04分子的立体构型2018

分子的立体构型一、形形色色的分子二、价层电子对互斥(VSEPR)理论三、杂化轨道理论简介四、大π键五、配合物理论简介一、形形色色的分子1、三原子分子的立体构型有直线形和V形两种。化学式电子式结构式键角分子的立体模型立体构型CO2H2O180°105°直线形V形分子的立体构型是指两个以上原子构成的分子中的原子的空间关系问题。一、形形色色的分子2、四原子分子大多数采取平面三角形和三角锥形两种立体构型。化学式电子式结构式键角分子的立体模型立体构型CH2ONH3—平面三角形三角锥形120°107°60°正四面体P4一、形形色色的分子3、五原子分子的可能立体构型更多，最常见的是正四面体形。化学式电子式结构式键角分子的立体模型立体构型CH4CCl4正四面体形正四面体形109°28'109°28'一、形形色色的分子4、其他多原子分子二、价层电子对互斥(VSEPR)理论1、理论要点2对4对3对5对6对对ABx型的分子或离子(A为中心原子，B为配原子，x为配原子个数)，中心原子A的价层电子对之间存在排斥力，使价层电子对处于尽可能远的相对位置上，以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低。直线形平面三角形四面体三角双锥体八面体二、价层电子对互斥(VSEPR)理论2、分子立体构型的确定①确定中心原子价层电子对数目价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=(中心原子本身的价电子+配原子所提供的用于形成共用电子对的价电子)/2(注意：不包括成键的π电子对)对ABx型的分子或离子，价层电子对数=a+bx2=配原子的个数+孤电子对数对ABx型的分子或离子，价层电子对数=a+bx2a：分子中，a为中心原子价电子数阳离子中，a为中心原子价电子数-离子所带电荷数阴离子中，a为中心原子价电子数+离子所带电荷数b：b为配原子提供的电子数单键：b=1(H、X)；双键：b=0(O、S)；三键：b=-1(N、P)x：x为配原子个数二、价层电子对互斥(VSEPR)理论例：H2O的价层电子对=(6+2)/2=4NH3的价层电子对=(5+3)/2=4H3O+的价层电子对=(6-1+3)/2=4NH2-的价层电子对=(5+1+2)/2=4二、价层电子对互斥(VSEPR)理论化学式价层电子对数孤电子对数价电子对(VSEPR)构型CO2SO2SO3CO32-SO32-SO42-H3O+NH4+401440313平面三角形平面三角形平面三角形四面体形正四面体形正四面体形四面体形10430价层电子对数=配原子个数+孤电子对数20直线形二、价层电子对互斥(VSEPR)理论化学式价层电子对数孤电子对数价电子对(VSEPR)构型BF3SiCl4PCl5SF6HCNCH2OCHCl3XeF4020304264356三角双锥形正八面体形0000直线形正八面体形正四面体形平面三角形平面三角形四面体形思考：SO2的价层电子对数为3，为什么不是平面三角型，而是V形？②确定分子构型：二、价层电子对互斥(VSEPR)理论在价层电子对构型的基础上，去掉孤电子对，由真实原子形成的构型化学式价层电子对数孤电子对数价电子对(VSEPR)构型分子构型CO2SO2SO3CO32-SO32-SO42-H3O+NH4+401440313平面三角形平面三角形平面三角形四面体形正四面体形正四面体形四面体形1043020直线形直线形V形平面三角形平面三角形三角锥形正四面体形三角锥形正四面体形二、价层电子对互斥(VSEPR)理论化学式价层电子对数孤电子对数价电子对构型分子构型BF3SiCl4PCl5SF6HCNCH2OCHCl3XeF4020304264356三角双锥形正八面体形0000直线形正八面体形正四面体形平面三角形平面三角形四面体形直线形正方形三角双锥形正八面体形正四面体形平面三角形平面三角形四面体形例：CH4、NH3、H2O的键角分别是109°28'、107°、105°，从价层电子对互斥理论如何理解这一化学事实？例：判断I3-的立体构型？电子对间斥力：孤对-孤对＞孤对-成键＞成键-成键二、价层电子对互斥(VSEPR)理论二、价层电子对互斥(VSEPR)理论*3、孤电子对的计算方法分子中a为中心原子的价电子数，x为配原子个数，d为配原子最多能接受的电子数孤电子对数=(a-dx)/2H：d=1；其他原子：d=8-主族序数化学式孤电子对数化学式孤电子对数CO2NH4+SO2SO32-BF3CH2OSiCl4CHCl3(3-3×1)/2=0(6-2×2)/2=1(4-4×1)/2=0(4-2×2)/2=0(5-1-4×1)/2=0阳离子中，a为中心原子价电子数减去离子所带电荷数，阴离子中，a为中心原子价电子数加上离子所带电荷数。(6+2-3×2)/2=1(4-1×2-1×2)/2=0(4-1×1-3×1)/2=0二、价层电子对互斥(VSEPR)理论类型实例空间构型双原子10电子N2、CO、CN-直线形三原子16电子N2O、CO2、CS2、SCN-直线形三原子18电子O3、SO2、NO2-V形四原子10电子NH3、H3O+三角锥形四原子24电子SO3(g)、NO3-、CO32-、BF3平面三角形五原子10电子CH4、NH4+正四面体形五原子32电子CCl4、SO42-正四面体形七原子48电子SF6正八面体形等电子体的空间构型一般相同三、杂化轨道理论简介按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C-H单键都应该是σ键，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到H-C-H键的键角是109°28'的正四面体构型的甲烷分子。为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。三、杂化轨道理论简介杂化：在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新的轨道，这种轨道重新组合的过程叫做杂化。新的杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小三、杂化轨道理论简介1、常见的杂化轨道类型(1)sp3杂化原子形成分子时，同一个原子中能量相近的一个ns轨道与三个np轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为sp3杂化轨道。杂化轨道立体构型：四面体价层电子对数为4的中心原子采用sp3杂化方式三、杂化轨道理论简介例1：CH4分子中，C原子采取sp3杂化2s2p基态C原子↑↓↑↑↑↑↑↑sp3杂化形成CH4↑↓↑↓↑↓↑↓4个s-sp3σ键杂化形成CH4立体构型：正四面体键角：109°28'三、杂化轨道理论简介例2：NH3分子中，N原子采取sp3杂化2s2p基态N原子↑↓↑↑↑↑↓↑↑↑sp3↑↓↑↓↑↓↑↓杂化形成NH3形成NH3立体构型：三角锥形键角：107°孤电子对其中3个杂化轨道中是单电子，分别与3个氢原子形成σ键，1个杂化轨道中是孤对电子，不形成共价键。sp3杂化轨道应为四面体，但由于孤电子对不形成化学键，故NH3分子为三角锥形。3个s-sp3σ键例3：H2O分子中，O原子采取sp3杂化2s2p基态O原子↑↓↑↓↑↑↑↓↑↓↑↑sp3↑↓↑↓↑↓↑↓杂化形成H2O形成H2O立体构型：V形键角：105°三、杂化轨道理论简介孤电子对2个s-sp3σ键三、杂化轨道理论简介(2)sp杂化由1个ns轨道和1个np轨道“混杂”成2个sp杂化轨道的过程称为sp杂化，所形成的轨道称为sp杂化轨道。杂化轨道立体构型：直线形剩下的两个未参与杂化的p轨道可用于形成π键sp杂化价层电子对数为2的中心原子采用sp杂化方式三、杂化轨道理论简介例1：BeCl2分子中，Be原子采取sp杂化2s2p基态Be原子↑↓↑↑sp杂化形成BeCl2↑↓↑↓2个p-spσ键杂化态的Be原子Cl原子的3pCl原子的3p例2：乙炔C2H2(H-C≡C-H)，C原子采取sp杂化三、杂化轨道理论简介ss三、杂化轨道理论简介(3)sp2杂化由1个ns轨道与2个np轨道组合成3个sp2杂化轨道的过程称为sp2杂化。杂化轨道立体构型：平面三角形剩下的一个未参与杂化的p轨道用于形成π键价层电子对数为3的中心原子采用sp2杂化方式sp2杂化三、杂化轨道理论简介例1：BF3分子中，B原子采取sp2杂化2s2p基态B原子↑↓↑↑↑↑sp2杂化形成BF3↑↓↑↓↑↓3个p-sp2σ键杂化态的B原子F原子的2pssss例2：乙烯C2H4(H2C=CH2)，C原子采取sp2杂化三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介1、理论要点：在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。杂化轨道小结：2、注意：参与杂化的轨道能量相近，通常为ns和np；有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道。杂化轨道只用于形成σ键。杂化后原子成键能力增强，形成的键更稳定。3、杂化轨道的类型三、杂化轨道理论简介杂化类型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180°120°109°28'杂化轨道示意图实例BeCl2、CH≡CH、HCN、CO2CH2=CH2CH2O、BF3CH4、CCl4NH3、H2O分子构型直线形平面形平面三角形(正)四面体形三角锥型V形常见的杂化类型除了sp3杂化，sp2杂化，sp杂化之外，还存在sp3d杂化、sp3d2杂化等。分子中心原子杂化类型杂化轨道立体构型PCl5sp3d杂化SF6sp3d2杂化三角双锥形正八面体三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介4、推断杂化类型方法：价层电子对数目23456价层电子对构型直线平面三角形正四面体三角双锥正八面体实例CO2BF3CH4PCl5SF6杂化类型spsp2sp3sp3dsp3d2从分子的空间结构和价层电子对数判断三、杂化轨道理论简介HCHHCHOsp3sp2根据等电子原理判断例：N2O、SCN-与CO2互为等电子体，为sp杂化例：CH3-OH等醇类，①可以看作-OH代换了CH4中的H，所以C为sp3杂化②可以看作R-代换了H2O中的H，所以O为sp3杂化根据结构代换判断三、杂化轨道理论简介分子中C原子的杂化方式可根据所连接的原子数目判断。连接的原子数杂化方式举例2sp杂化乙炔3sp2杂化乙烯、苯4sp3杂化烷烃例：判断下列物质中C原子的杂化方式。CH3CH2OH、CH3COOH、CO2、HCN、金刚石、C60四、大π键大π键从等电子体角度掌握：π34：CO2、π34：SO2、O3π46：SO3、NO3-、CO32-、BO33-、BF3在多原子分子中如有相互平行的p轨道，它们连贯重叠在一起构成一个整体，p电子在多个原子间运动形成π型化学键，这种不局限在两个原子之间的π键称为大π键，用πab表示，a表示原子个数，b表示电子数。苯C6H6π66形成条件：①这些原子都在同一平面上；②这些原子有相互平行的p轨道；五、配合物理论简介天蓝色天蓝色天蓝色无色无色无色实验2-1固体颜色溶液颜色CuSO4CuCl2.2H2OCuBr2NaClK2SO4KBr白色绿色深褐色白色白色白色思考：前三种溶液呈天蓝色大概与什么物质有关？CuOH2H2OH2OH2O2+[Cu(H2O)4]2+1、配位键①定义：共用电子对由一个原子单方向提供给另一个原子共用所形成的共价键称配位键，同样具有方向性和饱和性。②表示方法:A→BH2OCuOH2H2OH2O2+NHHHH+2、配位化合物：简称配合物，通常是由中心离子(或原子)与配位体(某些分子或阴离子)以配位键的形式结合而成的复杂离子或分子。OHHH+五、配合物理论简介五、配合物理论简介[Cu(H2O)4]SO4中心离子/原子配位体配位数外界离子内界配离子配位原子①配位化合物的构成：五、配合物理论简介1)主要是过渡金属，如铁、钴、镍、铜、银、金、铂等离子3)某些非金属元素，硼，硅、磷等，如Na[BF4]中的B(ⅢA)、K2[SiF6]中的Si(ⅣA)和NH4[PF6]中的P(ⅤA)；2)不带电荷的中性原子，如[Ni(CO)4],[Fe(CO