX3通式，价电子总数为26，中心原子采取sp3杂化，由于存在一对孤对电子，分子空间构型呈三角锥形。
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。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道。
(√)(2)杂化轨道用于形成π键。
(×)(3)苯分子中C原子发生sp2杂化。
(√)2．下列对sp3、sp2、sp1杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是( )A．sp1杂化轨道的夹角最大B．sp2杂化轨道的夹角最大C．sp3杂化轨道的夹角最大D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等[答案]A3．在CCH3OCH3中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是( )A．sp2sp2B．sp3sp3C．sp2sp3D．sp1sp3C[CO中碳原子形成了3个σ键，无未成键价电子对，需要形成3个杂化轨道，采用的杂化方式是sp2。
两边的碳原子各自形成了4个σ键，无未成键电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的是sp3杂化。
]杂化轨道理论1.杂化轨道的特点(1)形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。
(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。
(3)杂化前后轨道数目不变。
(4)杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。
(5)只有能量相近的轨道才能杂化(n s、n p)。
2．分子空间构型的确定轨道杂化类型电子对的空间构型成键电子对数孤电子对数电子对的排列方式分子的空间构型实例sp1直线形 2 0 直线形HC≡CH BeCl2 CO2sp2平面三角形3 0平面三角形BF3BCl3 2 1 V形SnBr2PbCl2sp3四面体4 0正四面体形CH4CCl4 3 1 三角锥形NH3NF32 2 V形H2O【典例1】下列各物质中的中心原子不是采用sp杂化的是( )A．NH3B．H2OC．CO2D．CCl4C[NH3为三角锥形，但中心原子氮原子采用sp3杂化，形成4个等同的轨道，其中一个由孤对电子占据，余下的3个未成对电子各占一个。
H2O为V形，但其中的氧原子也是采用sp3杂化形成4个等同的轨道，其中两对孤对电子分别占据两个轨道，剩余的2个未成对电子各占一个。
CCl4分子中C原子也采用sp3杂化，但CO2分子中C原子为sp1杂化，CO2为直线形分子。
]熟悉和掌握常见分子的中心原子的杂化方式和空间构型的关系，有助于正确分析、解决有关问题。
1．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构型都是正四面体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C[中心原子采取sp3杂化，分子的空间构型为正四面体，但如果中心原子还有孤电子对，分子的空间构型不是正四面体。
CH4分子中的sp3杂化轨道是C原子的一个2s与三个2p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。
]2．(2019·全国Ⅰ卷)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是__________________。
[答案]sp3sp3确定分子空间构型的简易方法1.确定中心原子A的价电子数目(1)对于AB m型分子，中心原子的杂化轨道数可以这样计算。
中心原子上的孤电子对数＝错误!。
例如，H2O中的中心原子为氧原子，其价电子数为6，与氧原子结合的氢原子未成对电子数为1，可知：氧原子上的孤电子对数＝6－2×12＝2例如：n＝12(中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数)。
2.确定价电子对的空间构型由于价电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能的相互远离。
价电子对的空间构型与价电子对数目的关系如下表：根据分子中成键电子对数和孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子空间构型，如下表：(1)互为等电子体应满足的条件①化学通式相同。
②价电子总数相等。
(2)等电子原理的应用①利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的空间构型。
如NH3和H3O＋的空间构型相似(三角锥形)；SiCl4、SO2－4、PO3－4都呈正四面体构型。
②等电子体不仅有相似的空间构型，且有相似的性质。
【典例2】用价电子对互斥理论预测H2S和BF3的空间结构，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D[S原子最外层尚有孤电子对，参与成键电子对间的排斥，故H2S为V形结构；BF3中B原子最外层电子全部参与成键，三条B—F键等效排斥，故分子的空间构型为平面三角形。
]3．下列分子的空间构型是正四面体形的是( )①CH4②NH3③CF4④SiH4⑤C2H4⑥CO2A．①②③B．①③④C．②④⑤D．①③⑤B[C原子与Si原子的价电子层都是n s2n p2结构，参与成键时都是形成了4个sp3杂化轨道，故它们形成的①CH4，③CF4和④SiH4的空间构型都是正四面体形。
而NH3为三角锥形，C2H4为平面形，CO2为直线形。
]4．通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体，人们发现等电子体的空间结构相同。
已知B3N3H6分子的结构与苯相似，则下列有关说法中正确的是( )A．CH4和NH＋4互为等电子体，键角均为60°B．NO－3和CO2－3互为等电子体，均为平面三角形结构C．H3O＋和PCl3互为等电子体，均为三角锥形结构D．B3N3H6和苯互为等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道B[CH4和NH＋4的原子数都是5，价电子总数都是8，互为等电子体，空间构型为正四面体结构，键角为109.5°，故A错误；NO－3和CO2－3的原子数都是4，价电子总数都是24，互为等电子体，均为平面三角形结构，故B正确；H3O＋价电子总数是8，PCl3价电子总数是26，二者价电子总数不同，不互为等电子体，故C错误；B3N3H6分子的结构类似苯，存在π键，π键是p轨道以“肩并肩”的方式重叠形成的，所以B3N3H6分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道，故D错误。
]等电子体的换算方法(1)将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n＝1，2等)的原子，如N2和CO、N－3和CNO－互为等电子体。
(2)将粒子中一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素对应的带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如N2O和N－3互为等电子体。
(3)同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中的原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。
1．能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为( ) D[碳原子中的2s轨道与2p轨道形成4个等性的杂化轨道，因此碳原子最外层上的4个电子分占在4个sp3杂化轨道上并且自旋方向相同。
]2．乙炔分子中的碳原子采取的杂化方式是( )A．sp1杂化B．sp2杂化C．sp3杂化D．无法确定A[乙炔的结构式为H—C≡C—H，其空间构型为直线形，属于sp1杂化。
]3．有关苯分子中的化学键描述不正确的是( )A．每个碳原子的sp2杂化轨道中的其中一个形成大π键B．每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成大π键C．碳原子的三个sp2杂化轨道与其他原子形成三个σ键D．苯分子中六个碳碳键完全相同，键角均为120°A[苯分子中每个碳原子中的三个sp2杂化轨道分别与两个碳原子和一个氢原子形成σ键。
同时每个碳原子还有一个未参加杂化的2p轨道，它们均有一个未成对电子。
这些2p轨道相互平行，以“肩并肩”方式相互重叠，形成一个多电子的大π键。
所以苯分子中6个碳原子和6个氢原子都在同一平面内，6个碳碳键完全相同，键角皆为120°。
] 4．下列关于苯分子的性质描述错误的是 ( )A．苯分子呈平面正六边形，六个碳碳键完全相同，键角皆为120°B．苯分子中的碳原子采取sp2杂化，6个碳原子中未参与杂化的2p轨道以“肩并肩”形式形成一个大π键C．苯分子中的碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊类型的键D．苯能使溴水和酸性KMnO4溶液退色D[苯分子中的碳原子采取sp2杂化，六个碳碳键完全相同，呈平面正六边形结构，键角皆为120°；在苯分子中间形成一个较稳定的六电子大π键，因此苯分子中的碳碳键并不是单、双键交替结构，不能使溴水和酸性KMnO4溶液退色。
