高中化学 人教版选修3 第2章第2节 分子的立体构型教学设计教案.docx

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高中化学人教版选修3第2章第2节分子的立体构型教学设计教案

第二节　分子的立体构型

第1课时　价层电子对互斥理论

[明确学习目标]　1.认识共价分子结构的多样性和复杂性。

2.能根据价层电子对互斥理论判断简单分子或离子的构型。

学生自主学习

一、形形色色的分子

1．三原子分子（AB2型）

2．四原子分子（AB3型）

3．五原子分子（AB4型）

最常见的为

正四面体形，如甲烷分子的立体结构为

正四面体形，键角为

109°28′。

二、价层电子对互斥理论

1．价层电子对互斥理论（VSEPR）

分子中的价层电子对（包括

σ键电子对和中心原子上的

孤电子对）由于

相互排斥而趋向尽可能彼此远离，分子尽可能采取对称的立体构型，以减小斥力。

2．价层电子对的确定方法

σ键电子对数可由分子式确定。

a表示中心原子的价电子数，对于主族元素来说，a＝原子的

最外层电子数；对于阳离子来说，a＝中心原子的

价电子数－离子电荷数；对于阴离子来说，a＝中心原子的

价电子数＋|离子电荷数|。

x表示与中心原子结合的

原子数。

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。

3．VSEPR模型预测分子或离子的立体构型

（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立体构型。

1．五原子的分子空间构型都是正四面体吗？

提示：

不是，只有中心原子所连四个键的键长相等时才为正四面体。

如CH3Cl因C—H键和C—Cl键键长不相等，故CH3Cl分子的四面体不再是正四面体。

2．VSEPR模型和分子的立体构型二者相同吗？

提示：

不一定相同。

（1）VSEPR模型指的是包括σ键电子对和孤电子对在内的空间构型；分子的立体构型指的是组成分子的所有原子（只考虑分子内的σ键）所形成的空间构型。

（2）若分子中没有孤电子对，VSEPR模型和分子立体构型一致；若分子中有孤电子对，VSEPR模型和分子立体构型不一致。

3．如何计算SO2的成键电子对数、孤电子对数、价层电子对数？

提示：

SO2分子中的中心原子是S，成键电子对数为2。

孤电子对数＝

（a－xb）＝

×（6－2×2）＝1，

价层电子对数＝2＋1＝3。

课堂互动探究

一、形形色色的分子

1．四原子分子不一定都是平面三角形或三角锥形。

如白磷（P4）分子，四个磷原子位于正四面体的四个顶点，键角为60°。

2．AB4型分子或离子CX4（X为卤素原子或氢原子）、SiCl4、SiH4、NH

、SiO

属于正四面体构型，AB4型分子（如CH4）中的B原子被其他原子取代后仍为四面体形，但不一定是正四面体形结构。

3．记住一些常见分子的立体构型及键角，则可推测组成相似的其他分子的立体构型。

如CO2与CS2、H2O与H2S、NH3与PH3、CH4与CCl4等。

[即时练]

1．下列分子的立体结构模型正确的是（　　）

A．CO2的立体结构模型：

B．H2O的立体结构模型：

C．NH3的立体结构模型：

D．CH4的立体结构模型：

答案　D

解析　CO2的立体构型为直线形，A不正确；H2O的立体构型为V形，B不正确；NH3的立体构型为三角锥形，C不正确；CH4的立体构型为正四面体形，D正确。

2．下列分子的空间构型是平面三角形的是（　　）

A．P4B．C2H2C．BF3D．CH3Cl

答案　C

规律方法

常见的立体构型为直线形的分子有BeCl2、HCN、C2H2、CO2等；常见的立体构型为V形的分子有H2O、H2S、SO2等；常见的立体构型为平面三角形的分子有BF3、SO3等；常见的立体构型为三角锥形的分子有PH3、PCl3、NH3等；常见的立体构型为正四面体形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等；是四面体形但不是正四面体形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。

记住常见分子的立体构型可类推出同类别物质的立体构型。

二、根据价层电子对互斥理论判断分子的立体构型

（1）对于ABn型分子，利用VSEPR理论预测分子立体构型的思路：

价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数

VSEPR模型

分子的立体构型。

如H2O和NH3的中心原子上的价层电子对数都是4，这些价层电子对相互排斥（中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并参与相互排斥），形成四面体形的VSEPR模型，略去该模型中的中心原子上的孤电子对，便可得H2O分子呈V形，NH3分子呈三角锥形，如下图所示。

常见分子的VSEPR模型和分子的立体构型如下表所示：

（2）当ABn型分子的中心原子上的价电子都用于形成共价键时（如CO2、CH4分子中的碳原子），它们的立体构型也可用中心原子周围的原子数n来预测，概括如下：

[即时练]

3．用价层电子对互斥理论判断SO3的立体构型为（　　）

A．正四面体形B．V形

C．三角锥形D．平面三角形

答案　D

解析　SO3的中心原子硫原子的价电子数为6，与中心原子结合的原子数为3，氧原子最多能接受的电子数为2，则中心原子的孤电子对数＝

（6－3×2）＝0，故价层电子对数＝σ键电子对数＝3，SO3的立体构型与其VSEPR模型一致，为平面三角形，故选D。

4．填写下列空白：

答案　

本课归纳总结

分子空间构型的确定方法

价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数

VSEPR模型

分子的立体构型。

学习效果检测

1．下列分子的空间构型是直线形的是（　　）

A．CH4B．C2H2C．BF3D．H2O

答案　B

解析　CH4的空间构型是正四面体，BF3的空间构型是平面三角形，H2O的空间构型是V形。

2．下列关于价电子对互斥理论的叙述不正确的是（　　）

A．价电子对互斥理论可用来预测分子的空间构型

B．分子中中心原子的价电子对的相互排斥作用决定了分子的空间构型

C．中心原子上的孤电子对不参与相互排斥作用

D．分子中键角越大，价电子对之间的斥力越小，分子越稳定

答案　C

解析　中心原子上的孤电子对会占据中心原子周围的空间，并参与相互排斥作用。

3．下列常见分子的立体构型最相近的是（　　）

A．CO2和SO2B．CH4和NH3

C．CH2O和BCl3D．H2O和BeCl2

答案　C

解析　CO2和SO2的立体构型分别为直线形和V形，A错误；CH4和NH3的立体构型分别为正四面体形和三角锥形，B错误；CH2O和BCl3的立体构型均为平面三角形，其中后者为正三角形，C正确；H2O和BeCl2的立体构型分别为V形和直线形，D错误。

4．已知：

①CS2　②PCl3　③H2S　④CH2O　⑤H3O＋　⑥NH

　⑦BF3　⑧SO2。

请回答下列问题：

（1）中心原子没有孤电子对的是________（填序号，下同）。

（2）立体构型为直线形的分子或离子有________；立体构型为平面三角形的分子或离子有________。

（3）立体构型为V形的分子或离子有________。

（4）立体构型为三角锥形的分子或离子有________。

立体构型为正四面体形的分子或离子有________。

答案　

（1）①④⑥⑦　

（2）①　④⑦　（3）③⑧　

（4）②⑤　⑥

解析　①CS2的中心原子的价电子对数＝2＋

＝2，不含孤电子对，故为直线形；②PCl3的中心原子的价电子对数＝3＋

＝4，含1对孤电子对，故为三角锥形；③H2S的中心原子的价电子对数＝2＋

＝4，含2对孤电子对，故为V形结构；④CH2O的中心原子的价电子对数为3，不含孤电子对，故为平面三角形；⑤H3O＋的中心原子的价电子对数＝3＋

＝4，含1对孤电子对，故为三角锥形；⑥NH

的中心原子的价电子对数＝4＋

＝4，不含孤电子对，故为正四面体形；⑦BF3的中心原子的价电子对数＝3＋

＝3，不含孤电子对，故为平面三角形；⑧SO2的中心原子的价电子对数＝2＋

＝3，含1对孤电子对，故为V形结构。

第2课时　杂化轨道理论简介　配合物理论简介

1．了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型（sp，sp2，sp3），并能根据杂化轨道理论判断简单分子或者离子的构型。

　2.能正确叙述配位键的概念及其形成条件，会分析配位化合物的形成及应用。

3．熟知几种常见的配离子：

[Cu（H2O）4]2＋、[Cu（NH3）4]2＋、[Fe（SCN）n]（3－n）＋、[Ag（NH3）2]＋等的颜色及性质。

　杂化轨道理论简介

1．轨道的杂化与杂化轨道

（1）概念

①轨道的杂化：

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。

②杂化轨道：

杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道。

（2）杂化轨道类型

杂化类型

sp

sp2

sp3

参与杂化的原子轨

道及数目

1个s轨道和

1个p轨道

1个s轨道和

2个p轨道

1个s轨道和

3个p轨道

杂化轨道的数目

2

3

4

（3）杂化轨道的四点理解

①在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道（ns，np）发生杂化，双原子分子中，不存在杂化过程。

②杂化过程中，原子轨道总数不变，即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等。

③杂化过程中，轨道的形状发生变化，但杂化轨道的形状相同，能量相等。

④杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，且杂化轨道之间要满足最小排斥原理。

2．杂化轨道类型与分子立体构型的关系

杂化类型

sp

sp2

sp3

杂化轨道间的夹角

180°

120°

109°28′

分子立体构型名称

直线形

平面三角形

正四面体形

实例

CO2、C2H2

BF3、HCHO

CH4、CCl4

当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，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，而呈三角锥形。

3．杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型

下面为几种常见分子的杂化类型、VSEPR模型与分子构型的对应关系。

CO2

CH2O

CH4

SO2

NH3

H2O

价层电子对数

2

3

4

3

4

4

杂化轨道数

2

3

4

3

4

4

杂化类型

sp

sp2

sp3

sp2

sp3

sp3

杂化轨道立体构型

直线形

平面三角形

正四面体形

平面三角形

四面体形

四面体形

VSEPR模型

直线形

平面三角形

正四面体形

平面三角形

四面体形

四面体形

分子构型

直线形

平面三角形

正四面体形

V形

三角锥形

V形

1．正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例）。

语句描述

正误

阐释错因或列举反例

（1）杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同

（2）杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同

（3）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形

（4）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）×　不一定，如CH3Cl，碳原子采取sp3杂化，但立体构型不是正四面体形

（4）×　不一定，如BF3分子中，B原子采取sp2杂化

2．已知：

NCl3分子的立体构型为三角锥形，则氮原子的杂化方式是什么？

答案：

sp3。

3．已知：

C2H4分子中的键角都约是120°，则碳原子的杂化方式是什么？

答案：

sp2。

题组一　杂化轨道类型及概念判断

1．下列说法正确的是（　　）

A．PCl3分子呈三角锥形，这是磷原子采取sp2杂化的结果

B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混杂形成的4个新轨道

C．中心原子采取sp3杂化的分子，其立体构型可能是四面体形或三角锥形或V形

D．AB3型分子的立体构型必为平面三角形

解析：

选C。

PCl3分子的中心原子磷的价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝3＋

＝4，因此PCl3分子中磷原子采取sp3杂化，A项错误。

sp3杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道混杂形成的4个新轨道，B项错误。

一般采取sp3杂化的分子，其立体构型呈四面体形，但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据，则分子的立体构型会发生变化，如NH3、PCl3分子呈三角锥形，H2O分子呈V形，C项正确，D项错误。

2．（2019·瓦房店高级中学高二期中）有关杂化轨道的说法不正确的是（　　）

A．杂化前后的轨道数目不变，但轨道的形状发生了改变

B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°

C．四面体形、三角锥形、V形分子的结构都可以用sp3杂化轨道解释

D．杂化轨道全部参与形成化学键

解析：

选D。

杂化轨道用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。

题组二　杂化轨道与分子构型

3．下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是（　　）

①BF3　②CH2===CH2　③

　④CH≡CH

⑤NH3　⑥CH4

A．①②③　　　　　　　　　B．①⑤⑥

C．②③④D．③⑤⑥

解析：

选A。

sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；③与②相似；④乙炔中的碳原子为sp杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。

4．

（1）（2019·高考全国卷Ⅰ）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________、________。

（2）（2018·高考全国卷Ⅰ）LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子立体构型是__________、中心原子的杂化形式为________。

（3）（2018·高考全国卷Ⅲ）《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石（ZnCO3）入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。

ZnCO3中，阴离子立体构型为__________，C原子的杂化形式为________。

解析：

（1）乙二胺分子中，1个N原子形成3个单键，还有一对孤电子对，故N原子价层电子对数为4，N原子采取sp3杂化；1个C原子形成4个单键，没有孤电子对，价层电子对数为4，采取sp3杂化。

（2）[AlH4]－中Al采用sp3杂化，呈正四面体结构。

（3）CO

中碳原子的价层电子对数为3，中心碳原子采取sp2杂化，故CO

的立体构型为平面三角形。

答案：

（1）sp3　sp3　

（2）正四面体　sp3　（3）平面三角形　sp2

判断中心原子杂化轨道类型的三方法

（1）根据杂化轨道数目判断

杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：

杂化轨道数目＝价层电子对数目＝σ键电子对数目＋中心原子的孤电子对数目，再由杂化轨道数目确定杂化类型。

杂化轨道数目

2

3

4

杂化类型

sp

sp2

sp3

（2）根据杂化轨道的空间分布判断

①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化。

②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化。

③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化。

（3）根据杂化轨道之间的夹角判断

①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化。

②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化。

③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp变化。

　配合物理论简介

1．配位键

（1）概念：

由一个原子单方面提供孤电子对，而另一个原子提供空轨道接受孤电子对形成的共价键，即“电子对给予接受键”，是一类特殊的共价键。

（2）表示方法：

配位键可以用A→B来表示，其中A是提供孤电子对的原子，B是接受孤电子对的原子。

例如：

2.配位化合物

（1）概念：

金属离子（或原子）与某些分子或离子（称为配体）以配位键结合形成的化合物，简称配合物。

（2）形成条件：

①配体有孤电子对；②中心原子有空轨道。

（3）配合物的组成

一般中心原子（或离子）的配位数为2、4、6。

（4）配合物的形成（举例）

实验操作

实验现象

有关离子方程式

滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量后沉淀逐渐溶解，滴加乙醇后析出深蓝色晶体

Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu（OH）2↓＋2NH

，

Cu（OH）2＋4NH3===[Cu（NH3）4]2＋＋2OH－，

[Cu（NH3）4]2＋＋SO

＋H2O===[Cu（NH3）4]SO4·H2O↓

溶液颜色变成血红色

Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3

3.配合物的形成对物质性质的影响

（1）溶解性的影响：

一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶于含过量Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的配合物。

如银氨溶液的制备原理：

Ag＋＋NH3·H2O===AgOH↓＋NH

，AgOH＋2NH3·H2O===[Ag（NH3）2]＋＋OH－＋2H2O；

AgCl溶于氨水：

AgCl＋2NH3·H2O===[Ag（NH3）2]Cl＋2H2O。

（2）颜色的改变：

当简单离子形成配离子时，颜色常发生变化，根据颜色的变化可以判断是否有配离子生成。

如Fe3＋与SCN－在溶液中可生成配位数为1～6的配离子，这种配离子的颜色是血红色的，反应的离子方程式如下：

Fe3＋＋nSCN－===[Fe（SCN）n]（3－n）＋（n＝1～6）。

（3）稳定性增强：

配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。

当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。

如血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，使血红蛋白失去输送O2的功能，从而导致人体CO中毒。

正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例）。

语句描述

正误

阐释错因或列举反例

（1）形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对

（2）配位键是一种特殊的共价键

（3）配位化合物中的配体可以是分子，也可以是阴离子

（4）共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子

答案：

（1）√

（2）√

（3）√

（4）×　不一定，如配位键

题组一　配位键的形成与判断

1．若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是（　　）

A．X、Y只能均是分子

B．X、Y只能均是离子

C．若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对

D．若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y

解析：

选C。

形成配位键的两种微粒可以均是分子或者均是离子，还可以一种是分子、一种是离子，但必须是一种微粒提供空轨道、一种微粒提供孤电子对，A、B项错误，C项正确；配位键中箭头应指向提供空轨道的X，D项错误。

2．下列关于[Cr（H2O）4Br2]Br·2H2O的说法正确的是（　　）

A．配体为水分子，外界为Br－

B．中心离子的配位数为6

C．中心离子采取sp3杂化

D．中心离子的化合价为＋2

解析：

选B。

[Cr（H2O）4Br2]Br·2H2O中内界为[Cr（H2O）4Br2]＋，Cr3＋为中心离子，配体为H2O、Br－，配位数为6，外界为Br－，Cr3＋提供的空轨道数为6，中心离子未采取sp3杂化。

3．（2019·高考全国卷Ⅰ）乙二胺（H2NCH2CH2NH2）能与Mg2＋、Cu2＋等金属离子形成稳定环状离子，其原因是_______________________________________________________，

其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是________（填“Mg2＋”或“Cu2＋”）。

解析：

乙二胺中2个N原子提供孤电子对与金属镁离子或铜离子形成稳定的配位键，故能形成稳定环状离子。

由于铜离子半径大于镁离子，形成配位键时“头碰头”重叠程度较大，其与乙二胺形成的化合物较稳定。

答案：

乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键　Cu2＋

题组二　配合物的性质与判断

4．（2019·广州高二检测）Co（NH3）5BrSO4可形成两种钴的配合物，P：

[Co（NH3）5Br]SO4；Q：

[Co（SO4）（NH3）5]Br。

向P、Q的溶液中分别加入BaCl2溶液后，下列有关说法错误的是（　　）

A．Q溶液中会产生白色沉淀

B．P溶液中会产生白色沉淀

C．Q中SO

是配体

D．P、Q的配位数均是6

解析：

选A。

由P、Q的化学式知P的外界是SO

，Q的外界是Br－，在溶液中前者能电离出大量的SO

而后者不能，故Q溶液中不能产生白色沉淀。

5．下列关于配位化合物的叙述中，不正确的是（　　）

A．配位化合物中必定存在配位键，可能存在极性键

B．配位化合物中只有配位键

C．[Cu（H2O）6]2＋中的Cu2＋提供空轨道，H2O中的氧原子提供孤电子对形成配位键

D．配位化合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有着广泛的应用

解析：

选B。

配位化合物中一定含有配位键，也可能含有其他化学键，A项正确，B项错误；Cu2＋有空轨道，H2O中氧原子有孤电子对，可以形成配位键，C项正确；配位化合物应用领域特别广泛，D项正确。

6．（2019·哈尔滨第六中学高二期中）已知Ti3＋可形成配位数为6，颜色不同的两种配合物晶体，一种为紫色，另一种为绿色。

两种晶体的组成皆为TiCl3·6H2O。

为测定这两种晶体的化学式，设计了如下实验：

a．分别取等质量的两种配合物晶体的样品配成待测溶液；

b．分别往待测溶液中滴入AgNO3溶液，均产生白色沉淀；

c．沉淀完全后分别过滤得两份沉淀，经洗涤干燥后称量，发现原绿色晶体的水溶液得到的白色沉淀质量为原紫色晶体的水溶液得到的白色沉淀质量的2/3。

则绿色晶体配合物的化学式为________________。

答案：

[TiCl（H2O）5]Cl2·H2O

学习小结

1.杂化轨道理论是为了解释分子的立体构型提出的一种价键理论。

常见的杂化类型有sp杂化、sp2杂化、sp3杂化。

2.价层电子对数为2、3、4时，中心原子分别采取sp、sp2、sp3杂化。

3.sp杂化得到夹角为180°的直线形杂化轨道，sp2杂化得到3个夹角为120°的平面三角形杂化轨道，sp3杂化得到4个夹角为109°28′的正四面体形杂化轨道。

4.由一个原子单方面提供孤电子对而另一个原子接受孤电子对形成的共价键为配位键，金属离子（或原子）与某些分子（或离子）通过配位键形成配位化合物。

5.常见的能形成配合物的粒子

（1）常见的含孤电子对的配体：

分子如CO、NH3、H2O等；离子如Cl－、CN－、NO

等。

（2）常见的可