第二节-分子的立体结构

第二节分子的立体结构（第一课时）\教学目标1、以常见的多原子分子的立体结构模型为例，从价层电子对互斥模型和杂化轨道理论解释分子结构的多样性和复杂性；2、能根据上述理论判断简单分子或离子的构型；3、知道配合物的概念、成键的条件和表示方法。教学重难点：1、分子的立体结构；2、价层电子对互斥模型、杂化轨道理论和配位键。一、形形色色的分子O2HClH2OCO2C2H2CH2OCOCl2NH3P4CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH立方烷C60C20C40C70萘立方烷三原子分子立体结构：有直线形C02、CS2等，V形如H2O、S02等。问题:对于这样形形色色的多原子分子来说，他们的分子的空间构型如何呢？两原子分子立体结构：直线形H—Cl四原子分子立体结构：平面三角形：如甲醛(CH20)分子等，三角锥形：如氨分子等。五原子分子立体结构：正四面体形如甲烷、(P4)等。这些不同类型的分子在空间不同的构型是怎样得知的呢？科学视野—分子的立体结构是怎样测定的？阅读教材P37相关内容肉眼不能看到分子，那么，科学家是怎样知道分子的形状的呢?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。测分子体结构：红外光谱仪→吸收峰→分析。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等原子的电子式：原子HCNO电子式可形成共用电子对数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:O::::HCH:HHO=C=OH-O-HH-N-H-HH-C-H=OH-C-H--HH无有有无无直线形V形三角锥形平面三角形正四面体代表物中心原子结合的原子数分子类型空间构型中心原子无孤对电子CO22AB2CH2O3AB3CH44AB4中心原子有孤对电子H2O2AB2NH33AB3直线形平面三角形正四面体V形三角锥形小结:二：价层电子对互斥模型C..H..H..HH....N......HHHCHHHHOHHCHHO=NHHHC=O=O23423000O..HH......21HH..C....O......C........OO........代表物思考并填写下列表格：电子式结构式中心原子结合的原子数中心原子孤对电子对数CO2CH2OCH4H2ONH3VSEPR模型立体结构要点小结:二、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）1、要点：对ABn型的分子或离子，中心原子A价层电子对（包括用于形成共价键的共用电子对和没有成键的孤对电子）之间存在排斥力，将使分子中的原子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。——预测分子结构的简单理论2、价层电子对互斥模型把分子分成两类：（1）中心原子上的价电子都用于成键在这类分子中，由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能的相互远离，成键原子的几何构型总是采取电子对排斥最小的那种结构。它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测。ABn价电子对数电子排布方式分子构型实例AB22AB33AB44直线形平面三角形正四面体BeCl2BF3CH4、CCl4ABn价电子对数电子排布方式分子构型实例AB55AB66三角双锥正八面体PCl5SF6（2）中心原子上有孤对电子的分子孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥价层电子对数成键电子对数孤对电子对数分子类型电子对排布方式分子构型实例321AB2431AB3422AB2V型三角锥V型PbCl2NH3H2O利用价层电子对互斥理论时，首先要根据原子的最外层电子数，判断中心原子上有没有孤对电子，然后再根据中心原子结合的原子的数目，就可以判断分子的空间构型价层电子对数23456电子对排布方式直线形平面三角形四面体三角双锥八面体思考与交流:P:381、下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是（）A、CO2B、H2SC、PCl3D、SiCl4B2、下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是（）A、H2OB、CO2C、C2H2D、P4BC3、为了解释和预测分子的空间构型，科学家在归纳了许多已知的分子空间构型的基础上，提出了一种十分简单的理论模型—价层电子对互斥模型。这种模型把分子分成两类：一类是；另一类是是。BF3和NF3都是四个原子的分子，BF3的中心原子是，NF3的中心原子是；BF3分子的立体构型是平面三角形，而NF3分子的立体构型是三角锥形的原因是。值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构形，却无法解释许多深层次的问题，如无法解释甲烷中四个C—H的键长、键能相同及H—C—H的键角为10928′。因为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。？小结:价层电子对互斥模型对于ABn分子，成键电子对数=n孤对电子对数=（Ａ原子价电子数±离子电荷数－Ｂ化合价×n）÷２价层电子对数=成键电子对数+孤对电子对数双键、叁键均按单键计算计算:CO2、SO2、SO3、SO32-、SO42-价层电子对数、成键电子对数、孤对电子对数，并预测分子立体结构分子式价层电子对数成键电子对数孤对电子对数电子对排布方式分子空间构型CO2SO2SO3220213330直线形V型平面三角形分子式价层电子对数成键电子对数孤对电子对数电子对排布方式分子空间构型SO32-SO42-134440三角锥正四面体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HgCl230AB321AB2价层电子对数平面三角形BF3V形PbCl2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CH4三角锥形NH3Ｖ形H2O价层电子对数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分子构型实例布方式3I5三角双锥50AB541AB432AB323AB2三角双锥变形四面体T形直线形仅作了解PCl5SF4ClF3价层电子对数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分子构型实例布方式4ICl6八面体60AB651AB542AB4正八面体四方锥形IF5平面正方形仅作了解SF6注：价层电子对互斥模型对少数化合物判断不准，不能适用于过渡金属化合物，除非金属具有全满、半满或全空的d轨道应用反馈:化学式中心原子孤对电子数中心原子结合的原子数空间构型HCNNO2NH2－NO3-H3O+SiCl4CHCl3NH4+0120100022233444直线形V形V型平面三角形三角锥形四面体正四面体正四面体PO43－04正四面体第二课时：三、杂化轨道理论简介值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构形，却无法解释许多深层次的问题，如无法解释甲烷中四个C—H的键长、键能相同及H—C—H的键角为10928′。因为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。？2s2p为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，2s2pC的基态2s2p激发态正四面体形sp3杂化态CHHHH109°28’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28′，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：三、杂化轨道理论简介•杂化：原子内部能量相近的原子轨道，在外界条件影响下重新组合的过程叫原子轨道的杂化•杂化轨道：原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道•杂化轨道类型：sp、sp2、sp3等•杂化结果：重新分配能量和空间方向，组成数目相等成键能力更强的原子轨道•杂化轨道用于形成σ键和容纳孤对电子2s2pC的基态2s2p激发态正四面体形sp3杂化态CHHHH109°28’激发Sp3杂化Sp3杂化碳的sp2杂化轨道sp2杂化：三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道。Sp2杂化C2H4Sp2杂化碳的sp杂化轨道sp杂化：夹角为180°的直线形杂化轨道。Sp杂化乙炔的成键大π键C6H6Sp3杂化基态N的最外层电子构型为2s22p3，在H影响下，N的一个2s轨道和三个2p轨道进行sp3不等性杂化，形成四个sp3杂化轨道。其中三个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子，另一个sp3杂化轨道被孤对电子所占据。N用三个各含一个未成对电子的sp3杂化轨道分别与三个H的1s轨道重叠，形成三个键。由于孤对电子的电子云密集在N的周围，对三个键的电子云有比较大的排斥作用，使键之间的键角被压缩到，因此NH3的空间构型为三角锥形。10718'NHNHNH基态O的最外层电子构型为2s22p4，在H的影响下，O采用sp3不等性杂化，形成四个sp3杂化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占据。O用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨道分别与两个H的1s轨道重叠，形成两个键。由于O的两对孤对电子对两个键的成键电子有更大的排斥作用，使键之间的键角被压缩到，因此H2O的空间构型为角型。10445'OHOHOH杂化轨道要点小结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.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已知：杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳孤对电子杂化轨道数=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数代表物杂化轨道数杂化轨道类型分子结构CO2CH2OCH4SO2NH3H2O结合上述信息完成下表：0+2=2SP直线形0+3=3SP2平面三角形0+4=4SP3正四面体形1+2=3SP2V形1+3=4SP3三角锥形2+2=4SP3V形科学探究教材P401、写出HCN分子和CH20分子的路易斯结构式。2．用VSEPR模型对HCN分子和CH2O分子的立体结构进行预测(用立体结构模型表示)3．写出HCN分子和CH20分子的中心原子的杂化类型。4．分析HCN分子和CH2O分子中的π键。1、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、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)CS2SP3三角锥形SP2平面三角形SP直线形3、写出下列分子的路易斯结构式(是用短线表示键合电子,小黑点表示未键合的价电子的结构式)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)PCI3(2)BCl3(3)CS2(4)C12O(1)PCI3：SP3三角锥形..PCICI解析：.....