高中化学选修3(第二章第二节).ppt

第二节分子的立体构型共价键σ键π键键参数键能键长键角衡量化学键的稳定性描述分子的立体结构的重要因素成键方式“头碰头”,呈轴对称成键方式“肩并肩”,呈镜像对称分子的立体结构活动：1、利用几何知识分析一下，空间分布的两个点是否一定在同一直线？迁移:两个原子构成的分子，将这2个原子看成两个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？O2HCl活动：2、利用几何知识分析一下，空间分布的三个点是否一定在同一直线上？迁移：三个原子构成的分子，将这3个原子看成三个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？在多原子构成的分子中，由于原子间排列的空间顺序不一样，使得分子有不同的结构，这就是所谓的分子的立体构型。一.形形色色的分子H2OCO21、三原子分子立体结构（有直线形和V形）直线形180°V形105°2、四原子分子立体结构（常见的是平面三角形、三角锥形）HCHONH3平面三角形120°三角锥形107°3、五原子分子立体结构（最常见的是正四面体）CH4正四面体4、其它P4正四面体60°C2H2直线形180°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？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？二．价层互斥理论（VSEPR）1.内容对ABn型的分子或离子，中心原子A价层电子对（包括成键σ键电子对和未成键的孤对电子对）之间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型，以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低,最稳定。σ键电子对和孤对电子对排斥力最小剖析内容对ABn型的分子或离子，中心原子A价层电子对（包括成键σ键电子对和未成键的孤对电子对）之间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型，以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低,最稳定。排斥力最小A3.价电子对的空间构型(VSEPR模型)电子对数目：234VSEPR模型：直线平面三角形正四面体中心原子上的孤电子对数=½（a-xb)δ键电子对数a:对于原子：为中心原子的最外层电子数(对于阳离子：a为中心原子的最外层电子数减去离子的电荷数；对于阴离子：a为中心原子的最外层电子数加上离子的电荷数）x为与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(H为1，其他原子为“8-该原子的最外层电子数）=δ键个数+中心原子上的孤对电子对个数价层电子对数=与中心原子结合的原子数分子或离子中心原子axb中心原子上的孤电子对数H2OOSO2SNH4+NCO32-C615-1=404+2=60224132孤电子对的计算6212=½（a-xb)2.价层电子对（σ键电子对和未成键的孤对电子对）代表物电子式中心原子结合原子数σ键电子对孤对电子对价层电子对数H2ONH3CO2CH4:::HOH::::HNH:H:::HCH:HHOCO::::::::2342224314404202价层电子对互斥模型1、中心原子上无孤对电子的分子：VSEPR模型就是其分子的立体结构，如CO2、CH2O、CH4等分子中的碳原子，它们的立体结构可用中心原子周围的原子数n来预测，概括如下：ABn立体结构范例n=2直线形CO2、CS2n=3平面三角形CH2O、BF3n=4正四面体形CH4、CCl42.中心原子上存在孤对电子的分子：先由价层电子对数得出含有孤对电子的价层电子对互斥模型，然后略去孤对电子在价层电子对互斥模型占有的空间，剩下的就是分子的立体结构。分子的VSEPR模型分子立体构型分子或离子σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型及名称分子的立体构型及名称CO2CO32-SO24.VSEPR模型应用——预测分子立体构型232001COOCOOOSOO直线形直线形平面三角形平面三角形V形平面三角形中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间，并与成键电子对互相排斥。推测分子的立体模型必须略去VSEPR模型中的孤电子对分子或离子σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型及名称分子的立体构型及名称CH4NH3H2O432012CHHHHNHHHOHH正四面体正四面体正四面体三角锥形正四面体V形应用反馈化学式中心原子孤对电子数σ键电子对数VSEPR模型H2SBF3NH2-2023空间构型V形平面三角形V形22平面三角形四面体四面体ABn型分子的VSEPR模型和立体结构VSEPR模型成键电子对数孤对电子对数分子类型电子对的排布模型立体结构实例23平面三角形20AB2直线形CO230AB321AB2价层电子对数平面三角形BF3V形SO2直线形价层电子对数VSEPR模型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模型4四面体40AB431AB322AB2正四面体CH4三角锥形NH3V形H2O1.若ABn型分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模型，下列说法正确的（）A.若n=2，则分子的立体构型为V形B.若n=3，则分子的立体构型为三角锥形C.若n=4，则分子的立体构型为正四面体形D.以上说法都不正确C2.用价层电子对互斥模型判断SO3的分子构型＿＿＿A、正四面体形B、V形C、三角锥形D、平面三角形D课堂练习：1、多原子分子的立体结构有多种，三原子分子的立体结构有＿＿＿形和形，大多数四原子分子采取形和＿＿＿形两种立体结构，五原子分子的立体结构中最常见的是形。2、下列分子或离子中，不含有孤对电子的是＿＿＿A、H2O、B、H3O+、C、NH3、D、NH4+3、下列分子①BCl3、②CCl4、③H2S、④CS2中,其键角由小到大的顺序为＿＿＿4、以下分子或离子的结构为正四面体，且键角为109°28′的是＿＿＿＿①CH4②NH4+③CH3Cl④P4⑤SO42-A、①②③B、①②④C、①②⑤D、①④⑤直线V平面三角三角锥③②①④DC正四面体第二节分子的立体构型第二课时——杂化理论活动：请根据价层电子对互斥理论分析CH4的立体构型1.写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2？C原子轨道排布图1s22s22p2H原子轨道排布图1s1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CC为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论激发s2p2p2s2杂化3spsp3C：2s22p2由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道。为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型?四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的S-SP3σ键，从而构成一个正四面体构型的分子。主族元素的ns、np轨道1.概念：在形成分子时，在外界条件影响下若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。2.要点：（1）参与参加杂化的各原子轨道能量要相近（同一能级组或相近能级组的轨道）；（2）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠；三.杂化轨道理论sp杂化轨道的形成过程xyzxyzzxyzxyz180°每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2s轨道和1/2p轨道的成分两个轨道间的夹角为180°，呈直线型sp杂化：1个s轨道与1个p轨道进行的杂化,形成2个sp杂化轨道。可形成2σ键。剩下的两个未参与杂化的p轨道用于形成π键。180°ClClBe例如：Sp杂化——BeCl2分子的形成Be原子：1s22s2没有单个电子，激发s2p2p2s2spsp杂化ClClsppxpxC原子在形成乙炔分子时发生sp杂化，两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成σ键。各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个σ键，两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成π键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。乙炔的成键价层电子对数为2的中心原子采用sp杂化方式sp2杂化轨道的形成过程xyzxyzzxyzxyz120°每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/3s轨道和2/3p轨道的成分每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形sp2杂化：1个s轨道与2个p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。FFFB例如：Sp2杂化——BF3分子的形成B：1s22s22p1没有3个成单电子激发s2p2p2s2sp2sp2杂化②sp2杂化基态激发态以C原子为例1个s轨道和2个p轨道杂化形成3个sp2杂化轨道平面三角形键角120°激发2s2pC杂化2s2psp22pC杂化+-+-+-剩下的一个未参与杂化的p轨道用于形成π键3个sp2杂化轨道可形成3个σ键碳形成3个价层电子对数。C原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与2个2p轨道发生杂化，形成3个sp2杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原子的1s轨道形成2个相同的σ键，各自剩余的1个sp2杂化轨道相互形成一个σ键，各自没有杂化的l个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成π键。所以，在乙烯分子中双键由一个σ键和一个π键构成。大π键C6H6C6H6的大π键价层电子对数为3的中心原子采用sp2杂化方式sp3杂化轨道的形成过程xyzxyzzxyzxyz109°28′sp3杂化：1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3杂化轨道。每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/4s轨道和3/4p轨道的成分每两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体型价层电子对数为4的中心原子采用sp3杂化方式•如：CH4H2ONH3NH4+SiCl4例如：Sp3杂化——CH4分子的形成激发s2p2p2s2杂化3spsp3C：2s22p23.杂化轨道分类：激发s2p2p2s2杂化3spsp3CH4原子轨道杂化等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。杂化轨道每个轨道的成分轨道间夹角(键角)sp1/2s，1/2p180°sp21/3s，2/3p120°sp31/4s，3/4p109°28′H2O原子轨道杂化O原子：2s22p4有2个单电子，可形成2个共价键，键角应当是90°，Why?2s2p2对孤对电子杂化不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分上的不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对排斥力：孤电子对-孤电子对孤电子对-成键电子对成键电子对-成键电子对4.杂化类型判断：因为杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳孤电子对，故有小结：杂化类型的判断方法：先确定分子或离子的VSEPR模型，然后就可以比较方便地确定中心原子的杂化轨道类型。=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数杂化轨道数=中心原子价层电子对数价层电子对数为4的中心原子采用sp3杂化方式价层电子对数为3的中心原子采用sp2杂化方式价层电子对数为2的中心原子采用sp杂化方式价层电子对数VSEPR模型名称中心原子杂化类型典型例子中心原子杂化方式判断2直线形spBeCl2CO23平面三角形sp2SO3C6H64四面体形sp3SO42-CCl4H2ONH3P41思考与交流：确定BF3、H3O+HCN中心原子的杂化轨道类型对有机物中C的杂化情况单键sp3杂化双键（苯）sp2杂化三键sp杂化4.杂化类型判断：A的价电子对数234A的杂化轨道数杂化类型A的价电子空间构型A的杂化轨道空间构型ABm型分子或离子空间构型对于ABm型分子或离子，其中心原子A的杂化轨道数恰好与A的价电子对数相等。234spsp2sp3直线型平面三角形正四面体直线型平面三角形正四面体直线型平面三角形或V形正四面体三角锥形或V形例1：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填