第二節(jié)《分子的立體構(gòu)型》課件

第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的立體構(gòu)型一、形形色色的分子O2HClH2OCO2C2H2CH2OCOCl2NH3P4CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH分子世界如此形形色色，異彩紛呈，美不勝收，常使人流連忘返。那么分子結(jié)構(gòu)又是怎么測定的呢？早年的科學(xué)家主要靠對物質(zhì)的宏觀性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后進(jìn)行推測，如今，科學(xué)家已經(jīng)創(chuàng)造了許許多多測定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器，紅外光譜就是其中的一種。分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。所謂分子立體結(jié)構(gòu)其實(shí)只是分子中的原子處于平衡位置時的模型。當(dāng)一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。通過計算機(jī)模擬，可以得知各吸收峰是由哪一個化學(xué)鍵、哪種振動方式引起的，綜合這些信息，可分析出分子的立體結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)視野—分子的立體結(jié)構(gòu)是怎樣測定的？（閱讀課本P37）測分子體結(jié)構(gòu)：

紅外光譜儀→吸收峰→分析。

同為三原子分子，CO2和H2O分子的空間結(jié)構(gòu)卻不同，什么原因？思考:直線形V形

同為四原子分子，CH2O與NH3分子的的空間結(jié)構(gòu)也不同，什么原因？思考:三角錐形平面三角形對ABm型分子或離子，中心原子A的價層電子對（包括成鍵電子對和孤對電子）之間存在排斥力，將使分子中的原子處于盡可能遠(yuǎn)的相對位置上，以使各原子之間斥力最小，分子體系能量最低。二、價層電子對互斥理論（VSEPR）1、VSEPR理論要點(diǎn)：2電子對數(shù)目與立體結(jié)構(gòu)4356電子對數(shù)目與立體結(jié)構(gòu)2、價層電子對互斥(VSEPR)模型：一個分子或離子中的價層電子對在空間的分布（即含孤對電子的VSEPR模型）

23456

直線形平面三角形正四面體三角雙錐體正八面體中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(a－xb)12a為中心原子的價電子數(shù)(陰、陽離子還要分別加、減離子的電荷數(shù))x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)(氫為1，其他為“8－價電子數(shù)”)求算中心原子孤電子對的公式：中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(a－xb)12a為中心原子的價電子數(shù)(陰、陽離子還要分別加、減離子的電荷數(shù))x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)(氫為1，其他為“8－價電子數(shù)”)例：NH3中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(5－3×1)＝112中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(6－2×1)＝212H2O中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(3－3×1)＝012BF3練習(xí)中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(a－xb)12中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(4－4×1)＝012CH4練習(xí)CO2中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(4－2×2)＝012SO2中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(6－2×2)＝112PCl5中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(5－5×1)＝012SF6中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(6－6×1)＝012中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(a－xb)12中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(4－1×1－1×3)＝012HCN練習(xí)NH4+中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(5－1－4×1)＝012H3O+中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(6－1－3×1)＝112CO32-中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(4＋2－3×2)＝012SO42-中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(6＋2－4×2)＝012思考與交流分子或離子結(jié)構(gòu)式中心原子孤對電子對數(shù)周圍原子數(shù)(n)VSEPR模型分子或離子的立體構(gòu)型

HCNNH4+H3O+BF304133002（1）對ABm型分子，若中心原子A的價層電子對只有成鍵電子對（即中心原子的價電子都用于形成共價鍵），則價層電子對的相對位置就是分子的構(gòu)型。

CH4CO2化學(xué)式結(jié)構(gòu)式VSEPR模型分子立體結(jié)構(gòu)

（2）若中心原子A的價層電子對包括成鍵電子對和孤對電子（中心原子上有孤對電子），則價層電子對的相對位置不是分子的構(gòu)型，如：

NH3H2O化學(xué)式結(jié)構(gòu)式VSEPR模型分子立體結(jié)構(gòu)四面體形四面體形三角錐形V型1、用VSEPR模型預(yù)測，下列分子的立體結(jié)構(gòu)與水分子相似的是（）A、OF2B、H2SC、BeCl2D、CO22、下列分子的立體結(jié)構(gòu)，其中不屬于直線型分子的是（）A、BeCl2B、CO2C、C2H2D、P43、下列分子中，各原子均處于同一平面上的是（）A、NH3B、CCl4C、H2OD、CH2O鞏固練習(xí)CDDAB

4、多核離子所帶電荷可以認(rèn)為是中心原子得到或失去電子導(dǎo)致，根據(jù)VSEPR模型，下列離子中所有原子都在同一平面的一組是（）A、NO2-和NH2-B、H3O+和ClO3-C、NO3-和CO32-D、PO43-和SO42-AC5、下列分子中的VSEPR模型與分子結(jié)構(gòu)模型相同的是（）

A、CO2B、H2OC、NH3D、CH4AD6、用VSEPR模型理論推斷，下列微粒為正四面體結(jié)構(gòu)的是（）

A、SO2B、O3C、NO3-D、SO42-D中心原子代表物中心原子結(jié)合的原子數(shù)分子類型空間構(gòu)型無孤對電子CO22AB2CH2O3AB3CH44AB4有孤對電子H2O2AB2NH33AB3直線形平面三角形正四面體V形三角錐形小結(jié):價層電子對互斥模型問題：按照價鍵理論，C的價態(tài)應(yīng)為多少？一個C原子可以和幾個氫原子結(jié)合形成分子？2s2pC的價電子排布圖：思考：價層電子對互斥模型只能解釋化合物分子的空間構(gòu)形，卻無法解釋許多深層次的問題，如無法解釋甲烷中四個C-H的鍵長、鍵能相同及H-C-H的鍵角為10928′。因?yàn)榘凑瘴覀円呀?jīng)學(xué)過的價鍵理論，甲烷的4個C-H單鍵都應(yīng)該是σ鍵，然而，碳原子的4個價層原子軌道是3個相互垂直的2p軌道和1個球形的2s軌道，用它們跟4個氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到四面體構(gòu)型的甲烷分子。這是為什么呢？

根據(jù)價鍵理論，成單電子數(shù)即為化合價，也是形成共價鍵的數(shù)目。試用價鍵理論分析NH3、H2O的成鍵情況:元素價電子排布圖單電子數(shù)化合價

HNO物質(zhì)成鍵情況分子構(gòu)型理論鍵角實(shí)際鍵角NH3H2O1+13-32-23個σ鍵三角錐型105°2個σ鍵角型1s2s2s2p2p107°′18問題：按照價鍵理論，C的價態(tài)應(yīng)為多少？一個C原子可以和幾個氫原子結(jié)合形成分子？C:

1S22S22PX12PY12PZ0

可是，我們知道當(dāng)碳原子與其它原子成鍵時，是以四價成鍵的。價鍵理論顯然是無法解釋這種現(xiàn)象的。今天，我們要學(xué)習(xí)一個新的理論——雜化軌道理論?；鶓B(tài)激發(fā)態(tài)

C原子的價電子在一定的能量下發(fā)生電子躍遷，由基態(tài)變成激發(fā)態(tài)。2s2p2s2p三、雜化軌道理論簡介為了補(bǔ)充價鍵理論的不足，鮑林Pauling在價鍵理論基礎(chǔ)上于1931年提出了“雜化軌道理論”。盡管電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)需要一定的能量，但其激發(fā)后能形成4個共價鍵比電子不激發(fā)只形成兩個C—H鍵放出的能量要大得多，這些能量足以補(bǔ)償電子激發(fā)所需的能量而有余，因此，C與H形成化合物時生成CH4而不是CH2。

軌道的雜化更有利于軌道之間的重疊成鍵。因?yàn)殡s化后電子云分布更為集中，可使成鍵的原子軌道間的重疊部分增大，成鍵能力增強(qiáng)，因此C與H原子能結(jié)合成穩(wěn)定的CH4。三、雜化軌道理論簡介C原子基態(tài)原子的電子排布圖：雜化與雜化軌道雜化是指在形成分子時，由于原子間的相互影響，若干不同類型而能量相近的原子軌道混合起來，重新組合成一組新軌道的過程。所形成的新軌道稱為雜化軌道。孤立的原子不可能發(fā)生雜化，只有在形成分子的過程中才會發(fā)生。在雜化前后，原子軌道的數(shù)目保持不變。條件不同，雜化軌道類型可能不同。S軌道p軌道Sp雜化軌道（1）雜化雜化軌道是由一個S軌道與三個P軌道進(jìn)行重新的雜化組合，形成四個能量相等的雜化軌道。每個軌道由1/4S成份，3/4P成份組成。它的立體形狀是正四面體。C原子位于四面體的中心，四個軌道分別指向四面體的每個頂點(diǎn)，軌道間夾角是109o28’。SP3雜化軌道sp3雜化軌道的形成過程

xyzxyzzxyzxyz109°28′CH4分子的空間結(jié)構(gòu)(正四面體)（2）SP2雜化軌道雜化軌道是由一個S軌道和兩個P軌道雜化而形成的三個軌道。每個軌道有1/3S成份，2/3P成份。三個軌道在同一平面。軌道間夾角為120o。碳原子還剩有一個P軌道，這個P軌道正好與三個雜化軌道形成的平面垂直。C原子基態(tài)原子的電子排布圖：sp2雜化軌道的形成過程

SP2雜化sp2雜化軌道的形成過程

xyzxyzzxyzxyz120°雜化軌道在乙烯分子中，碳原子采取sp2

雜化。每個碳原子另有一個p軌道不參與雜化；雜化的三個軌道，形成σ鍵，未雜化的p軌道“肩并肩”重疊形成π鍵。乙烯分子中有1個C-Cσ鍵，4個C-Hσ鍵，還有1個π鍵。雙鍵=1σ+1π乙烯的sp2雜化圖解苯環(huán)的結(jié)構(gòu)平面正六邊形，離域大π鍵。1.苯環(huán)中的碳均是以sp2雜化成夾角為1200三個sp2雜化軌道.2.苯環(huán)中六個碳之間形成6個σ鍵,每個碳與氫形成1個σ鍵.3.苯環(huán)中六個碳中未雜化的P軌道彼此形成一個大π鍵.4.形成大π鍵比一般的π鍵更穩(wěn)定,因此苯環(huán)體現(xiàn)特殊的穩(wěn)定性

苯中的碳原子取sp2雜化，每個碳原子尚余一個未參與雜化的p軌道，垂直于分子平面而相互平行。由于每個碳原子的左右兩個相鄰的碳原子沒有什么區(qū)別,認(rèn)為中心的碳原子的未參與雜化的p軌道中的電子只與左鄰的碳原子上的平行p軌道中的一個電子形成p鍵而不與右鄰的形成p鍵或者相反顯然是不符合邏輯的。所以我們認(rèn)為所有6個平行p軌道總共6個電子在一起形成了彌散在整個苯環(huán)的6個碳原子上下形成了一個p-p離域大鍵，符號66。用p-p大鍵(有機(jī)化學(xué)中的共軛體系)的概念苯的結(jié)構(gòu)式寫成如下右圖更好。后者已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。

離域Π鍵是由三個或三個以上原子形成的鍵，而不同于兩原子間的鍵。在三個或三個以上用s鍵聯(lián)結(jié)起來的原子之間，如能滿足下列條件，則可以生成離域鍵：(1)這些原子都在同一平面上；(2)每一原子有一互相平行的p軌道;(3)p電子的數(shù)目小于p軌道數(shù)目的兩倍。(3)sp雜化

碳原子在進(jìn)行SP雜化時，一個2S電子激發(fā)到2P軌道上。一個S軌道與一個P軌道形成兩個等同的SP雜化軌道。每個SP軌道含有1/2S成份，1/2P成份。兩個軌道處在同一條直線上，方向相反。兩個SP軌道的對稱軸之間的夾角為180o

。C原子基態(tài)原子的電子排布圖：sp雜化軌道的形成過程

SP雜化軌道sp雜化軌道的形成過程

xyzxyzzxyzxyz180°在乙炔分子中，碳原子采取sp雜化。每個碳原子另有二個p軌道不參與雜化；雜化的二個軌道，形成σ鍵，未雜化的p軌道可以“肩并肩”重疊成鍵，形成π鍵。乙炔分子中含1個C-Cσ鍵，2個C-Hσ鍵；還有2個π鍵。

叁鍵=1σ+2π乙炔的成鍵

CO2的碳原子取sp雜化軌道,它的兩個未參加雜化的p軌道在空間的取向是跟sp雜化軌道的軸相互垂直。CO2分子里有兩套3原子4電子符號為34的p-p大鍵。(I路易斯結(jié)構(gòu)式II分子中有2套平行p軌道III表達(dá)大鍵的結(jié)構(gòu)式)

小結(jié)雜化軌道理論

sp3

雜化：正四面體型雜化，四個雜化軌道，能形成四個σ鍵，σ鍵穩(wěn)定，可自由旋轉(zhuǎn)。sp2

雜化：三個雜化軌道共平面，能形成三個σ鍵，未雜化p軌道可形成π鍵，形成π鍵后，雙鍵均不能自由旋轉(zhuǎn)；

sp雜化：兩個雜化軌道共直線，能形成兩個σ鍵，未雜化p軌道可形成π鍵，形成π鍵后，三鍵均不能自由旋轉(zhuǎn)。N原子基態(tài)sp3雜化態(tài)NH3分子雜化已知NH3、H2O中的N、O都是SP3雜化，請分析它們的形成過程和結(jié)構(gòu)。O氧子基態(tài)sp3雜化態(tài)H2O分子雜化孤電子對數(shù)：012夾角：109.5o107.3o104.5o空間結(jié)構(gòu)：正四面體三角錐形V形結(jié)論：在CH4、NH3和H2O分子中，中心原子都采取sp3雜化，其夾角隨孤電子對數(shù)的增加而減少。

雜化軌道要點(diǎn)(1)軌道雜化是指同一個原子中相關(guān)軌道的混合,由此產(chǎn)生的雜化軌道也是原子軌道。

(2)參與雜化的軌道中電子所處的能級略有不同，而雜化軌道中的電子則處于相同能級。雜化后能級相當(dāng)于雜化前有關(guān)電子能級的中間值。(3)雜化軌道的數(shù)目等于參與雜化的軌道的總數(shù)。(6)雜化軌道成鍵時，要滿足化學(xué)鍵間最小排斥原理，鍵角越大，排斥力越小。雜化軌道類型不同，成鍵時鍵角不同，分子的空間結(jié)構(gòu)也不同。(4)各種雜化軌道的“形狀”均為葫蘆形，由分布在原子核兩側(cè)的大小葉瓣組成，軌道的伸展方向是指大葉瓣的伸展方向，為簡明起見往往不給出小葉瓣。(5)雜化軌道可分為等性雜化軌道與不等性雜化軌道兩種。雜化軌道的類型與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系雜化類型spsp2sp3用于雜化的原子軌道數(shù)234雜化軌道數(shù)234空間構(gòu)型直線型平面三角形四面體實(shí)例CH≡CHCH2=CH2

CH4CO2CS2BF3CCl4（2）要點(diǎn)：（1）sp3雜化1個S軌道和3個P軌道基態(tài)原子激發(fā)態(tài)原子4個相同的SP3雜化軌道混雜小結(jié)：雜化軌道理論1個S軌道2個P軌道雜化（2）sp2雜化3個相同的SP2雜化軌道（3）sp雜化1個S軌道1個P軌道雜化2個相同的SP雜化軌道（4）s-p型的三種雜化比較雜化類型spSp2sp3參與雜化的原子軌道1個s+1個p1個s+2個p1個s+3個p雜化軌道數(shù)2個sp雜化軌道3個sp2雜化軌道4個sp3雜化軌道雜化軌道間夾角18001200109028’空

間

構(gòu)

型直線正三角形正四面體實(shí)

例BeCl2,

C2H2BF3

,C2H4CH4

,CCl42、雜化軌道的特性:（1）只有能量相近的軌道才能互相雜化。常見的有:非過渡元素nsnp

（sp型雜化）過渡元素(n-1)dnsnp(dsp型雜化)（2）雜化軌道的成鍵能力大于未雜化軌道。（3）參加雜化的原子軌道的數(shù)目與形成的雜化軌道數(shù)目相同。（4）不同類型的雜化，雜化軌道的空間取向不同看中心原子有沒有形成雙鍵或三鍵，如果有1個三鍵，則其中有2個π鍵，用去了2個p軌道，形成的是sp雜化；如果有1個雙鍵則其中有1個π鍵，形成的是sp2雜化；如果全部是單鍵，則形成的是sp3雜化。一般方法：如何判斷一個化合物的中心原子的雜化類型？注意：雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來容納孤對電子，不會用于形成π鍵。反之π鍵的形成不需雜化軌道。0+2=2sp直線形0+3=3sp2平面三角形0+4=4sp3正四面體形1+2=3sp2V形1+3=4sp3三角錐形2+2=4sp3V形代表物雜化軌道數(shù)雜化軌道類型分子結(jié)構(gòu)CO2CH2OCH4SO2NH3H2O結(jié)合上述信息完成下表：2、雜化軌道數(shù)=中心原子孤對電子對數(shù)＋中心原子結(jié)合的原子數(shù)O3H2SSO2SO3CONON2ONO2N2O4（SP2）（SP3）（SP2）（SP2）（SP）（SP2）（SP2）（SP）（SP）1、寫出HCN分子和CH2O分子的路易斯結(jié)構(gòu)式。2．用VSEPR模型對HCN分子和CH2O分子的立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測。

3．寫出HCN分子和CH2O分子的中心原子的雜化類型。4．分析HCN分子和CH2O分子中的π鍵?？茖W(xué)探究:直線形

平面三角形sp雜化、sp2雜化2個π鍵1個π鍵1、下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是()A．CO2與SO2B．CH4與NH3

C．BeCl2與BF3D．C2H2與C2H4B

2、對SO2與CO2說法正確的是()A．都是直線形結(jié)構(gòu)

B．中心原子都采取sp雜化軌道

C．S原子和C原子上都沒有孤對電子

D．SO2為V形結(jié)構(gòu)，CO2為直線形結(jié)構(gòu)D課堂練習(xí)3、指出下列各化合物中碳原子雜化類型。