1、第二节 共价键与分子的空间结构第1课时 教学目标1.知道常见分子的空间结构。2.结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型（sp3、sp2、sp），从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。3.通过杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法，建立分子空间结构分析的思维模型，能运用杂化轨道理论解释典型分子的空间结构。 教学重难点应用杂化轨道理论解释分子的空间结构。 教学过程一、新课导入【知识回顾】根据学案回顾有关原子轨道价电子排布以及共价键知识。【联想质疑】通常，不同的分子具有不同的空间结构。例如，甲烷分子呈正四面体形，氨分子呈三角锥形，乙烯分子呈平面结构。那么，这些分子为什么
2、具有不同的空间结构呢？分子的空间结构对物质的性质会带来怎样的影响？二、讲授新课【交流研讨】研究证实，甲烷(CH4)分子中的四个CH键的键角均为10928，从而形成非常规则的正四面体形结构。原子之间若要形成共价键，它们的价电子中应当有未成对的电子。碳原子的价电子排布为2s22p2，也就是说，它只有两个未成对的2p电子。若碳原子与氢原子结合，则应形成CH2；即使碳原子的一个2s电子受外界条件影响跃迁到2p空轨道，使碳原子具有四个未成对电子，它与四个氢原子形成的分子也不应当具有规则的正四面体形结构。那么，甲烷分子的正四面体形结构是怎样形成的呢？杂化轨道理论简介1.杂化轨道理论的提出：鲍林为了解决分子
3、空间结构与价键理论的矛盾，提出了杂化轨道理论。2.杂化轨道的含义在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。3.杂化轨道理论要点(1)原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。(2)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道的能量相同。(3)杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图，成键时根据最大重
4、叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更牢固。(4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同。【归纳总结】杂化轨道理论四要点(1)能量相近：原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。(2)数目不变：形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。(3)成键能力增强：杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。(4)排斥力最小：杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。4.杂化轨道的类型【讲述】原子内部能量相近的原子轨道，重新组合杂化形成新
5、的原子轨道成为杂化轨道，杂化轨道不仅改变了原有s和p轨道的空间取向，而且使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大，形成的共价键更牢固。常见的杂化轨道类型有sp杂化、sp2杂化、sp3杂化。(1)sp3杂化轨道正四面体形【讲解】当C与4个H形成CH4时，C的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂后得到4个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角10928，称为sp3杂化轨道。sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化而成，sp3杂化轨道间的夹角为10928，空间结构为正四面体形。举例：CH4分子的形成过程碳原子的2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上，这个过程称
6、为激发，但此时各个轨道的能量并不完全相同，于是1个2s轨道和3个2p轨道发生混杂，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道（其中每个杂化轨道中s成分占，p成分占）。4个sp3杂化轨道上的电子相互排斥，使4个杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的4个顶点，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个CH 键，从而形成CH4分子。由于4个CH 键完全相同，所以形成的CH4分子的空间结构为正四面体形，键角是10928，如图所示。(2)sp2杂化轨道平面三角形sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成，sp2杂化轨道间的夹角为120，空间结构为平面三角形。举例：乙烯分子的形
7、成过程：形成乙烯分子时碳原子采用sp2杂化，三个sp2杂化轨道和一个未参与杂化的p轨道中各有一个未成对电子。两个碳原子各以一个sp2杂化轨道重叠形成一个键，同时以p轨道重叠形成一个键，每个碳原子都以另外两个sp2杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个键。(3)sp杂化轨道sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角是180，呈直线形。举例：乙炔分子的形成过程：乙炔分子中两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成spsp s 键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个sp-s s键，每个原子的两个p轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的pp
8、p键，形成乙炔分子。【小结】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18012010928杂化轨道示意图实例C2H2C2H4CH4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【联想质疑】通过化学必修课程的学习，你已知道苯分子(C6H6)的结构简式为。从结构简式来看，苯分子好像具有双键，苯应当具有类似于乙烯的化学性质，能使酸性KMnO4溶液褪色或使溴的四氯化碳溶液褪色，但实验事实并非如此。那么，苯为什么不能使酸性KMnO4溶液或溴的四氯化碳溶液褪色呢？苯分子中究竟存在怎样的化学键呢？【自主探究】学生阅读教材相关内容，了解用杂化轨道理
9、论解释苯分子的空间结构【讲述】苯分子中碳原子的杂化方式为sp2杂化，每个碳原子的两个杂化轨道分别与邻近的两个碳原子的杂化轨道形成6个CC 键，组成正六边形环。每个碳原子的另一个杂化轨道与氢原子的1s轨道形成键，每个碳原子剩余的未杂化的p轨道肩并肩形成大键。【讲述】苯分子中6个碳原子和6个氢原子在同一平面内，整个分子呈平面正六边形，键角皆为120。【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NH键的键角应约为90。但是，实验测得的氯分子中NH键的键角为107.3。试
10、解释其键角不是90的原因，并与同学们交流讨论。【讲述】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10928。氮原子与三个氢原子形成三个键，在另外一个sp3杂化轨道中，含有一个未成键的孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强，使三个NH键的空间分布发生变化，键角减小为107.3，所以NH3为三角锥形。【提问】请你类比CH4和NH3的例子，用杂化轨道理论解释H2O的空间结构。【讲解】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OH 键；另两个sp3
11、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。【自主阅读】三、课堂小结1.当杂化轨道全部用于形成键时杂化类型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18012010928杂化轨道示意图实例C2H2C2H4CH4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2.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，使分子的空间结构与杂化轨道的形态发生变化。如水分子的氧原子的sp3杂化轨道中有2个被孤电子对占据，其分子不呈正四面体形，而呈V形；氨分子的氮原子的sp3杂化轨道中有1个被孤电子对占据，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。 9 / 9
