高二化學(xué)分子的空間構(gòu)型

1、專(zhuān)題四專(zhuān)題四 分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)第一單元第一單元 分子構(gòu)型與物質(zhì)的性質(zhì)分子構(gòu)型與物質(zhì)的性質(zhì)分子的空間構(gòu)型分子的空間構(gòu)型遼寧省建平縣二高中化學(xué)組遼寧省建平縣二高中化學(xué)組 謝曉東謝曉東2008.5.5高考資源網(wǎng)高考資源網(wǎng)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)1、了解雜化軌道的類(lèi)型，并能運(yùn)用雜化軌道理論及了解雜化軌道的類(lèi)型，并能運(yùn)用雜化軌道理論及價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷分子或離子的空間構(gòu)型；價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷分子或離子的空間構(gòu)型；2、初步認(rèn)識(shí)分子的空間構(gòu)型、鍵角等概念；、初步認(rèn)識(shí)分子的空間構(gòu)型、鍵角等概念；3、能結(jié)合實(shí)例說(shuō)明等電子體原理的應(yīng)用。、能結(jié)合實(shí)例說(shuō)明等電子體原理的應(yīng)用。復(fù)習(xí)回顧復(fù)習(xí)回

2、顧共價(jià)鍵共價(jià)鍵鍵鍵鍵鍵鍵參數(shù)鍵參數(shù)鍵能鍵能鍵長(zhǎng)鍵長(zhǎng)鍵角鍵角衡量化學(xué)鍵的強(qiáng)弱衡量化學(xué)鍵的強(qiáng)弱描述分子的立體結(jié)構(gòu)的重要因素描述分子的立體結(jié)構(gòu)的重要因素成鍵方式成鍵方式 “頭碰頭頭碰頭”,呈軸對(duì)稱(chēng)呈軸對(duì)稱(chēng)成鍵方式成鍵方式 “肩并肩肩并肩”,呈鏡像對(duì)呈鏡像對(duì)稱(chēng)稱(chēng)形形色色的分子形形色色的分子O2HClH2OCO2C2H2CH2OCOCl2NH3PCH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH思考：思考： 同為三原子分子，同為三原子分子，CO2 和和 H2O 分子的空間結(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)卻不同，什么原因？構(gòu)卻不同，什么原因？ 同為四原子分子，同為四原子分子，CH2O與與 NH3 分子的的空間

3、分子的的空間結(jié)構(gòu)也不同，什么原因？結(jié)構(gòu)也不同，什么原因？探究與討論：探究與討論：1、用軌道表示式寫(xiě)出、用軌道表示式寫(xiě)出H、C、N、O等原子的最外層電等原子的最外層電子的排布情況：子的排布情況： 2、寫(xiě)出、寫(xiě)出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的電子等分子的電子式、結(jié)構(gòu)式及分子的空間結(jié)構(gòu)：式、結(jié)構(gòu)式及分子的空間結(jié)構(gòu)：分子分子CO2H2ONH3CH2OCH4電子式電子式結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式中心原子中心原子有無(wú)孤對(duì)電子有無(wú)孤對(duì)電子空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)O C O: : :H O H:H N H:H:H C H:HHO=C=OH-O-HH-N-H-HH-C-H=OH-C-H-HH無(wú)無(wú)有有有有無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)直線(xiàn)

4、形直線(xiàn)形角形角形三角三角錐錐 形形 平面平面三角形三角形 正正四面體四面體: H C H:O: : : C C原子與原子與H H原子結(jié)合形成的分子為什么是原子結(jié)合形成的分子為什么是CHCH4 4，而不是，而不是CHCH2 2或或CHCH3 3？CHCH4 4分子為什么具有分子為什么具有正四面體的空間構(gòu)型（鍵長(zhǎng)、鍵能相同，正四面體的空間構(gòu)型（鍵長(zhǎng)、鍵能相同，鍵角相同為鍵角相同為1091092828）？）？2s 2px 2py 2pzC為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論，為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論，1.雜化軌道理論簡(jiǎn)介雜化軌道理論簡(jiǎn)介2s2pC的基態(tài)的基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)正

5、四面體形正四面體形sp3 雜化態(tài)雜化態(tài)CHHHH10928激發(fā)激發(fā)它的要點(diǎn)是：當(dāng)碳原子與它的要點(diǎn)是：當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，碳原子的碳原子的2s軌道和軌道和3個(gè)個(gè)2p軌道會(huì)發(fā)生軌道會(huì)發(fā)生混雜混雜，混雜混雜時(shí)保持時(shí)保持軌道總數(shù)不變，得到軌道總數(shù)不變，得到4個(gè)個(gè)能量相等、成分相同能量相等、成分相同的的sp3雜雜化軌道，夾角化軌道，夾角109 28 ，表示這，表示這4個(gè)軌道是由個(gè)軌道是由1個(gè)個(gè)s軌道軌道和和3個(gè)個(gè)p軌道雜化形成的如下圖所示：軌道雜化形成的如下圖所示：雜化雜化sp3 雜化雜化 原子形成分子時(shí)，同一個(gè)原子中能量相近的一個(gè)原子形成分子時(shí)，同一個(gè)原子中能量

6、相近的一個(gè) ns 軌道與三個(gè)軌道與三個(gè) np 軌道進(jìn)行混合組成四個(gè)新的原子軌道稱(chēng)為軌道進(jìn)行混合組成四個(gè)新的原子軌道稱(chēng)為 sp3 雜化軌道。雜化軌道。SP2 思考題：思考題：為了滿(mǎn)足生成為了滿(mǎn)足生成BF3和和BeCl2的的要求，要求，B和和Be原子的價(jià)電子排布應(yīng)如何改原子的價(jià)電子排布應(yīng)如何改變？用軌道式表示變？用軌道式表示B和和Be原子的價(jià)電子結(jié)原子的價(jià)電子結(jié)構(gòu)的改變。構(gòu)的改變。 BF3中的中的B是是sp2雜化，雜化，BeCl2中的中的Be是是sp雜化。雜化。 sp2 雜化雜化 同一個(gè)原子的一個(gè)同一個(gè)原子的一個(gè) ns 軌道與兩個(gè)軌道與兩個(gè) np 軌道進(jìn)行軌道進(jìn)行雜化組合為雜化組合為 sp2 雜化

7、軌道。雜化軌道。2s2pB的基態(tài)的基態(tài)2p2s激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)正三角形正三角形sp2 雜化態(tài)雜化態(tài)BF3分子形成分子形成BFFF激發(fā)激發(fā)120雜化雜化 同一原子中同一原子中 ns-np 雜化成新軌道雜化成新軌道：一個(gè)一個(gè) s 軌道軌道和一個(gè)和一個(gè) p 軌道雜化組合成兩個(gè)新的軌道雜化組合成兩個(gè)新的 sp 雜化軌道。雜化軌道。BeCl2分子形成分子形成激發(fā)激發(fā)2s2pBe基態(tài)基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)雜化雜化直線(xiàn)形直線(xiàn)形sp雜化態(tài)雜化態(tài)鍵合鍵合直線(xiàn)形直線(xiàn)形化合態(tài)化合態(tài)Cl Be Cl180 sp 雜化雜化 根據(jù)以下事實(shí)總結(jié)：如何判斷一個(gè)化合物根據(jù)以下事實(shí)總結(jié)：如何判斷一個(gè)化合物的中心原子的雜化類(lèi)型？的中

8、心原子的雜化類(lèi)型？CCsp3sp2spCCCC（1）看中心原子有沒(méi)有形成雙鍵或叁鍵，如果有）看中心原子有沒(méi)有形成雙鍵或叁鍵，如果有1個(gè)叁鍵，則其中有個(gè)叁鍵，則其中有2個(gè)個(gè)鍵，用去了鍵，用去了2個(gè)個(gè)p軌道，形成軌道，形成的是的是sp雜化；如果有雜化；如果有1個(gè)雙鍵則其中有個(gè)雙鍵則其中有1個(gè)個(gè)鍵，形成鍵，形成的是的是sp2雜化；如果全部是單鍵，則形成的是雜化；如果全部是單鍵，則形成的是sp3雜化。雜化。（2）沒(méi)有填充電子的空軌道）沒(méi)有填充電子的空軌道一般一般不參與雜化。不參與雜化。2、判斷中心原子的雜化類(lèi)型、判斷中心原子的雜化類(lèi)型一般方法一般方法 共價(jià)分子的幾何外形取決于分共價(jià)分子的幾何外形取決于

9、分子子價(jià)層電子對(duì)數(shù)目和類(lèi)型價(jià)層電子對(duì)數(shù)目和類(lèi)型（包括成（包括成鍵電子對(duì)和孤電子對(duì)）。分子的價(jià)鍵電子對(duì)和孤電子對(duì)）。分子的價(jià)電子對(duì)由于電子對(duì)由于相互排斥相互排斥作用作用, ,而趨向盡而趨向盡可能可能遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離以以減小斥力減小斥力而采取而采取對(duì)稱(chēng)對(duì)稱(chēng)的的空間構(gòu)型。空間構(gòu)型。價(jià)層電子對(duì)互斥理論價(jià)層電子對(duì)互斥理論3、確定分子或離子空間構(gòu)型的簡(jiǎn)易方法：、確定分子或離子空間構(gòu)型的簡(jiǎn)易方法： 利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論預(yù)測(cè)分子或離子的利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論預(yù)測(cè)分子或離子的空間構(gòu)型的步驟如下：空間構(gòu)型的步驟如下： （1 1）確定中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)：）確定中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)： 價(jià)層電子對(duì)數(shù)（中心原子的價(jià)電子數(shù)

10、價(jià)層電子對(duì)數(shù)（中心原子的價(jià)電子數(shù) 配位原子提供的電子數(shù)配位原子提供的電子數(shù)離子電荷數(shù)離子電荷數(shù) )/2)/2式中：中心原子的價(jià)電子數(shù)式中：中心原子的價(jià)電子數(shù)=主族序數(shù)主族序數(shù) 例如：例如：B：3，C：4，N：5，O：6，X：7，稀有氣體：，稀有氣體：8配位原子提供的價(jià)電子數(shù)：配位原子提供的價(jià)電子數(shù)： H與鹵素：與鹵素：1，O與與S為為0 N原子做配位原子時(shí)為原子做配位原子時(shí)為-1 當(dāng)中心原子的價(jià)電子數(shù)為奇數(shù)時(shí)要加當(dāng)中心原子的價(jià)電子數(shù)為奇數(shù)時(shí)要加1 例如：例如：SO42- VP=(6+0+2)/2=4(2)確定電子對(duì)的空間構(gòu)型：確定電子對(duì)的空間構(gòu)型：根據(jù)中心原子A周?chē)碾娮訉?duì)數(shù)，從圖中找出電子對(duì)

11、的空間構(gòu)型。 (3)確定中心原子的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)，推斷分子的空間構(gòu)型：確定中心原子的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)，推斷分子的空間構(gòu)型：把配位原子排布在中心原子周?chē)?，每一電子?duì)連接一配位原子，未結(jié)合的電子對(duì)就是孤電子對(duì)。 (4) 根據(jù)電子對(duì)間排斥力大小，確定排斥力最小的穩(wěn)定結(jié)根據(jù)電子對(duì)間排斥力大小，確定排斥力最小的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。構(gòu)。 價(jià)層電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù) 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6電子對(duì)排布方電子對(duì)排布方式式 直線(xiàn)形直線(xiàn)形平面三角平面三角形形 四面四面體體 三角三角雙錐雙錐 八面體八面體中心原子的價(jià)層電子對(duì)的排布和 ABn 型共價(jià)分子的構(gòu)型價(jià)層電子對(duì)排布 成鍵電子對(duì)數(shù)孤對(duì)電子對(duì)數(shù)分子類(lèi)型 電子對(duì)的排布

12、方式 分子構(gòu)型 實(shí) 例直線(xiàn)形 23平面三角形2 0 AB2直線(xiàn)形HgCl23 0 AB32 1 AB2價(jià)層電子對(duì)數(shù)平面三角形 BF3角形PbCl2價(jià)層電子對(duì)數(shù) 價(jià)層電子對(duì)排成鍵電子對(duì)數(shù) 孤對(duì)電子對(duì)數(shù) 分子類(lèi)型 電子對(duì)的排布分子構(gòu)型 實(shí) 例布方式 4四面體4 0 AB43 1 AB32 2 AB2正四面體 CH4三角錐形 NH3角形H2O1、寫(xiě)出、寫(xiě)出HCN分子和分子和CH2O分子的結(jié)構(gòu)式。分子的結(jié)構(gòu)式。2對(duì)對(duì)HCN分子和分子和CH2O分子的立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)。分子的立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)。 3寫(xiě)出寫(xiě)出HCN分子和分子和CH2O分子的中心原子的雜化分子的中心原子的雜化類(lèi)型。類(lèi)型。4分析分析HCN分子和分

13、子和CH2O分子中的分子中的鍵。鍵。直線(xiàn)形直線(xiàn)形 平面三角形平面三角形sp雜化雜化 sp2雜化雜化2個(gè)個(gè)鍵鍵1個(gè)個(gè)鍵鍵應(yīng)用反饋應(yīng)用反饋:化學(xué)式化學(xué)式 中心原子中心原子 價(jià)層電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)中心原子結(jié)合中心原子結(jié)合的原子數(shù)的原子數(shù)空間構(gòu)型空間構(gòu)型CO2SO2NH2PCl3H3O+SiCl4NO3-NH4+2334443422233434直線(xiàn)形直線(xiàn)形 角角 形形角形角形三角錐形三角錐形三角錐形三角錐形平面正三角形平面正三角形正四面體形正四面體形正四面體形正四面體形SO4244正四面體正四面體形形分子分子CHCH4 4H H2 2O ONHNH3 3COCO2 2C C2 2H H4 4鍵角鍵角

14、109.5109.5104.5104.5107.3107.3180180120120雜化雜化類(lèi)型類(lèi)型spsp3 3spsp3 3spsp3 3spspspsp2 2思考思考:CH:CH4 4、H H2 2O O、NHNH3 3分子中的中心原子均分子中的中心原子均采用采用SPSP3 3雜化，但為何鍵角存在差異？雜化，但為何鍵角存在差異？具有相同的通式具有相同的通式ABm，而且價(jià)電子總數(shù)相等的分子，而且價(jià)電子總數(shù)相等的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征,這個(gè)原理稱(chēng)為這個(gè)原理稱(chēng)為“等電子體原理等電子體原理”。這里的這里的“結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征”的概念既包括分子的立體結(jié)構(gòu)，又包括的概念既

15、包括分子的立體結(jié)構(gòu)，又包括化學(xué)鍵的類(lèi)型，但鍵角并不一定相等，除非鍵角為化學(xué)鍵的類(lèi)型，但鍵角并不一定相等，除非鍵角為180 或或90 等特定的角度。等特定的角度。（1）CO2、CNS、NO2+、N3具有相同的通式具有相同的通式AX2，價(jià)電子總數(shù)價(jià)電子總數(shù)16，具有相同的結(jié)構(gòu)，具有相同的結(jié)構(gòu)直線(xiàn)型分子，中心原子上直線(xiàn)型分子，中心原子上沒(méi)有孤對(duì)電子而取沒(méi)有孤對(duì)電子而取sp雜化軌道，形成直線(xiàn)形雜化軌道，形成直線(xiàn)形s s-骨架，鍵角為骨架，鍵角為180 ，分子里有兩套，分子里有兩套 34p-p大大 鍵。鍵。等電子體原理等電子體原理（2）CO32、NO3、SO3等離子或分子具有相同的通等離子或分子具有相同

16、的通式式AX3,總價(jià)電子數(shù)總價(jià)電子數(shù)24，有相同的結(jié)構(gòu)，有相同的結(jié)構(gòu)平面三角形分子平面三角形分子,中中心原子上沒(méi)有孤對(duì)電子而取心原子上沒(méi)有孤對(duì)電子而取sp2雜化軌道形成分子的雜化軌道形成分子的s s-骨架，骨架，有一套有一套 46p-p大大 鍵。鍵。（3 3）S SO2、O3、NO2等離子或分子，等離子或分子，AX2，18e，中心，中心原子取原子取sp2雜化形式，雜化形式，VSEPR理想模型為平面三角形，中心理想模型為平面三角形，中心原子上有原子上有1對(duì)孤對(duì)電子對(duì)孤對(duì)電子(處于分子平面上處于分子平面上)，分子立體結(jié)構(gòu)為，分子立體結(jié)構(gòu)為V型型(或角型、折線(xiàn)型或角型、折線(xiàn)型)，有一套符號(hào)為，有一套

17、符號(hào)為 34的的p-p大大 鍵。鍵。（4）SO42、PO43等離子具有等離子具有AX4的通式的通式,總價(jià)電子數(shù)總價(jià)電子數(shù)32，中心原子有，中心原子有4個(gè)個(gè)s s-鍵，故取鍵，故取sp3雜化形式，呈正四面體立雜化形式，呈正四面體立體結(jié)構(gòu)；體結(jié)構(gòu)； （5）PO33、SO32、ClO3等離子具有等離子具有AX3的通式，總的通式，總價(jià)電子數(shù)價(jià)電子數(shù)26，中心原子有，中心原子有4個(gè)個(gè)s s-軌道軌道(3個(gè)個(gè)s s-鍵和鍵和1對(duì)占據(jù)對(duì)占據(jù)s s-軌軌道的孤對(duì)電子道的孤對(duì)電子)，VSEPR理想模型為四面體，理想模型為四面體，(不計(jì)孤對(duì)電不計(jì)孤對(duì)電子的子的)分子立體結(jié)構(gòu)為三角錐體，中心原子取分子立體結(jié)構(gòu)為三角

18、錐體，中心原子取sp3雜化形式，雜化形式，沒(méi)有沒(méi)有p-pp p鍵或鍵或p-p大大 鍵，它們的路易斯結(jié)構(gòu)式里的重鍵是鍵，它們的路易斯結(jié)構(gòu)式里的重鍵是d-p大大 鍵。鍵。 根據(jù)等電子原理，判斷根據(jù)等電子原理，判斷下列各組分子屬于下列各組分子屬于等電子體的是等電子體的是 A、H2O、H2S B、HF、NH3 C、CO、CO2 D、NO2、SO2答案：答案：A (04年江蘇年江蘇) 1919年，年，Langmuir提出等電子原理：提出等電子原理：原子數(shù)相同、電子總數(shù)相同的分子，互稱(chēng)為等電原子數(shù)相同、電子總數(shù)相同的分子，互稱(chēng)為等電子體。等電子體的結(jié)構(gòu)相似、物理性質(zhì)相近。子體。等電子體的結(jié)構(gòu)相似、物理性質(zhì)相近。 (1)根據(jù)上述原理，僅由第根據(jù)上述原理，僅由第2周期元素組成的共周期元素組成的共價(jià)分子中，互為等電子體的是：價(jià)分子中，互為等電子體的是： 和和 ； 和和 。CO N2Li Be B C N O F NeCO2 N2O 通常把具有相同電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子或通常把具有相同電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子或離子稱(chēng)為等電子體。等電