第一单元 分子构型与物质的性质
第一课时 分子的空间构型
【学习目标】
1. 理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型； 2. 学会用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间构型； 3. 掌握价层电子对互斥理论，知道确定分子空间构型的简易方法； 4. 了解等电子原理及其应用。
【学习重点】杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、分子空间构型的简易方法、等电子原理 【学习难点】杂化轨道理论、价层电子对互斥理论 【学习方法】讲解法、归纳法 【教学过程】
〖你知道吗〗
1.O 原子与H 原子结合形成的分子为什么是H 2O ，而不是H 3O 或H 4O ？
2.C 原子与H 原子结合形成的分子为什么是CH 4，而不是CH 2？CH 4分子为什么具有正四面体结构？
3. 为什么H 2O 分子是“V”型. 键角是104.5°，而不是“直线型”或键角是“90°”？
一、杂化轨道理论（1931年，美国化学家鲍林L.Pauling 提出） 1. CH4 —— sp3杂化 轨道排布式：
电子云示意图：
（1）能量相近的原子轨道才能参与杂化；
（2）杂化后的轨道一头大，一头小，电子云密度大的一端与成键原子的原子轨道沿键轴方向
重叠，形成σ键；由于杂化后原子轨道重叠更大，形成的共价键比原有原子轨道形成的共价键稳定，所以C 原子与H 原子结合成稳定的CH 4，而不是CH 2。
（3）杂化轨道能量相同，成分相同，如：每个sp 3杂化轨道占有 个s 轨道、 个p
轨
道；
（4）杂化轨道总数等参与杂化的原子轨道数目之和，如 个s 轨道和 个p 轨道杂化成 个
sp 3杂化轨道
3（5）正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采取sp 杂化轨道形式形成化学键，如CCl 4、．．
NH 4+等，原子晶体金刚石、晶体硅、SiO 2等中C 和Si 也采取sp 3杂化形式，轨道间夹角为 。
2. BF3 —— sp2杂化型
用轨道排布式表示B 原子采取sp 2杂化轨道成键的形成过程：
电子云示意图：
（1）每个sp 2杂化轨道占有 个s 轨道、 个p 轨道； （2）sp 2杂化轨道呈 型，轨道间夹角为 ； （3）中心原子通过sp 2杂化轨道成键的分子有 、 等。
〖思考、讨论〗
根据现代价键理论即“电子配对理论”，Be 原子外围电子排布式为2s 2，电子已配对不能形成共价键，但气态BeCl 2分子却能稳定存在，为什么？ 3. 气态BeCl 2—— sp杂化型
用轨道排布式表示Be 原子采取sp 杂化轨道成键的形成过程：
电子云示意图：
（1）每个sp 杂化轨道占有 个s 轨道、 个p 轨道； （2）sp 杂化轨道呈 型，轨道间夹角为 ； （3）中心原子通过sp 杂化轨道成键的分子有 、 等。 〖思考〗为何不能形成气态BeCl 4分子？
【例题选讲】
例1. 根据乙烯、乙炔分子的结构，试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。
例2：试用杂化轨理论解释石墨、苯的结构
小结：请填写下表
表1 杂化轨道类型与杂化轨道
空间构型
〖思考、讨论〗NH 3、H 2O 分子中键角分另为107°18′、104.5°，与109°28′相差不大，由此可推测，N 、O 原子的原子轨道可能采取何种类型杂化？原子轨道间夹角小于109°28′，可能说明了什么问题？
二、价层电子对互斥理论（1941年西奇威克、吉来斯比等提出） 1. 价电子对：包括孤对电子对和成键电子对，一般孤对电子对离核较近。
2. 价电子对之间存在相互排斥作用，为减小斥力，相互之间尽可能远离，因此分子的空间构型受到影响，一般，分子尽可能采取对称的空间结构以减小斥力。 相邻电子对间斥力大小顺序：
孤对电子对孤对电子对>孤对电子对成键电子对>成键电子对成键电子对 *叁键叁键>叁键双键>双键双键>双键单键>单键单键 三、不等性杂化
NH 3、H 2O 的分子构型也可通过不等性杂化解释，即中心原子的孤对电子也参与杂化，得到性质不完全等同的杂化轨道，轨道的s 成分和p 成分不全相同，孤对电子对较密集于氮原子或氧原子周围。由于孤对电子对的杂化轨道排斥成键电子的杂化轨道，以致轨道夹角不等，氨分子和水分子成键电子对之间的夹角都小于109°28′。水分子中的氧原子有两个孤对电子对，它的O-H 键之间的夹角比氨分子中N-H 键之间夹角受到的排斥力作用更大。
例3. BF 3是平面三角型的几何构型，但NF 3却是三角锥型的几何构型，试用所学理论加以说明。
四、确定分子空间构型的简易方法
型分子
（1）对于主族元素，中心原子价电子数=最外层电子数，配位原子按提供的价电子数计算，
如：PCl 5 中n =
5+1⨯5
=5 2
（2）O 、S 作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为6； （3）离子的价电子对数计算 如：NH 4+ ： n =
5+1⨯4-16+0+2
=4； SO 42- ：n ==4
22
2. 对于AB m 型分子的空间构型(分子空间构型指不包括孤对电子对的空间的排布) （1）价层电子对数=配位原子数时，分子空间构型与杂化轨道空间构型相同
（2）价层电子对数≠配位原子数时（一般存在孤对电子对），分子空间构型与杂化轨道空间构型不同，一般由于价层电子对之间的斥力不同导致。确定分子的稳定构型时应考虑三种电子对之间的排斥作用：一般孤对电子对间排斥作用数最少为最稳定构型，其次考虑孤对电子对-成键电子对排斥作用数，最后考虑成键电子对-成键电子对排斥作用数。
如：XeF 4分子空间构型的确定：价层电子对为6，电子对构型为八面体，Xe 的配位原子数为4，存在两对孤对电子对，分子空间构型可能存在以下两种：
（a ） (b) 构型： （a ） (b) 孤对电子对-孤对电子对排斥作用数： 0 1
孤对电子对-成键电子对排斥作用数： 8 6 成键电子对-成键电子对排斥作用数： 4 5
构型（a ）比构型（b ）的孤对电子对-孤对电子对排斥作用数少，因此，构型（a ）是XeF 4较稳定的空间构型。
说明：电子对空间构型与分子构型既有区别又有联系，分子构型可根据价层电子对互斥理论从电子对空间构型推导而得，此规律一般不适用于推测过渡金属化合物的几何构型，对极少数化合物判断也不准，如：CaF 2、SrF 2、BaF 2，是弯曲型而不是预期的直线型。
表2 部分分子的空间构型与价层电子对空间构型
例5： 用价层电子对互斥理论推测下列分子的空间构型
①CS 2 ② NCl3 ③SO 42-
④NO 3- ⑤SO 3 ⑥H 3O +
五、等电子原理
1. 规律内容：具有相同的分子或离子具有相同的结构特征，某些物理性质也相似。如：CO 与N 2，SiCl 4、SiO 44-与SO 42- 2. 等电子原理的应用
（1）判断一些简单分子或离子的立体构型； （2）利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；
如 、 、 、 是良好半导体材料。 （3）利用等电子原理针对某物质找电子体；
例5：1994年度诺贝尔化学奖授予为研究臭氧做出特殊贡献的化学家。O 3能吸收有害紫外线，保护人类赖以生存的空间。O 3分子的结构如图，呈V 型，键角116．5℃。三个原子以一个O 原子为中心，与另外两个O 原子分别构成一个非极性共价键；中间O 原子提供2个电子，旁边两个O 原子各提供1个电子，构成一个特殊的化学键——三个O 原子均等地享有这4个电子。请从下列选项中选择合适的答案：中心原子与臭氧的中心氧原子的杂化轨道类
型相同的有： 。与O 3分子构型最相似的是 。 A ．H 2O
B ．CO 2 C ．SO 2
D ．BF 3 E. NO2-
第一单元 分子构型与物质的性质
第一课时 分子的空间构型
【学习目标】
1. 理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型； 2. 学会用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间构型； 3. 掌握价层电子对互斥理论，知道确定分子空间构型的简易方法； 4. 了解等电子原理及其应用。
【学习重点】杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、分子空间构型的简易方法、等电子原理 【学习难点】杂化轨道理论、价层电子对互斥理论 【学习方法】讲解法、归纳法 【教学过程】
〖你知道吗〗
1.O 原子与H 原子结合形成的分子为什么是H 2O ，而不是H 3O 或H 4O ？
2.C 原子与H 原子结合形成的分子为什么是CH 4，而不是CH 2？CH 4分子为什么具有正四面体结构？
3. 为什么H 2O 分子是“V”型. 键角是104.5°，而不是“直线型”或键角是“90°”？
一、杂化轨道理论（1931年，美国化学家鲍林L.Pauling 提出） 1. CH4 —— sp3杂化 轨道排布式：
电子云示意图：
（1）能量相近的原子轨道才能参与杂化；
（2）杂化后的轨道一头大，一头小，电子云密度大的一端与成键原子的原子轨道沿键轴方向
重叠，形成σ键；由于杂化后原子轨道重叠更大，形成的共价键比原有原子轨道形成的共价键稳定，所以C 原子与H 原子结合成稳定的CH 4，而不是CH 2。
（3）杂化轨道能量相同，成分相同，如：每个sp 3杂化轨道占有 个s 轨道、 个p
轨
道；
（4）杂化轨道总数等参与杂化的原子轨道数目之和，如 个s 轨道和 个p 轨道杂化成 个
sp 3杂化轨道
3（5）正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采取sp 杂化轨道形式形成化学键，如CCl 4、．．
NH 4+等，原子晶体金刚石、晶体硅、SiO 2等中C 和Si 也采取sp 3杂化形式，轨道间夹角为 。
2. BF3 —— sp2杂化型
用轨道排布式表示B 原子采取sp 2杂化轨道成键的形成过程：
电子云示意图：
（1）每个sp 2杂化轨道占有 个s 轨道、 个p 轨道； （2）sp 2杂化轨道呈 型，轨道间夹角为 ； （3）中心原子通过sp 2杂化轨道成键的分子有 、 等。
〖思考、讨论〗
根据现代价键理论即“电子配对理论”，Be 原子外围电子排布式为2s 2，电子已配对不能形成共价键，但气态BeCl 2分子却能稳定存在，为什么？ 3. 气态BeCl 2—— sp杂化型
用轨道排布式表示Be 原子采取sp 杂化轨道成键的形成过程：
电子云示意图：
（1）每个sp 杂化轨道占有 个s 轨道、 个p 轨道； （2）sp 杂化轨道呈 型，轨道间夹角为 ； （3）中心原子通过sp 杂化轨道成键的分子有 、 等。 〖思考〗为何不能形成气态BeCl 4分子？
【例题选讲】
例1. 根据乙烯、乙炔分子的结构，试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。
例2：试用杂化轨理论解释石墨、苯的结构
小结：请填写下表
表1 杂化轨道类型与杂化轨道
空间构型
〖思考、讨论〗NH 3、H 2O 分子中键角分另为107°18′、104.5°，与109°28′相差不大，由此可推测，N 、O 原子的原子轨道可能采取何种类型杂化？原子轨道间夹角小于109°28′，可能说明了什么问题？
二、价层电子对互斥理论（1941年西奇威克、吉来斯比等提出） 1. 价电子对：包括孤对电子对和成键电子对，一般孤对电子对离核较近。
2. 价电子对之间存在相互排斥作用，为减小斥力，相互之间尽可能远离，因此分子的空间构型受到影响，一般，分子尽可能采取对称的空间结构以减小斥力。 相邻电子对间斥力大小顺序：
孤对电子对孤对电子对>孤对电子对成键电子对>成键电子对成键电子对 *叁键叁键>叁键双键>双键双键>双键单键>单键单键 三、不等性杂化
NH 3、H 2O 的分子构型也可通过不等性杂化解释，即中心原子的孤对电子也参与杂化，得到性质不完全等同的杂化轨道，轨道的s 成分和p 成分不全相同，孤对电子对较密集于氮原子或氧原子周围。由于孤对电子对的杂化轨道排斥成键电子的杂化轨道，以致轨道夹角不等，氨分子和水分子成键电子对之间的夹角都小于109°28′。水分子中的氧原子有两个孤对电子对，它的O-H 键之间的夹角比氨分子中N-H 键之间夹角受到的排斥力作用更大。
例3. BF 3是平面三角型的几何构型，但NF 3却是三角锥型的几何构型，试用所学理论加以说明。
四、确定分子空间构型的简易方法
型分子
（1）对于主族元素，中心原子价电子数=最外层电子数，配位原子按提供的价电子数计算，
如：PCl 5 中n =
5+1⨯5
=5 2
（2）O 、S 作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为6； （3）离子的价电子对数计算 如：NH 4+ ： n =
5+1⨯4-16+0+2
=4； SO 42- ：n ==4
22
2. 对于AB m 型分子的空间构型(分子空间构型指不包括孤对电子对的空间的排布) （1）价层电子对数=配位原子数时，分子空间构型与杂化轨道空间构型相同
（2）价层电子对数≠配位原子数时（一般存在孤对电子对），分子空间构型与杂化轨道空间构型不同，一般由于价层电子对之间的斥力不同导致。确定分子的稳定构型时应考虑三种电子对之间的排斥作用：一般孤对电子对间排斥作用数最少为最稳定构型，其次考虑孤对电子对-成键电子对排斥作用数，最后考虑成键电子对-成键电子对排斥作用数。
如：XeF 4分子空间构型的确定：价层电子对为6，电子对构型为八面体，Xe 的配位原子数为4，存在两对孤对电子对，分子空间构型可能存在以下两种：
（a ） (b) 构型： （a ） (b) 孤对电子对-孤对电子对排斥作用数： 0 1
孤对电子对-成键电子对排斥作用数： 8 6 成键电子对-成键电子对排斥作用数： 4 5
构型（a ）比构型（b ）的孤对电子对-孤对电子对排斥作用数少，因此，构型（a ）是XeF 4较稳定的空间构型。
说明：电子对空间构型与分子构型既有区别又有联系，分子构型可根据价层电子对互斥理论从电子对空间构型推导而得，此规律一般不适用于推测过渡金属化合物的几何构型，对极少数化合物判断也不准，如：CaF 2、SrF 2、BaF 2，是弯曲型而不是预期的直线型。
表2 部分分子的空间构型与价层电子对空间构型
例5： 用价层电子对互斥理论推测下列分子的空间构型
①CS 2 ② NCl3 ③SO 42-
④NO 3- ⑤SO 3 ⑥H 3O +
五、等电子原理
1. 规律内容：具有相同的分子或离子具有相同的结构特征，某些物理性质也相似。如：CO 与N 2，SiCl 4、SiO 44-与SO 42- 2. 等电子原理的应用
（1）判断一些简单分子或离子的立体构型； （2）利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；
如 、 、 、 是良好半导体材料。 （3）利用等电子原理针对某物质找电子体；
例5：1994年度诺贝尔化学奖授予为研究臭氧做出特殊贡献的化学家。O 3能吸收有害紫外线，保护人类赖以生存的空间。O 3分子的结构如图，呈V 型，键角116．5℃。三个原子以一个O 原子为中心，与另外两个O 原子分别构成一个非极性共价键；中间O 原子提供2个电子，旁边两个O 原子各提供1个电子，构成一个特殊的化学键——三个O 原子均等地享有这4个电子。请从下列选项中选择合适的答案：中心原子与臭氧的中心氧原子的杂化轨道类
型相同的有： 。与O 3分子构型最相似的是 。 A ．H 2O
B ．CO 2 C ．SO 2
D ．BF 3 E. NO2-