分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)

關(guān)于分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)概述由分子聚集而成的物質(zhì)的性質(zhì)主要由分子的組成和結(jié)構(gòu)決定的.

分子的結(jié)構(gòu)是可以通過技術(shù)手段測定的,或者通過利用相關(guān)理論進(jìn)行解釋或者預(yù)測.

分子結(jié)構(gòu)對物質(zhì)的極性、磁性、旋光性、溶解性、化學(xué)反應(yīng)活潑性等都有很大的影響。第2頁,共73頁，2024年2月25日，星期天非極性鍵:共用電子對無偏向（電荷分布均勻）如:H2(H-H)Cl2(Cl-Cl)N2(NN)極性鍵共用電子對有偏向（電荷分布不均勻）如:HCl(H-Cl)H2O(H-O-H)復(fù)習(xí)：第3頁,共73頁，2024年2月25日，星期天2、共用電子對不偏向或有偏向是由什么因素引起的呢?這是由于原子對共用電子對的吸引力不同造成的。1、鍵的極性的判斷依據(jù)是什么？共用電子對是否有偏向復(fù)習(xí)第4頁,共73頁，2024年2月25日，星期天判斷方法同種非金屬元素原子間形成的共價鍵是非極性鍵不同種非金屬元素原子間形成的共價鍵是極性鍵復(fù)習(xí)第5頁,共73頁，2024年2月25日，星期天指出下列物質(zhì)中的共價鍵類型1、O22、CH43、CO24、H2O25、Na2O26、NaOH非極性鍵極性鍵極性鍵(H-O-O-H)極性鍵非極性鍵非極性鍵極性鍵復(fù)習(xí)第6頁,共73頁，2024年2月25日，星期天什么化學(xué)鍵叫σ鍵？什么化學(xué)鍵叫π鍵？

原子軌道沿核間連線方向以“頭碰頭”的方式重疊形成的共價鍵叫做σ鍵。

原子軌道在核間連線兩側(cè)以“肩并肩”的方式重疊形成的共價鍵叫做π鍵。請寫出C、N、O的電子排布式和軌道表示式。復(fù)習(xí)第7頁,共73頁，2024年2月25日，星期天S-S重疊S-P重疊P-P重疊σ鍵成鍵方式“頭碰頭”第8頁,共73頁，2024年2月25日，星期天p-pπ鍵形成過程由于

鍵重疊程度要比

鍵小,所以

鍵的強(qiáng)度要比

鍵小?！凹绮⒓纭钡?頁,共73頁，2024年2月25日，星期天一、分子的空間構(gòu)型(一)1、為什么原子形成分子時它們的個數(shù)是固定的？

因為原子的價電子數(shù)是固定的，原子要達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)所需的電子數(shù)就是固定的。2、為什么不同的分子的空間構(gòu)型（即分子的形狀）是不同的？分子的空間構(gòu)型是由什么決定的？

原子軌道的伸展方向是不同的成鍵時軌道的重疊方向不同，因而分子的空間形狀就不同。分子的空間形狀是由中心原子價電子原子軌道的伸展方向決定的。第10頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

甲烷分子中的C原子的電子排布式是1s22s22p2，由此推測：甲烷分子的C原子有沒有可能形成四個共價鍵？事實上甲烷中碳原子確實是形成四個鍵，并且這四個鍵時完全等同的，怎樣才能形成四個共價鍵？分析思考：

如果C原子就以１個２Ｓ軌道和３個２Ｐ軌道上的單電子，分別與四個Ｈ原子的１Ｓ軌道上的單電子重疊成鍵，所形成的四個共價鍵能否完全相同？這與CH４分子的實際情況是否吻合？3、什么叫做雜化軌道，為什么原子軌道要采取雜化？第11頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

如何才能使CH４分子中的C原子與四個H原子形成完全等同的四個共價鍵呢？109°28’原子軌道？伸展方向？第12頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

原子在形成分子時，為了增強(qiáng)成鍵能力，使分子的穩(wěn)定性增加，趨向于將不同類型的原子軌道重新組合成能量、形狀和方向與原來不同的新原子軌道。這種重新組合稱為雜化；雜化后的原子軌道稱為雜化軌道。

雜化軌道第13頁,共73頁，2024年2月25日，星期天1414看看雜化軌道理論的解釋：

由1個s軌道和3個p軌道混雜并重新組合成4個能量與形狀完全相同的軌道。

由于每個軌道中都含有1/4的s軌道成分和3/4的p軌道成分，因此我們把這種軌道稱之為

sp3雜化軌道。4、s和p軌道組成的雜化軌道的幾種類型第14頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

為了四個雜化軌道在空間盡可能遠(yuǎn)離，使軌道間的排斥最小，4個雜化軌道的伸展方向分別指向正四面體的四個頂點。第15頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

四個H原子分別以4個s軌道與C原子上的四個sp3雜化軌道相互重疊后，就形成了四個性質(zhì)、能量和鍵角都完全相同的S-SP3σ鍵，形成一個正四面體構(gòu)型的分子。

109°28’第16頁,共73頁，2024年2月25日，星期天關(guān)于雜化軌道的注意點（1）只有能量相近的軌道才能相互雜化。（2）形成的雜化軌道數(shù)目等于參加雜化的原子軌道數(shù)目。（3）雜化軌道成鍵能力大于原來的原子軌道。因為雜化軌道的形狀變成一頭大一頭小了，用大的一頭與其他原子的軌道重疊，重疊部分顯然會增大。第17頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

通過分析CH2=CH2分子的結(jié)構(gòu)，你認(rèn)為分子中的C原子是否也需要“雜化”？它又應(yīng)該進(jìn)行怎樣的“雜化”？分析乙烯分子中的共價鍵第18頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

由1個s軌道和2個p軌道混雜并重新組合成3個能量與形狀完全相同的軌道。

由于每個雜化軌道中都含有1/3的s軌道成分和2/3的p軌道成分，因此我們把這種軌道稱之為sp2雜化軌道。第19頁,共73頁，2024年2月25日，星期天sp2雜化軌道的形成和空間取向示意圖第20頁,共73頁，2024年2月25日，星期天sp2雜化軌道的形成和特點：由1個s軌道與2個p軌道組合成3個sp2

雜化軌道的過程稱為sp2

雜化。每個sp2

雜化軌道中含有1/3的s軌道成分和2/3的p軌道成分。

為使軌道間的排斥能最小，3個sp2雜化軌道呈正三角形分布，夾角為1200。當(dāng)3個sp2雜化軌道分別與其他3個相同原子的軌道重疊成鍵后，就會形成平面三角形構(gòu)型的分子。

第21頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

根據(jù)以上對SP2雜化過程的分析，自己嘗試推測一下乙烯分子中C原子的雜化類型和成鍵情況，尤其是C=C的形成情況？現(xiàn)在你能否解釋乙烯分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點了？第22頁,共73頁，2024年2月25日，星期天C2H4(sp2雜化）第23頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

由1個s軌道和1個p軌道混雜并重新組合成2個能量與形狀完全相同的軌道。

由于每個雜化軌道中都含有1/2的s軌道成分和1/2的p軌道成分，因此我們把這種軌道稱之為SP雜化軌道。SP雜化軌道分析乙炔中的共價鍵第24頁,共73頁，2024年2月25日，星期天sp雜化軌道的形成及特點：由1個s軌道和1個p軌道“混雜”成2個sp雜化軌道的過程稱為sp雜化，所形成的軌道稱為sp雜化軌道。為使軌道間的排斥能最小，軌道間的夾角為1800

。當(dāng)2個sp雜化軌道與其他原子軌道重疊成鍵后就會形成直線型分子。

sp雜化軌道的形成和空間取向示意圖第25頁,共73頁，2024年2月25日，星期天碳的sp雜化軌道第26頁,共73頁，2024年2月25日，星期天乙炔的成鍵第27頁,共73頁，2024年2月25日，星期天雜化軌道理論簡介1、雜化軌道

原子中能量相近的幾個軌道間通過相互的混雜后，形成相同數(shù)量的幾個能量與形狀都相同的新軌道。2、S軌道與P軌道雜化軌道的類型

（1）SP3雜化軌道（2）SP2雜化軌道（3）SP雜化軌道小結(jié)第28頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三種SP雜化軌道的比較

第29頁,共73頁，2024年2月25日，星期天實例分析1：

試分析BeCl2分子的形成和空間構(gòu)型。Be原子的價層電子排布為2s2

。在形成BeCl2

分子的過程中，Be原子的1個2s電子被激發(fā)到2p空軌道，價層電子排布變?yōu)?s12px1

。這2個含有單電子的2s軌道和2px軌道進(jìn)行sp雜化，組成夾角為1800

的2個能量相同的sp雜化軌道，其形成過程可表示為：第30頁,共73頁，2024年2月25日，星期天理論分析：Be原子上的兩個SP雜化軌道分別與2個Cl原子中含有單電子的3p軌道重疊，形成2個sp-p的σ鍵，所以BeCl2分子的空間構(gòu)型為直線。實驗測定：BeCl2分子中有2個完全等同的Be-Cl鍵，鍵角為1800

，分子的空間構(gòu)型為直線。第31頁,共73頁，2024年2月25日，星期天實例分析2：

試說明BF3分子的空間構(gòu)型。

BF3分子的中心原子是B，其價層電子排布為2s22px1

。在形成BF3分子的過程中，B原子的2s軌道上的1個電子被激發(fā)到2p空軌道，價層電子排布為2s12px12py1

，1個2s軌道和2個2p軌道進(jìn)行sp2雜化，形成夾角均為1200的3個完全等同的SP2雜化軌道。其形成過程可表示為：第32頁,共73頁，2024年2月25日，星期天理論分析：B原子的三個SP2雜化軌道分別與3個F原子含有單電子的2p軌道重疊，形成3個sp2-p的σ鍵。故BF3

分子的空間構(gòu)型是平面三角形。實驗測定：BF3分子中有3個完全等同的B-F鍵，鍵角為1200

，分子的空間構(gòu)型為平面三角形。

第33頁,共73頁，2024年2月25日，星期天實例分析3：試解釋CCl4分子的空間構(gòu)型。

CCl4分子的中心原子是C，其價層電子組態(tài)為2s22px12py1。在形成CCl4分子的過程中，C原子的2s軌道上的1個電子被激發(fā)到2p空軌道，價層電子組態(tài)為2s12px12py12pz1，1個2s軌道和3個2p軌道進(jìn)行sp3雜化，形成夾角均為109028′的4個完全等同的sp3雜化軌道。其形成過程可表示為第34頁,共73頁，2024年2月25日，星期天理論分析：C原子的4個sp3雜化軌道分別與4個Cl原子含有單電子的2p軌道重疊，形成4個sp3-p的σ鍵。故CCl4

分子的空間構(gòu)型是正四面體。實驗測定：CCl4分子中有四個完全等同的C-Cl鍵，其分子的空間構(gòu)型為正四面體。第35頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

用雜化軌道理論分析下列物質(zhì)的雜化類型、成鍵情況和分子的空間構(gòu)型。（1）CH2＝CH2（2）CHΞCH（3）HCHO（4）HCN雜化軌道所用原子軌道的能量要相近，且雜化軌道只能用于形成σ鍵或容納孤對電子，剩余的p軌道還可形成∏鍵。練習(xí)：第36頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

挑戰(zhàn)自我：NH3、H2O分子分別是三角錐形分子、V形分子，如何用雜化軌道的知識解釋。

NH3、H2O分子中N、O原子都是sp3雜化，由于孤電子對的影響使鍵角都小于109.50。

NH3、H2O鍵角分別為107.30、104.50。

第37頁,共73頁，2024年2月25日，星期天思考題：根據(jù)以下事實總結(jié)：如何判斷一個化合物的中心原子的雜化類型？第38頁,共73頁，2024年2月25日，星期天已知：雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來容納孤對電子★雜化軌道數(shù)0+2=2SP直線形0+3=3SP2平面三角形0+4=4SP3正四面體型1+2=3SP2V形1+3=4SP3三角錐形2+2=4SP3V形代表物雜化軌道數(shù)雜化軌道類型分子結(jié)構(gòu)CO2CH2OCH4SO2NH3H2O結(jié)合上述信息完成下表：中心原子孤對電子對數(shù)＋中心原子結(jié)合的原子數(shù)如何算中心原子雜化軌道數(shù)第39頁,共73頁，2024年2月25日，星期天請回答下列問題:CH4、NH3、H2O、CO2分子的空間構(gòu)型及鍵角分別怎樣？CH4正四面體109.50

NH3

三角錐形107.30H2O

V形104.50CO2

直線形1800

第40頁,共73頁，2024年2月25日，星期天確定分子（或離子）空間構(gòu)型的簡易方法

用分子或離子中的價電子對數(shù)去判斷!

對于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子中的價電子對數(shù)可以用下式計算：

n＝中心原子的價電子數(shù)＋每個配位原子提供的價電子數(shù)×m

2

價電子對數(shù)目為2、3、4時，價電子對的幾何分布分別呈直線形、平面三角形、正四面體構(gòu)型。第41頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

中心原子的價電子數(shù)等于中心原子的最外層電子數(shù)。注意：(1)H、鹵素只提供1個共用電子；

(2)在形成共價鍵時，作為配體的氧族可以認(rèn)為不提供共用電子；

(3)當(dāng)氧族原子作為中心原子時,則可以認(rèn)為提供6電子；

(4)對于離子，中心原子的價電子數(shù)應(yīng)相應(yīng)

加上或減去離子價數(shù)；第42頁,共73頁，2024年2月25日，星期天分子空間構(gòu)型的確定方法價層電子對互斥理論(valence-shellelectron-pairrepulsion)，簡稱為VSEPR理論,最初是在1940年由西奇維克(SidgwickN.V.)和鮑威爾(PowellH.M.)提出的，后經(jīng)吉利斯皮(GillispieR.J.)和尼霍姆（NyholmR.S.）的發(fā)展而形成，是一種較為簡單又能比較正確地判斷分子幾何構(gòu)型的理論。課本P63第43頁,共73頁，2024年2月25日，星期天234244直線形平面三角形正四面體直線形正四面體正四面體直線形平面三角形正四面體直線形三角錐形V形第44頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

對于ABm型分子，若價電子對數(shù)與配位原子數(shù)目相等，則分子的空間構(gòu)型與價電子對的幾何分布構(gòu)型相同。若價電子對數(shù)與配位原子數(shù)目不等，則中心原子的孤電子對影響分子的空間構(gòu)型。第45頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三原子分子立體結(jié)構(gòu)：有直線形C02

、CS2等，

V形如H2O、S02等。常見分子的空間構(gòu)型第46頁,共73頁，2024年2月25日，星期天四原子分子立體結(jié)構(gòu)：平面三角形：如甲醛(CH20)分子等，三角錐形：如氨分子等。第47頁,共73頁，2024年2月25日，星期天五原子分子立體結(jié)構(gòu)：正四面體形如甲烷、P4等。第48頁,共73頁，2024年2月25日，星期天（二）、等電子原理

具有相同價電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征。

符合等電子原理的分子或離子互為等電子體。等電子原理的某些應(yīng)用：參看課本P64（1）判斷一些簡單分子或離子的立體構(gòu)型：等電子體一般有相同的立體構(gòu)型。（2）制造新材料方面的應(yīng)用。等電子體有相似的性質(zhì)。第49頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

根據(jù)等電子原理，判斷下列各組分子屬于等電子體的是（）

A、H2O、H2SB、HF、NH3

C、CO、CO2D、NO2、SO2A第50頁,共73頁，2024年2月25日，星期天在短周期元素組成的物質(zhì)中，與NO2－互為等電子體的分子有：

、

。3個原子HHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArO3

各原子最外層電子數(shù)之和為18SO2

第51頁,共73頁，2024年2月25日，星期天二、分子的極性極性分子

正電荷重心和負(fù)電荷重心不相重合的分子非極性分子

正電荷重心和負(fù)電荷重心相重合的分子第52頁,共73頁，2024年2月25日，星期天分子極性的判斷方法1、雙原子分子取決于成鍵原子之間的共價鍵是否有極性2、多原子分子(ABm型)取決于分子的空間構(gòu)型第53頁,共73頁，2024年2月25日，星期天ABm分子極性的判斷方法1、化合價法請判斷PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的極性。①若中心原子A的化合價的絕對值等于該元素所在的主族序數(shù)，則為非極性分子，若不等則為極性分子；②若中心原子有孤對電子(未參與成鍵的電子對)則為極性分子，若無孤對電子則為非極性分子。第54頁,共73頁，2024年2月25日，星期天ABm分子極性的判斷方法1、化合價法

將分子中的共價鍵看作作用力，不同的共價鍵看作不相等的作用力，運用物理上力的合成與分解，看中心原子受力是否平衡，如平衡則為非極性分子；否則為極性分子。2、物理模型法第55頁,共73頁，2024年2月25日，星期天C=O鍵是極性鍵，但從分子總體而言CO2是直線型分子，兩個C=O鍵是對稱排列的，兩鍵的極性互相抵消（F合=0），∴整個分子沒有極性，電荷分布均勻，是非極性分子。180oF1F2F合=0OOC第56頁,共73頁，2024年2月25日，星期天HOH104o30＇F1F2F合≠0O-H鍵是極性鍵，共用電子對偏O原子，由于分子是V形構(gòu)型，兩個O-H鍵的極性不能抵消（F合≠0），∴整個分子電荷分布不均勻，是極性分子第57頁,共73頁，2024年2月25日，星期天HHHNBF3：NH3：120o107o18'

三角錐型,不對稱，鍵的極性不能抵消，是極性分子。F1F2F3F’平面三角形，對稱，鍵的極性互相抵消（F合=0），是非極性分子。第58頁,共73頁，2024年2月25日，星期天CHHHH109o28'

正四面體型，對稱結(jié)構(gòu)，C-H鍵的極性互相抵消（F合=0），是非極性分子。第59頁,共73頁，2024年2月25日，星期天常見分子的構(gòu)型及分子的極性雙原子分子H2、Cl2無無直線型非極性HCl有無直線型極性H2O有104.50

V形極性CO2有180o直線型非極性三原子分子四原子分子NH3有107.30三角錐型極性BF3有120o平面三角形非極性CH4

有109.50

正四面體型非極性五原子第60頁,共73頁，2024年2月25日，星期天分子的極性分子的空間結(jié)構(gòu)鍵角決定鍵的極性決定小結(jié)：第61頁,共73頁，2024年2月25日，星期天⑴只含有非極性鍵的單質(zhì)分子是非極性分子。⑵含有極性鍵的雙原子化合物分子都是極性分子。⑶含有極性鍵的多原子分子，空間結(jié)構(gòu)對稱的是非極性分子；空間結(jié)構(gòu)不對稱的為極性分子。小結(jié)：第62頁,共73頁，2024年2月25日，星期天鞏固練習(xí)：一、下列敘述正確的是（）：凡是含有極性鍵的分子一定是極性分子。極性分子中一定含有極性鍵。非極性分子中一定含有非極性鍵。非極性分子中一定不含有極性鍵。極性分子中一定不含有非極性鍵。凡是含有極性鍵的一定是極性分子。非金屬元素之間一定形成共價鍵。離子化合物中一定不含有共價鍵。2第63頁,共73頁，2024年2月25日，星期天二、按下列要求書寫有關(guān)物質(zhì)的電子式含有離子鍵又含有極性鍵的化合物

。含有離子鍵又含有非極性鍵的化合物

。含有離子鍵又含有四個極性鍵的化合物

。含有非極性鍵又含有極性鍵的化合物

。含有極性共價雙鍵的非極性分子

。含有共價三鍵的非極性分子

。只含有離子鍵的化合物

。第64頁,共73頁，2024年2月25日，星期天相似相溶規(guī)則思考題：水是極性溶劑，四氯化碳是非極性溶劑，試判斷構(gòu)成下列物質(zhì)的分子是否是極性分子，并分析這些物質(zhì)在水和四氯化碳中的溶解性。碘單質(zhì)、氨氣、甲烷、氟化氫研究分子極性的實際意義

極性分子的溶質(zhì)易溶于極性溶劑，非極性分子的溶質(zhì)易溶于非極性溶劑中。第65頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

三、手性分子左手和右手不能重疊左右手互為鏡像第66頁,共73頁，2024年2月25日，星期天第67頁,共73頁，2024年2