分子的空间构型课件.

专题四分子空间结构与物质性质第一单元分子构型与物质的性质分子的空间构型学习目标•1.了解杂化轨道理论的基本内容•2.掌握杂化轨道的类型及其与分子空间构型的关系•3.能判断分子中原子轨道的杂化类型复习：1、现代价键理论要点：(1)自旋相反的成单电子相互接近时，核间电子密度较大，可形成稳定的共价键(2)共价键有饱和性。一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键。例如：H-HN≡N(3)共价键有方向性。这是因为，共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向形成，叫做最大重叠原理。2．共价键的类型:按原子轨道的重叠方式分:键和键键:原子轨道“头碰头”重叠键:原子轨道“肩并肩”重叠1.杂化轨道理论的基本内容：原子轨道在成键的过程中并不是一成不变的。同一原子中能量相近的某些轨道，在成键过程中重新组合成一系列能量相等的新轨道而改变了原有的状态。这一过程称为“杂化”。所形成的新轨道叫做“杂化轨道”。原子形成分子时，是先杂化后成键同一原子中不同类型、能量相近的原子轨道参与杂化杂化前后原子轨道数不变杂化后形成的杂化轨道的能量相同杂化后轨道的形状、伸展方向发生改变杂化轨道参与形成σ键，未参与杂化的轨道形成π键杂化轨道的要点C原子与H原子结合形成的分子为什么是CH4，而不是CH2或CH3？CH4分子为什么具有正四面体的空间构型（键长、键能相同，键角相同为109°28′）？2s2px2py2pz2s2px2py2pzC为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，（1）.杂化轨道理论简介2s2pC的基态2s2p激发态正四面体形sp3杂化态CHHHH109.5º激发它的要点是：当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，得到4个能量相等、成分相同的sp3杂化轨道，夹角109.5º，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的如下图所示：杂化sp3杂化一个s轨道与三个p轨道杂化后，得四个sp3杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为1/4，p成分为3/4，它们的空间取向是四面体结构，相互的键角θ=109.5ºCH4,CCl4NH3中N也是采取sp3杂化N的电子构型:1s22s22p3NF3'18107HNHοH2O中O也是采取sp3杂化O的电子构型:1s22s22p4'ο30104HOH交流与讨论：为了满足生成BF3和BeCl2的要求，B和Be原子的价电子排布应如何改变？用轨道式表示B和Be原子的价电子结构的改变。BF3中的B是sp2杂化，BeCl2中的Be是sp杂化。阅读P68sp2杂化一个s轨道与两个p轨道杂化，得三个sp2杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为1/3，p成分为2/3，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，互成120º2s2pB的基态2p2s激发态正三角形sp2杂化态BF3分子形成BFFF激发120°杂化石墨、苯中碳原子也是以sp2杂化的：一个s轨道与一个p轨道杂化后，得两个sp杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为1/2，p成分为1/2，杂化轨道之间的夹角为180度。CO2HC≡CHBeCl2分子形成激发2s2pBe基态2s2p激发态杂化sp杂化态ClBeCl180sp杂化2p2.杂化轨道类型sp2杂化sp杂化sp3杂化杂化轨道夹角杂化轨道空间取向180º120º109.5º直线四面体平面三角形根据以下事实总结：如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型？C－Csp3sp2spC＝CC≡C分类参与杂化的轨道种类、数目及用轨道表示式的杂化过程形成杂化轨道及其上面的未成对电子数形成的杂化轨道的伸展方向轨道间的夹角sp3杂化1个s轨道和3个p轨道杂化4每个杂化轨道上有1个未成对电子指向正四面体的4个顶点均为109.5°sp2杂化1个s轨道和2个p轨道杂化3每个杂化轨道上有1个未成对电子指向平面正三角形的3个顶点均为120°sp杂化1个s轨道和1个p轨道杂化2每个杂化轨道上有1个未成对电子指向直线的两个方向均为180°2s2psp3杂化2s2psp2杂化杂化2s2psp（1）看中心原子有没有形成双键或叁键，如果有1个叁键，则其中有2个π键，用去了2个p轨道，形成的是sp杂化；如果有1个双键则其中有1个π键，形成的是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。（2）没有填充电子的空轨道一般不参与杂化。3、判断中心原子的杂化类型一般方法用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况注：杂化轨道一般形成σ键，π键是由没有杂化的p轨道形成。C原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与2个2p轨道发生杂化，形成3个sp2杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原子的1s轨道形成2个相同的σ键，各自剩余的1个sp2杂化轨道相互形成一个σ键，各自没有杂化的l个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成π键。所以，在乙烯分子中双键由一个σ键和一个π键构成。C原子在形成乙炔分子时发生sp杂化，两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成σ键。各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个σ键，两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成π键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。注：杂化轨道一般形成σ键，π键是由没有杂化的p轨道形成。与中心原子键合的是同一种原子，分子呈高度对称的正四面体构型，其中的4个sp3杂化轨道自然没有差别，这种杂化类型叫做等性杂化。中心原子的4个sp3杂化轨道用于构建不同的σ轨道，如H2O的中心原子的4个杂化轨道分别用于σ键和孤对电子对，这样的4个杂化轨道显然有差别，叫做不等性杂化。等性杂化和不等性sp3杂化P70活动与探究2知识回顾：杂化轨道类型sp2杂化sp杂化sp3杂化杂化轨道夹角杂化轨道空间取向180º120º109.5º直线四面体平面三角形分子的空间构型学习目标•1.了解价层电子对互斥理论的概念和要点。•2.掌握AXm型分子的价电子对数的计算方法。•3.学会根据价层电子对数目来确定分子的空间构型。•4.知道等电子原理的定义，并且会判断哪些物质是等电子体。形形色色的分子O2HClH2OCO2C2H2CH2ONH3P4思考：同为三原子分子，CO2和H2O分子的空间结构却不同，什么原因？同为四原子分子，CH2O与NH3分子的的空间结构也不同，什么原因？探究与讨论：1、写出H、C、N、O等原子的最外层电子的排布情况：可形成共用电子对数电子式ONCH原子H···O：··C：··1234·N：··2、写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的电子式、结构式及分子的空间结构：分子CO2H2ONH3CH2OCH4电子式结构式中心原子有无孤对电子空间结构OCO:::::::::::HOH::::HNH:H:::HCH:HHO=C=OH-O-HH-N-H-HH-C-H=OH-C-H--HH无有有无无直线形角形三角锥形平面三角形正四面体::HCH:O:::一、价层电子对互斥理论确定分子或离子空间构型的简易方法：分子的价电子对（包括成键电子对和孤电子对）由于相互排斥作用,而趋向尽可能采取对称的空间构型。书P70基本要点：•分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子对数目有关。•价层电子对尽可能远离,以使斥力最小。价层电子对=成键电子对+孤对电子对(VP)(BP)(LP)价层电子对互斥理论二、推断分子或离子的空间构型的方法：（一）由分子的价电子对数判断(适用于ABm型分子：A是中心原子，B是配位原子)原则：①A的价电子数=主族序数；例如：B：3，C：4，N：5，O：6，X：7，稀有气体：8②配体X：H和卤素为1,O与S为0，N做配体时为-1③正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数。VP=A的价电子数+X提供的价电子数×m±离子电荷()负正2例如：SO42-VP=(6+0+2)/2=4分子的价电子对数234A的杂化轨道数234杂化类型spsp2sp3A的价电子空间构型直线型平面三角形正四面体对于ABm型分子或离子，其中心原子A的杂化轨道数恰好与分子的价电子对数相等。确定分子空间构型的简易方法计算下列分子的价电子对数：说明其杂化类型：BeCl2CO2BF3CH4CCl4NH3H2O练习：电子对数目：2，3，4电子对数目：5，6价电子对的数目决定了一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布(与分子立体构型不同)：23456直线形平面三角形四面体三角双锥体正八面体中心原子的价层电子对的排布和ABn型共价分子的构型价层电子对排布成键电子对数孤对电子对数分子类型电子对的排布方式分子构型实例直线形23平面三角形20AB2直线形CO2、HgCl2、BeCl230AB321AB2价层电子对数平面三角形BF3、AlCl3CH2O角形或V型NO2、PbCl2、SnCl2价层电子对数价层电子对排成键电子对数孤对电子对数分子类型电子对的排布分子构型实例布方式4四面体40AB431AB322AB2正四面体CH4、NH4+三角锥形NH3、ＰＣl3、SO32-角形H2O、H2SNH3H2O杂化3sp2ps2杂化3sp2ps2如果分子中存在孤电子对,由于孤电子对比成键电子对更靠近原子核,它对相邻成键电子对的排斥作用较大,因而使相应的角度变小。因此NH3分子中H-N-H的键角为107.3°,H2O分子中H-O-H的键角为104.5°,CH4分子中H-C-H的键角为109.5°HNH107.3οο104.5HOHNH3H2O1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()A．CO2与SO2B．CH4与NH3C．BeCl2与BF3D．C2H2与C2H4B2、对SO2与CO2说法正确的是()A.都是直线形结构B.中心原子都采取sp杂化轨道C.S原子和C原子上都没有孤对电子D.SO2为V形结构，CO2为直线形结构D（二）等电子原理1、原理：具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征，这一原理称为“等电子原理”2、应用：⑴判断一些简单分子或离子的立体构型。⑵制造新材料等方面也有重要应用。根据等电子原理，判断下列各组分子属于等电子体的是A、H2O、H2SB、HF、NH3C、CO、CO2D、NO2、SO2答案：A请写出具有10个电子的微粒：分子：HF、H2O、NH3、CH4、Ne阳离子：Na+、Mg2+、Al3+NH4+、H3O+阴离子：OH－、NH2－、N3－、O2－、F－请写出具有18个电子的微粒：Ar、SiH4、PH3、H2S、HCl、F2、C2H6、CH3OH、N2H4、H2O2、CH3F、P3－、HS－、S2－、Cl－、K+、Ca2+等(04年江苏)1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。(1)根据上述原理，仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：和；和。CON2LiBeBCNOFNeCO2N2O(04年江苏)1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。(2)此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与NO2－互为等电子体的分子有：、。3个原子HHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArO3各原子最外层电子数之和为18SO2知识回顾•1.价层电子对互斥理论的概念和要点。•2.AXm型分子的价电子对数的计算方法。•3.根据价层电子对数目来确定分子的空间构型。•4.等电子原理的定义，并且会判断哪些物质是等电子体。计算下列分子的价电子对数：说明其杂化类型：BeCl2CO2BF3CH4CCl4NH3H2O练习：•分子的极性与手性分子学习目标•1.知道极性分子和非极性分子的概念。•2.重点要掌握分子极性的判断方法。•3.了解研究极性分子的意义。•4.知道手性异构和手性分子的概念。•5.学会判断手性碳原