苏教版高中化学选修3讲义分子的空间构型

第一单元分子构型与物质的性质第1课时分子的空间构型目标与素养：1.能准确判断共价分子中中心原子的杂化轨道类型，能用杂化轨道理论和价层电子对理论判断分子的空间构型。

(宏观辨识与微观辨析)2.利用“等电子原理”推测分子或离子中中心原子的杂化轨道类型及空间构型。

(证据推理与模型认知)一、杂化轨道理论与分子的空间构型1．sp3杂化与CH4分子的空间构型(1)杂化轨道的形成碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。

(2)sp3杂化轨道的空间指向碳原子的4个sp3杂化轨道指向正四面体的4个顶点，每个轨道上都有一个未成对电子。

(3)共价键的形成碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个相同的σ键。

(4)CH4分子的空间构型CH4分子为空间正四面体结构，分子中C—H键之间的夹角都是109.5°。

(1)杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相同，但形状不同。

(2)杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。

(3)杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。

(4)未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。

2．sp2杂化与BF3分子的空间构型(1)sp2杂化轨道的形成硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。

1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的3个sp2杂化轨道。

(2)sp2杂化轨道的空间指向硼原子的3个sp2杂化轨道指向平面三角形的三个顶点，3个sp2杂化轨道间的夹角为120°。

(3)共价键的形成硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的1个2p轨道重叠，形成3个相同的σ键。

(4)BF3分子的空间构型BF3分子的空间构型为平面三角形，键角为120°。

3．sp杂化与BeCl2分子的空间构型(1)杂化轨道的形成Be原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道，1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。

(2)sp杂化轨道的空间指向两个sp杂化轨道呈直线形，其夹角为180°。

(3)共价键的形成Be原子的2个sp杂化轨道分别与2个Cl原子的1个3p轨道重叠形成2个相同的σ键。

二、价层电子对互斥模型1．价层电子对互斥模型的基本内容分子中的电子对(包括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。

(1)当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。

(2)当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子的空间构型。

(3)电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。

2．价层电子对互斥模型与分子的几何构型(1)中心原子中的价电子全部参与形成共价键的分子的几何构型如下表所示(由中心原子周围的原子数m来预测)：何构型：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，使分子的几何构型发生变化，如：H2O、NH3等。

(3)相关说明①具有相同价电子对数的分子，中心原子的杂化轨道类型相同，价电子对分布的几何构型也相同。

②如果分子中中心原子的杂化轨道上存在孤电子对，价电子对之间的斥力大小顺序为：孤电子对与孤电子对之间的斥力＞孤电子对与成键电子对之间的斥力＞成键电子对与成键电子对之间的斥力，且随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减小，键角也减小。

三、等电子原理1．原理具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。

2．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。

(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)金刚石中的碳原子和CO2中的碳原子采用的杂化类型相同。

()(2)CH4和NH3分子中的中心原子均采用sp杂化，故两分子的键角相同。

() [答案](1)×(2)×2．下列分子或离子中，中心原子价层电子对的几何构型为四面体且分子或离子的空间构型为V形的是()A．NH＋4B．PH3C．H3O＋D．OF2D[如果中心原子价层电子对的几何构型为四面体，则应该是sp3杂化，V形结构由3个原子构成，所以D选项正确；A选项中，三角锥型的NH3结合一个H ＋变为四面体结构；B选项中，PH3为三角锥型；C选项中，H2O为V形，H2O结合一个H＋变为三角锥型结构。

]3．CH4与NH＋4________(填“是”或“不是”)互为等电子体，二者的空间构型为________。

[答案]是正四面体形分子的空间构型与杂化类型(1)只有能量相近的原子轨道才能杂化。

(2)杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等，杂化轨道能量相同。

(3)杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。

(4)杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。

(5)杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对。

(6)未参与杂化的p轨道可用于形成π键。

2．AB m型粒子的中心原子杂化与分子空间构型的关系(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时杂化类型sp sp2sp3轨道组成一个n s和一个n p一个n s和两个n p一个n s和三个n p轨道夹角180°120°109.5°杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子的空间构型直线形平面三角形正四面体型由于孤电子对参与互相排斥，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个是由孤电子对占据的，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个由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体构型，而呈三角锥型。

3．含σ键和π键的分子构型和杂化类型物质结构式杂化轨道类型分子中共价键数键角分子的空间构型甲醛sp23个σ键1个π键约120°平面三角形乙烯5个σ键1个π键120°平面形氰化氢sp2个σ键2个π键180°直线形乙炔3个σ键2个π键180°直线形分子或离子中中心原子杂化类型的判断(1)根据分子或离子的立体结构判断，如直线形为sp杂化，平面形为sp2杂化，四面体为sp3杂化。

(2)根据参加杂化的轨道数(价层电子对数)与形成的杂化轨道数相同判断，如2个价层电子对的杂化为sp杂化，3个价层电子对的杂化为sp2杂化，4个价层电子对的杂化为sp3杂化。

(3)根据中心原子是否形成π键及π键数目判断，如中心原子没有π键为sp3杂化，形成一个π键为sp2杂化，形成两个π键为sp杂化。

1．(1)(2019·全国Ⅲ卷)NH4H2PO4中，电负性最高的元素是________；P的________杂化轨道与O的2p轨道形成________键。

(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](1)O sp3σ(2)sp3sp3价层电子对互斥模型与等电子原理m杂化类型价电子对数成键电子对数孤电子对数分子空间构型实例sp 2 2 0 直线形BeCl2、CO2价层电子对数的一般计算方法：对于AB m型分子(A是中心原子，B是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：即n＝中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m2。

规定：①作为配体，卤素原子和氢原子提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子；②作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算，即中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数；③对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上阴离子的电荷数或减去阳离子的电荷数；④计算价电子对数时，若剩余1个电子，亦当作1对电子处理。

⑤双键、三键等多重键作为1对电子看待。

3．等电子体满足等电子原理的微粒称为等电子体。

等电子体具有相同的原子总数和价电子总数，常见的等电子体如下：面体形(1)互为等电子体的分子或离子，其中心原子的杂化类型相同，与成键原子形成的化学键类型相同。

(2)互为等电子体的分子或离子的价电子总数相同，而不是电子总数相同。

(3)O3可以看成OO2，故O3的通式及价电子总数与SO2均相同，二者互为等电子体。

【典例】用价层电子对互斥模型推测下列分子的空间构型：(1)H2S________；(2)NH－2________；(3)BF3________；(4)CHCl3________；(5)SiF4________。

[解析]根据原子的最外层电子的排布，可以判断出本题分子的中心原子含有的孤电子对数和结合的原子数为：化学式H2S NH－2BF3CHCl3SiF4中心原子含有孤电子对数 2 2 0 0 0中心原子结合的原子数 2 2 3 4 4[答案](1)V形(2)V形(3)平面三角形(4)四面体(5)正四面体确定AB m型分子或离子空间构型的思路σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数＝中心原子上的价电子对数价层电子对互斥模型分子或离子的空间构型。

2．用价层电子对互斥理论判断SO3的分子构型为()A．正四面体型B．V形C．三角锥型D．平面三角形D[SO3分子中S原子的价电子对数＝6＋02＝3，由于结合3个O原子，故成键电子对数为3，孤电子对数是0，其分子为平面三角形构型。

]3．B3N3H6和C6H6是等电子体，则下列说法不正确的是()A．B3N3H6能发生加成反应和取代反应B．B3N3H6具有碱性C．B3N3H6各原子在同一平面上D．B3N3H6不能使酸性高锰酸钾溶液褪色B[苯所有原子都在同一平面上，能发生加成反应和取代反应，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，也不具有碱性，而B3N3H6具有相似的性质，故B错误。

]1．下列关于原子轨道的说法正确的是()A．凡中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间构型都是正四面体型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轨道混合而形成的C．sp3杂化轨道是由同一原子中能量相近的s轨道和p轨道杂化而形成的一组能量相等的新轨道D．凡AB3型共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键C[凡中心原子采取sp3杂化得到的杂化轨道都是正四面体型，但是根据孤电子对占据杂化轨道数目的多少，其分子立体构型也可以呈现V形(H2O)、三角锥型(NH3)，也有的呈现变形四面体，如CH3Cl，故A错；CH4的sp3杂化轨道是由中心原子碳中能量相近的一个2s轨道和3个2p轨道杂化而形成的，与氢原子结合时，四个杂化轨道分别和四个氢原子的1s轨道重叠，形成四个C—Hσ键，B错；AB3型分子中，BF3的B原子采用sp2杂化，D错。