中學(xué)化學(xué) 分子的立體結(jié)構(gòu) 課件

第二節(jié)分子的立體結(jié)構(gòu)一、形形色色的分子

1.雙原子分子(直線型)O2HCl2.三原子分子立體結(jié)構(gòu)(有V形和直線形)H2OCO23.四原子分子立體結(jié)構(gòu)（直線形、平面三角形、三角錐形、正四面體）C2H2CH2O(甲醛)COCl2NH3P44.五原子分子立體結(jié)構(gòu)最常見(jiàn)的是正四面體CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH5.其它分子C60C40C70資料卡片：形形色色的分子

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？

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？問(wèn)題思考二、價(jià)層電子對(duì)互斥理論

1.基本要點(diǎn)：(1)分子的立體構(gòu)型是價(jià)層電子對(duì)相互排斥的結(jié)果。價(jià)層電子對(duì)是指分子中的中心原子上的電子對(duì)，包括σ鍵電子對(duì)和中心原子上的孤對(duì)電子分子的共價(jià)鍵（單鍵、雙鍵、三鍵中）的電子對(duì)以及孤對(duì)電子對(duì)由于相互排斥作用,而趨向盡可能彼此遠(yuǎn)離，分子盡可能采取對(duì)稱的空間構(gòu)型。(2)分子或離子的空間構(gòu)型與中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)目和孤對(duì)電子數(shù)有關(guān)。價(jià)層電子對(duì)價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR模型)分子空間構(gòu)型相互排斥略去孤對(duì)電子2.推斷分子或離子的空間構(gòu)型的具體步驟：

(1)確定中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ鍵電子對(duì)數(shù)+孤對(duì)電子對(duì)數(shù)

(VP)(BP)(LP)σ鍵電子對(duì)數(shù)=與中心原子成鍵的配位原子數(shù)中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)=(a-xb)/2a：中心原子的價(jià)電子數(shù)

正離子應(yīng)減去電荷數(shù),負(fù)離子應(yīng)加上電荷數(shù)

x：與中心原子結(jié)合的原子數(shù)

b：與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)分子或離子中心原子axb中心原子的孤對(duì)電子數(shù)SO2SCO2CNH4+NH3O+OCO32-CPO43-P62241225-1=40146-1=501334+2=65+3=8120420

幾種分子或離子的中心原子的孤電子對(duì)數(shù)VP=2直線形VP=3平面三角形VP=4正四面體VP=5三角雙錐VP=6正八面體(2)確定電子對(duì)的空間構(gòu)型（VSEPR模型）：分子的空間構(gòu)型=電子對(duì)的空間構(gòu)型(VSEPR模型)例如：分子或離子VPLP空間構(gòu)型

CO220直線形

BeCl220直線形

BF330平面三角形

CO32-30平面三角形

CH440正四面體形

NH4+40正四面體形(3)結(jié)合中心原子的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)，推斷分子的空間構(gòu)型。

①中心原子無(wú)孤對(duì)電子LP=0分子的空間構(gòu)型不同于電子對(duì)的空間構(gòu)型(VSEPR模型)。VPLPVSEPR模型分子的空間構(gòu)型例31平面三角形V形SnCl241四面體三角錐NH342四面體V形H2O61八面體四方錐IF562八面體平面正方形XeF4原因：中心原子上的孤對(duì)電子也要占據(jù)中心原子周圍的空間，并參與互相排斥。例如，H2O和NH3的中心原子分別有2對(duì)和l對(duì)孤對(duì)電子，跟中心原子周圍的σ鍵加起來(lái)都是4，它們相互排斥，形成四面體，因而H2O分子呈V形，NH3分子呈三角錐形。②中心原子有孤對(duì)電子LP≠0：如CO2、CH2O、CH4等分子中的碳原子，它們的立體結(jié)構(gòu)可用中心原子周圍的原子數(shù)n來(lái)預(yù)測(cè)，概括如下：

ABn

立體結(jié)構(gòu)范例

n=2直線形CO2、CS2n=3平面三角形CH2O、BF3n=4正四面體形CH4、

CCl4n=5三角雙錐形PCl5

n=6正八面體形SCl63.價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷分子空間構(gòu)型規(guī)律

(1)一類是中心原子上的價(jià)電子都用于形成共價(jià)鍵。圖形示例(2)另一類是中心原子上有孤對(duì)電子的分子

ABn

立體結(jié)構(gòu)范例

n=2V形H2On=3三角錐形NH3化學(xué)式

中心原子孤對(duì)電子數(shù)中心原子結(jié)合的原子數(shù)空間構(gòu)型HCNSO2NH2－BF3H3O+SiCl4CHCl3NH4+0120100022233444直線形V形V形平面三角形三角錐形四面體正四面體正四面體應(yīng)用反饋1應(yīng)用反饋2分子中心原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)電子對(duì)的空間排布中心原子的孤對(duì)電子對(duì)分子的空間構(gòu)型SiCl4CS2BF3PCl3OF2SO2423443正四面體0正四面體直線直線0平面三角形2平面三角形正四面體正四面體平面三角形011三角錐形V形V形課堂練習(xí)1.下列物質(zhì)中，分子的立體結(jié)構(gòu)與水分子相似的是A.CO2B.H2SC.PCl3D.SiCl42.下列分子的立體結(jié)構(gòu)，其中屬于直線型分子的是A.H2OB.CO2C.C2H2D.P43.若ABn型分子的中心原子A上沒(méi)有未用于形成共價(jià)鍵的孤對(duì)電子，運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型，下列說(shuō)法正確的A.若n=2，則分子的立體構(gòu)型為V形B.若n=3，則分子的立體構(gòu)型為三角錐形C.若n=4，則分子的立體構(gòu)型為正四面體形D.以上說(shuō)法都不正確1B、2BC、3C思考與交流1.CH4中C原子形成幾個(gè)共價(jià)鍵？分子空間構(gòu)型怎樣？2.寫(xiě)出基態(tài)C原子價(jià)電子的電子排布圖,并推測(cè)：CH4分子的C原子怎樣才能形成四個(gè)共價(jià)鍵？3.如果C原子就以１個(gè)2s軌道和3個(gè)2p軌道上的單電子，分別與四個(gè)Ｈ原子的1s軌道上的單電子重疊成鍵，所形成的四個(gè)共價(jià)鍵能否完全相同？這與CH4分子的實(shí)際情況是否吻合？2s2px2py2pz三、雜化軌道理論簡(jiǎn)介為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論，它的要點(diǎn)是：當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，碳原子的2s軌道和3個(gè)2p軌道會(huì)發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，得到4個(gè)相同的sp3雜化軌道，夾角109

28’,正四面體形。2s2pC的基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)正四面體形sp3雜化態(tài)激發(fā)雜化為了四個(gè)雜化軌道在空間盡可能遠(yuǎn)離，使軌道間的排斥最小，4個(gè)雜化軌道的伸展方向分別指向正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)。sp3雜化C原子由1個(gè)2s軌道和3個(gè)2p軌道混雜并重新組合成4個(gè)能量與形狀完全相同的軌道。由于每個(gè)軌道中都含有1/4的s軌道成分和3/4的p軌道成分，因此我們把這種軌道稱之為sp3雜化軌道。思考與交流通過(guò)以上的學(xué)習(xí)，以CH4為例，談?wù)勀銓?duì)“雜化”及“雜化軌道”的理解。1.C原子為什么要進(jìn)行“雜化”？2.什么是雜化？C原子是如何進(jìn)行“雜化”的？3.“雜化軌道”有哪些特點(diǎn)？109

28’四個(gè)H原子分別以1s軌道與C原子上的四個(gè)sp3雜化軌道相互重疊后，就形成了四個(gè)性質(zhì)、能量和鍵角都完全相同的s-sp3σ鍵，形成一個(gè)正四面體構(gòu)型的分子。在形成分子時(shí)，由于原子的相互影響，同一原子中的若干不同類型、能量相近的原子軌道混合起來(lái)，重新分配能量和調(diào)整空間方向組成數(shù)目相同、能量相等的新的原子軌道這種軌道重新組合的過(guò)程稱為原子軌道的“雜化”（混合平均化）1.雜化軌道概念(1)發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子。(2)參加雜化的各原子軌道能量要相近

(同一能級(jí)組或相近能級(jí)組的軌道，一般為s,p)。(3)雜化軌道的能量、形狀完全相同。(4)雜化前后原子軌道數(shù)目不變：參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目；(5)雜化后原子軌道方向改變，雜化軌道在成鍵時(shí)更有利于軌道間的重疊(可以理解為為什么會(huì)雜化)(6)雜化軌道在空間構(gòu)型上都具有一定的對(duì)稱性(以便減小化學(xué)鍵之間的排斥力)。(7)分子的構(gòu)型主要取決于原子軌道的雜化類型。2.雜化軌道理論的要點(diǎn)180°實(shí)驗(yàn)測(cè)得:兩個(gè)共價(jià)鍵，直線形分子（鍵角180°）

Cl—Be—ClBe原子價(jià)電子排布式：2s2

沒(méi)有未成對(duì)電子ClClBe探究1：BeCl2分子的形成一個(gè)2s和一個(gè)2p軌道雜化,形成sp雜化軌道1個(gè)s軌道與1個(gè)p軌道進(jìn)行的雜化,形成2個(gè)sp

雜化軌道。每個(gè)sp雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小；含有1/2s

軌道和1/2p

軌道的成分；為使軌道間的排斥最小，軌道間夾角為180

，呈直線型。sp雜化——BeCl2分子的形成ClClsppxpx規(guī)律：第ⅡA族、ⅡB族元素與第ⅦA族元素所形成的MX2型共價(jià)化合物，中心原子采取sp雜化。如BeBr2、HgCl2。實(shí)驗(yàn)測(cè)得，三個(gè)共價(jià)鍵，平面三角形分子(鍵角120

)。B原子價(jià)電子排布式：2s22p1，有一個(gè)未成對(duì)電子120

FFFB探究2：BF3分子的形成

1個(gè)2s軌道與2個(gè)2p軌道進(jìn)行的雜化,形成3個(gè)sp2雜化軌道。sp2雜化軌道的形成和空間取向示意圖1個(gè)s軌道與2個(gè)p軌道進(jìn)行的雜化,形成3個(gè)sp2雜化軌道。每個(gè)sp2雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，每?jī)蓚€(gè)軌道間的夾角為120

，呈平面三角形。規(guī)律：第ⅢA族元素與第ⅦA族元素所形成的MX3型共價(jià)化合物，中心原子采取sp2雜化。如BBr3。

sp3雜化：1個(gè)s軌道與3個(gè)p軌道進(jìn)行的雜化,形成4個(gè)sp3雜化軌道。每個(gè)sp3雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，含有1/4s

軌道和3/4p

軌道的成分，每?jī)蓚€(gè)軌道間的夾角為109

28’，正四面體形規(guī)律：第ⅣA族元素與第ⅠA族、ⅦA族元素所形成的MX4型共價(jià)化合物，中心原子采取sp3雜化。如CCl4、SiF4、CHCl3。探究3：sp3雜化——CH4分子的形成雜化類型spsp2sp3參與雜化的原子軌道

雜化軌道數(shù)

雜化軌道間夾角

空

間

構(gòu)

型

實(shí)

例

1個(gè)s+2個(gè)p1個(gè)s+1個(gè)p1個(gè)s+3個(gè)p2個(gè)sp雜化軌道3個(gè)sp2雜化軌道4個(gè)sp3雜化軌道180°120°109

28’直線形平面三角形正四面體形BeCl2

BF3

CH4

3.三種sp雜化軌道類型的比較用雜化軌道理論分析下列物質(zhì)的雜化類型、成鍵情況和分子的空間構(gòu)型。(1)CH2=CH2(2)CH≡CH提醒：雜化軌道只能用于形成σ鍵或容納孤對(duì)電子，剩余的未雜化p軌道還可形成∏鍵。應(yīng)用反饋乙炔的雜化乙烯的雜化雜化分析根據(jù)以下事實(shí)總結(jié)：如何判斷一個(gè)化合物的中心原子的雜化類型？C－Csp3sp2spC＝CC≡C注意：雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來(lái)容納孤對(duì)電子問(wèn)題探究4.中心原子雜化類型判斷的一般方法代表物價(jià)層電子對(duì)雜化軌道類型軌道數(shù)分子結(jié)構(gòu)CO20+2=2sp2直線形CH2O0+3=3sp23平面三角形SO21+2=3sp23V形CH40+4=4sp34正四面體形NH31+3=4sp34三角錐形H2O2+2=4sp34V形雜化軌道數(shù)=中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)(VP=BP+LP)雜化軌道數(shù)：4(sp3雜化)，3(sp2雜化)，2(sp雜化)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NH3C.BeCl2與BF3D.C2H2與C2H42.對(duì)SO2與CO2說(shuō)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(méi)有孤對(duì)電子D．SO2為V形結(jié)構(gòu)，CO2為直線形結(jié)構(gòu)3.下列微粒中心元素以sp3雜化的是A．ICl4-B．ClO4-C．BrF4+D．SF44.指出中心原子可能采用的雜化軌道類型，并預(yù)測(cè)分子的幾何構(gòu)型。(1)PCl3

(2)BCl3

(3)CS2

(4)C12O課堂練習(xí)BDB(1)概念：成鍵的兩個(gè)原子一方提供孤對(duì)電子，另一方提供空軌道而形成的共價(jià)鍵。(2)形成條件：一方提供孤對(duì)電子，一方提供空軌道注意：①是一種特殊的共價(jià)鍵。②具有飽和性和方向性。(3)配位鍵的表示方法A→BA.表示提供孤對(duì)電子的原子或分子(電子對(duì)給予體)B.表示接受電子對(duì)的原子、分子或離子(電子對(duì)接受體)四、配合物理論簡(jiǎn)介

1.配位鍵H2O

↓[H2O→Cu←OH2]2+

↑H2O練習(xí)：請(qǐng)你表示出NH4+的配位鍵？[H-O-H]+↓H中心離子(或原子)與配位體(某些分子或離子)以配位鍵的形式結(jié)合而成的化合物?；虬呀饘匐x子(或原子)與某些分子或離子(稱為配體)以配位鍵結(jié)合形成的化合物。注：金屬離子(或原子)一方有空軌道；接受孤對(duì)電子；中性分子或者陰離子一方提供孤對(duì)電子。如：[Cu(H2O)4]2＋中存在配位鍵。2.配位化合物(配合物)練習(xí)：下列不屬于配合物的是A.[Cu(H2O)4]SO4·H2OB.[Ag(NH3)2]OHC.Na2CO3·10H2OD.Na[Al(OH)4]E.NH4ClF.CuSO4·5H2OC、EH2O

↓[H2O→Cu←OH2]2+

↑H2O[Cu(NH3)4]

SO4中心原子配位體配位數(shù)內(nèi)界外界配離子3.配合物的組成能提供空軌道接受孤對(duì)電子的原子主要是一些過(guò)渡金屬，如鐵、鈷、鎳、銅、銀、金、鉑等金屬元素的陽(yáng)離子；具有高氧化數(shù)的非金屬元素，硼，硅、磷等，如:Na[BF4]中的B(Ⅲ)、K2[SiF6]中的Si(Ⅳ)和NH4[PF6]中的P(V)；不帶電荷的中性原子，如[Ni(CO)4],[Fe(CO)5]中的Ni,Fe都是中性原子。常見(jiàn)的中心離子——過(guò)渡金屬原子或離子

(1)中心離子或原子(也稱形成體)

(2)配體配體—提供孤對(duì)電子的分子或離子。配位原子—配體中直接同中心原子配位的原子。例：[Cu(NH3)4]SO4中，NH3是配體，N為配位原子。常見(jiàn)的配位體———H2O、NH3、X-、CO、CN-、SCN-

練習(xí)題:有Fe2+、Cu2+、Zn2+、Ag+、H2O、NH3、CH4、Cl-、CO、CN-、CO2微?？梢宰鳛橹行碾x子的是可以作為配體的是Fe2+、Cu2+、Zn2+、Ag+H2O、NH3、

Cl-、CO、CN-配體直接與中心原子(離子)結(jié)合的離子或分子的個(gè)數(shù)，即形成的配位鍵的數(shù)目。例：[AlF6]3-

配位數(shù)6、[Cu(NH3)4]SO4

配位數(shù)4、規(guī)律：中心離子的電荷高，對(duì)配位體的吸引力較強(qiáng)，有利于形成配位數(shù)較高的配合物。