高二化学专题3共价键与分子的空间构型

变式训练2 下列有关NCl3分子的叙述正确的是( C )
A.NCl3分子中的N原子采取sp2杂化 B.NCl3分子为平面三角形 C.NCl3分子中Cl—N—Cl键角小于109°28’ D.NCl3分子中含有非极性键
比较键角大小方法 (1)中心原子杂化类型不同时，键角按sp、sp2、sp3顺序减小。 (2)中心原子杂化类型相同时，孤电子对数越多，键角越小。
CH4分子中碳原子的价电子全部参与成键，无孤电子对，为正四面 体结构。NH3分子中氮原子上有一对孤电子对参与互相排斥。 H2O中氧原子上有两对孤电子对参与互相排斥，排斥作用更大。
2.俗称光气的碳酰氯分子(COCl2)为平面三角形，但C—Cl 键与C=O键之 间的夹角为124.3°，C—Cl键与C—Cl 键之间的夹角为111.4°，解释其
变式训练1 下列关于杂化轨道的叙述正确的是( B ) A.杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键 B.杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤对电子 C.NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的s轨道杂化
而成的 D.在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成
据原子形成的σ键数目判断杂化类型。
解答：CH3—中C原子形成4个σ键，C原子采取sp3杂化， 成3个σ键，C原子采取sp2杂化。
中C原子形
3.乙烯分子和苯分子中，成键碳原子均采用sp2杂化方式，二者化学性质 为何有较大差异？
在苯分子中，6个碳原子中未参与杂化的2p轨道形成大π键，使原子 轨道的重叠程度比乙烯分子中大，所以比乙烯分子中π键的键能大，性 质稳定。
NH3、PCl3、NF3、H3O＋
V形
H2S、NH－2 、H2O
关键提醒
杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。 (1)当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间构型与杂化轨道 的空间构型相同。 (2)当杂化轨道中有未参与成键的孤对电子时：孤对电子对成键电子对的 排斥作用，会使分子或离子的构型与杂化轨道的形状有所不同。
经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子， 分别与H原子的1s轨道形成共价键，另1个杂化轨道中是成对电子，不与H 原子形成共价键，sp3杂化轨道为正四面体形，但由于孤对电子的排斥作 用，使3个N—H键的键角变小，使NH3成为三角锥形的空间构型。
H2O分子中O原子的价电子排布式为2s22p4。1个2s轨道和3个2p轨道 经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子， 分别与H原子的1s轨道形成共价键，另2个杂化轨道是成对电子，不与H原 子形成共价键，sp3杂化轨道为正四面体形，但由于2对孤对电子的排斥作 用，使2个O—H键的键角变得更小，成为V形的空间构型。
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例2 下列分子中中心原子杂化轨道的类型相同的是( C )
A.BeCl2与BF3 l4与NH3
B.CO2与SO2 D.C2H2和C2H4
解析答案
解析 杂化轨道数n＝12 (中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数)
实例
n的值
杂化类型
BeCl2
n＝12×(2＋2)＝2
sp
BF3
n＝12×(3＋3)＝3
问题设疑 1.苯分子中的σ键和π键位置关系有何特点？
苯分子中未参与杂化的2p轨道与3个sp2杂化轨道所在平面垂直，故 形成的σ键和π键垂直。
2.根据甲烷、乙烯、乙炔、苯分子中碳原子杂化类型进行思考：
在
中，中间碳原子和两边碳原子分别采用什么杂化类型？
sp2、sp3
【规律总结】根据C2H4、C2H2和C6H6中C原子杂化方式可总结出如下规律： 规律一：有机物中，C原子杂化轨道形成σ键，未杂化轨道形成π键。可根
知识点四、价电子对斥理论
1.价电子对互斥理论的基本观点 (1)分子中的中心原子的成键电子对和孤电子对由于相互 排斥作用，尽 可能趋向彼此 远离。 (2)若价电子对全部是单键的电子对，为使价电子对之间的斥力最小， 就要求尽可能采取 对称 的结构。 (3)若价电子对包含孤电子对，孤电子对和成键电子对之间、孤电子对 之间、成键电子对之间的 斥力不同 ，从而影响分子的空间构型。 (4)电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力 越小。
知识点三、分子的空间构型与杂化轨道类型的关系
1.ABm(ABmCn)型分子或离子中心原子杂化轨道类型的判断 (1)杂化轨道数n＝1 (中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷
2 数)。注意如下规定： ①当电荷数为正值时，公式中取“－”；当电荷数为负值时，公式中取 “＋”。
②当配位原子为氧原子或硫原子时，配位原子的成键电子数为零；当配位
3个C—H σ键
解析答案
解析 杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤 对电子，不能用来形成π键，故B正确，A不正确； NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p 轨道杂化而成的，C不正确； 在乙烯分子中，1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂 化轨道与2个氢原子的s轨道重叠形成2个C—H σ键，剩下 的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成 1个C—C σ键，D不正确。
原因。
COCl2的价电子对数为
1 2
×(4＋0＋2)＝3，成键电子对数＝3，孤电子
对数＝0，所以COCl2为平面三角形分子，但由于C==O键与C—Cl键之
间 电 子 对 的 作 用 强 于 C—Cl 键 与 C—Cl 键 之 间 电 子 对 的 作 用 ， 所 以 使
C=O键与C—Cl键之间的夹角增大(>120°)，使C—Cl键与C—Cl键之间
知识点一、甲烷分子的空间构型
1.轨道杂化和杂化轨道 相近
2.甲烷分子中碳原子的杂化类型 2s 2p
相同
sp3
sp3
3.杂化轨道的类型与分子构型的关系
杂化类型 参与杂化 ns 的原子轨 道及数目 np
杂化轨道数目 杂化轨道间的夹角
sp 1
_1__
__2_ __1_8_0_°__
sp2 1
2
_3__ _1_2_0_°__
原子为卤素原子或氢原子时，配位原子的电子数为1。
(2)根据杂化轨道数判断杂化类型 n＝2 时，sp1 杂化，如 BeCl2，n＝12×(2＋2)＝2； n＝3 时，sp2 杂化，如 NO－ 3 ，n＝12×(5＋1)＝3； n＝4 时，sp3 杂化，如 NH＋ 4 ，n＝12×(5－1＋4)＝4。
解题反思
判断中心原子杂化类型的其他方法 (1)根据价电子对数判断 杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子σ键数＝价电子对数。 (2)根据共价键的类型判断 ①中心原子形成1个叁键，则为sp杂化，如CH≡CH，H—C≡N； ②中心原子形成2个双键，则为sp杂化，如O==C==O，S==C==S；
③中心原子形成1个双键，则为sp2杂化，如 ；
夹角减小(<120°)。
祝同学们 假期愉快！
山东省济钢高级中学 2020年2月
(5)成键电子对之间斥力由大到小顺序：叁键—叁键＞叁键—双键＞双 键—双键＞双键—单键＞单键—单键。 (6)含孤电子对的斥力由大到小顺序：孤电子对—孤电子对 ＞ 孤电子 对—单键 ＞ 单键—单键。
2.价电子对互斥理论与分子空间构型 (1)中心原子价电子全部参与成键的分子空间构型：
ABn
n＝2 n＝3 n＝4
高中化学二年级
第1课时 一些典型分子的空间构型
目标导航
1.了解一些常见简单分子的空间构型(如BeCl2、BF3、NH3、CH4、 C2H4、C2H2、C6H6等分子)。 2.了解杂化轨道理论的主要内容，并能用杂化轨道知识理论解 释简单分子中共价键的形成和空间构型。 3.理解价电子对互斥理论。
4.能根据价电子对互斥理论判断简单分子的空间构型。
ABn 价电子对数 成键电子对数 孤电子对数 空间构型
范例
n＝3
3
2
1
V形
SnBr2、
SnCl2
n＝4
4
3
1
三角锥 形 NH3、PCl3
2
2
V 形 H2O、H2S
问题设疑 1.CH4分子中H—C—H的键角为109.5°，NH3分子中H—N—H 的键角 为107.3°，H2O分子中H—O—H的键角为104.5°。从价电子对互斥理 论分析导致这三种分子键角差异的原因是什么？
sp2
CO2 SO2 CCl4 NH3
n＝12 ×(4＋0)＝2
n＝12×(6＋0)＝3 n＝ 12×(4＋4)＝4 n＝ 12×(5＋3)＝4
sp
sp2 sp3 sp3
解析答案
C2H2和C2H4中每个碳原子连接的原子个数分别为2、3，每个C原子分别 形成2个σ键、2个π键和3个σ键、1个π键，根据参与杂化的原子轨道形成 σ键，未参与杂化的原子轨道形成π键，所以C原子杂化类型分别为sp、 sp2。
价电子 对数 2 3 4
成键电 子对数
2 3 4
孤电子 对数 0 0 0
空间构型
直线形 平面三角形 正四面体形
范例
CO2、BeCl2 CH2O、BF3 CH4、CCl4
(2)中心原子上有孤电子对的分子空间构型： 中心原子上的孤电子对占据中心原子周围的空间，与成键电子对互相排斥， 使分子的空间构型发生变化。
4.CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都为sp3，它们的键角为什么依 次减小？从杂化轨道理论的角度思考，比较键角大小时有什么方法？
CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子的孤对电子数 依次为0对、1对、2对。由于孤对电子对共用电子对的排斥作用使键角 变小，孤对电子数越多排斥作用越大，键角越小。
一能级组，能量相差较大。 2.原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？
杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同，ns轨道与 np轨道的能量不同，杂化后，形成的一组杂化轨道能量相同。