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第2节共价键与分子的空间构型第1课时一些典型分子的空间构型1．了解杂化轨道理论的基本内容。2．能够用杂化轨道理论判断简单分子(或离子)的空间构型。01课前自主梳理02课堂合作探究03演练效果检测课时作业知识点一些典型分子的空间构型1．杂化原子轨道(杂化轨道)(1)轨道杂化：在外界条件影响下，原子内部的原子轨道重新组合形成一组新的、相同的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。(2)杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的叫杂化原子轨道，简称杂化轨道。(3)特点：形成杂化轨道可以使原子与其他原子的原子轨道成键时重叠程度，形成的共价键更牢固。能量相近能量原子轨道增大2．甲烷分子的空间构型3．杂化轨道的类型及实例杂化类型sp1sp2sp3用于杂化的原子轨道及数目1个s轨道和1个p轨道1个s轨道和2个p轨道1个s轨道和3个p轨道杂化轨道的数目2个3个4个杂化轨道间的夹角180°120°109.5°空间构型直线形平面三角形正四面体形实例C2H2、BeCl2C2H4、BF3CH4、CCl4[自我诊断]是否任意能级的s轨道和p轨道都可以形成杂化轨道？提示：否，只有能量相近的s轨道和p轨道才可以发生杂化，形成杂化轨道。4．苯分子的空间构型(1)形成苯分子的碳原子的价电子原子轨道发生杂化，形成的三个杂化轨道在同一平面内。(2)每个C原子的两个sp2杂化轨道上的电子分别与邻近的两个C原子的sp2杂化轨道上的电子配对形成键，六个碳原子组成一个的碳环；另外一个sp2杂化轨道上的电子与H原子的电子配对形成σ键。同时，六个C原子上剩余的2p轨道，以“”的方式形成多原子、多电子的大π键。sp2σ正六边形1s肩并肩[自我诊断]有关苯分子的说法不正确的是()A．苯分子中C原子均采取sp2杂化方式，形成夹角为120°的3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，以“肩并肩”的方式相互重叠，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6个原子共面，6个碳碳键完全相同解析：苯分子中6个碳原子、6个氢原子共12个原子都在同一平面。答案：D要点分子的空间构型与杂化轨道1．当杂化轨道全部用于形成σ键时杂化类型sp1sp2sp3参与杂化的轨道1个s轨道和1个p轨道1个s轨道和2个p轨道1个s轨道和3个p轨道轨道夹角180°120°109.5°杂化类型sp1sp2sp3杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子构型直线形平面三角形正四面体形2.当杂化轨道中有未参与成键的孤对电子时由于孤对电子对成键电子对的排斥作用，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤对电子占据的，其分子不呈正四面体构型，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤对电子占据，氨分子不呈正四面体构型，而呈三角锥形。3．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(如ns、np)。[温馨提示](1)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳孤对电子，若还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同，中心原子杂化类型相同时孤对电子越多，键角越小。如NH3分子中的氮原子与CH4分子中的碳原子均以sp3杂化，但键角分别为107.3°和109.5°。[典例]在3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．sp1sp3[思路点拨][解析]中碳原子形成了3个σ键，所以需要形成3个杂化轨道，即采用sp2杂化方式；—CH3中碳原子形成4个σ键，需形成4个杂化轨道，即采用sp3杂化方式。[答案]C判断分子中中心原子杂化方式的方法(1)分子的构型决定于中心原子形成的σ键和孤电子对，与π键无关。与几个原子结合，就形成了几个σ键。(2)中心原子上孤电子对数可以用以下公式计算：中心原子的价电子数－与中心原子结合的原子未成对电子数之和2如判断SO2的分子空间构型σ键数为2，孤电子对数＝6－2×22＝1。则S原子采取sp2杂化，略去孤电子对，分子构型呈V形。下列分子中原子以sp3杂化并形成正四面体空间构型的是()①CH4②NH3③CF4④SiH4⑤C2H4⑥CO2⑦CH2Cl2A．①②③B．①③④C．②④⑤D．①③⑤解析：CH4、NH3、CF4、SiH4、CH2Cl2分子中的C、N、Si在参与成键时都是形成了四个sp3杂化轨道，但只有CH4、CF4、SiH4分子中的四个sp3杂化轨道分别结合一个相同的原子，形成正四面体结构；CH2Cl2分子中的四个sp3杂化轨道结合的原子不同，形成四面体，但不是正四面体构型；NH3中N的四个sp3杂化轨道只有三个有未成对电子，分别结合三个氢原子形成三角锥形结构。C2H4分子中的碳原子是sp2杂化，形成平面结构；CO2分子中的碳原子是sp1杂化，形成直线形结构。答案：B[随堂训练]1．s轨道和p轨道杂化的类型不可能有()A．sp1杂化B．sp2杂化C．sp3杂化D．sp4杂化解析：p能级只有3个轨道，不可能有sp4杂化。答案：D2．能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为()A.B.C.D.解析：在CH4分子中，碳原子的一个2s轨道与三个2p轨道重新组合形成sp3杂化轨道，4个电子自旋方向相同。答案：D3．中心原子采取sp2杂化的分子是()A．NH3B．BCl3C．PCl3D．H2O解析：NH3、PCl3、H2O中的N、P、O原子均采取sp3杂化方式，BCl3中B原子采取sp2杂化方式。答案：B4．下列分子中，所有原子不可能在同一平面上的是()A．C2H2B．CS2C．NH3D．C6H6(苯)解析：C2H2、CS2为直线形，C6H6为平面正六边形，NH3为三角锥形结构。答案：C5．下列分子中的中心原子的杂化方式为sp1杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是()A．CH≡CHB．CO2C．BeCl2D．BF3解析：A、B选项中分子的C原子采取的都是sp1杂化，分子的空间构型都为直线形，但是当C原子采取sp1杂化时，未参与杂化的2个p轨道上各有1个单电子，用于形成π键，所以乙炔、二氧化碳分子中一定会有2个π键，而BeCl2分子中的Be原子未参与杂化的2个p轨道上没有电子，所以不会形成π键。BF3分子中的B原子的杂化方式为sp2。答案：C6．对SO2与CO2说法正确的是()A．都是直线形结构B．中心原子都采取sp1杂化C．S原子和C原子上都没有孤对电子D．SO2为V型结构，CO2为直线形结构解析：SO2分子中的S原子采取sp2杂化，中心原子形成2个σ键和1对孤对电子，是V形结构；CO2分子中的C原子采取sp1杂化，中心原子形成2个σ键和2个π键，无孤电子对。答案：D7.如图所示，在乙烯分子中有5个σ键、1个π键，下列表述正确的是()A．C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键B．C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键C．sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键D．sp2杂化轨道形成π键，未杂化的2p轨道形成σ键解析：乙烯分子中两个碳原子均采取sp2杂化，其中杂化轨道共形成5个σ键，未杂化的2p轨道形成π键。C、H之间形成4个σ键，C、C之间形成1个σ键和1个π键。答案：C8．氨分子空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为()A．两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同，NH3为sp2型杂化，而CH4是sp3型杂化B．NH3分子中N原子形成3个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道C．NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强D．NH3分子中N—H键的极性强，而CH4分子中C—H键的极性弱解析：NH3和CH4的中心原子均为sp3型杂化，CH4分子中C原子与H原子形成4个sp3s型σ键，而NH3分子中N原子与H原子形成3个sp3s型σ键，另一个sp3轨道填充一对孤对电子，孤对电子对成键电子对的排斥作用较强，导致NH3分子空间构型为三角锥形。分子的空间枸型与分子中键的极性强弱无关。答案：C9．指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、立体构型。(1)CO2分子中的C采取________杂化，分子的结构式为________，立体构型呈________；(2)CH2O中的C采取__________杂化，分子的结构式为________，立体构型呈________；(3)H2S分子中的S采取________杂化，分子的结构式为________，立体构型呈________。解析：(1)CO2分子中C原子的价层电子对数＝2＋4－2×22＝2，分子的立体构型为直线形，C原子采取sp杂化；(2)CH2O中C原子与2个H原子形成2个σ键，与O原子形成1个σ键和1个π键，无未成键电子，故中心原子C的杂化轨道数为3，采取sp2杂化，分子的立体构型为平面三角形；(3)H2S分子中S原子的价层电子对数＝2＋6－2×12＝4，VSEPR模型为四面体形，分子的立体构型为Ⅴ形，S原子采取sp3杂化。答案：(1)spO===C===O直线形(2)sp2平面三角形(3)sp3V形10．臭氧(O3)能吸收紫外线，保护人类赖以生存的环境。O3分子的结构如图所示：呈V形，键角为116.5°，三个氧原子以一个氧原子为中心，与另外两个氧原子分别构成一个非极性共价键。中间氧原子提供2个电子，旁边两个氧原子各提供1个电子，构成一个特殊的化学键(虚线内部分)，分子中三个氧原子均等地享有这4个电子。请回答：(1)题中非极性共价键是________键，特殊的化学键是________键。(2)臭氧与氧气的关系是________________。(3)下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是________。A．H2OB．CO2C．SO2D．BeCl2(4)分子中某一原子有一对没有跟其他原子共用的电子叫孤对电子。那么，O3分子中有________对孤对电子。解析：(1)由题意可知，中心氧原子以2个σ键和1个π键与周围2个氧原子连接。(2)O2和O3互为同素异形体。(3)H2O分子中氧原子采取sp3杂化方式；CO2中碳原子采取sp1杂化方式；BeCl2中Be原子采取sp1杂化方式；SO2中S元素和O元素为同族元素，所以SO2和O3结构类似。答案：(1)σπ(2)同素异形体(3)C(4)5