化学奥赛—分子结构(2)

高一化学奥赛辅导奎屯市第一高级中学史彩清物质结构原子结构分子结构和化学键晶体结构离子键共价键理论金属键价键理论（电子配对法VB)杂化轨道理论价层电子对互斥理论（VSEPR)分子轨道理论分子结构和化学键离子键理论共价键理论价键理论（电子配对法)杂化轨道理论价层电子对互斥理论（VSEPR)金属键理论1.离子键的形成：与元素的电负性差有关。两元素的电负性差x判断键的性质2.离子键的特点：既无方向性，也无饱和性离子化合物是由正负离子通过离子键相互交替连结而成的晶体结构。离子键NaCl的晶胞结构3.离子键的强弱离子键的本质是库仑静电作用力f=q+q-/R2q+、q-为离子所带电荷,R为离子间距离。１mol气体阳离子和气态阴离子结合生成１mol固态离子化合物所放出的能量称为晶格能离子电荷越大，离子半径越小，则晶格能越大,离子键越强,离子化合物的熔沸点、硬度越高晶格能（Ｕ）价键理论(电子配对法，VB)1、理论要点：设原子A、B各有一未成对电子且自旋相反，则可以互相配对构成共价单键；如A有2个未成对电子，B有一个，那么二者形成AB2分子。共价键的特点饱和性：由于原子轨道上单电子的数目是一定的，所以能形成的共价键的数目也是一定的Cl——ClHOHHCl饱和性方向性各原子轨道在空间分布方向是固定的，共用电子对在两核间几率密度最大，为了满足轨道的最大程度重叠，原子间成的共价键，当然要具有方向性。+++1sz+3pzzCl的3p和H的1s轨道重叠，只有沿着键轴重叠，才能保证最大程度的重叠，形成化学键方向性两个原子间形成共价键时往往只能沿着一定的方向结合。Cl2分子中成键的原子轨道，也要保持对称性和最大程度的重叠。只有沿着z轴重叠，才能保证最大程度的重叠。pzzpz++z++共价键的类型:正常共价键:由成键原子双方各提供一个电子所形成的键H:HH:Cl配位共价键:由成键原子中的一方单独各提供一对电子所形成的键NH4+共价键类型成键的两个原子核间的连线称为键轴。按成键轨道与键轴之间的关系，共价键的键型主要分为两种。σ键：原子轨道沿核间联线方向进行同号重叠(头碰头)，电子云顺着原子核的连线重叠，得到轴对称的电子云图象。π键：两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重叠(肩并肩)。电子云重叠后得到的电子云图象呈镜像对称。1.s键:电子云顺着原子核的连线重叠，得到轴对称（头碰头）的电子云图象，这种共价键叫做s键.共价键的形成过程：s键头对头键肩并肩键：电子云重叠后得到的电子云图象呈镜像对称（肩并肩）键：肩并肩方式重叠p-p键N:2s22p32px12py12pz1共价单键，通常总是s键；共价双键，一个s键，一个键；共价叁键，一个s键，和两个键。键重叠较小，键强度弱，在反应中容易断裂，因此较活泼．上述s键和键只是共价键中最简单的模型，此外还存在十分多样的共价键类型，如苯环的p-p大键等。实验测得CCl4、CH4等的立体构型为正四面体（tetrahedral），H2O的键角不是９０°甲烷杂化轨道理论1931年鲍林提出杂化轨道理论，成功地解释了许多分子的空间构型。①成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可以重组成等数目的能量完全相同的新的原子轨道（杂化轨道）②在原子形成分子的过程中，存在着激发、杂化、轨道重叠成键几个过程1、杂化轨道理论要点激发s2p2的形成4CHp2s2杂化3spsp3sp3杂化sp3杂化轨道说明：a.杂化轨道数目＝参与杂化的原子轨道数目b.轨道能量相近（２s和２p），可以杂化；能量相差较大（１s和2p），不能杂化c.杂化轨道有方向：为使杂化轨道间斥力最小，各杂化轨道采取空间对称的方式尽可能远离成键2.杂化轨道的类型sp杂化轨道：1个s轨道和1个p轨道杂化，杂化后得到呈直线分布的2个轨道。sp2杂化轨道：1个s轨道和2个p轨道杂化，杂化后得到平面三角形分布的3个轨道，sp3杂化轨道：1个s轨道和3个p轨道杂化，杂化后得到正四面体分布的4个轨道，sp杂化轨道:BeF2的立体结构为线性激发杂化sp2杂化轨道1个s轨道和2个p轨道杂化，杂化后得到平面三角形分布的3个轨道.sp2杂化轨道BF35B2s22p1sp2sp2杂化(H2C=CH2)以sp2杂化轨道构建s-轨道的中心原子必有一个垂直于sp2s-骨架的未参与杂化的p轨道.如果这个轨道跟邻近原子上的平行p轨道重叠，并填入电子，就会形成键。如，乙烯H2C=CH27N1s22s22p3sp3sp3杂化8O1s22s22p4H2Osp33NH'18107HNHο杂化3sp不等性sp3杂化OH2'ο30104HOH2ps2杂化3sp2ps23spsp3d杂化:PCl5sp3d2杂化:SF6octahedralsp3d杂化sp3d2杂化键角？杂化轨道与分子形状(Hybridizationandmolecularshape)电子对构型原子轨道数目中心原子杂化方式杂化轨道数线形2sp2三角平面3sp23四面体4sp34三角双锥5sp3d5八面体6sp3d26杂化轨道理论在解释分子空间构型上比较成功，但有时不能预测分子的具体形状1940年由Sidywick提出20世纪60年代由R.J.Gillespie发展。VSEPR(Valence-shellelectron-pairrepulsion)这虽然是一个定性的理论，但对判断分子构型很有用。价电子对互斥理论（VSEPR）价层电子互斥模型（VSEPR）实验证实，属于同一通式的分子或离子,其结构可能相似，也可能完全不同。如：H2S和H2O属同一通式H2A，结构很相似，都是角型分子，仅夹角度数稍有差别，而CO32-离子和SO32-离子属同一通式AO32-,结构却不同，前者是平面三角型,后者是立体的三角锥型。H2OH2SCO32-SO32-理论要点：对AYz型分子或离子，中心原子A价层电子对（包括成键电子对和孤对电子）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。A表示中心原子,Y表示配位原子。价电子对数=成键电子对数（s键）+孤对电子对数价层电子对数目：2，3，4电子对数目：5，6价电子对的数目决定了一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布(与分子立体构型不同)：23456直线形平面三角形正四面体三角双锥体正八面体判断共价分子结构的步骤（a）确定中心原子价层电子对数（b）确定成键电子对数、孤对电子对数（b）画出结构示意图,确定理想构型（d）确定排斥力最小的稳定结构1.确定价电子对数确定中心原子的价电子对数：价电子对数=中心原子价电子数和配体提供的电子数2注(1)卤素作为中心原子，提供7个电子；卤素作为配位原子，提供1个电子(2)氧族作为中心原子，提供6个电子氧族作为配体，认为不提供共用电子；(3)对于离子，中心原子的价电子数应相应加上或减去相应电子数；(4).价电子对数如是小数（0.5),则进为整数如：求下列微粒的价电子对数SO2NO2ClF3PO43-２.确定成键电子对数和孤对电子对数成键电子对数：分子式AYz中的z孤对电子对数＝价层电子对数－成键电子对数３．画出结构示意图：在中心原子周围排布配位原子，每一对电子联结一个配位原子，剩下的电子对即为孤对电子对４．确定排斥力最小的稳定结构应用举例第一组：CH4,NH3,H2O(sp3杂化）价电子对构型：四面体分子构型：正四面体，三角锥，V型第二组：PCl5,ClF3,I3－---书P.206价电子对构型：八面体分子构型：三角双锥，T型，直线型确定分子构型①考虑孤电子对、成键电子对的影响②考虑重键的影响③考虑电负性对键角大小的影响ClF3的三种结构中，哪种是最稳定的？孤电子对(lp)比成键电子对(bp)肥大，所以电子对间排斥力：lp-lplp-bpbp-bp确定分子结构----孤电子对对分子构型的影响ClF3：Cl周围有5对电子，中心原子的价层电子对排布为三角双锥，分子的空间构性可能有三种，试预测其分子几何构型：II型I型III型方向角90度作用对数目筛选结果(I)(II)(III)l-l010(I)(III)l-b6不再考虑4(III)b-b不再考虑SF4属AX4E1=AY5,其VSEPR理想模型为三角双锥体，排除孤对电子的分子立体结构由于孤对电子的位置不同有两种可能的模型:哪一种结构更合理呢？I型II型方向角90度作用对数目筛选结果(I)(II)l-l00(I)(II)l-b32(II)b-b不再考虑确定分子结构----考虑重键的影响如果分子中有重键(双键,叁键)，在中心原子周围占有较大的空间，因而对附近的其他电子对有较大的排斥作用。因此，虽然重键或π键不会改变分子的基本形状，但对键角也会有一定的影响。重键排斥作用的大小顺序为：三重键＞双键＞单键例：Ｃ２Ｈ４分子C=OClCl'21124o'18111o中心原子和键合原子的电负性相对大小，也会影响分子几何构型（键角大小）。a.中心原子的电负性增大时，键角将增大。如：H2O(104.5°)H2S(92°)b.配体的电负性增大时，吸引价电子能力强，价电子离中心原子较远，键角减小PCl3PBr3PI3键角：100.1101.5102确定分子构型---电负性对键角大小的影响价层电子对总数与杂化轨道之间的关系价层电子对数=杂化轨道数价层电子对构型=杂化轨道构型价层电子互斥模型（VSEPR）实验证实，属于同一通式的分子或离子,其结构可能相似，也可能完全不同。如：H2S和H2O属同一通式H2A，结构很相似，都是角型分子，仅夹角度数稍有差别，而CO32-离子和SO32-离子属同一通式AO32-,结构却不同，前者是平面三角型,后者是立体的三角锥型。H2OH2SCO32-SO32-分子间作用力分子间作用力和氢键干冰及其微观结构分子间力一、分子间作用力（范德华力）分子间作用力：把分子聚集在一起的作用力，不是化学键，比化学键弱得多。分子间作用力和物质的聚集状态干冰气化碘升华克服分子间作用力共价单质或化合物在三态变化时，其化学键一般不被破坏，但强电解质溶与水时，化学键被破坏（HCl,H2SO4)分子间作用力对物质熔沸点的影响对组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，则分子间作用力越大，熔沸点越高I2Br2Cl2F2HIHBrHCl分子间力色散力、取向力和诱导力(自学）非极性分子色散力_++__++极性分子取向作用取向力极性分子非极性分子极性分子诱导产生诱导偶极诱导力_+产生瞬时偶极+_+_+_+_+++_+_+__(NH3,H2O,HF)氢键的形成分析：当氢原子与电负性很大、半径很小的原子X(X=F,N,O)以共价键结合时，共用电子对偏向于X原子，氢原子几乎成为一个裸露的质子，这个裸露的质子能与另一个分子中电负性很强的原子Y（有孤对电子）相吸引，形成氢键Ｘ－ＨＹ氢键不是化学键形成氢键的条件：①有一个与电负性很大的原子X形成共价键的氢原子；②有另一个电负性很大并且有孤对电子的原子YＸ－ＨＹ，Ｘ－Ｈ是极性很大的共价键，Ｘ、Ｙ是电负性很强的原子。氢键的性质（1）氢键的强弱:a.范德华力氢键共价键b.元素的电负性越大，形成的氢键越强F—H···FO—H···OO—H···NN—H···NO—H···ClO—H···S（2）氢键有方向性和饱和性；饱和性：由于氢原子特别小而原子X和Y比较大，所以X—H中的氢原子只能和一个Y原子结合形成氢键。同时由于负离子之间的相互排斥，另一个电负性大的原子就难于再接近氢子。一般情况下，一个氢原子只能和一个原子形成氢键。方向性：在直线方向两个带负电原子间的夹角最大，所以氢键总是尽可能的趋近于180°，以使得排斥力最小。氢键的种类分子间氢键分子内氢键氢键的种类：分子间氢键分子内氢键水杨醛氢键对化合物性质的影响（1）对沸点和熔点的影响：分子间氢键使物质的熔点和沸点升高；分子内氢键一般使化合物的熔点和沸点降低氢键共价键影响密度冰的晶体结构：(小球代表氢原子,大球代表氧原子,实线代表H—O键，虚线