【教学课件】第2节 共价键与分子的空间结构 第2课时 参考课件

第2节

共价键与分子的空间结构（第2课时）第2章

微粒间相互作用与物质性质复习导入杂化类型spsp2sp3轨道组成一个ns和一个np一个ns和两个np一个ns和三个np轨道夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图

实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图

分子的空间结构直线形平面三角形正四面体形寻找影响分子空间结构的因素【交流·研讨】氮原子的价电子排布为2s22p3，三个2p轨道中各有一个未成对电子，可分别与一个氢原子的1s电子形成一个σ键。如果真是如此，那么三个2p轨道相互垂直，所形成的氨分子中N—H键的键角应约为90°。但是，实验测得的氯分子中N—H键的键角为107.3°。试解释其键角不是90°的原因，并与同学们交流讨论。氮原子的2s和2p轨道发生sp3杂化形成sp3杂化轨道，轨道间夹角为109°28′。氮原子与三个氢原子形成三个σ键，在另外一个sp3杂化轨道中，含有一个未成键的孤电子对。在这四个sp3杂化轨道中，有三个轨道各含有一个未成对电子，可分别与一个氢原子的1s电子形成一个σ键，还有一个sp3杂化轨道中已有两个电子(孤电子对)，不能再与氢原子形成σ键。因此，一个氮原子与三个氢原子结合形成氨分子。寻找影响分子空间结构的因素为什么CH4呈四面体而不是正方形？下面我们通过搭建模型的方式体会、验证。将4个大小相同的气球系在一起，它会自动排列成什么形状？【模型制作】???寻找影响分子空间结构的因素四个气球会自动排列成为四面体的形状。这是由于气球之间相互排斥，彼此要尽可能远离。CH4中的四根C-Hσ键是4对共用电子，电子对均为负电，彼此之间的排斥与气球的排斥类似，因此4对电子也彼此远离，最终CH4呈现出了最稳定的正四面体形。√×寻找影响分子空间结构的因素请大家运用手头的气球，变换气球的个数分别为2个和3个，观察它们会自然排列成怎样的空间结构。【模型制作】寻找影响分子空间结构的因素分子中的中心原子的价电子对——成键电子对（bp)和孤电子对（lp)由于相互排斥作用，处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。内容：(1)两个原子间的成键电子不论是单键还是多重键，都看作一个空间取向；(2)一对孤电子对可看作一个空间取向。应用：推测分子的空间结构方法：先分析分子中的中心原子的价电子对存在几个空间取向，再让这几个空间取向尽量彼此远离。n(价电子对数)＝成键电子对数+孤电子对数价层电子对互斥理论常见的价电子对数目和空间取向如下价电子对数23456空间取向

空间结构

空间结构名称直线形平面三角形三角锥形三角双锥形正八面体形构建价层电子互斥理论模型(1)NH3为什么是三角锥形而不是平面三角形？【深度思考】N原子共5个价电子，其中3个单电子，与3个H形成3个σ键，还有一对孤对电子。VSEPR中价层电子对除了共用的σ键电子对，还包含中心原子上的孤电子对。NHHHNHHH孤对电子略去孤对电子得到分子形状构建价层电子互斥理论模型(2)为什么在考虑分子形状时要先考虑中心孤对电子排斥，但是最终确定分子形状时又要将其略去？【深度思考】因孤对电子独属中心原子，而共用电子对共属于中心原子，它们均在中心原子的周围，它们之间的排斥是客观存在的。分子形状描述的是组成分子的原子之间的几何学关系，与孤对电子无关。事实上，在用仪器（如晶体X射线衍射）测定分子形状时，观察到的是原子之间的位置关系，观察不到孤对电子。构建价层电子互斥理论模型(3)CH4和NH3中中心原子的价电子对数均为4，为何H—C—H的键角为109°28′，而H—N—H的键角为107°?相比成键电子对受到左右两端带正电的原子核的吸引，而孤对电子只受到一端原子核的吸引。相比之下，孤对电子对较“胖”一些，占据较大的空间；而成键电子对较“瘦”，占据较小的空间。孤电子对与成键电子对之间的斥力也要大一些。N上的孤电子对对成键电子对“挤压”的更厉害，使键角减小。【深度思考】构建价层电子互斥理论模型孤对电子成键电子对原子核孤对电子原子核构建价层电子互斥理论模型请你类比CH4和NH3的例子，用杂化轨道理论和价层电子互斥理论解释H2O的空间结构。在形成H2O时，O的1个2s轨道和3个2p轨道发生了sp3杂化，形成了4个sp3杂化轨道，它们在空间的分布呈正四面体形。其中2个sp3杂化轨道与2个H的1s轨道重叠形成2个O—Hσ键；另两个sp3杂化轨道中已各有两个电子，不能再与H的1s轨道重叠。由于H2O中存在在2对孤对电子，它们对成键电子对的排斥作用较强，所以H2O呈V形，键角为105°。构建价层电子互斥理论模型当价电子对包含孤电子对且成键电子对中也有多重键时，由于它们之间的斥力不同，会对分子的空间结构产生影响。通常，多重键、成键电子对与孤电子对的斥力大小顺序可定性地表示为：三键—三键>三键—双键>双键—双键>双键—单键>单键—单键lp—lp>>lp—bp>bp—bp电子对之间的排斥与分子空间结构构建价层电子互斥理论模型例如，H2O和NH3的中心原子上分别有2个和1个孤电子对，加上中心原子上的σ键电子对，它们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，形成四面体形的VSEPR模型。略去VSEPR模型中的中心原子孤电子对，便得到了H2O的空间结构为V形，NH3的空间结构为三角锥形。构建价层电子互斥理论模型给定一个分子的化学式，如何根据VSEPR模型预测其分子结构？其中要遵循怎样的步骤？【问题提出】应用VSEPR模型的关键是确定分子中的中心原子上的价层电子对数。这也是该理论抓住的影响分子结构的核心矛盾。通过对CH4、NH3的案例分析，我们可知：价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤对电子对数【思维启迪】应用价层电子互斥理论模型(1)σ键电子对数如何确定？【思考讨论】

应用价层电子互斥理论模型(2)通过上面的例子，你发现了化学式与σ键电子对数有何联系？

你能从共价键的角度理解并说明为何呈现这样的定量关系么？【思考讨论】通过上面的例子，我们可以归纳出：由n个原子组成的分子或离子，它中心原子的σ键电子对数为n-1。因为分子或离子中的原子是通过共价键彼此连接在一起的，两个原子间有且仅有1个σ键，n个原子彼此连接在一起需要n-1个σ键。中心原子就是“连接中心”，它周围有n-1个σ键电子对。注：该讨论未将环状分子纳入，环状分子不作要求。应用价层电子互斥理论模型（3）中心原子上的孤电子对数如何确定？中心原子上孤电子对数化学式中看不到，须计算得出，计算公式为孤电子对数=(a-xb)/2其中a为中心原子的价电子数（对于主族元素等于原子的最外层电子数）；x为与中心原子结合的原子数；b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数（氢为1；其他原子为“8减去该原子的价电子数”，如氧族的O、S、Se等均为2，卤族元素均为1）【思考讨论】应用价层电子互斥理论模型（4）以S和P为例，说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它的价电子数。依据元素周期表可判断主族元素的族序数等于最外层电子数，也等于价电子数。S和P分别处于第三周期的第VIA族和第VA族，因此S和P的价电子数分别为6和5。【思考讨论】应用价层电子互斥理论模型（5）以N和Cl为例，说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它最多能接受的电子数。首先依据N和Cl在元素周期表中的位置，判断其价电子数分别为5和7；它们最多能接受的电子数为“8减去原子的价电子数”，因此N和Cl最多能接收的电子数分别为3和1。【思考讨论】应用价层电子互斥理论模型（6）阳离子和阴离子在运用公式计算时需要做怎样的修改？对于阳离子来说，a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数，x和b的计算方法不变。对于阴离子来说，a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数（绝对值），x和b的计算方法不变。【思考讨论】应用价层电子互斥理论模型分子或离子中心原子axb中心原子上的孤电子对数SO2NH4+CO32-NO3-ClO3-（7）运用所学知识，计算下列分子或离子的中心原子的孤对电子数，完成下列表格。分子或离子中心原子axb中心原子上的孤电子对数SO2S6221NH4+N4410CO32-C6320NO3-N6320ClO3-Cl8321孤电子对数=(a-xb)/2【思考讨论】应用价层电子互斥理论模型分子或离子中心原子上的孤电子对数中心原子上的价层电子对数VSEPR模型VSEPR模型名称空间结构空间结构名称CO2、BeCl202直线形直线形CO32－、BF303平面三角形平面三角形SO2、PbCl21V形常见分子或离子的空间结构推测如表所示：课堂小结分子或离子中心原子上的孤电子对数中心原子上的价层电子对数VSEPR模型VSEPR模型名称空间结构空间结构名称CH4、CCl404正四面体形正四面体形NH3、NF31四面体形三角锥形H2O、H2S2V形常见分子或离子的空间结构推测如表所示：课堂小结应用VSEPR模型预测分子的空间结构的一般步骤：1.“识”中心原子2.“算”价层电子对数：σ键电子对数和孤电子对的计算公式3.“定”VSEPR模型4.“略”孤电子对5.“得”分子的空间结构对价层电子对互斥模型的评价：它对分子空间结构的预测少有失误，但是它不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。课堂小结分子或离子中心原子上的孤电子对数中心原子上的价层电子对数VSEPR模型分子或离子的空间结构名称BF3NH4+SO32-CS2H2SCH2O例1.应用价层电子对互斥模型判断下列分子或离子的空间结构，完成表格。【典型例题】分子或离子中心原子上的孤电子对数中心原子上的价层电子对数VSEPR模型分子或离子的空间结构名称BF303平面三角形平面三角形NH4+04正四面体形正四面体形SO32-14四面体形三角锥形CS202直线形直线形H2S24四面体形V形CH2O03平面三角形平面三角形课堂练习（8）如果像乙醛CH2O这样的分子，与中心原子结合的原子种类有多种，应该如何计算？【思考讨论】σ键电子对数计算方法不变；孤电子对数=(a-xb)/2，对这一计算式稍加推广，即孤电子对数=(a-x1b1-x2b2)/2脚标1、2分别代表不同种的原子，更多种类的原子同理。故CH2O中中心原子的孤电子对数=(4-1×2-2×1)/2=0课堂练习例2.运用价层电子对互斥模型解释为何CH4、NH3、H2O中的键角依次减小？【典型例题】CH4、NH3、H2O三种分子中中心原子上的价层电子对数均为4对，VSEPR模型均为四面体形。但三种分子中，CH4上的孤电子对数为0，NH3上的孤电子对数为1，H2O上的孤电子对数为2。由于孤电子对占据较大空间，因此电子对间的排斥力有如下关系：孤对—孤对>孤对—成键>成键—成键孤电子对较大的斥力对成键电子对“挤