24分子的立体构型

分子的立体构型活动：1、利用几何知识分析一下，空间分布的两个点是否一定在同一直线？迁移:两个原子构成的分子，将这2个原子看成两个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？O2HCl活动：2、利用几何知识分析一下，空间分布的三个点是否一定在同一直线上？迁移：三个原子构成的分子，将这3个原子看成三个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？在多原子构成的分子中，由于原子间排列的空间位置不一样，使得分子有不同的结构，这就是所谓的分子的立体构型。一、形形色色的分子H2OCO21、三原子分子立体结构直线形180°V形105°2、四原子分子立体结构HCHONH3平面三角形120°三角锥形107°3、五原子分子立体结构CH4正四面体4、其它P4正四面体60°C2H2直线形180°CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OHC60C20C40C70•分子世界如此形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。•那么分子结构又是怎么测定的呢早年的科学家主要靠对物质的宏观性质进行系统总结得出规律后进行推测，如今，科学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器，红外光谱就是其中的一种。分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子的立体结构。科学视野—分子的立体结构是怎样测定的？（指导阅读P39）测分子体结构：红外光谱仪→吸收峰→分析。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？二、价层电子对互斥理论1.内容对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对（包括成键σ键电子对和未成键的孤对电子对）之间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型，以使彼此之间斥力最小，分子或离子的体系能量最低,最稳定。σ键电子对和孤对电子对排斥力最小2.价层电子对数的计算价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数⑴σ键电子对数=σ键个数=与中心原子结合的原子数⑵中心原子上的孤电子对数=½（a-xb)a:对于分子：为中心原子的价电子数(对于阳离子：a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数；对于阴离子：a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数）x为配位原子数b为配位原子最多能接受的电子数(H为1，其他原子为“8-该原子的价电子数）配位原子分子或离子中心原子axb中心原子上的孤电子对数H2OOSO2SNH4+NCO32-C615-1=404+2=602241326221=½（a-xb)练习：孤电子对的计算代表物电子式中心原子结合原子数σ键电子对孤对电子对价层电子对数H2ONH3CO2CH4:::HOH::::HNH:H:::HCH:HHOCO::::::::2342224314404202练习：价层电子对的计算价层电子对互斥理论内容剖析对ABn型的分子或离子，中心原子A价层电子对（包括成键σ键电子对和未成键的孤对电子对）之间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型，以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低,最稳定。排斥力最小A3.价层电子对的空间构型（即VSEPR模型）电子对数目：234VSEPR模型：直线形平面三角形正四面体形分子或离子σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型及名称分子的立体构型及名称CO2CO32-SO24.VSEPR模型应用——预测分子立体构型232001COOCOOOSOO直线形直线形平面三角形平面三角形V形平面三角形分子或离子价层电子对数孤电子对数VSEPR模型及名称分子的立体构型及名称CH4NH3H2O444012CHHHHNHHHOHH正四面体正四面体正四面体三角锥形正四面体V形中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间，并与成键电子对互相排斥。推测分子的立体模型必须略去VSEPR模型中的孤电子对判断分子空间构型方法：价层电子对数VSEPR模型略去孤电子对分子（离子）的立体构型排斥力：孤电子对-孤电子对孤电子对-σ键电子对σ键电子对-σ键电子对﹥﹥ABn型分子的VSEPR模型和立体结构VSEPR模型σ键电子对数孤对电子对数分子类型电子对的排布模型立体结构实例23平面三角形20AB2直线形CO230AB321AB2价层电子对数平面三角形BF3V形SO2直线形价层电子对数VSEPR模型σ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模型4正四面体40AB431AB322AB2正四面体CH4三角锥形NH3V形H2O若中心原子孤电子对数为0，则VSEPR模型与分子立体构型一致，若孤电子对数不为0，则二者不一致•4、请你根据价层电子对互斥理论，判断出下列分子的空间构型。•PCl3•SO3•SiCl4•SCl2•PCl5三角双锥形三角锥形平面三角形正四面体V形应用反馈化学式中心原子孤对电子数σ键电子对数VSEPR模型H2SBF3NH2-2023空间构型V形平面三角形V形22平面三角形正四面体正四面体判断分子空间构型方法：先通过价层电子对数，确定VSEPR模型，再略去中心原子上孤电子对，确定分子（离子）的立体构型。第二节分子的立体构型第二课时——杂化轨道理论活动：请根据价层电子对互斥理论分析CH4的立体构型1.写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2？C原子轨道排布图1s22s22p2H原子轨道排布图1s1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，然而，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，不可能得到四面体构型的甲烷分子CC为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论激发s2p2p2s2杂化3spsp3C：2s22p2由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道。为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型?四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的S-SP3σ键，从而构成一个正四面体构型的分子。三、杂化理论简介1.概念：在形成分子时，由于原子的相互影响,若干个不同类型但能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。2.要点：（1）参与杂化的各原子轨道能量要相近（同一能级组或相近能级组的轨道）；（2）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠；三、杂化理论简介2.要点：（1）参与参加杂化的各原子轨道能量要相近（同一能级组或相近能级组的轨道）；（2）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠；（3）为使相互间排斥力最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布，且不同的杂化轨道伸展方向不同；★对于非过渡元素，由于ns和np能级接近，往往采用“sp”型杂化（分为sp杂化、sp2杂化、sp3杂化）sp杂化轨道的形成过程xyzxyzzxyzxyz180°每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2s轨道和1/2p轨道的成分两个轨道间的夹角为180°，呈直线型sp杂化：1个s轨道与1个p轨道进行的杂化,形成2个sp杂化轨道。180°ClClBe例如：Sp杂化——BeCl2分子的形成Be原子：1s22s2没有单个电子，激发s2p2p2s2spsp杂化ClClsppxpxsp2杂化轨道的形成过程xyzxyzzxyzxyz120°每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/3s轨道和2/3p轨道的成分每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形sp2杂化：1个s轨道与2个p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。FFFB例如：Sp2杂化——BF3分子的形成B：1s22s22p1没有3个成单电子激发s2p2p2s2sp2sp2杂化sp3杂化轨道的形成过程xyzxyzzxyzxyz109°28′sp3杂化：1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3杂化轨道。每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/4s轨道和3/4p轨道的成分每两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体型例如：Sp3杂化——CH4分子的形成激发s2p2p2s2杂化3spsp3C：2s22p2三、杂化理论简介3.杂化轨道分类：激发s2p2p2s2杂化3spsp3CH4原子轨道杂化等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。杂化轨道每个轨道的成分轨道间夹角(键角)sp1/2s，1/2p180°sp21/3s，2/3p120°sp31/4s，3/4p109°28′3.杂化轨道分类：三、杂化理论简介H2O原子轨道杂化O原子：2s22p4有2个单电子，可形成2个共价键，键角应当是90°，Why?2s2p2对孤对电子杂化不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分上的不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对排斥力：孤电子对-孤电子对孤电子对-成键电子对成键电子对-成键电子对三、杂化理论简介4.杂化类型判断：因为杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳孤电子对，故有杂化类型的判断方法：先确定分子或离子的中心原子价层电子对数，再由杂化轨道数判断杂化轨道类型。=中心原子孤电子对数＋σ键电子对数（配位原子数）杂化轨道数=中心原子价层电子对数代表物杂化轨道数杂化轨道类型CO20＋2＝2spCH2O0＋3＝3sp2CH40＋4＝4sp3SO21＋2＝3sp2NH31＋3＝4sp3H2O2＋2＝4sp3杂化轨道数=中心原子孤电子对数＋配位原子数A的价层电子对数234A的杂化轨道数杂化轨道类型A的价电子空间构型（VSEPR模型）A的杂化轨道空间构型ABm型分子或离子空间构型对于ABm型分子或离子，其中心原子A的杂化轨道数恰好与A的价层电子对数相等。234spsp2sp3直线型平面三角形正四面体直线型平面三角形正四面体直线型平面三角形或V形正四面体或三角锥形或V形例1：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表物质价电子对数中心原子杂化轨道类型杂化轨道/电子对空间构型轨道夹角分子空间构型键角气态BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2ONH3PCl322344444spspsp2sp3直线形直线形平面三角形正四面体180°180°120°109.5°直线形直线形平面三角形正四面体V形三角锥形180°180°120°109.28′109.28′105°107.18′107.18′课堂练习例题2：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C2H4B例题3：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例题4：写出下列分子的路易斯结构式并指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。(1)PCl3(2)BCl3(3)CS2试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况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