化学：2.2.1《一些典型分子的空间构型》学案(鲁科版选修4)

实用型学案

第2节 共价键与分子的空间构型

第1课时 一些典型分子的空间构型

【学习目标】

1. 理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型；

2. 学会用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间构型

【学习过程】

一、一些典型分子的立体构型

1. 杂化轨道理论

(1) 理论的提出：甲烷的分子模型表明甲烷分子的空间构型

是 ，分子中的C—H键 ，键角是 。

这说明：碳原子具有四个完全相同的轨道与四个氢原子的电子云重叠成键。

而碳原子的价电子构型是 ，包含一个 轨道和三个

轨道，为了解释甲烷分子中碳原子有这四个相同的轨道，Pauling提出了 理论。

(2) 杂化的概念：在形成 分子的过程中，中心原子的若干

相近的原子轨道重新组合，形成一组新的、 的轨道，

这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。

2. ，等四条原

子轨道发生杂化，形成一组新的轨道，即四条 杂化轨道，这些 杂

化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道。成键时，这四个完全相同的 轨

道分别与四个氢原子的电子云重叠成 共价键。

3. 乙烯分子中碳原子用一个sp杂化，

得到三个完全相同的杂化轨道。形成乙烯分子时，两个碳原子各用

的电子相互配对，形成一个σ键，每个碳原子的另外 分别

与两个氢原子的 的电子配对形成共价键；每个碳原子剩下的2

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一个未参与杂化的 的未成对电子相互配对形成一个 键。

4. 乙炔分子中碳原子用一个sp杂

化，得到两个完全相同的杂化轨道。形成乙炔分子时，两个碳原子各用 的电子相互配对，形成一个σ键，每个碳原子的另外

分别与一个氢原子的 的电子配对形成共价键；每个碳原子剩

下的两个未参与杂化的 的未成对电子相互配对形成一个

键。

二、轨道杂化简单规律：

1. 决定的，有几个原子轨道参与杂化，杂化后就生成几个杂化轨道，就能与几

个其它原子成键。

2. 三种杂化轨道的轨道形状，SP道，SP2 ，SP3杂化轨道为 的

构型。如：HCN中C原子以 杂化，CH2O中C原子以杂化；HCN

中含有 个σ键和 个π键；CH2Oσπ键

3. 应用轨道杂化理论，探究分子的立体结构。

【典题解悟】

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例1.有关甲醛分子的说法正确的是( )

A. C原子采取sp杂化 B. 甲醛分子为三角锥形结构

C. C原子采取sp杂化 D. 甲醛分子为平面三角形结构

解析：甲醛分子分子(CH2O)中心C原子采用的是sp杂化，三个杂化轨道呈平面三角形，2个sp2杂化轨道分别与一个H原子形成一个C—H 键，另一个sp2杂化轨道与O原子形成一个 键，C原子中未用于杂化的个p轨道与O原子的p轨道形成一个 键。

答案：CD

例2. 在以下的分子或离子中，空间结构的几何形状不是三角锥形的是（ ）

A、NF3 B、CH3- C、BF3 D、H3O+

解析：其中NF3、CH3和 H3O的中心原子N、C、O均为sp杂化，但是只形成3个化学键，有1个杂化轨道被孤对电子占据，又由于价层电子对相互排斥，所以为三角锥形；只有BF3中的B以sp2杂化，形成平面正三角型分子。所以选C。

答案：C

【当堂检测】

1. PCl3的分子结构是（ ）

A. 平面三角形，键角小于120° B. 平面三角形，键角120°

C. 三角锥形，键角小于109°28′ D. 三角锥形，键角109°28′

2. 下列分子的空间构型是正四面体形的是（ ）

① CH4 ②NH3 ③CF4 ④SiH4 ⑤C2H4 ⑥CO2

A. ①②③ B. ①③④ C. ②④⑤ D. ①③⑤

3. 在乙烯分子中有5个σ键、一个π键，它们分别是 （ ）

A．sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键

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B．sp杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键

C．C-H之间是sp形成的σ键，C-C之间是未参加杂化的2p轨道形成

的π键

D．C-C之间是sp形成的σ键，C-H之间是未参加杂化的2p轨道形成

的π键

4. 下列分子的立体构型，可以用sp杂化方式解释的是（ ）

A． HCl B． BeCl2 C． PCl3 D． CCl4

5. 在BrCH＝CHBr分子中，C-Br键采用的成键轨道是（ ）

A. sp-p B. sp2-s

C. sp2-p D. sp3-p

6. 试用杂化轨道理论说明下列分子或离子的几何构型。

（1）CO2（直线形） （2）SiF4（正四面体）（3）BCl3（平面三角形）

（4）NF3（三角锥形） （5）NO2-（V形）（6）N2H4（N-N单键，非平面形）

7. 试用杂化轨道理论分析为什么BF3的空间构型是平面三角形，而NF3是三角锥形的？

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参考答案

1.C 2. B 3.C 4.B 5.C

6.解析：（1）CO2：C以两个sp杂化轨道分别与两个O形成σ键。C上另两个未杂化的P轨道分别与两个O上的P轨道形成π键，分子构型为直线形。

（2）SiF4：Si以四个SP3杂化轨道分别与四个F形成σ键，分子构型为正四面体形。

（3）BCl3：B采取SP2杂化，三个SP2杂化轨道分别与三个Cl形成σ键，分子构型为平面三角形。

（4）NF3：N采取SP3杂化，其中一个轨道上有一对电子，不参与成键，另外三个杂化轨道分别与三个F形成σ键，由于一对电子的存在，三个F不可能平均瓜分N周围的空间，而是被孤对电子排斥到一侧，形成三角锥形结构。

（5）NO2-：N采取SP2杂化，其中两个杂化轨道分别与两个O形成σ键，另一个有一对孤对电子，未杂化的P轨道与两个O上的另一个P轨道形成π34键，形成V形分子结构。

（6）N2H4：N采取SP3杂化，四个杂化轨道中的三个分别与一个N和两个H形成三个σ键，每个N上还有一对孤对电子，故不可能为平面结构。

答案：略

7.解析：BF3中B的价电子结构为2s22p1，形成分子时，进行sp2杂化，三个sp2杂化轨道分别与三个F原子的p轨道成键，故BF3分子为平面三角形；NF3中的N价电子结构为2s22p3，形成分子时，进行sp3不等性杂化，其中一个sp杂化轨道为孤对电子占有，另三个电子分别与F成键，故分子结构为三角锥型。答案：略 3