分子的立体构型

第二节分子的立体构型一、形形色色的分子O2HClH2OCO21、双原子分子（直线形）2、三原子分子立体构型直线形键角180°V形键角104.5°３、四原子分子立体构型（直线形、正四面体、平面三角形、三角锥形）C2H2键角180°CH2OCOCl2NH3P4键角60°三角锥形键角107°18′平面三角形４、五原子分子立体构型最常见的是正四面体CH4键角109°28′CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH5、其它：C60C20C40C70资料卡片：形形色色的分子同为三原子分子，CO2和H2O分子的空间结构却不同，什么原因？直线形V形二、价层电子对互斥理论（VSEPR）－预测分子的立体结构1、理论要点：原子的价层电子对之间存在着排斥力，它们倾向于相互远离以减少这种斥力，从而使分子达到稳定结构。价层电子对：中心原子上的电子对价层电子对数=σ键电子对+孤电子对数2.孤电子对数的求法中心原子上的孤电子对数=1/2(a-xb)a为中心原子的价电子数，x为中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数求水、氨气、二氧化碳、二氧化硫的孤电子对数3.价层电子对的求法价层电子数=孤电子对数+σ键电子对数对于阳离子a为中心原子价电子减去离子的电荷数。对于阴离子a为中心原子价电子数加上离子电荷的绝对值•计算下列分子或离子的价层电子对数•水、二氧化硫、二氧化碳、三氧化硫、氨气、三氟化硼、碳酸根离子、硫酸根离子、硝酸根离子、甲烷、铵根离子、五氯化磷、六氟化硫4.价层电子对互斥模型（VSEPR模型）基本要点分子（或离子）的中心原子周围的价电子对的几何构型，主要取决于价电子对数，价电子对尽量远离，使它们之间斥力最小。价层电子对数VSEPR模型直线形23平面三角形4四面体形5三角双锥形6正八面体形平面三角形1200正四面体109°28′MMM直线1800价电子对空间构型432nABn（n为B原子数）价层电子对数分子立体构型（VSEPR同）举例2直线形CO2BeCl23平面三角形CH2O、BF3、SO34正四面体CH4CCl4,NH4+5三角双锥PCl56正八面体SF6（1）如果中心原子无孤电子对，则分子立体构型与VSEPR模型相同此类分子立体构型可用中心原子周围原子数n预测（2）中心原子上有孤电子对的分子，其立体构型与VSEPR模型不同分子式结构式分子结构式三角锥V型H2O，H2S，SO2,O3(NH3;H3O+)中心原子有孤对电子等电子体分子或离子价层电子对数VSEPR模型分子或离子的立体结构HCNNH4+H3O+SO2应用反馈:分子或离子价层电子对数VSEPR模型分子或离子的立体结构HCNNH4+H3O+SO22443中心原子代表物中心原子结合原子数价层电子对数VSEPR模型分子立体构型无孤对电子CO22BF33CH44有孤对电子H2O2NH33直线形平面三角形正四面体形V形三角锥形小结:价层电子对互斥模型直线形平面三角形正四面体形四面体形四面体形23444C的价电子中只有两个未成对电子，为什么CH4分子中C形成四个共价键？3个相互垂直的2p和一个球形的2s与氢原子4个1s原子轨道重叠不可能得到正四面体构型的甲烷疑问？三、杂化轨道理论－解释分子的立体结构Pauling（鲍林）在价键理论基础上提出了“杂化”假设，补充了价键理论的不足。C原子基态原子电子排布图例CH42S2P三、杂化轨道理论－解释分子的立体结构（一）杂化理论要点：1.在形成分子时，每一原子中能量相近的“轨道”会发生重组，形成新的原子轨道，这个过程称“杂化”，新的原子轨道称“杂化轨道”。2.杂化前后原子“轨道”总数不变，但能量趋于平均化，“杂化轨道”对称性更高,利于成键。3.原子可用“杂化轨道”与其它原子的轨道重叠形成共价键。Pauling（鲍林）在价键理论基础上提出了“杂化”假设，补充了价键理论的不足。（二）杂化类型1、sp3杂化：例CH4sp3杂化轨道的形成过程xyzxyzzxyzxyz109°28′（二）杂化类型1、sp3杂化：正四面体（109°28′）要点：1个S轨道和3个P轨道基态原子激发态原子4个相同的SP3杂化轨道混杂2.sp杂化：直线形（180°）2s2psp杂化sp2p两个sp杂化轨道例：BeCl2激发2s2psp杂化轨道的形成过程xyzxyzzxyzxyz180°乙炔中的碳原子为sp杂化，分子呈直线形。CCHH0.120nm0.106nm180°两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成C—C键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个C—H键，两个py轨道和两个pz轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的键。例：BF3中B的电子排布式:1s22s22p1sp2杂化+3、sp2杂化：激发平面三角形（120°）sp2杂化轨道的形成过程xyzxyzzxyzxyz120°C原子基态电子排布图乙烯H2C=CH2、甲醛H2C=O中心原子C是sp2杂化：乙烯中的Ｃ在轨道杂化时，有一个Ｐ轨道未参与杂化，只是Ｃ的２s与两个２p轨道发生杂化，形成三个相同的sp2杂化轨道，三个sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面形成键。杂化轨道间夹角为120°。HCHCHH==HCHHCH键HCHOHCHO键BCl3、CO32–、NO3–、H2C=O、SO3、烯烃（C=C）、苯等结构中的中心原子都是sp2杂化的。（三）杂化轨道的应用范围:杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参加成键的孤电子对。杂化轨道个数=价层电子对数（未参与杂化的p轨道可形成键）互斥模型（VSEPR）与杂化轨道类型价层电子对数杂化类型VSEPR模型2sp杂化直线形3sp2杂化平面三角形4sp3杂化四面体形了解5sp3d(或dsp3)杂化三角双锥形6sp3d2(或d2sp3)杂化正八面体判断下列分子或离子中,中心原子的杂化轨道类型，并预测粒子几何构型。NH4+、NH3、H2O、CH2O、SO2SO3BeCl2、CO2、PCl3、BCl3、CS2、C12O、SO42-、PO43-、SiO44-、ClO4-、NO3-、CO32-、H3O+利用中心原子杂化轨道类型可判断分子的立体构型一般方法：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，1对孤电子对占据1个杂化轨道。•例题一：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NH3•C．BeCl2与BF3D．C2H2与C2H4B例题二：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课堂练习•1.下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是（）•A.CO2B.H2SC.PCl3D.SiCl4•2.下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是（）•A.H2OB.CO2C.C2H2D.P4BBC无色实验2-1固体颜色溶液颜色天蓝色天蓝色天蓝色无色无色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？依据是什么？结论：上述实验中呈天蓝色的物质叫做四水合铜离子，可表示为[Cu(H2O)4]2+。在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的化学键是由水分子中的O原子提供孤对电子对给予铜离子（铜离子提供空轨道），铜离子接受水分子的孤对电子形成的，这类“电子对给予—接受键”被称为配位键。CuOH2H2OH2OH2O2+1、配位键：共用电子对由一个原子单方面提供给另一个原子共用所形成的共价键叫配位键。是一种特殊的共价键。2、配位化合物：中心离子（或原子）与配位体(某些分子或离子)以配位键的形式结合而成的化合物。CuOH2H2OH2OH2O2+①可用A→B表示A表示提供孤对电子的原子，叫电子给予体或配体，常为N、O、P、S、卤素的原子或离子B表示接受电子的原子，叫接受体，一般为过渡金属②形成配位键的条件：一个原子提供孤对电子，另一原子提供空轨道2+CuNH3H3NNH3NH3实验2-2已知氢氧化铜与足量氨水反应后溶解是因为生成了[Cu(NH3)4]2+，其结构简式为：试写出实验中发生的两个反应的离子方程式？Cu2++2NH3.H2OCu（OH）2+2NH4+Cu（OH）2+4NH3.H2O[Cu(NH3)4]2++2OH—+4H2O蓝色沉淀深蓝色溶液实验2-3Fe3++SCN—[Fe(SCN)]2+硫氰酸根血红色例题一：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例题二：下列分子或离子中都存在着配位键的是()A．NH3、H2OB．NH4+、H3O+C．N2、HClOD．[Cu(NH3)4]2+、PCI3B由于该离子的颜色极似血液，常被用于电影特技和魔术表演。配合物理论简介•一、配合物的组成配离子：[Cu(NH3)4]2+[Ag(CN)2]-配合物：配盐：[Cu(NH3)4]SO4[Cu(H2O)4]SO4.H2O配酸：H2[PtCl6]配碱：[Cu(NH3)4](OH)2配合分子：Ni(CO)4[Co(NH3)3Cl3]1.中心离子或原子(也称形成体)有空轨道主要是一些过渡金属，如铁、钴、镍、铜、银、金、铂等金属元素的离子；或是具有高氧化数的非金属元素，硼，硅、磷等，如Na[BF4]中的B(Ⅲ)、K2[SiF6]中的Si(Ⅳ)和NH4[PF6]中的P(Ⅴ)；或是不带电荷的中性原子，如[Ni(CO)4],[Fe(CO)5]中的Ni,Fe都是中性原子，碱金属、碱土金属等可作为螯合物的形成体。中心离子：也有中性如：Ni(CO)4、Fe(CO)5多核配合物：[(H3N)5Cr-O-Cr(NH3)5]X4(卤化μ－氧＋氨合二铬（III））[Cu(NH3)4]SO4中，NH3是配位体，N为配位原子。2.配位体和配位原子有孤对电子a.单齿配位体(一个配位体中只有一个配位原子)含氮配位体NH3,NCS-;含硫配位体SCN-;含卤素配位体F-,Cl-,Br-,I-;含碳配位体CN-,CO含氧配位体H2O,OH-，羧酸，醇，醚等b.多齿配位体(有两个或两个以上的配位原子)乙二胺NH2一CH2一CH2一NH2简写为en，乙二胺四乙酸根（EDTA）等。单齿配体：NH3、Cl－双齿配体：en四齿配体：氨基三乙酸人们形象地把含多齿配体的配合物称为螯合物3．配位数与中心离子直接以配位键结合的配位原子个数。例：[AlF6]3-配位数6、[Cu(NH3)4]SO4配位数4、[Co(NH3)2(en)2](NO3)3配位数6*中心离子的电荷高，对配位体的吸引力较强，有利于形成配位数较高的配合物。常见的配位数与中心离子的电荷数有如下的关系：中心离子的电荷：+1+2+3+4常见的配位数：24(或6)6(或4)6(或8)*中心离子半径越大，其周围可容纳配体就越多，配位数越大。[AlF6]3-[AlCl4]-[BF4]-[AgI2]-[AgI4]2-从这些配离子你看出配位数有什么规律？4.配离子的电荷配离子的电荷等于中心离子电荷与配位体总电荷的代数和。如K2[PtCl4]5、配位化合物的命名配位数—配位体名称—合—中心离子(用罗马数字表示氧化数)，用二、三、四等数字表示配位体数。不同配位名称之间用圆点“·”分开。阴离子次序为：简单离子——复杂离子——有机酸根离子。中性分子次序为：NH3—H2O—有机分子。⑴．配位阴离子配合物--配位阴离子“酸”外界⑵．配位阳离子配合物——“某化某”或“某酸某”⑶．中性配合物K2[SiF6]六氟合硅(Ⅳ)酸钾K[PtCl5(NH3)]五氯·一氨合铂(Ⅳ)酸钾[Co(NH3)6]Br3三溴化六氨合钴(Ⅲ)[Co(N