第六节 简单分子的空间结构
乐乐课堂分子的空间结构必修二
乐乐课堂分子的空间结构必修二一、引言分子的空间结构是化学中的重要概念之一，它关乎着分子的性质和反应性。
乐乐课堂为我们带来了必修二的分子的空间结构，通过该课程我们将深入探讨分子的三维构型和分子间的相互作用。
本文将对乐乐课堂分子的空间结构必修二进行全面、详细、完整的讨论。
二、分子的构型2.1 分子的构型概述分子的构型是指分子内原子之间的相对排列方向。
它包括分子的空间取向、空间位置和空间形状等方面。
分子的构型通过分子的键角、键长和键的取向来描述。
2.2 分子的平面构型在平面构型中，分子内的原子位于同一平面上，原子之间的键角保持稳定。
平面构型的例子包括乙烯和苯分子。
2.3 分子的空间构型空间构型是指分子内原子的空间排列方式，它包括分子的手性性质、立体异构等。
对于手性分子而言，它们的立体构型对其化学性质和反应性有着重要影响。
2.3.1 手性分子的构型手性分子是指无法与其镜像重合的分子。
它们具有非对称的空间构型，可以分为左旋和右旋两种异构体。
手性分子的典型例子有乳酸和葡萄糖。
2.3.2 其他立体异构体的构型除了手性分子外，分子还可以存在其他立体异构体，如构象异构体和环异构体等。
构象异构体指的是分子在空间中的不同构象，常见于键的旋转和双键的顺反异构。
环异构体则指由于分子内部形成环状结构而产生的异构体。
三、分子间的相互作用分子间的相互作用对于物质的物理性质和化学性质有着重要影响。
本节将介绍一些常见的分子间相互作用。
3.1 电离作用和离子间作用电离作用是指分子或原子失去或获得电子而形成带电粒子的过程。
离子间作用是指带电离子之间的相互作用力。
3.2 范德华力和互相作用力范德华力是指分子间由于电子运动引起的瞬时偶极矩相互作用力。
互相作用力包括范德华力、氢键和离子中的范德华作用。
3.3 氢键的形成和特点氢键是一种比范德华力更强的相互作用力，它常见于含有氢原子和电负性较大的原子（如氧、氮、氟）的分子中。
氢键的形成对于分子的稳定性和物理性质有着重要影响。
《分子的空间结构》 说课稿
《分子的空间结构》说课稿尊敬的各位评委老师：大家好！今天我说课的题目是《分子的空间结构》。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教学方法、教学过程以及教学反思这几个方面来展开我的说课。
一、教材分析“分子的空间结构”是高中化学选修三《物质结构与性质》模块中的重要内容。
在此之前，学生已经学习了原子结构、共价键等知识，为本节内容的学习奠定了基础。
这部分内容不仅是对前面知识的深化和拓展，也为后续学习晶体结构等知识做好铺垫。
本节课主要介绍了分子的空间结构的相关概念，包括价层电子对互斥理论、杂化轨道理论等，通过这些理论来解释和预测分子的空间构型，帮助学生从微观角度理解物质的结构和性质之间的关系。
二、学情分析学生在之前的学习中已经具备了一定的原子结构和化学键的知识，但对于分子的空间结构的认识还比较模糊。
高二的学生思维活跃，具有较强的好奇心和求知欲，但抽象思维能力和空间想象力还有待提高。
因此，在教学中需要通过形象直观的方式引导学生理解抽象的概念，激发学生的学习兴趣，培养学生的思维能力。
1、知识与技能目标（1）了解价层电子对互斥理论和杂化轨道理论的基本内容。
（2）能够运用价层电子对互斥理论和杂化轨道理论解释和预测简单分子的空间构型。
2、过程与方法目标（1）通过对分子空间构型的探究，培养学生的观察能力、分析能力和归纳总结能力。
（2）通过模型构建和小组讨论，培养学生的合作学习能力和创新思维能力。
3、情感态度与价值观目标（1）让学生感受化学世界的奇妙，激发学生学习化学的兴趣。
（2）培养学生严谨的科学态度和勇于探索的精神。
四、教学重难点1、教学重点（1）价层电子对互斥理论和杂化轨道理论的基本内容。
（2）运用价层电子对互斥理论和杂化轨道理论解释和预测分子的空间构型。
（1）杂化轨道理论的理解和应用。
（2）准确判断分子的中心原子的价层电子对数。
五、教学方法为了突出重点，突破难点，实现教学目标，我将采用以下教学方法：1、讲授法：讲解价层电子对互斥理论和杂化轨道理论的基本概念和原理，使学生对新知识有初步的了解。
化学分子的空间构型
化学分子的空间构型在化学领域中，分子的空间构型是指分子中各原子的相对排列方式和空间结构。
分子的空间构型对于分子的性质和反应方式起着重要的影响。
本文将探讨化学分子的空间构型及其影响因素。
一、分子的空间构型概述分子的空间构型包括分子的立体结构和键角（键长和键角度）的排列方式。
分子的立体结构决定了分子的三维形状，而键角则决定了分子中原子的相对位置。
分子的空间构型由化学键的性质和原子间相互作用力所决定。
二、空间构型的影响因素1. 化学键类型：分子中的化学键类型不同，对应的空间构型也会有所不同。
例如，碳原子之间的单键使得分子呈现出线性构型，而双键或三键则会使分子呈现出非线性的形状。
2. 原子尺寸：原子的尺寸决定了分子中原子之间的距离，从而影响分子的空间构型。
较大的原子会使得分子呈现出较离散的构型，而较小的原子则有助于分子形成更紧凑的结构。
3. 电子云的排斥和吸引力：分子中的电子云具有互相排斥的作用，导致分子呈现出一定的空间构型。
同时，电子云也可以被相邻原子的核吸引，从而使分子形成更稳定的构型。
4. 手性性质：手性分子是一种具有非对称的空间构型的分子。
它们的空间构型决定了它们的立体异构体是否对映。
手性分子的手性性质对于化学反应的选择性和生物活性具有重要影响。
三、分子空间构型的应用与研究分子空间构型的研究不仅对于理解物质的性质和反应机理具有重要意义，还广泛应用于以下领域：1. 新药研发：分子的空间构型对于药物的生物活性和效果起着至关重要的作用。
通过研究分子的空间构型，可以设计出更具选择性和效果的药物。
2. 光电器件：分子的空间构型决定了分子的光学和电学性质，对于光电器件的设计与性能提升有着重要影响。
3. 催化剂设计：催化剂的活性和选择性与其空间构型密切相关。
研究催化剂的空间构型有助于设计高效和选择性的催化剂。
4. 有机合成：有机合成中，分子的空间构型决定了反应的发生性和选择性。
研究分子的空间构型有助于有效设计合成路线和合成新的化合物。
分子的空间结构知识点总结
分子的空间结构知识点总结一、价层电子对互斥理论（VSEPR理论）1. 价层电子对的计算。
- 中心原子的价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数。
- 对于AB_n型分子，σ键电子对数= n（n为与中心原子结合的原子个数）。
- 孤电子对数=(1)/(2)(a - nb)，其中a为中心原子的价电子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。
例如，在H_2O中，中心原子O的价电子数a = 6，与O结合的H原子最多能接受1个电子，n = 2，则孤电子对数=(1)/(2)(6 - 2×1)=2。
2. 价层电子对的空间构型。
- 当价层电子对数为2时，空间构型为直线形，如BeCl_2。
- 当价层电子对数为3时：- 若没有孤电子对，空间构型为平面三角形，如BF_3。
- 若有1个孤电子对，空间构型为V形，如SO_2。
- 当价层电子对数为4时：- 若没有孤电子对，空间构型为正四面体，如CH_4。
- 若有1个孤电子对，空间构型为三角锥形，如NH_3。
- 若有2个孤电子对，空间构型为V形，如H_2O。
二、杂化轨道理论。
1. 杂化类型。
- sp杂化：- 由1个s轨道和1个p轨道杂化形成2个sp杂化轨道。
- 例如BeCl_2，Be原子的电子排布式为1s^22s^2，在成键时，Be原子的1个2s电子激发到2p轨道，然后2s轨道和1个2p轨道杂化形成sp杂化轨道，分子空间构型为直线形。
- sp^2杂化：- 由1个s轨道和2个p轨道杂化形成3个sp^2杂化轨道。
- 如BF_3，B原子的电子排布式为1s^22s^22p^1，B原子的1个2s电子激发到空的2p轨道，然后2s轨道和2个2p轨道杂化形成sp^2杂化轨道，分子空间构型为平面三角形。
- sp^3杂化：- 由1个s轨道和3个p轨道杂化形成4个sp^3杂化轨道。
- 在CH_4中，C原子的电子排布式为1s^22s^22p^2，C原子的1个2s电子激发到空的2p轨道，然后2s轨道和3个2p轨道杂化形成sp^3杂化轨道，分子空间构型为正四面体。
分子的空间结构模型
分子的空间结构模型
分子的空间结构模型是指分子中原子的空间排列方式。
为了更好地理解分子的空间结构，可以使用杂化轨道理论来解释和预测简单分子的空间结构。
杂化轨道理论是由美国化学家鲍林于1931年提出的，该理论认为，在形成分子时，原子的能量相近的原子轨道可以重新组合成新的原子轨道，这种重新组合的过程称为杂化。
不同的原子轨道杂化后，形成的杂化轨道的形状和能量不同，从而导致分子的空间结构和性质也不同。
常见的杂化轨道类型包括sp、sp2和sp3等。
以甲烷（CH4）为例，碳原子的外层电子排布为1s22s22p2，其中2s和2p轨道可以杂化成四个sp3杂化轨道，这些杂化轨道的能量、形状和方向都不同。
然后，碳原子可以与四个氢原子形成四个共价键，这些共价键的键长和键角也不同。
通过搭建分子的空间结构模型，可以直观地理解分子的空间结构和性质，同时也有助于加深对杂化轨道理论的理解。
分子的空间结构_课件
求分子的立体构型
然后，略去孤电子对，便可得到分子的立体构型 。比如，H2O和NH3的中心原子各有_2__对和_1__对孤电子对，价 层电子对都是_4__对，这些价层电子对形成的是_四__面__体____形的 VSEPR模型。
求分子的立体构型
略去孤电子对，便得到H2O的立体构型为_V__形____，NH3的立体 构型为__三__角__锥__形___。如下所示：
常见分子的立体结构
下列分子根据其分子立体构型连线
。
分子
A：H2O
B：CO2C
：NH3
D：CH2O
E：CH4
分子的立体构型 ①直线形 ②V形 ③平面三角形 ④三角锥形 ⑤正四面体形
答案 A—② B—① C—④ D—③ E— ⑤
VSEPR理论的含义
CO2和H2O都是三原子分子，为什么CO2呈直线形而H2O 呈V形？CH2O和NH3都是四原子分子，为什么CH2O呈 平面三角形而NH3呈三角锥形？
为了探究其原因，发展了许多结构理论。这节课我们来学 习其中一种较简单的理论——价层电子对互斥理论 (VSEPR theory) 。
VSEPR：Valence Shell Electron Pair Repulsion的缩写 。
VSEPR理论的含义
价层电子对互斥理论认为，分子的立体构型是_价__层__电__子___对___相 互排斥的结果。
求分子的立体构型 应用VSEPR理论对几种分子或离子立体构型的推测 ：
0
2
ห้องสมุดไป่ตู้
0
3
1
3
直线形 平面三角形
V形
求分子的立体构型
0
4
1
4
简单分子的构型和构象
二.丁烷的构象
1、极限构象
2、张力 ——扭转张力、空间效应（非键张力,范德华半径） 常见原子的范德华半径
原子 H B C N O F Si P S 1.85(sp,sp2) 1.70 1.65 1.60 2.10 2.05 2.00 r/A° 1.50 1.80 3) 1.75(sp Cl Ge As Se Br Sn I
θ=0°
极限构象 稳定构象 扭转张力E=14KJ/mol 张力：扭专张力(成键电子对排斥力)、非键张力 (空间 效应)。
《Hyperconjugation not steric repulsion leads to the staggered structure of ethane 》－Nature[VOL.411 31 May 2001] ——
H2S： ∠HSH=92° CH3SH ： ∠CSH=100.3°, ∠HCH=110.2°, ∠HCS=108° CH3SCH3： ∠CSC= 98.9 °, ∠HCS=106.7°, ∠HCH=109.5°
五. 含N、S、P氧化物
O的电负性（3.5）比N（3.0）、S（2.5）、P（2.1） 的大，对孤电子对束缚大。N 、 S 、 P 对孤电子对束缚 小，给出一个单电子于O，形成氧化物：
取代基X -Si(CH3)3 -P(C6H5)2 -I -SCN △E 15.5 8.34 6.74 6.29 取代基X -N(CH3)2 -Cl -COOH -COCl △E 4.70 4.53 4.48 4.32
Ⅰ
Ⅱ
-SC6H5
-SCH3 -Br -CONH2
6.21
6.16 5.49 5.37
2Px↑Py↑Pz SP3↑↑↑↑ 2S↑↓
S: 球对称，电子密度最大处在原子核上。 P: 哑铃型，电子密度最大处在两球上，原 子核处为0；三个P轨道相等，互相垂直。
2025届高中化学高考复习学案：分子的空间结构
分子的空间结构（答案在最后）1.掌握价层电子对互斥模型和杂化轨道理论的内容并能用其推测简单分子或离子的空间结构。
2．掌握键角大小原因并能作出规范描述。
考点一“VSEPR”模型杂化轨道理论1.价层电子对互斥模型(1)理论要点①价层电子对在空间上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。
②孤电子对排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。
(2)价层电子对数的计算价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数【师说·助学】解读价层电子对数计算公式(1)σ键电子对数＝中心原子结合的原子数。
(2)中心原子的孤电子对数＝12(a－xb)，其中：①a表示中心原子的价电子数。
对于主族元素：a＝原子的最外层电子数。
对于阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数。
对于阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值)。
②x表示与中心原子结合的原子数。
③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(氢为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。
如氧和氧族元素中的S、Se等均为2，卤族元素均为1)。
2．杂化轨道理论(1)杂化轨道理论概述中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。
杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。
(2)杂化轨道三种类型(3)由杂化轨道数判断中心原子的杂化类型①杂化轨道用来形成________键和容纳________。
②杂化轨道数＝________________________＋________________＝中心原子的价层电子对数。
【易错诊断】判断正误，错误的说明理由。
1．价层电子对互斥模型中，π键电子对数应计入中心原子的价层电子对数：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
分子的空间结构
BF3 (3+3)/2=3
CCl4 (4+4)/2=4;
O=CCl2 (4+2)/2=3
PCl5、 (5+5)/2=5
NH3 (5+3)/2=4
SF6 (6+6)/2=6
孤对电子、重键电子对斥力较大，会影响分子几何构型。
如 NH3 4原子成三角锥形键角107.3; H2O 3原子成三角形键角104.5; O=CCl2 4原子成三角形,键角124.3、111.4。
Zn(NH3)42+
顺反异构
叶绿素结 构示意图
碳铂的结构模型
配合物的形成与结构
1。通过实验分析认识配合物的形成与应 用—CuSO4与过量氨水作用不生成沉淀， 难检验出NH3与Cu2+，可检验出SO42- ， 用硝酸溶解后，恢复蓝色，可用碱检验出 NH3，说明NH3与Cu2+的结合。
2。通过NH3形成NH4+的分析，认识配为 位键的形成，应用于分析NH3与Cu2+结的 结合，认识Cu(NH3)42+的结构，配位键 形成的条件。
CH≡CH sp
直线型
C6H6 sp2 平面结构
分子空间构型的教学
从化学2 已学实例出发: HCl、H2S、CH4 ,讨论: 1. 分子的组成决定与什么？成键原子的化合价、形成共 用电子对的数目。 2. 分子的空间结构决定于什么？---杂化轨道理论
3. 分子空间结构的预测、解释与判断的一些理论----价电 子对互斥理论、等电子原理。
编写 思路
揭示分子构型与物质性质的关系
结构模拟
认识杂化 轨道
理解分 子构型
说明物 质性质
分子的空间构型 PPT课件
例2、 BeCl2和BF3分子空间构型 教材P68 交流与讨论
杂化类型： 轨道成分： 轨道空间构型： 轨道间夹角： 分子空间构型：
BeCl2
SP
1个S 1个P
直线形 180。 直线形
BF3
SP2
1个S 2个P
平面正三角形 120。
平面正三角形
问题解决：阅读课本P69页相关内容，用杂化轨道理论 分析乙烷、乙烯、乙炔的成键情况。
ABm 分子空间构型
m=2
V形
m=3 三角锥形
范例
H2O NH3
原因： 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。 例如，H2O和NH3的中心原子分别有2 对和1对孤对电子，跟中心原子周围的 σ键加起来都是4，它们相互排斥，形 成四面体，因而H2O分子呈V形，NH3 分子呈三角锥形。
例1、 CH4分子空间构型
提示：C：2S 2P 激发 C：2S 2P 杂化 SP3
正四面体结构的 分子或离子的中 心原子，一般采 用SP3杂化轨道形 成共价键，如： CCl4、NH4+等。
除sp3杂化轨道外，还有sp杂化轨道和sp2杂化轨道。sp杂化 轨道由1个s轨道和1个p轨道杂化而得；sp2杂化轨道由1个s轨 道和2个p轨道杂化而得，如图所示。
平面三角形
SP3
正四面体形
NH3 H2O
1+3=4 2+2=4
SP3
三角锥形
SP3
V形
教材P70 ： 2.请与同学.价层电子对 (n)： 包括孤电子对和成键电子对。
一般孤电子对离核较近。 价电子对数目与它的几何分布关系
分子的空间结构(第一课时)-课件-2024-2025学年高中化学新教材选择性必修2
高中化学
分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。 分子的空间结构是分子中的原子处于平衡位置时的模型。
高中化学
分子振动需要能量，所以当一束红外线透过 分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频 率相同的红外线，记录到图谱上呈现吸收峰。
化学式：C2H6O 乙醇 CH3CH2OH 二甲醚 CH3OCH3
化学式 CO2 H2O CH2O
NH3
电子式
分子的空间结构模型 任务 写出分子的电 子式，再对照其球棍 模型，运用分类、对 比的方法，分析结构 不同的原因。
CH4
高中化学
化学式 CO2 H2O CH2O
NH3
CH4
电子式 分子的空间结构模型 结论：由于中心原子
的孤电子对占有一定
空间，对其他成键电
子对存在排斥力，影
高中化学
O2
HCl
大多数分子是由两个以上原子构成的，于是分子就
有了原子的几何学关系和形状，这就是分子的空间结构。
2.三原子分子
直线形和V形
高中化学
3.四原子分子
平面三角形和三角锥形等
高中化学
4.五原子分子 最常见的是四面体形
高中化学
高中化学
分子结构的测定
分子的空间结构是怎样测定的? 红外光谱、晶体X射线衍射等
高中化学
·· ··
空间结构：正四面体形 键角：109°28′
H HHC····H
为什么甲烷分子的空间结构是正四面体形而不是正方形？
高中化学
“气球空间互斥”类比“电子对互斥”
任务 制作气球模型
高中化学
电子对数 空间结构
2
直线形
电子对互斥
气球空间互斥
分子的立体结构和分子的空间结构
分子的立体结构和分子的空间结构
分子的立体结构和分子的空间结构是两个相关的概念，它们都描述了分子中原子在空间中的排列和位置。
分子的立体结构指的是分子中原子的三维排列形式，包括键长、键角、二面角等参数。
分子的立体结构决定了分子的形状和外观，例如直线形、平面形、四面体形等。
分子的空间结构则更侧重于分子中原子的相对位置关系，包括键长、键角、二面角等参数。
分子的空间结构描述了原子在空间中的相对位置和排列，与键结的化学键种类有关。
分子的空间结构也称为分子的几何构型或分子构型。
总之，分子的立体结构和分子的空间结构都是描述分子中原子的排列和位置，但侧重点略有不同。
分子的空间构型 PPT
BeCl2分子形成
2p 2s
2p
2s 激发
杂化 直线形
Be基态
180
Cl Be
激发态
Cl
键合
sp杂化态 直线形
化合态
根据以下事实总结：如何判断一个化合物 的中心原子的杂化类型？
sp3
C－C
sp2
C＝C
sp
C≡C
2、判断中心原子的杂化类型一般方法
（1）看中心原子有没有形成双键或叁键，如果有1 个叁键，则其中有2个π键，用去了2个p轨道，形成 的是sp杂化；如果有1个双键则其中有1个π键，形成 的是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。
思考:CH4、H2O、NH3分子中的中心原 子均采用SP3杂化，但为何键角存在差异？
等电子体原理
具有相同的通式——ABm，而且价电子总数相等的分子 或离子具有相同的结构特征,这个原理称为“等电子体原理”。 这里的“结构特征”的概念既包括分子的立体结构，又包括 化学键的类型，但键角并不一定相等，除非键角为180或90 等特定的角度。
2s
2p
激发 2s
2p
杂化 正四面体形
C的基态
H
C
H
H
H
激发态
109°28’
sp3 杂化态
sp3 杂化
原子形成分子时，同一个原子中能量相近的一个 ns 轨道与三个 np 轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为 sp3 杂化轨道。
SP2
思考题：为了满足生成BF3和BeCl2的 要求，B和Be原子的价电子排布应如何改 变？用轨道式表示B和Be原子的价电子结 构的改变。
CO2 和 N2O 。
Li Be B C N O F Ne
分子的空间构型ppt课件
1
C 2s 2px 2py 2pz
2s
2px
2py
2pz
C原子与H原子结合形成的分子为什么是CH4，而不是CH2或CH3？CH4分子为什么具 有正四面体的空间构型（键长、键能相同，键角相同为109°28′）？
2
1.杂化轨道理论简介 为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，
18
（3）判断共价分子结构的实例
例 1 利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何 构型。要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型 。
AlCl3
H2S
SO32 - NH4 +
NO2
解：总数 对数
电子对构型
6
8
8
8
5
3
4
4
4
3
三角形 正四面体 正四面体 正四面体 三角形
分子构型
Cl
Al
Cl
键角
sp
直线形
sp
直线形
sp2 平面三角形
180° 直线形
180°
180° 直线形
180°
120°
平面三角形 120°
正四面 109.5°
sp3
正四面体
体 109.5°
109.5°
V形
104.5°
NH3
4
三角锥形 107.3°
PCl3
4
107.3° 20
小结:
中心原子 无孤对电子
代表物 CO2 CH2O CH4
中心原子
H2O
有孤对电子 NH3
中心原子 结合的原子数
2 3 4
分子的空间构型(课件PPT)
是( )
A．CO2与SO2 C．BeCl2与BF3
B
B．CH4与NH3 D．C2H2与C2H4
课堂练习
2、对SO2与CO2说法正确的是( ) D
A.都是直线形结构 B.中心原子都采取sp杂化轨道 C.S原子和C原子上都没有孤对电子 D.SO2为V形结构， CO2为直线形结构
课堂练习
3、指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分 子的几何构型。 (1)PCl3 (2)BCl3 (3)CS2
价层电子对数 2
3
4
5
6
电子对排布方 直线形 平面三角 四面体 三角双 八面体
式
形
锥
二、价层电子对互斥理论的应用实例
（一） CH4 的空间构型
在CH4 中，C 有4个电子，4个H 提供4个电 子，C 的价层电子总数为8个，价层电子对为4 对 。C 的价层电子对的排布为正四面体，由于 价层电子对全部是成键电子对，因此 CH4 的空 间构型为正四面体。
2s
2p 激发 2s
2p
C的基态
H
C
H
H
H
激发态
109°28’
正四面体形 sp3 杂化态
等性sp3 杂化
原子形成分子时，同一个原子中能量相近的一个 ns 轨道与三个 np 轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为 sp3 杂化轨道。
SP2
等性sp2 杂化
同一个原子的一个 ns 轨道与两个 np 轨道进行杂化组合为
BeCl2分子形成
2p 2s
2p 2s
激发
直线形 杂化
Be基态
Cl
180
Be Cl
激发态
键合
sp杂化态 直线形
《分子的空间结构》 讲义
《分子的空间结构》讲义一、引言分子是构成物质的基本单元，它们的空间结构对于物质的性质和化学反应具有至关重要的影响。
了解分子的空间结构有助于我们更好地理解物质的物理和化学性质，以及预测化学反应的方向和产物。
二、分子的空间结构的基本概念分子的空间结构指的是分子中原子的相对位置和排列方式。
这一结构决定了分子的极性、对称性、化学键的角度和长度等重要性质。
分子中的原子通过化学键相互连接，常见的化学键包括共价键、离子键和金属键。
共价键是分子中最常见的化学键类型，原子通过共用电子对形成稳定的结构。
三、影响分子空间结构的因素1、价层电子对互斥理论（VSEPR）价层电子对互斥理论是预测分子空间结构的重要理论之一。
该理论认为，分子中中心原子周围的价层电子对（包括成键电子对和孤电子对）会尽可能地相互远离，以减小电子对之间的排斥力，从而使分子达到最稳定的空间结构。
例如，对于 AB₂型分子（如 CO₂），中心原子 A 周围有两对价层电子对，它们呈直线形分布，分子的空间结构为直线型。
而对于 AB₃型分子（如 BF₃），中心原子 B 周围有三对价层电子对，它们呈平面三角形分布，分子的空间结构为平面三角形。
2、杂化轨道理论杂化轨道理论解释了原子在形成分子时轨道的重新组合和杂化。
原子通过杂化形成新的等价杂化轨道，这些杂化轨道的空间取向和能量分布决定了分子的空间结构。
常见的杂化类型包括 sp 杂化（如 BeCl₂中的 Be 原子）、sp²杂化（如 BF₃中的 B 原子）和 sp³杂化（如 CH₄中的 C 原子）等。
3、分子间作用力分子间作用力如范德华力、氢键等也会对分子的空间结构产生一定的影响。
例如，水分子之间存在氢键，使得水分子在固态时形成规则的晶格结构。
四、常见分子的空间结构1、双原子分子双原子分子如 H₂、O₂、N₂等，由于只有两个原子，其空间结构通常为直线型。
2、三原子分子（1）直线型分子：如 CO₂，两个氧原子分别位于碳原子的两侧，呈直线排列。
第六节 简单分子的空间结构
第六节简单分子的空间结构在前面几节，我们学习了几种常见的空间模型，本节将着重探讨简单分子的空间构型。
这里会涉及不少杂化理论、价层电子互斥理论、离域π键和等电子体原理，本节不着重探讨，请大家参考有关竞赛和大学参考书，或是《高中化学竞赛辅导习题集——三维化学》选编的某些内容。
下表是通过杂化理论和价层电子互斥理论确定的常见分子的空间构型，供大家参考。
电子对数目中心原子杂化类型电子对的空间构型成键电子对数孤电子对数电子对的排列方式分子的空间构型实例2 sp 直线 2 0 直线BeCl2 CO23 sp2 三角形3 0 三角形BF3SO3 2 1 V—形SnBr2PbCl24 sp3 四面体4 0 四面体CH4CCl4 3 1 三角锥NH3PCl3 2 2 V—形H2O5 sp3d 三角双锥5 0 三角双锥PCl5 4 1变形四面体SF4 3 2 T—形BrF3 2 3 直线形XeF26 sp3d2 八面体6 0 八面体SF6 5 1 四角锥IF5 4 2 正方形XeF4【讨论】给出一个分子或离子，我们一般先找出中心原子，确定它的成键电子对数和孤电子对数，判断杂化类型和电子对构型，再判断分子或离子的构型。
由于等电子体具有类似的空间结构，我们也可以据此判断复杂的分子或离子的空间构型。
我们结合以下例题具体讨论。
【例题1】磷的氯化物有PCl3和PCl5，氮的氯化物只有NCl3，为什么没有NCl5？白磷在过量氯气（其分子有三种不同的相对分子质量）中燃烧时，其产物共有几种不同分子。
①【分析】PCl5中心原子P有3d轨道，能与3s、3p轨道一起参与杂化，杂化类型为sp3d，构型为三角双锥。
第二问是通过同位素来考察三角双锥的空间构型：“三角”是一个正三角形的三个顶点，等价的三个点；“双锥”是对称的两个锥顶。
P35Cl5的37Cl的一取代物可在角上和锥顶上2种情况；37Cl 的二取代物可在两个角上、两个锥顶上和一个角一个锥顶上3种情况；利用对称性，三取代物、四取代物与二取代物、一取代物是相同的。
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第六节简单分子的空间结构
在前面几节，我们学习了几种常见的空间模型，本节将着重探讨简单分子的空间构型。
这里会涉及不少杂化理论、价层电子互斥理论、离域π键和等电子体原理，本节不着重探讨，请大家参考有关竞赛和大学参考书，或是《高中化学竞赛辅导习题集——三维化学》选编的某些内容。
下表是通过杂化理论和价层电子互斥理论确定的常见分子的空间构型，供大家参考。
电子对数目中心原子
杂化类型
电子对的
空间构型
成键电
子对数
孤电子
对数
电子对的
排列方式
分子的
空间构型
实例
2 sp 直线 2 0 直线BeCl2 CO2
3 sp2 三角形3 0 三角形
BF3
SO3 2 1 V—形
SnBr2
PbCl2
4 sp3 四面体4 0 四面体
CH4
CCl4 3 1 三角锥
NH3
PCl3 2 2 V—形H2O
5 sp3d 三角双锥5 0 三角双锥PCl5 4 1
变形
四面体
SF4 3 2 T—形BrF3 2 3 直线形XeF2
6 sp3d2 八面体6 0 八面体SF6 5 1 四角锥IF5 4 2 正方形XeF4
【讨论】给出一个分子或离子，我们一般先找出中心原子，确定它的成键电子对数和孤电子对数，判断杂化类型和电子对构型，再判断分子或离子的构型。
由于等电子体具有类似的空间结构，我们也可以据此判断复杂的分子或离子的空间构型。
我们结合以下例题具体讨论。
【例题1】磷的氯化物有PCl3和PCl5，氮的氯化物只有NCl3，为什么没有NCl5？白磷在过量氯气（其分子有三种不同的相对分子质量）中燃烧时，其产物共有几种不同分子。
①
【分析】PCl5中心原子P有3d轨道，能与3s、3p轨道一起参与杂化，杂化类型为sp3d，构型为三角双锥。
第二问是通过同位素来考察三角双锥的空间构型：“三角”是一个正三角形的三个顶点，等价的三个点；“双锥”是对称的两个锥顶。
P35Cl5的37Cl的一取代物可在角上和锥顶上2种情况；37Cl 的二取代物可在两个角上、两个锥顶上和一个角一个锥顶上3种情况；利用对称性，三取代物、四取代物与二取代物、一取代物是相同的。
共计有(1＋2＋3)×2＝12种。
【解答】N原子最外层无d轨道，不能发生sp3d杂化，故无NCl5。
12种。
【练习1】PCl5是一种白色固体，加热到160℃不经过液态阶段就变成蒸气，测得180℃下的蒸气密度（折合成标准状况）为9.3g/L，极性为零，P－Cl键长为204pm和211pm两种。
继续加热到250℃时测得压力为计算值的两倍。
PCl5在加压下于148℃液化，形成一种能导电的熔体，测得P－Cl的键长为198pm和206pm两种。
（P、Cl相对原子质量为31.0、35.5）回答如下问题：
①180℃下，PCl5蒸气中存在什么分子？为什么？写出分子式，画出立体结构。
②在250℃下PCl5蒸气中存在什么分子？为什么？写出分子式，画出立体结构。
③PCl5熔体为什么能导电？用最简洁的方式作出解释。
④PBr5气态分子结构与PCl5相似，它的熔体也能导电，但经测定其中只
存在一种P－Br键长。
PBr5熔体为什么导电？用最简洁的形式作出解释。
②【讨论】在PCl5分子中有两种氯原子，即有两种P－Cl键长。
PCl5的电离可与H2O的电离进行类比，H2O电离产物阴离子为OH－，阳离子H+，也可表示为H3O+；PCl5电离产物阳离子为PCl4+，阴离子Cl－或PCl6－。
由于PCl4+是正四面体构型（P无孤电子对），只有一种P－Cl键长；由于只有一种P－Cl键长，则阴离子只可以是PCl6－，它是正八面体构型（P也无孤电子对），也只有一种P－Cl键长。
请思考，PCl4、PCl6－的P－Cl键长分别是所测的哪个键长值。
【例题2】利用等电子体原理，判断N3－、BF3的空间构型、中心原子杂化类型和成键情况。
【分析】具有相同通式AX m E n（A表示中心原子，X表示配位原子，下标m表示配位原子的个数，E表示中心原子的孤对电子对，下标n表示孤电子对数），又具有相同的价电子数的分子或离子具有相同的结构，这个原理称为“等电子体原理”。
N3－与CO2互为等电子体，直线形，中心N原子sp杂
大π键；BF3中心B原子不存在孤电子对，为化，除2个σ键外还有2个π4
3
sp2杂化的正三角形的构型，BF3与CO32－互为等电子体，除了3个σ键外，
大π键（3个F原子各提供2个电子）。
还有一个π6
4
【解答】参考分析
【练习2】判断下列分子或离子的空间构型
AlF63－XeF6N2O NO3－NO2＋IO65－
【讨论】AlF63－中Al原子、IO65－中I原子均为sp3d2杂化；XeF6中Xe 原子sp3d3杂化，电子对构型为五角双锥；N2O、NO2＋与CO2互为等电子体；NO3－与CO32－互为等电子体。
【例题3】1．尽管锡和碳一样也能生成四氯化物——SnCl4，然而锡又不同于碳，配位数可以超过4。
画出SnCl4两种可能的立体结构。
2．SnCl4作为路易斯酸可以跟像氯离子或氨基离子那样的路易斯碱反应。
已经知道它跟氯离于有如下两个反应：
SnCl4＋Cl－→SnCl5－；SnCl5－＋Cl－→SnCl62－画出SnCl5－的三种可能的立体结构。
3．用价层电子对互斥理论（VSEPR）预言SnCl5－最可能的是哪一种结构。
4．画出SnCl62－的三种可能的立体结构。
5．用价层电子对互斥理论（VSEPR）预言SnCl62－最可能的是哪一种结构。
③
【分析】本题我们利用价层电子互斥理论判断分子或离子空间构型。
一
般分子或离子的存在具有一定对称性，对称程度高的一般稳定性强。
【解答】1．如右图6-1所示，A 为正四面
体结构，B 为正方形结构；
2．如下图所示，C 为四角锥，D 为三角双锥，E 为为平面五边形； 3．D 最稳定；
4．如下图所示，F 为正八面体，G 为正三棱柱，H 为平面正六边形；
5．F 最稳定。
【练习3】在气态二氯化铍中有单体BeCl 2和二聚体(BeCl 2)2；在晶体中变形成多聚体(BeCl 2)n 。
试画出各种存在形式的结构简图，并指出Be 原子的杂化轨道类型。
④
【讨论】在气态二氯化铍的各种存在形式中，中心Be 原子分别与2个、3个、4个Cl 原子相连，因Be 无孤电子对，则Be 的杂化类型分别为sp 、sp 2、sp 3。
【练习4】硫有许多同素异形体，在低温下用浓盐酸分解硫代硫酸钠时，在甲苯中结晶，得环状分子S 6。
S 6分子中S 原子的杂化类型是什么？分子中是否存在π键？S 6是否有同分异构体？画出S 6分子的结构式。
⑤
【讨论】每个S 原子与其它2个S 原子以σ键成环，还有2个孤电子对，每个S 原子sp 3，其环状结构与环己烷的结构类似。
【练习参考答案】
1．① 9.3×22.4＝208.3g/mol
PCl 5相对分子质量31.0+35.5×5=208.5
蒸气组成为PCl 5
呈三角双锥体（如图6-3所示） 三角双锥分子无极性，有两种键长。
② PCl 5 = PCl 3 + Cl 2 氯分子Cl －Cl ；三氯化磷分子（如图6-4所示） 压力为计算值的两倍表明1mol PCl 5
完全分解成1mol PCl 3和1mol Cl 2, 共2mol 。
气体由等摩尔PCl 3和Cl 2组成。
③ 2PCl 5==PCl 4+ + PCl 6－ 含PCl 4+和PCl 6－两种离子，前者为四面体，后者为八面体（如图6-5所示）， 图6-1 图6-2
P Cl Cl Cl Cl Cl P Cl Cl Cl 图6-3 图6-4 P Cl Cl Cl Cl +Cl P Cl Cl Cl Cl Cl -
Cl Cl Cl Cl +Cl P Cl Cl Cl Cl Cl -
图6-5
因此前者只有一种键长，后者也只有一种键长，加起来有两种键长。
④PBr5==PBr4+ + Br－，PBr4+结构同PCl4+
2．AlF63－正八面体
XeF6五棱锥
N2O 直线形
NO3－正三角形
NO2＋直线形
IO65－正八面体
3．Cl—Be—Cl sp杂化
sp2杂化
sp3杂化
4．S原子采取sp3杂化
图6-6 图6-7不存在π键
有同分异构体：船式（如图6-6所示）；椅式（如图6-7所示）【附录】
①1998年全国化学竞赛预赛模拟试卷（二）第一题第1题
②②1997年全国化学竞赛预赛试卷第二题
③1999年全国化学竞赛预赛模拟试卷（二）第二题
④1998年全国化学竞赛预赛模拟试卷（四）第二题
⑤1999年全国化学竞赛预赛模拟试卷（三）第一题第2题。