1、第 1 页 共 11 页第二章 分子结构与性质2-2 分子的立体构型【学习目标】1认识共价分子结构的多样性和复杂性，能根据价层电子对互斥理论预测和判断简单分子或离子的立体结构；2了解杂化轨道理论的要点，能根据杂化轨道理论判断和预测简单分子或离子的立体结构；3了解配位键、配位化合物的概念和形成条件，能说明配合物的成键情况，能正确表示配位键和配位化合物。【学习重点】1分子的立体构型； 2价层电子对互斥理论、杂化轨道理论和配位键【学习难点】1分子的立体构型 2价层电子对互斥理论、杂化轨道理论【知识梳理】一、常见分子的空间构型： 【展示分子模型】二、价层电子对互斥理论VSEPR 模型2-1 价层电子对
2、互斥理论分子的立体构型是“价层电子对”相互排斥的结果。即：分子中的价电子对（包括成键电子对和孤电子对） ，由于相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。2-2“价层电子对”确定方法（1）价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括 键电子对和中心原子上的孤电子对。即：价层电子对 键电子对孤电子对（2） 键电子对数可由分子式确定。例如：H 2O 的中心原子是 O，O 有 2 对 键电子对，NH 3 的中心原子是为 N，N 有 3 对 键电子对【思考】：指出 CH4、BeCl 2、CS 2 中的中心原子各是什么，分别有几对 键电子对（3）中心原子上的孤电子对确定
3、方法： 中心原子上的孤电子对数 (axb)21式中：a 为中心原子的价电子数（主族元素的价电子数等于其原子最外层电子数） ；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，若是 H，b1，若是其他原子，b8该原子的价电子数例如：H 2O 的中心原子 O 的孤电子对数计算：O 原子价电子数：a6；与 O 原子结合的 H 原子数：x2；而 b1 ，所以 H2O 的中心原子 O 的孤电子对数 (621)2。由于 O 原子结合了 2 个 H 原1子，即 2 个 键，则 O 原子的价层电子对数目为： 22 4【课堂练习 1】（1）试计算 CH2O 的中心原子上的价层电子对数
4、目。中心原子上有无孤电子对？ （2）填写下表：分子 中心原子 键数目 a x b 孤电子对数目 价层电子对数目CO2NH3第 2 页 共 11 页（4）离子中的中心原子上的孤电子对确定方法a阳离子：中心原子上的孤电子对 (axb) ，21式中 a中心原子的价电子数阳离子的电荷数例如：NH 4，中心 N 原子的价电子数为 5，阳离子带 1 个单位正电荷，则a514；x 4；b1，所以 N 原子孤电子对数为 0，价层电子对数为 4b阴离子：中心原子上的孤电子对 (axb)，21式中 a中心原子的价电子数阴离子电荷数的绝对值例如：CO2 3，中心 C 原子的价电子数为 4，阴离子带 2 个单位负电荷
5、，则a426；x 3；b2，所以 C 原子孤电子对数为 0，价层电子对数为 3【课堂练习 2】填写下表2-3 价层电子对互斥理论的应用预测分子空间构型由于价层电子对的相互排斥，价层电子对相互尽可能远离以减小排斥力，价层电子对在空间将尽可能采取对称的构型方式。这种方式就称为 VSEPR 模型，在 VSEPR 模型中略去价层电子对中的孤电子对，便可得到分子的立体构型。需要注意的是：VSEPR 模型说明的是价层电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对空间构型，不包括孤对电子。二者可能相同也可能不同。例如：NH 3 和 H2O 中心原子上分别有 1 对和 2 对孤电子对，加上中心原子上的 键
6、电子对，它们的中心原子上的价层电子对都是 4，这些价层电子对相互排斥，形成正四面体的 VSEPR 模型，略去中心原子上的孤电子对，便得到 NH3 的立体构型为三角锥形，而 H2O 的立体构型为 V 形。化学式 路易斯结构式 含孤电子对的 VSEPR 模型 分子的立体构型H2ONH3SO2BF3分子 中心原子 键数目 a x b 孤电子对数目 价层电子对数目H3O+SO2 3 NO 3ClO 4H HOHH NH第 3 页 共 11 页（1）价层电子对与 VSEPR 模型的关系价层电子对数目 2 3 4 5 6VSEPR 模型 直线形 三角形 四面体 三角双锥 八面体（2）利用价层电子对互斥理论
7、推测分子或离子的立体构型【方法引领】中心原子上无孤电子对的分子空间构型确定方法中心原子上无孤电子对（所有价电子都用于形成共价键） ，其分子空间构型与 VSEPR 模型一致，可以用中心原子周围的原子数来预测。ABn VSEPR 模型 分子立体结构 实例n2 直线形 直线形 CO2、BeCl 2n3 平面三角形 平面三角形 CH2O、BF 3n4 正四面体形 正四面体形 CH4、SiF 4中心原子上有孤电子对的分子空间构型确定方法中心原子上有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与排斥，其分子空间构型与VSEPR 模型不一致。应在 VSEPR 模型中略去价层电子对中的孤电子对，即得到分子
8、的立体构型。【典例分析】（1）为了解释和预测分子的空间构型，科学家在归纳了许多已知的分子空间构型的基础上，提出了一种十分简单的理论模型价层电子对互斥模型。这种模型把分子分成两类：分子或离子分子或离子的价层电子对数VSEPR 模型 VSEPR 模型名称中心原子上的孤电子对数分子或离子的立体构型分子或离子的立体构型名称CO2 2 直线形 0 直线形SO2 3 平面三角形 1 V 形CO2 3 3 平面三角形 0平面三角形CH4 4 正四面体形 0 正四面体形第 4 页 共 11 页一类是_；另一类是_ 。（2）BF 3 和 NF3 都是四原子的分子，BF 3 的中心原子是_，NF 3 的中心原子是
9、_；BF 3分子的立体构型是平面三角形，而 NF3 分子的立体构型是三角锥形的原因是_。用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型：BeCl 2_；NH 2_；SO2 3_；NO 3_。（3）H 2O 分子的立体构型为 V 形，则 H2O 的键角（H O 键之间的夹角） （ ）A等于 120 B大于 120 C小于 120 D等于 180【课堂练习 3】（1）对 SO3 的说法正确的是（ ）A结构与 NH3 相似 B结构与 SO2 相似 C结构与 BF3 相似 D结构与 P4 相似（2）用价层电子对互斥理论预测 H2S 和 BF3 的立体结构，两个结论都正确的是( )A直线形；三角锥形
10、BV 形；三角锥形 C直线形；平面三角形 DV 形；平面三角形（3）下列分子或离子中，不含有孤电子对的是（ ）AH 2O BNH CNH 3 DH 3O 4（4）用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型OF 2_；PCl 3_；SO2 4_；H 3O _；CS 2_；BF 3_。价层电子对互斥理论对几种分子或离子的立体构型预测价层电子对数 键电子对数孤电子对数VSEPR模型中心原子 A价层电子对的排列方式分子的立体构型 实例2 2 0 直线形 A 直线形 BeCl2、HgCl 2、CO23 0 平面三 角形 平面三角形 BF3、BCl 332 1 三角形 V 形 SnCl2、PbCl
11、24 0 正四面体 CH4、SiF 4、CCl43 1 三角锥形 NH3、NF 3、PCl342 2四面体V 形 H2O、H 2S、SCl2第 5 页 共 11 页6 0 正八面体形 SF664 2八面体平面正方形 XeF4三、杂化轨道理论简介【思考】：写出 6C 原子的价电子层电子排布图。 6C 原子最外层上有几个未成对电子？ CH4 是否符合共价键的共用电子对理论？CH 4 是通过什么方式形成的？3-1 杂化轨道有关概念轨道的杂化：在形成分子时，由于原子的相互影响，若干个不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道的过程。杂化轨道：杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道称为杂化
12、原子轨道，简称杂化轨道。例如，C 原子的 1 个 2s 原子轨道与 3 个 2p 轨道重新组合成四个能量相同的杂化轨道，以满足与H 原子形成 4 个相同的 键的要求。3-2 杂化轨道的数目杂化轨道的数目等于组成杂化轨道的各原子轨道数目之和。3-3 杂化轨道的类型sp 杂化轨道：1 个 ns 轨道1 个 np 轨道 2 个 sp 杂化轨道杂化轨道间的夹角为 180，呈直线形。这种杂化方式还有两个未参与杂化的 p 轨道可用于形成 键。如 BeCl2、C 2H2。sp2 杂化轨道：1 个 ns 轨道2 个 np 轨道 3 个 sp2 杂化轨道杂化轨道间的夹角为 120，呈平面三角形。这种杂化方式还有
13、 1 个未参与杂化的 p 轨道可用于形成 键。如 BF3、C 2H4。sp3 杂化轨道：1 个 ns 轨道3 个 np 轨道 4 个 sp3 杂化轨道杂化轨道间的夹角为 10928，呈正四面体形。如CH4、H 2O、NH 3 等。【思考】试用杂化轨道理论解释甲烷分子的组成和立体构型。3-3 杂化轨道的应用杂化轨道只用于形成 键或容纳孤电子对。没有填充电子的空轨道一般不参与杂化。可以根据杂化轨道的类型及空间形状，结合是否有孤电子对参与排斥，推测分子的立体构型。【方法引领】快速确定杂化轨道数目的方法：杂化轨道数中心原子的孤电子对数与中心原子结合的其他原子的个数【典例分析】填充下表分子 中心原子 中
14、心原子孤电子对数 与中心原子结合的其他原子个数（ 键数） 杂化轨 道数 杂化轨道 类型 分子的立体构型CO2CH2O杂化杂化杂化第 6 页 共 11 页【典例分析】在 CH3COCH3 分子中，中间碳原子与两边碳原子成键所采用的轨道是Asp 2sp 2 杂化轨道 Bsp 3sp 3 杂化轨道 Csp 2 sp3 杂化轨道 Dspsp 3 杂化轨道【小结】VSEPR 模型与中心原子杂化轨道类型的对应关系VSEPR模型VSEPR模型名称 直线形 平面三角形 四面体 平面三角形 四面体 正四面体中心原子杂化轨道类型 sp sp2 sp3 sp2 sp3 sp3实例 CO2 SO2 H2O SO3 N
15、H3 CH4【拓展】：已知苯分子中所有原子共平面，化学键之间的夹角都是 120。试分析苯分子中 C 原子的杂化轨道类型。为什么说在苯分子中不存在一般意义上的 CC 和 CC，而是一种介于 CC 和CC 之间的特殊化学键？【课堂练习 4】（1）指出下列分子中，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。（2）原子轨道的杂化不但出现在分子中，原子团中同样存在原子的杂化。在 SO2 4 中 S 原子的杂化方式为（ ）Asp Bsp 2 Csp 3 D无法判断（3）下列分子中的中心原子的杂化方式为 sp 杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成 键的是 ( )ACHCH BCO 2 CB
16、eCl 2 DBF 3（4）根据价层电子对互斥理论及原子的杂化理论判断 NF3 分子的空间构型和中心原子的杂化方式为( )A直线形 sp 杂化 B三角形 sp 2 杂化 C三角锥形 sp 2 杂化 D三角锥形 sp 3 杂化【探究】： N 和 P 都是A 族元素，P 可以形成 PCl3、PCl 5 两种氯化物，而 N 只能形成 NCl3 一种氯化物。试分析原因。CH4SO2NH3H2O分子式 杂化轨道类型 分子的几何构型PCl3BCl3CS2Cl2O第 7 页 共 11 页四、配合物理论简介【复习提问】用电子式表示 NH 4 的形成过程，分析 NH3 与 H+之间通过什么方式形成化学键？4-1
17、：配位键（1）定义：成键的两个原子一方提供孤电子对，一方提供空轨道而形成的共价键称为配位键。（2）表示方法：AB，A 表示提供孤电子对的原子，B 表示提供空轨道接受孤电子对的原子。4-2：配位化合物配合物（1）定义：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称为配位化合物，简称配合物。（2）配合物的组成 中心原子：配合物的中心原子一般是带正电荷的阳离子，过渡金属离子最常见。配位体（配体）：具有孤电子对的阴离子或中性分子。配位原子：配体中直接与中心原子配合的原子或离子，配位原子必须含有孤电子对。配位数：直接与中心原子配位的原子或离子数目。内界：中心原子与配体通过配位键
18、构成配合物的内配位层，简称内界，通常放在方括号内。内界若带有电荷，则称为配离子。配离子的电荷等于中心原子与配体总电荷的代数和。外界：配合物中，配离子以外的部分称为外界。 （有的配合物没有外界）内界与外界之间以离子键结合，在水中完全电离，而内界的配离子在水中难电离。例如：Cu(NH3)4SO4Cu(NH 3)42+SO2 4【思考】形成配位键必须具备什么样的条件？为什么过渡金属的离子是配合物中常见的中心原子？【课堂练习 5】（1）在 Fe3 、Cu 2 、Zn 2 、 Ag 、H 2O、NH 3、F 、CN 、CO 中，可以作为中心原子的有_；可以作为配位体的有_。（2）NH 4NO3 中存在的
19、化学键类型按离子键、共价键和配位键分类，应含有（ ）A离子键和共价键 B离子键和配位键 C离子键、配位键和共价键 D离子键4-3 配合物的命名4-4 配合物的性质及其应用配合物有较强的稳定性，配离子在水中难电离，可以使一些难溶于水的物质形成可溶性配合物；配合物还可用于湿法冶金；物质的分离提纯、检验、萃取；催化剂等。【典例分析】配位化学创始人维尔纳发现，将各为 1mol 的 A：CoCl 36NH3（黄色）、B：CoCl 35NH3（紫红色） 、C ：CoCl 34NH3（绿色）三种配合物溶于水，加入足量 AgNO3 溶液，产生沉淀的量分别是3mol、2mol、1mol。已知这三种配合物的配数都
20、是 6。（1）根据实验事实，用配合物的形式写出它们的化学式。A：_； B：_；C：_。（2）B 的内界是_ （用化学式表示） ；配位体是_，配位原子是Cu(NH3)4SO4内界 外界中心原子 配位体配位原子 配位数第 8 页 共 11 页_，中心离子的电荷是_。（3）写出 C 在水中电离的化学方程式 _。【课堂练习 6】（1）填写下表（2）向下列配合物的水溶液中加入 AgNO3 溶液不能生成 AgCl 沉淀的是（ ）ACo(NH 3)4Cl2Cl BCo(NH 3)3Cl3 CCo(NH 3)6Cl3 DCo(NH 3)5ClCl2（3）下列分子或离子中都存在着配位键的是（ ）ANH 3、H
21、2O BNH 4、H 3O CN 2、HClO DH 2SO4、PCl 3（4）在 CuCl2 溶液中存在如下的平衡： Cu(H2O)42 4Cl CuCl42 4H 2O蓝色 绿色现欲使溶液由绿色变成蓝色，请写出可采用的方法：_ _。（5）有两种配合物晶体Co(NH 3)6Cl3 和Co(NH 3)5ClCl2，一种为橙黄色，另一种为紫红色。请设计实验方案将这两种配合物区别开来。（6）溶液中的 Fe3+除可用 KSCN 溶液检验外，还可以用黄血盐 K4Fe(CN)6进行检验，生成一种名为普鲁士蓝的蓝色沉淀 Fe4Fe(CN)63；而 Fe2+则用赤血盐 K3Fe(CN)6进行检验，也生成一种
22、蓝色沉淀 Fe3Fe(CN)62，这种沉淀叫做滕氏蓝。普鲁士蓝中的外界是_ ，中心原子是_ ；滕氏蓝中的外界是_ ，中心原子是_ 。黄血盐不如赤血盐稳定，久置会逐渐失效，其原因是_ 。【对应练习】1下列分子中，键角最大的是（ ）AH 2S BH 2O CCCl 4 DNH 32若 ABn的中心原子 A 上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模型，下列说法正确的是（ ）A若 n2，则分子的立体结构为 V 形 B若 n3，则分子的立体结构为三角锥形C若 n4，则分子的立体结构为正四面体形 D以上说法都不正确3下列分子中，各原子均处于同一平面上的是（ ）AH 2O BNCl 3 CCF
23、 4 DCH 2O4乙烯分子中含有 4 个 C H 键和 1 个 CC ，6 个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是（ ）A每个 C 原子的 2s 轨道与 2p 轨道杂化，形成两个 sp 杂化轨道B每个 C 原子的 1 个 2s 轨道与 2 个 2p 轨道杂化，形成 3 个 sp2 杂化轨道C每个 C 原子的 1 个 2s 轨道与 3 个 2p 轨道杂化，形成 4 个 sp3 杂化轨道D每个 C 原子的 3 个价电子占据 3 个杂化轨道，1 个价电子占据 1 个 2p 轨道5OF 2 分子的中心原子采取的杂化轨道是( )Asp 2 Bsp Csp 3 D无法确定6下列分子中
24、划横线的原子的杂化轨道类型属于 sp 杂化的是( )配合物 内界 外界 中心离子 配体 配位原子 配位数Ag(NH3)2OHNa3AlF6第 9 页 共 11 页ACH 4 BC 2H4 CC 2H2 DNH 37下列分子和离子中，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( )ANH BPH 3 CH 3O DOF 2 48下列各组离子中因有配合离子生成而不能大量共存的是( )AK 、Na 、Cl 、NO BMg 2 、Ca 2 、SO 、OH 3 24CFe 2 、Fe 3 、H 、NO DBa 2 、Fe 3 、Cl 、SCN 39下列关于原子轨道的说法正确的
25、是( )A凡中心原子采取 sp3 杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体BCH 4 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Csp 3 杂化轨道是由同一原子中能量相近的 s 轨道和 p 轨道混合起来形成的一组能量相等的新轨道D凡 AB3 型的共价化合物，其中心原子 A 均采取 sp3 杂化轨道成键10Co 3+的八面体配合物 CoClmnNH3，若 1mol 此配合物与足量 AgNO3 溶液作用生成 1molAgCl 沉淀，则 m、n 值分别为（ ）Am1，n5 Bm3，n4 Cm 5，n1 Dm4，n511某化合物的结构示意图
26、如右，下列关于该化合物的叙述中正确的是（ ）A该化合物只含有 H、N、O、Ni 四种元素B该化合物属于配合物，中心离子是 Ni 离子C该化合物是配合物，中心离子的配位数是 2，配体是氮元素D该化合物不属于配合物，而是属于高分子化合物12指出下列化合物可能采取的杂化类型，并预测其分子的几何构型：(1)BeH2 (2)BBr3 (3)SiH4 (4)PH3 13Co(NH 3)5BrSO4 可形成两种钴的配合物，已知两种配合物的分子式分别为Co(NH 3)5BrSO4 和Co(NH3)5SO4Br，在第一种配合物的溶液中加 BaCl2 溶液时，现象是_ ；如果在第二种配合物的溶液中加入 BaCl2
27、 溶液时，现象是 _ ，若加 入 AgNO3 溶液时，现象是_ 。14用杂化轨道理论探究氰化氢(HCN)分子和甲醛(CH 2O)分子的结构。（1）写出 HCN 分子和 CH2O 分子的路易斯结构式。（2）用 VSEPR 模型对 HCN 分子和 CH2O 分子的立体结构进行预测(用立体结构模型表示)。（3）写出 HCN 分子和 CH2O 分子的中心原子的杂化类型。（4）分析 HCN 分子和 CH2O 分子中的化学键类型和数目。15ClO 、ClO 、ClO 、ClO 中，Cl 都是按以 sp3 杂化轨道方式与 O 原子成键，则 ClO 空间的 2 3 4构型是_；ClO 空间的构型是 _；ClO
28、 空间的构型是_；ClO 空间的构型是 2 3 4_。16有 A、B、C、D 四种元素，A 元素是所有元素中原子半径最小的元素；B、C 两种元素原子的核外电子层数相同，C 元素的单质为深棕红色液体， B 元素的最高价阳离子 0.5mol 被还原成中性原子时需得到 6.021023 个电子。当 B 元素的单质同盐酸充分反应时，放出 0.02gH2，用去 B 元素 0.4g；D 元素的气态氢化物和最高价氧化物的水化物之间反应生成盐。NNNNNiHOOHOO第 10 页 共 11 页（1）各元素的名称分别为 A_、B_、C_、D_。（2）四种元素形成常见化合物中具有离子键、极性键、配位键的物质是_，
29、电子式为_。（3）已知 DA 4 与 D4A4 4 的空间构型均为四面体，请画出这两种离子的结构式。【走近高考】1(2010-海南)下列描述中正确的是 ( )ACS 2 为 V 形的极性分子 BClO 3 的空间构型为平面三角形CSF 6 中有 6 对完全相同的成键电子对 DSiF 4 和 SO2 3 的中心原子均为 sp3 杂化2 （2008-四川） D、E 、X、Y、Z 是周期表中的前 20 号元素，且原子序数逐渐增大。它们的最简氢化物分子的空间构型依次是正四面体、三角锥形、正四面体、角形（V 形） 、直线形。回答下列问题：（1）Y 的最高价氧化物的化学式为 _；（2）上述 5 种元素中，
30、能形成酸性最强的含氧酸的元素是_，写出该元素的任意 3 种含氧酸的化学式：_；（3）D 和 Y 形成的化合物，其分子的空间构型为_ ；（4）D 和 X 形成的化合物，其化学键类型属_ 。3 （2010-山东）碳族元素包括 C、Si、Ge、Sn、Pb。 。（1）碳纳米管有单层或多层石墨层卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每个碳原子通过 杂化与周围碳原子成键。（2）CH 4 中共用电子对偏向 C，SiH 4 中共用电子对偏向 H，则 C、Si、H 的电负性由大到小的顺序为 。（3）用价层电子对互斥理论推断 SnBr2 分子中 SnBr 的键角 120（填“” 、 “”或“” ） 。4 （2009-江
31、苏）生物质能是一种洁净、可再生的能源。生物质气（主要成分为 CO、CO 2、H 2 等）与 H2 混合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。（1）上述反应的催化剂含有 Cu、Zn、Al 等元素。写出基态 Zn 原子的核外电子排布式 。（2）根据等电子原理，写出 CO 分子结构式 。（3）甲醇催化氧化可得到甲醛，甲醛与新制 Cu（OH） 2 的碱性溶液反应生成 Cu2O 沉淀。甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为 。甲醛分子的空间构型是 ；1mol 甲醛分子中 键的数目为 。5 （2010-福建） （1）中国古代四大发明之一 黑火药，它的爆炸反应为：2KNO33CS 点 燃 AN 23CO 2（已
32、配平）除 S 外，上列元素的电负性从大到小依次为 。在生成物中，A 的晶体类型为 ，含极性共价键的分子的中心原子轨道杂化类型为 。已知 CN 与 N2 结构相似，推算 HCN 分子中 键与 键数目之比为 。（2）原子序数小于 36 的元素 Q 和 T，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且原子序数 T比 Q 多 2。T 的基态原子外围电子（价电子）排布为 ，Q 2+的未成对电子数是 。（3 ）在 CrCl3 的水溶液中，一定条件下存在组成为CrCl n(H2O)6n x+（n 和 x 均为正整数）的配离子，将其通过氢离子交换树脂（R-H ） ，可发生离子交换反应：CrCln(H2O)6n x+xR-HR xCrCln(H2O)6n xH +
