人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子的空间结构试讲课ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子的空间结构试讲课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了课前·新知导学，红外光谱，晶体X射线衍射，OCO，直线形，平面三角形，三角锥形，°28′，正四面体形，价层电子对等内容，欢迎下载使用。
　　　　　分子的空间结构1．分子结构的测定许多现代仪器和方法可测定分子结构，如____________、________________等。__________可以测定分子中含有哪些化学键或官能团。
2．多样的分子空间结构(1)三原子分子的空间结构——直线形和V形(角形)。
3．价层电子对互斥模型(1)价层电子对互斥模型认为，分子的空间结构是中心原子周围的“________________”相互__________的结果。分子中的价层电子对包括______________和中心原子上的________________，多重键只计其中______________，不计_____________。
(2)VSEPR模型的两种类型。①中心原子上的价电子都用于形成共价键的分子。
②中心原子上有孤电子对的分子：对于中心原子上有孤电子对(未用于形成共价键的电子对)的分子，中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并互相排斥使分子呈现不同的空间结构。
4．杂化轨道理论简介(1)原子轨道杂化与杂化轨道。
【答案】相近　相等　能量相同　
(2)杂化轨道类型及分子的空间结构。
5．知识拓展：等电子体(1)定义：原子总数、价电子总数均相同的分子或离子互为等电子体。(2)等电子原理：互为等电子体的微粒具有相似的化学键特征和立体结构，许多性质相似，如CO和N2。
(1)根据价层电子对互斥理论得到的VSEPR模型，就是分子的实际空间结构吗？(2)举例说明，中心原子采取sp3杂化的分子的空间结构是否都是正四面体形？
【答案】(1)不完全是。VSEPR模型是按分子中价层电子对数进行判断的，但是有些分子中的部分价层电子对未形成化学键(孤电子对)，而分子的空间结构是忽略孤电子对后的形状。(2)不是。CH4、NH3、H2O分子中的中心原子都是sp3杂化，CH4是正四面体形，NH3是三角锥形，H2O是角形(或V形)。
　　　判断正误。(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)价层电子对之间的夹角越小，排斥力越小。(　　)(2)NH3分子的VSEPR模型与分子空间结构不一致。(　　)(3)五原子分子的空间结构都是正四面体形。(　　)(4)杂化轨道和参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。(　　)
(5)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其空间结构都是正四面体形。(　　)(6)凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。(　　)【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×
任务一　利用价层电子对互斥模型判断分子的空间结构
一些分子的空间结构模型
(1)分析BCl3的价层电子对数、价层电子对互斥模型及分子空间结构。【答案】BCl3的价层电子对数为3，价层电子对互斥模型为平面三角形，分子空间结构为平面三角形。(2)NF3的价层电子对数、价层电子对互斥模型、分子空间结构分别是怎样的？【答案】NF3的价层电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，分子空间结构为三角锥形。
(3)通过(1)、(2)两例分析，价层电子对互斥模型与分子的空间结构一定相同吗？二者之间有何关系？【答案】价层电子对互斥模型与分子的空间结构不一定一致。分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者一致；当中心原子上有孤电子对时，两者不一致。
(1)a表示中心原子的价电子数。对主族元素，a＝最外层电子数；对于阳离子，a＝价电子数－离子电荷数；对于阴离子，a＝价电子数＋|离子电荷数|。(2)x表示与中心原子结合的原子数。(3)b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。
　　　　推测下列分子的空间结构。(1)H2Se__________。(2)BBr3__________。(3)CHCl3__________。(4)SiF4__________。【答案】(1)V形　(2)平面三角形　(3)四面体形(4)正四面体形
【解析】根据原子的最外层电子排布，可以判断出各分子中心原子含有的孤电子对数。
H2Se略去两对孤电子对，分子空间结构为V形，BBr3为平面三角形，CHCl3分子中由于氢原子和氯原子不同，空间结构不是正四面体形，SiF4为正四面体形。
【答案】(1)直线形　(2)V形　(3)三角锥形　(4)三角锥形
任务二　利用杂化轨道理论解释分子的空间结构
在形成多原子分子时，中心原子价层电子上的某些能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的杂化(双原子分子中，不存在杂化过程)。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下：
(1)观察上述杂化过程，分析原子轨道杂化后数量和能量有什么变化。【答案】杂化轨道和参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同，杂化后，形成的一组杂化轨道的能量相同。(2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道？【答案】不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s轨道与3p轨道不在同一能层，能量相差较大。
(3)用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构。【答案】N原子的价层电子排布式为2s22p3，在形成NH3分子的过程中，N原子的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，未与H原子形成共价键，4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形；NH3分子中，由于N原子上的孤电子对的排斥作用，使3个N—H键的键角变小，成为三角锥形的空间结构。
O原子的价层电子排布式为2s22p4，在形成H2O分子的过程中，O原子的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个杂化轨道中是成对电子，未与H原子形成共价键；4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形，但由于2对孤电子对的排斥作用，使2个O—H键的键角变得更小，使H2O分子成为V形的空间结构。
(4)CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都是sp3，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法？【答案】CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。比较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时，键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。
1．轨道的杂化与杂化轨道
3．杂化类型的判断(1)方法：①杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数。②根据杂化轨道数判断杂化类型。注意：轨道数与杂化类型是一 一对应的，即：
4．分子的空间构型的判断分子的空间构型与杂化轨道类型的关系取决于中心原子结合的原子个数与杂化轨道数关系。
【名师点拨】从杂化轨道理论的角度比较键角的大小(1)比较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时，键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小。(2)杂化类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。
　　　　指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式及空间结构。(1)CS2分子中的C为______杂化，分子的结构式为__________，空间结构为__________。
(2)CH2O中的C为______杂化，分子的结构式为__________，空间结构为__________。 (3)CCl4分子中的C为______杂化，分子的结构式为__________，空间结构为__________。 (4)H2S分子中的S为______杂化，分子的结构式为__________，空间结构为__________。
【名师点拨】杂化轨道与共价键类型杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能用于形成π键；未参与杂化的p轨道可用于形成π键。
　　　　(1)(2020年全国卷Ⅰ，节选)磷酸根离子的空间构型为____ ______________，其中P的价层电子对数为________、杂化轨道类型为__________。(2)(2020年全国卷Ⅱ，节选)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2＋、I－和有机碱离子CH3NH，有机碱离子CH3NH中N原子的杂化轨道类型是________。
(3)(2021年广东卷，节选)很多含硫基(－SH)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如，解毒剂化合物Ⅰ可与氧化汞生成化合物Ⅱ。
化合物Ⅲ也是一种汞解毒剂。化合物Ⅳ是一种强酸。下列说法正确的有________。A．在Ⅰ中S原子采取sp3杂化B. 在Ⅱ中S元素的电负性最大C. 在Ⅲ中C—C—C键角是180°D. 在Ⅲ中存在离子键与共价键E. 在Ⅳ中硫氧键的键能均相等【答案】(1)正四面体形　4　sp3　(2)sp3　(3)AD
【答案】(1)BE　(2)C
【名师点拨】用等电子体原理判断分子空间结构(1)常见的等电子体。
(2)等电子体原理的应用。根据已知的一些分子的结构推测另一些与它等电子的微粒的立体构型，并推测其物理性质。①(BN)x与(C2)x，N2O与CO2等也是等电子体。②硅和锗是良好的半导体材料，它们的等电子体磷化铝(AlP)和砷化镓(GaAs)也是很好的半导体材料。
错因分析：只考虑到CH2Cl2是四面体形而忽略了它的碳氢键与碳氯键的键长不同，所以CH2Cl2是四面体形但不是正四面体形而容易错选A；SO2的空间构型为V形，易错判断成直线形，易错选B；BF3的空间构型错判断成三角锥形，易错选C；NO与CO为平面三角形，D正确。
(2)利用VSEPR模型确定分子的空间结构的注意事项。①对于ABn型分子，成键电子对数等于与中心原子相连的原子个数。②分子的空间结构与分子类型有关，如AB2型分子只能为直线形或V形结构，AB3型分子只能为平面三角形或三角锥形结构。故根据分子类型(ABn型)和孤电子对数能很快确定分子的空间结构。正解：D
中心原子杂化类型的判断易出现的误区例2　下列关于原子轨道的说法正确的是(　　)A．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其立体构型都是正四面体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轨道混合起来而形成的C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相近的新轨道D．凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
错解：A或B或D错因分析：中心原子采取sp3杂化的分子，VSEPR模型是正四面体，但若其结合的原子数不等于杂化轨道数时其立体构形就不是四面体，如水和氨气分子中中心原子采取sp3杂化，但H2O是V形，NH3是三角锥形，忽视这一点就会错选A；
CH4中sp3杂化轨道是由中心碳原子的能量相近的一个2s轨道和3个2p轨道杂化形成，与它结合的H的电子无关，而且1s轨道和2p轨道的能量差别较大，也不能形成杂化轨道，若不理解杂化轨道的形成原理，则会错选B；中心原子的杂化类型与其结合的原子个数没有直接的关系，若根据结合的原子数，判断中心原子的杂化类型而会错选D。
满分策略：杂化过程就是原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成与原轨道数相等的一组新轨道的过程。注意：①杂化前后轨道数不变，杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数；②杂化改变了原子轨道的形状、方向；③杂化使原子的成键能力增强。正解：C
1．下列分子中，空间结构不是直线形的是(　　)A．COB．H2OC．CO2D．C2H2【答案】B【解析】CO为双原子分子，属于直线形；CO2、C2H2是典型的直线形分子，而H2O分子为V形。
2．下列有关NH3分子空间结构的分析正确的是(　　)A．中心原子孤电子对数为0，分子为平面三角形，键角为120°B．中心原子孤电子对数为0，分子为三角锥形，键角为107°C．中心原子孤电子对数为1，分子为三角锥形，键角为107°D．中心原子孤电子对数为1，分子为平面三角形，键角为109°28′【答案】C【解析】可计算出氨气中，氮原子上有一对孤电子对，分子空间构型为三角锥形，键角为107°，选C。
3．用VSEPR模型预测，下列分子中键角是120°的是(　　)A．C2H2B．CH4C．BF3D．CO2【答案】C【解析】C2H2与CO2为直线形，键角180°；CH4为正四面体形，键角109°28′。
4．下列分子中的中心原子采取sp2杂化的是(　　)A．SO2B．CO2C．CCl4D．NH3【答案】A【解析】SO2分子中的硫原子采取sp2杂化，A正确；CO2分子中碳原子采取sp杂化，B错误；CCl4分子中的C原子采取sp3杂化，C错误；NH3分子中的氮原子采取sp3杂化，D错误。
5．某有机化合物的结构式如下，分子中碳原子的杂化类型组合正确的是(　　)①sp　②sp2　③sp3A．②③B．②C．①③D．①②【答案】C
6．根据下列微粒的空间结构，填写下列空白(填序号)：①CH4　②BeCl2　③CHCH　④NH3⑤NH　⑥BF3　⑦P4　⑧H2O　⑨H2S(1)空间结构呈正四面体的是____________。 (2)中心原子采取sp3杂化的是________________，为sp2杂化的是____________。 (3)所有原子共平面的是____________，共直线的是____________。
(4)①④⑥⑦⑧键角由大到小的顺序为____________(填字母)。 A．⑥＞①＞⑧＞④＞⑦B．⑥＞①＞④＞⑦＞⑧C．⑥＞①＞④＞⑧＞⑦【答案】(1)①⑤⑦　(2)①④⑤⑦⑧⑨　⑥　(3)②③⑥⑧⑨　②③　(4)C
【解析】①CH4中C原子采取sp3杂化，为正四面体形结构；②BeCl2中Be原子采取sp杂化，为直线形分子；③C2H2中C原子采取sp杂化，为直线形分子；④NH3中N原子采取sp3杂化，为三角锥形分子；⑤NH中N原子采取sp3杂化，为正四面体形分子；⑥BF3中B原子采取sp2杂化，为平面三角形分子；⑦P4中P原子采取sp3杂化，为正四面体形分子；⑧H2O中O原子采取sp3杂化，为V形分子；⑨H2S中S原子采取sp3杂化，为V形分子。
(4)①CH4空间结构为正四面体形，键角为109°28′；④NH3分子的空间结构为三角锥形，键角为107°；⑥BF3为平面三角形，键角为120°；⑦P4分子的空间结构是正四面体形结构，4个磷原子处在正四面体的4个顶点，键角为60°；⑧H2O分子的空间结构为V形，键角为105°；键角由大到小的顺序为⑥＞①＞④＞⑧＞⑦。