高中化学分子的立体结构二

煌敦市安放阳光实验学校分子的立体结构

复习目标：

1．能用键能、键长、键角及杂化轨道理论说明简单分子的空间结构。

2．认识共价分子结构的多样性和复杂性，能根据有关理论判断简单分子或离子的构型，能说明简单配合物的成键情况。

复习、难点：能用键能、键长、键角及杂化轨道理论说明简单分子的空间结构。

课时划分：两课时

教学过程：

知识梳理

一、形形色色的分子

1、子分子立体结构：有直线形＿＿ 、＿＿，V形如＿＿、＿＿。

2、四原子分子立体结构：平面三角形：如甲醛(CH20)分子，三角锥形：如＿＿分子。

3、子分子立体结构：正四面体形如＿＿、＿＿。

4、测分子体结构：红外光谱仪→吸收峰→分析。

二、价层电子对互斥模型

1、中心原子上的价电子都用于形成共价键：分子中的价电子对相互排斥的结果。如：

ABn 立体结构 范例

n=2 直线型 CO2 n=3 平面三角形 CH2O

n=4 正四面体型 CH4

2、中心原子上有孤对电子：孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。

如H2O和NH3中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角锥型。如：

化学式 中心原子含有孤对电子对数 中心原子结合的原子数 空间构型

H2S 2 2 V形

NH2＋ 2 2 V形

BF3 0 3 正三角形

CHCl3 0 4 四面体

SiF4 0 4 正四面体

三、杂化轨道理论

1、杂化的概念：在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重组合，形成一组的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的轨道叫杂化轨道。

(1)sp3杂化：1个s轨道和3个p轨道会发生混杂，得到4个相同的轨道，夹角109°28′，称为sp3杂化轨道。

(2)sp杂化：夹角为180°的直线形杂化轨道，sp2杂化：三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道。 [练习]完成下表。

化学式 中心原子孤对电子对数 杂化轨道数 杂化轨道类型 分子结构

CH4

C2H4

BF3

CH2O

C2H2

四、配位键

1、“电子对给予—接受键”被称为配位键。一方提供孤对电子；一方有空轨道，接受孤对电子。如：[Cu(H20)2＋]、NH4＋中存在配位键。表示：

A B

电子对给予体 电子对接受体

条件：其中一个原子必须提供孤对电子。另一原子必须能接受孤对电子轨道。

2、通常把金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物。

3、配合物的形成

Cu2＋+2NH3·H2O=Cu（OH）2↓+2NH4＋

Cu（OH）2+4 NH3·H2O=[Cu（NH3）4]2＋+2OH－+4H2O([Cu（NH3）4]2＋深蓝色)

典例剖析

【例1】有关苯分子中的化学键描述正确的是 ( ) 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杂化轨道与其它形成三个σ键

D.碳原子的未参加杂化的2p轨道与其它形成σ键

解析：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 ,他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∏键。答案：BC。

【例2】下列叙述中正确的是

A.极性分子中不可能含有非极性键 B.离子化合物中不可能含有非极性键

C.非极性分子中不可能含有非极键 D.共价化合物中不可能含有离子键

解析:A如H2O2中含非极性键,B如Na2O2中含非极性键,C如CCl4是极性键构成的非极性分子。答案:D。

【例3】 测得BeCl2为共价化合物,两个Be—Cl键间的夹角为180°,由此可判断BeCl2属于（ ）

A.由极性键形成的极性分子 B.由极性键形成的非极性分子

C.由非极性键形成的极性分子 D.由非极性键形成的非极性分子

解析:键角是1800说明分子是对称的，正电荷中心与负电荷中心重合是非极性分子。答案:B。

【例4】(理综四，8)下列分子有极性的是

l4 B.CO2 C.NH3 D.C6H6 解析：CCl4是正四面体型分子；CO2结构式是O==C==O，分子中三个原子在同一直线上；C6H6的结构是平面正六边形分子。这三种分子中正、负电荷中心重合，都没有极性。NH3是三角锥型分子，分子中正、负电荷中心不重合，有极性，C正确。答案：C。

【例5】(理综三，14)下列分子中，所有原子的最外层均为8电子结构的是（ ）

A.BeCl2 B.H2S C.NCl3 D.SF4

解析：分子中各元素均满足8电子稳结构的判断方法：每种元素的化合价的绝对值与其原子最外层电子数之和均于8的分子的各原子都满足8电子稳结构。如CO2分子中，C元素：|+4|+4=8，O元素|－2|+6=8，故CO2分子中各原子都满足最外层8电子结构。再如SO2分子中，S元素|+4|+6=10，S原子不满足最外层8电子稳结构。同理可知，本题答案为C。答案：C。

【例6】试用杂化轨道理论分析为什么BF3的空间构型是平面三角形，而NF3是三角锥形的？

解析：BF3中B的价电子结构为2s22p1，形成分子时，进行sp2杂化，三个sp2杂化轨道分别与三个F原子的p轨道成键，故BF3分子为平面三角形；NF3中的N价电子结构为2s22p3，形成分子时，进行sp3不性杂化，其中一个sp3杂化轨道为孤对电子占有，另三个电子分别与F成键，故分子结构为三角锥型

【例7】氮可以形成多种离子，如N3-、NH2-、N3-、NH4＋、N2H5＋。已知N2H5-离子的形成过程类似于NH4＋的形成过程，N2H5+在碱性溶液中生成电中性的分子和水。填写： (1)该电中性分子的化学式为_________，电子式为_________，分子中所有原子是否共平面_________（填“是”或“否”）。

(2)N2H5＋离子的电子式_______________。

(3)一个N3＋共有电子数为________________。

解析:（1）联系NH4＋的形成过程：NH3+H＋→NH4＋

又因为N2H5+在碱性溶液中生成电中性分子和水。水可由H-和OH-结合而成。故N2H5+在碱性条件下推动H＋，即发生下列反：N2H5＋+OH－→N2H4＋H2O

N2H4可看成NH2中一个H被-NH2取代。故可先写出其结构简式为H2N—NH2。

由于NH3分子是三角锥形的，其中一个H被-NH2取代后，每个N仍处在锥顶，且两个N上各有一对孤对电子，若同侧，斥力大，不稳，故在异侧。由此可知，整个分子中的原子不可能为共平面。

疑难

一、微粒的空间构型小结

1、直线型： Cl—Be—Cl，O＝C＝O，CS2，C2H2，中心原子的电子云以sp杂化成键。

2、折线形：H2O、H2S、H2F＋、NH2－是中学比较常见的，中心原子周围有四对电子，电子对的构型必然是四面体型，这样微粒的空间构型就是折线型了；SO2、O3、NO2、NO2－这些是中不常见的，但是是竞赛中必须要掌握的，中心原子均是以sp2杂化的形式成键的。

3、三角锥型：NH3，NF3，H3O＋，PCl3，中心原子以sp3杂化成键，电子对的构型为四面体型，由于是三配位的，所以微粒构型为三角锥型。 4、平面三角型：BF3，CH3＋，中心原子以sp2杂化形式成键，中心原子周围的电子对数目为3，所以电子对的空间构型是平面三角形，这样微粒的空间构型就是平面三角形，键角为120。

5、四面体型：(1)正四面体型：P4（是边成正四面体，有六条化学键，键角为60度） CH4、CCl4、NH4＋、PCl4＋、PBr4＋（是顶点原子与中心原子成有中心的正四面体，中心原子一以sp3杂化成键，键角一是109度28分）(2)四面体：与正四面体CH4相似，只是顶点的原子有不同，但是属于一类，如：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。键角与109度28分相近，分子往往有极性或者弱极性）

6、三角双锥：PCl5

7、正八面体：SF6、PCl6－

二、某些分子得到质子后的构型的变化：

1、H2O得到一个H＋成H3O＋，构型由折线变成三角锥

2、NH3得到一个H＋成NH4＋，构型有三角锥成正四面体

3、PCl5失去一个Cl－，构型由三角双锥成正四面体

4、PCl5得到一个Cl－成PCl6－，构型由三角双锥成正八面体