05-現(xiàn)代價鍵理論綜合與提高

1、物質結構與性質,第二章 分子結構與性質 第二節(jié) 現(xiàn)代共價鍵理論綜合與提高,主要內容目錄,1、VSEPR理論拓展與提高： 2、雜化軌道理論拓展與提高： 3、等電子體理論簡介 4、分子結構與分子的性質之間的對應關系 （1）分子的極性 （2）分子間作用力、氫鍵 （3）分子的溶解性 （4）無機含氧酸的酸性 （5）分子的手性,VSEPR理論拓展與提高,一、幾個相關化學用語 1、中心原子居于分子中央的原子，如： CH4中的C、NH3中的N、H2O中的O、SO2中的S 2、配位原子中心原子周圍的其它原子 3、價電子 （1）對主族元素而言，即指最外層電子 （2）對過渡元素而言，即指特征電子 一般包括(n-1)

2、dynsx，有的還包括(n-2)fz(n-1)dynsx （3）參與形成共價鍵的價電子稱為“共用電子”； （4）未參于形成共價鍵的價電子稱為“孤電子”。,VSEPR理論拓展與提高,二、主要學術思想 1、價層電子總數(shù) =中心原子價電子數(shù)+配位原子提供的單電子數(shù) （1）以上電子不包括參與形成鍵的價電子！ （2）VIA原子做配位原子時提供的價電子數(shù)按0計！ 2、“價層電子對”數(shù) =(中心原子價電子數(shù)+配位原子單電子數(shù))2 （1）“價層電子對”僅包括“鍵電子對”和“孤電子對”，不包括“鍵電子對” （2）當價電子總數(shù)成單時，最后一個單電子視做“單獨占據(jù)一個孤對電子軌道” （3）ABn型粒子中：中心原子A

3、的“孤電子對”數(shù) =A原子族序數(shù)-nB的化合價電荷數(shù)2,VSEPR理論拓展與提高,VSEPR理論拓展與提高,二、主要學術思想 3、“價層電子對”之間相互排斥、力求張角最大化 （1）孤孤孤共共用電子對共用電子對 （2）孤對電子孤對電子孤對電子單電子 （3）叁鍵叁鍵雙鍵雙鍵單鍵單鍵 4、分子的立體結構 可用中心原子周圍的“價層電子對數(shù)”來預測 概括如下表：,IF5,VSEPR理論拓展與提高,雜化軌道理論拓展與提高,1、sp3d雜化：,雜化軌道理論拓展與提高,2、sp3d2雜化：,雜化軌道理論拓展與提高,3、dsp2雜化：,雜化軌道理論拓展與提高,3、dsp2雜化： Cu(H2O)42+ Cu(NH

4、3)42+,等電子體理論簡介,一、內容簡介 1、等電子體：原子數(shù)相同，價電子數(shù)也相同的微粒。如：CO和N2，CH4和NH4+ 2、等電子體結構相同、物理性質相似、化學性質不同。如：CO與N2,等電子體理論簡介,二、典例分析 1、與NO3-互為等電子體的是 ASO3BBF3CCH4DNO2 2、根據(jù)等電子原理，下列分子或離子與SO42-有相似結構的是 APCl5 BCCl4 CNF3 DN2,等電子體理論簡介,3、根據(jù)現(xiàn)代等電子理論：由短周期元素組成的微粒，只要其原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同，可互稱為等電子體，它們具有相似的結構特征。以下各組微粒結構不相似的是（ ） ACO和N2 BO

5、3和NO2 CCO2和N2O DN2H4和C2H4,等電子體理論簡介,4、2004江蘇 1919年，Langmuir提出等電子原理：原子數(shù)相同、電子總數(shù)相同的分子，互稱為等電子體。等電子體的結構相似、物理性質相近。 （1）根據(jù)上述原理，僅由第2周期元素組成的共價分子中，互為等電子體的是： _和_；_和_。 （2）此后，等電子原理又有所發(fā)展。例如，由短周期元素組成的微粒，只要其原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同，也可互稱為等電子體，它們也具有相似的結構特征。在短周期元素組成的物質中，與NO2互為等電子體的分子有： _、_。,分子的性質分子的極性,實驗1、在酸式滴定管中注入 蒸餾水。打開活栓，

6、讓水緩慢 流下呈直線狀，用綢布摩擦有 機玻璃棒，使它帶靜電后接近 水流，現(xiàn)象？ 實驗2、改用毛皮磨擦過的橡膠棒接近水流？ 實驗3、在另一酸式滴定管中換CCl4作同樣實驗？,分子的性質分子的極性,1、本質：分子中的所有電子云所形成的負電中心與分子中所有原子核所形成的正電中心是否重合 2、特征：分子是否具有正負兩極 3、典型示例：,分子的性質分子的極性,1、本質：分子中的所有電子云所形成的負電中心與分子中所有原子核所形成的正電中心是否重合 2、特征：分子是否具有正負兩極 3、典型示例：,分子的性質分子的極性,實驗現(xiàn)象的解讀：,負電荷,正電荷,電荷,分子的性質分子的極性,4、強弱程度：用偶極矩表示

7、（可通過一定的物理學手段進行測定） q+為分子的正電中心、q-為分子的負電中心、 l為兩個中心之間的距離 =ql,分子的性質分子的極性,5、鍵的極性與分子極性相互關系一般規(guī)律： （1）單原子分子都是非極性分子； （2）只以非極性鍵結合成的雙原子分子或多原子分子是非極性分子，如：O2、H2、P4、C60； （3）只以極性鍵結合成的雙原子分子是極性分子，如：HCl、HF、HBr； （4）以極性鍵結合的多原子分子： （5）極性分子中也有可能含有非極性鍵，如H2O2,分子的性質分子的極性,6、ABn型分子極性的常用判定方法 （1）分子構型分析法 空間構型有對稱中心則為非極性分子、空間構型無對稱中心則為

8、極性分子 （2）孤對電子分析法 在多原子分子中，中心原子上價電子都用于形成共價鍵（沒有孤對電子），而且周圍的原子是相同的原子，一般是非極性分子。,分子的性質分子的極性,6、ABn型分子極性的常用判定方法 （3）中心價態(tài)分析法 A的化合價 A的族序數(shù) ABn分子為非極性分子，如： BF3 CH4 CCl4 CO2 PCl5 SO3 A的化合價 A的族序數(shù) ABn分子為極性分子，如： CH3Cl CHCl3 CO NH3 NO NO2 PCl3 SO2,分子的性質分子間作用力、氫鍵,分子的性質分子間作用力、氫鍵,分子的性質分子間作用力、氫鍵,1、分子間作用力又稱范德華力 分子內存在共價鍵強 分子間

9、存在作用力弱,Johannes Diderik Van der Waals,分子的性質分子間作用力、氫鍵,2、分子間作用力近程有效 當固體熔化成液體時，f被削弱； 當液體氣化時，f被大大削弱； 當分子發(fā)生分解時，分子內的共價鍵被破壞！,分子的性質分子間作用力、氫鍵,3、分子間作用力與M有關：f=kM1M2/l2 觀察下表，發(fā)現(xiàn)規(guī)律 思考：X2熔點、沸點的相對高低與X-X鍵的強度有沒有關系？為什么？,分子的性質分子間作用力、氫鍵,4、分子間作用力與分子極性、形狀有關 觀察下表，發(fā)現(xiàn)規(guī)律 反-2-丁烯 熔點-105.53 沸點0.88 非極性 順-2-丁烯 熔點-139 沸點3.7 極性,分子的性

10、質分子間作用力、氫鍵,5、特殊的分子間作用力氫鍵 觀察下表，發(fā)現(xiàn)規(guī)律,分子的性質分子間作用力、氫鍵,5、特殊的分子間作用力氫鍵 氫鍵的鍵長：按AHB的長度計 氫鍵的鍵能：約20 kJmol-1 （大約是普通分子間作用力的十倍）,分子的性質分子間作用力、氫鍵,5、特殊的分子間作用力氫鍵 氫鍵的存在非常廣泛 但主要在F、-OH、-NH2、:C=O、:N-H之間形成,分子的性質分子間作用力、氫鍵,5、特殊的分子間作用力氫鍵 NH3H2O分子 冰雪中的(H2O)n分子,分子的性質分子間作用力、氫鍵,5、特殊的分子間作用力氫鍵,2010江蘇高考題2D選項,分子的性質分子間作用力、氫鍵,5、特殊的分子間作

11、用力氫鍵,分子的性質分子間作用力、氫鍵,5、特殊的分子間作用力氫鍵,分子的性質分子的溶解性,實驗1在50 mL分液漏斗中配制少量碘水，直到飽和。把5 mL6 mL碘水注入20 mL分液漏斗中，再加入1 mL四氯化碳，振蕩， 思考1現(xiàn)象？原理？ 實驗2用HCl氣體做噴泉實驗；將水換成CCl4能做成功噴泉實驗嗎? 思考2上述現(xiàn)象有何不同?為什么?,分子的性質分子的溶解性,1、相似相溶： 非極性溶質一般易溶于非極性溶劑，極性溶質一般能溶于極性溶劑。 “相似”是指溶質與溶劑在結構上相似；“相溶”是指溶質與溶劑彼此互溶。 如：蔗糖和氨易溶于水，難溶于四氯化碳；萘和碘易溶于四氯化碳，難溶于水。,分子的性質

12、分子的溶解性,例題分析1：PtCl2(NH3)2為平面正方形結構，它可以形成兩種固體：一種為淡黃色，有抗癌活性，在水中溶解度小；另一種為黃綠色，無抗癌活性，在水中溶解度較大，請在以下空格中畫出這兩種固體分子的幾何構型圖： 黃色固體的分子構型 黃綠色固體的分子構型 黃綠色固體在水中的溶解度比淡黃色固體大的原因是 。,分子的性質分子的溶解性,2、親水基、疏水基： 與水易形成氫鍵的有機官能團，如-OH、-CHO、-COOH、-NH2屬于親水基； 難與水易形成氫鍵的有機官能團，如-R、-X、-COOR屬于疏水基； 分子中親水基越多，越易溶于水，難溶于非極性或極性較小的有機溶劑（低級醇、醛、羧酸、胺易溶

13、于水或可溶于水）； 疏水基越多、越大，越難溶于水，易溶于非極性或極性較小的有機溶劑（烴、鹵代烴、酯都不溶于水或難溶于水）。 當分子中同時存在兩類基團時，其溶解性取決于兩者影響的相對大小，大體上有“一親拖三碳”的規(guī)律。,分子的性質分子的溶解性,例如維生素分為兩大類： 脂溶性維生素，如維生素A（左圖） 水溶性維生素，如維生素C（右圖）,分子的性質分子的溶解性,例題分析2：CH3CH2Br不溶于H2O、CH3CH2Br與CH3CH2OH混溶、H2O與CH3CH2OH混溶，如果將CH3CH2Br、 H2O和CH3CH2OH三者混合在一起，充分振蕩，將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？,分子的性質分子的溶解性,例題分析2

14、：CH3CH2Br不溶于H2O、CH3CH2Br與CH3CH2OH混溶、H2O與CH3CH2OH混溶，如果將CH3CH2Br、 H2O和CH3CH2OH三者混合在一起，充分振蕩，將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 對實驗結論的解釋： 由于水分子與乙醇分子之間的氫鍵作用力大于溴乙烷分子與乙醇分子和水分子之間的分子間作用力，所以，水、乙醇、溴乙烷三者混合，充分振蕩后，水、乙醇混溶，水、乙醇的混合液與溴乙烷分層。 應用：溴乙烷中溶有少量乙醇，如何除去？,分子的性質分子的溶解性,3、氫鍵： 分析下列兩種分子在水中溶解度的相對大小并說明理由 分子內氫鍵降低物質的水溶性 分子間氫鍵增強物質的水溶性,分子的性質無機含氧酸的

15、酸性,4、無機含氧酸的酸性 （1）氧化物的水化物的結構 氫氧化鋁電離的本質是,4,3,Al3+ +,分子的性質無機含氧酸的酸性,4、無機含氧酸的酸性 （1）氧化物的水化物的結構 其通式為：(HO)mROn O稱為羥基氧、O稱為非羥基氧,分子的性質無機含氧酸的酸性,4、無機含氧酸的酸性 （2）酸性強弱從實驗上看就是相對較強的酸與相對較弱的酸的鹽反應生成相對強酸的鹽與相對弱酸： 即：HA+MA=HA+MA （3）影響含氧酸酸性相對強弱的因素主要有： A.中心原子的非金屬性/吸引電子的能力 從理論上看最高正價氧化物的水化物的酸性一般與對應元素的非金屬性/吸引電子的能力成正比。 如：HNO3H3PO4

16、H3AsO4 H2SO3H2SeO3H2TeO3 但是，有例外情況（見下頁）,分子的性質無機含氧酸的酸性,4、無機含氧酸的酸性 O、F無對應的最高正價； 硒酸酸性比硫酸強（而一般來說同主族元素無氧酸從上到下逐漸減弱） B.中心原子的化合價（嚴格地講是其有效核電荷） 同種元素作中心原子，R的化合價越高，酸性越強。 HClO4HClO3HClO2HClO；H2SO4H2SO3 C.中心原子的半徑 相同化合價的不同種元素作中心原子，R的半徑越小，酸性越強。 如:酸性HClO3HBrO3HIO3,分子的性質無機含氧酸的酸性,4、無機含氧酸的酸性 D. 酸分子中的非羥基氧原子數(shù) 美國化學家鮑林從實驗中總

17、結出一條經(jīng)驗規(guī)律: 含氧酸分子中的非羥基氧原子數(shù)越多，酸性越強。,分子的性質無機含氧酸的酸性,4、無機含氧酸的酸性 D. 酸分子中的非羥基氧原子數(shù) “例外分析” HNO2、H3PO4、H2CO3分子中的非羥基氧原子數(shù)均為1，但HNO2、H3PO4為中強酸，而H2CO3為弱酸，為什么？是否是鮑林規(guī)則有誤？ 不是！ 這是因為CO2+H2O H2CO3的平衡常數(shù)K很小 即：CO2在水中溶解度不大，且溶解于水的CO2中只有幾百分之一與水化合。若二氧化碳全部與水化合。則碳酸酸性即可達到中等強度了！,分子的性質無機含氧酸的酸性,4、無機含氧酸的酸性 D. 酸分子中的非羥基氧原子數(shù) 例題分析：回答下列問題： （1）已知磷酸(H3PO4)、亞磷酸（H3PO3）均為中強酸，亞砷酸（H3AsO3）是一個極弱酸。 試寫出H3PO3、H3PO4、H3AsO3的結構式并指出它們各是幾元酸_、_、_。 （2）將H3PO3溶液滴入NaOH溶液，發(fā)生反應的離子方程式是_。 將H3AsO3溶液滴入NaOH溶液中，發(fā)生反應的離子方程式是_。,分子的性質分子的手性Chirality,1、概況,分子的性質分子的