师：各位同学，大家好。今天我们一起来学习高二人教版化学选择性必修2第二章分子结构与性质全章复习第一课时。本节课的学习目标是：能自主构建第二章知识网络；能运用共价键和分子间作用力解释一些物质的性质；能利用价层电子对互斥模型和杂化轨道理论，预测和解释简单共价分子或离子的空间结构；能运用分子结构知识，理解物质结构对物质性质的影响，形成“结构决定性质、性质反映结构”的学科基本观念。
首先，我们来看知识网络。第二章分子结构与性质包含分子结构和分子性质两部分内容。我们从两个维度对分子结构进行探讨：一是探讨分子中原子间的相互作用，认识原子间形成共价键的本质和特征，这就是第一节内容——共价键；二是探讨分子中原子间的几何关系和形状，即分子的空间结构，这是第二节内容。基于对分子结构的基本认识，以及分子间存在相互作用的认识，我们学习了分子结构对物质性质的影响，这就是第三节内容。
共价键的主要类型有σ键和π键，键参数有键长、键能、键角。键长和键能决定共价键的强弱，键长和键角决定分子的空间结构。这部分我们还学习了两个重要的认知模型：价层电子对互斥模型和杂化轨道理论。在分子结构与物质性质部分，我们学习了键的极性和分子的极性，键的极性对化学性质的影响；学习了分子间作用力——范德华力和氢键对物质性质的影响；学习了相似相溶原理和分子的手性。
接下来，我们看共价键和分子间作用力。分子可以解离为原子，原子通过共价键构成分子，物质中存在分子间作用力。共价键和分子间作用力是两种不同类型的相互作用。共价键根据共用电子对数分为单键、双键和三键；根据原子轨道的重叠方式分为σ键和π键；根据电子对是否发生偏移分为极性键和非极性键。分子间作用力分为范德华力和氢键。
思考一：为什么水在同族元素的简单氢化物中沸点最高？
生：水的分子间作用力主要是氢键，其他简单氢化物的分子间作用力为范德华力，氢键作用力一般比范德华力要大。
思考二：为什么水在同族元素的简单氢化物中最稳定？
生：因为水分子内共价键强。
下面我们来看分子的空间结构。
思考三：请用价层电子对互斥模型预测水分子的空间结构。预测分子或离子的空间结构需要用到价层电子对互斥模型。价层电子对数等于σ键电子对数加上中心原子孤电子对数。σ键电子对数等于结合的原子数，中心原子孤电子对数等于$\frac{1}{2}(a - xb)$。$a$表示中心原子的价电子数，阳离子中$a$等于价电子数减去离子电荷数，阴离子中$a$等于价电子数加上离子电荷数；$x$表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，如氢为1，其他原子为8减去该原子的价电子数。
我们来计算几种分子或离子的中心原子价层电子对数。水的σ键电子对数等于2，$a$等于6，$x$等于2，$b$等于1，中心原子孤电子对数等于2，价层电子对数等于σ键电子对数加上中心原子孤电子对数，即4。铵根离子σ键电子对数等于4，$a$等于4，$x$等于4，$b$等于1，中心原子孤电子对数等于0，价层电子对数等于4。碳酸根离子σ键电子对数等于3，$a$等于6，$x$等于3，$b$等于2，中心原子孤电子对数等于0，价层电子对数等于3。
根据价层电子对互斥模型预测分子或离子的空间结构，先根据价层电子对数确定VSEPR模型：若中心原子价层电子对数等于2，VSEPR模型为直线型；若中心原子价层电子对数等于3，VSEPR模型为平面三角形；若中心原子价层电子对数等于4，VSEPR模型为正四面体型。然后略去孤电子对，可预测出分子或离子的空间结构。
根据前面的复习，我们知道水的价层电子对数等于4，则水的VSEPR模型为四面体型，略去两对孤电子对后，水分子的空间结构为V型。
巩固练习：运用价层电子对互斥模型完成下表的空白。
甲烷的中心原子为碳原子，其价层电子对数等于4，VSEPR模型为正四面体型，甲烷分子的空间结构为正四面体型。
氨气的中心原子为氮原子，其价层电子对数等于4，VSEPR模型为四面体型，氨气的空间结构为三角锥形。
硫化氢的中心原子为硫原子，其价层电子对数等于4，VSEPR模型为四面体型，硫化氢分子的空间结构为V型。
碳酸根离子的中心原子为碳原子，其价层电子对数等于3，VSEPR模型为平面三角形，碳酸根离子的空间结构为平面三角形。
二氧化硫的中心原子为硫原子，其价层电子对数等于3，VSEPR模型为平面三角形，二氧化硫分子的空间结构为V型。
二氧化碳的中心原子为碳原子，其价层电子对数等于2，VSEPR模型为直线型，二氧化碳分子的空间结构为直线型。
思考四：如何解释水分子的空间结构？对分子或离子的空间结构进行解释，需要用到杂化轨道理论。根据价层电子对数判断杂化轨道类型，σ键电子对数加上中心原子孤电子对数等于价层电子对数，也等于杂化轨道数。若中心原子价层电子对数等于2，则杂化轨道数等于2，杂化轨道类型为sp杂化，VSEPR模型为直线型，典型实例为氯化铍。若中心原子价层电子对数等于3，则杂化轨道数等于3，杂化轨道类型为$sp^2$杂化，VSEPR模型为平面三角形，典型实例为三氟化硼。若中心原子价层电子对数等于4，则杂化轨道数等于4，杂化轨道类型为$sp^3$杂化，VSEPR模型为正四面体型，典型实例为甲烷。水分子的氧原子价层电子对数等于4，氧原子的一个s轨道和3个p轨道杂化，形成4个$sp^3$杂化轨道。因此，水的VSEPR模型为四面体型，氧原子的4个$sp^3$杂化轨道中有两个被孤电子对占据，略去这两对孤电子对后，水分子的空间结构为V型。
中心原子杂化轨道类型与VSEPR模型、分子结构的关系：
中心原子价层电子对数等于2，中心原子sp杂化，VSEPR模型为直线型。若σ键电子对数等于2，孤电子对数等于0，分子的空间结构为直线型，典型例子有二氧化碳、氢氰酸、氯化铍。
中心原子价层电子对数等于3，中心原子$sp^2$杂化，VSEPR模型为平面三角形。若σ键电子对数等于3，孤电子对数等于0，分子的空间结构为平面三角形，典型例子有甲醛、三氟化硼、三氧化硫、硝酸根、碳酸根。若σ键电子对数等于2，孤电子对数等于1，分子的空间结构为V型，典型例子有二氧化硫、二溴化锡、亚硝酸根。
中心原子价层电子对数等于4，中心原子$sp^3$杂化，VSEPR模型为四面体型。若σ键电子对数等于4，孤电子对数等于0，且四个键键长相同，分子的空间结构为正四面体型，典型例子有甲烷、四氯化碳、四氟化硅、铵根、磷酸根、硫酸根。若四个键键长不完全相同，分子的空间结构为四面体型，典型例子有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷。若σ键电子对数等于3，孤电子对数等于1，分子的空间结构为三角锥形，典型例子有氨气、水合氢离子、三氯化氮、亚硫酸根。若σ键电子对数等于2，孤电子对数等于2，分子的空间结构为V型，典型例子有水、硫化氢。