杂化轨道理论+分子极性

1、 共 价 键 的 形 成 条 件 ?2、 共 价 键 的 成 键 特 征 是 什 么 ？ 按 照 共 价 键 的 成 键 过 程 中 ,一 个 原 子 有 几 个 未 成 对 电子 ,通 常 只 能 和 几 个 自 旋 相 反 的 电 子 形 成 共 价 键 ,所 以在 共 价 分 子 中 ,每 个 原 子 形 成 共 价 键 的 数 目 是 一 定 ,这就 是 共 价 键 的 “ 饱 和 性 ” .如 H F而 不 是 H 2F。CC原 子 的 电 子 排 布 式 是 1s22s22p2,从 轨 道 表 示 式 看 出 只 有 两 个 未 成 对 电 子 ,只 能形 成 两 个 共 价 键 ,但 甲 烷 CH4分 子 中 形 成 四 个 共 价键 ,且 键 角 是 109.50,怎 么 解 释 ?为 解 决 这 一 矛 盾 ,鲍 林 提 出 了 杂 化 轨 道 理 论 . 原 子 在 形 成 分 子 时 ,为 了 增 强 成 键 能 力 ,使 分 子 的稳 定 性 增 加 ,趋 向 于 将 不 同 类 型 的 原 子 轨 道 重 新组 合 成 能 量 、 形 状 和 方 向 与 原 来 不 同 的 新 原 子 轨道 ;这 种 重 新 组 合 称 为 杂 化 ;杂 化 后 的 原 子 轨 道 称为 杂 化 轨 道 . 一 .杂 化 轨 道 理 论 简 介注 意 点(1)只 有 能 量 相 近 的 轨 道 才 能 相 互 杂 化 。(2)形 成 的 杂 化 轨 道 数 目 等 于 参 加 杂 化 的 原 子 轨 道 数 目 。(3)杂 化 轨 道 成 键 能 力 大 于 原 来 的 原 子 轨 道 -因 为 杂 化轨 道 的 形 状 变 成 一 头 大 一 头 小 了 ,用 大 的 一 头 与 其 他 原子 的 轨 道 重 叠 ,重 叠 部 分 显 然 会 增 大 。 1. sp3 杂 化原 子 形 成 分 子 时 ,同 一 原 子 中 能 量 相 近 的 一 个 ns轨 道 与 三 个np轨 道 进 行 混 合 组 成 四 个 新 的 原 子 轨 道 称 为 sp3 杂 化 轨 道 . 2s 2pC的 基 态 2s 2p激 发 态 正 四 面 体 形sp3 杂 化 态CH H HH 109 28激 发当 碳 原 子 与 4个 氢 原 子 形 成 甲 烷 分 子 时 ,碳 原 子 的 2s轨道 和 3个 2p轨 道 这 4个 轨 道 会 发 生 混 杂 ,混 杂 时 保 持 轨道 总 数 不 变 ,得 到 4个 能 量 相 等 、 成 分 相 同 的 sp3杂 化轨 道 ,夹 角 109 28 , 如 下 图 所 示 ： sp2杂 化 :三 个 夹 角 为 120 的 平 面 三 角 形 杂 化 轨 道 。2. sp2 杂 化同 一 个 原 子 的 一 个 ns轨 道 与 两 个 np轨 道 进 行 杂 化 组 合为 sp2杂 化 轨 道 . x y z x y z x y z x y z 120 2s 2pB的 基 态 2p2s 激 发 态 正 三 角 形sp2 杂 化 态BF3分 子 形 成 BF F F激 发 120用 杂 化 轨 道 理 论 分 析 乙 烯 分 子 的 成 键 情 况sp2杂 化 的 C sp2杂 化 的 C 相 互 靠 拢 分 子 中 2个 平 行 形 成 s-骨 架 的 p轨 道 形 成 p 键 碳 的 sp2杂 化 轨 道 同 一 原 子 中 ns-np 杂 化 成 新 轨 道 ： 一 个 s 轨 道和 一 个 p 轨 道 杂 化 组 合 成 两 个 新 的 sp 杂 化 轨 道 。3. sp 杂 化 夹 角 为 180 的 直 线 形 杂 化 轨 道 x y z x y z x y z x y z 180 BeCl2分 子 形 成激 发2s 2pBe基 态 2s 2p激 发 态 杂 化 直 线 形sp杂 化 态键 合 直 线 形化 合 态Cl Be Cl180 请 用 杂 化 轨 道 理 论 分 析 乙 炔 的 成 键 情 况乙 炔 碳 的 sp杂 化 轨 道 请 用 杂 化 轨 道 理 论 分 析 苯 分 子 的 成 键 情 况苯 杂 化 轨 道 理 论 很 好 的 解 释 了 苯 的 结 构 与 性 质 的 特 殊 性大 键 使 得 苯 分 子 的 结 构 非 常 稳 定 ,能 量 很 低 。 p1.苯 分 子 中 ,既 不 存 在 碳 碳 单 键 ,也 不 存 在 碳 碳 双 键 。 而 是六 条 碳 碳 键 完 全 相 同 ,介 于 碳 碳 单 键 和 碳 碳 双 键 之 间 。 p p2.苯 分 子 在 发 生 化 学 反 应 时 ， 不 破 坏 大 键 的 取代 反 应 相 对 容 易 ； 而 需 要 破 坏 大 键 的 加 成 反应 和 氧 化 反 应 则 困 难 的 多 。 基 态 N的 最 外 层 电 子 构 型 为 2s22p3， 在 H影 响下 ， N 的 一 个 2s轨 道 和 三 个 2p 轨 道 进 行 sp3 不 等 性杂 化 ， 形 成 四 个 sp3 杂 化 轨 道 。 其 中 三 个 sp3杂 化 轨道 中 各 有 一 个 未 成 对 电 子 ， 另 一 个 sp3 杂 化 轨 道 被孤 对 电 子 所 占 据 。 N 用 三 个 各 含 一 个 未 成 对 电 子的 sp3 杂 化 轨 道 分 别 与 三 个 H 的 1s 轨 道 重 叠 ， 形 成三 个 键 。 由 于 孤 对 电 子 的 电 子 云 密 集 在 N 的周 围 ， 对 三 个 键 的 电 子 云 有 比 较 大 的 排 斥 作用 ， 使 键 之 间 的 键 角 被 压 缩 到 ， 因 此NH 3 的 空 间 构 型 为 三 角 锥 形 。 10718N H-N H- N H- 基 态 O 的 最 外 层 电 子 构 型 为 2s22p4， 在 H 的影 响 下 ， O 采 用 sp3 不 等 性 杂 化 ， 形 成 四 个 sp3 杂化 轨 道 ， 其 中 两 个 杂 化 轨 道 中 各 有 一 个 未 成 对 电子 ， 另 外 两 个 杂 化 轨 道 分 别 被 两 对 孤 对 电 子 所 占据 。 O 用 两 个 各 含 有 一 个 未 成 对 电 子 的 sp3杂 化 轨道 分 别 与 两 个 H 的 1s 轨 道 重 叠 ， 形 成 两 个 键 。 由 于 O的 两 对 孤 对 电 子 对 两 个 键 的 成 键电 子 有 更 大 的 排 斥 作 用 ， 使 键 之 间 的 键 角 被压 缩 到 ， 因 此 H2O 的 空 间 构 型 为 角 型 。 104 45 O H-O H- O H- 杂 化 类 型 sp sp2 sp3杂 化 轨 道 排布 直 线形 三 角形 四 面 体杂 化 轨 道 中孤 对 电 子 数 分 子 空 间 构型 直 线形 三 角形 正 四 面体 三 角 锥形 角 形 实 例 BeCl2 BF3 CCl4 NH3 H2O键 角 180 120 10718 104 45109 280 0 0 1 2 几 种 常 见 的 杂 化 轨 道 类 型 共 价 分 子 的 几 何 外 形 取 决 于 分 子 价 层 电 子 对数 目 和 类 型 。 分 子 的 价 电 子 对 （ 包 括 成 键 电 子 对和 孤 电 子 对 ） 由 于 相 互 排 斥 作 用 ,而 趋 向 尽 可 能远 离 以 减 小 斥 力 而 采 取 对 称 的 空 间 构 型 。1、 价 层 电 子 对 互 斥 理 论二 、 确 定 分 子 空 间 构 型 的 简 易 方 法 ：各 种 电 子 对 的 斥 力 大 小 :孤 对 -孤 对 电 子 孤对 -成 键 电 子 成 键 -成 键 电 子 成 键 -单 电 子如 何 确 定 价 层 电 子 对 数 ？ 推 断 分 子 或 离 子 的 空 间 构 型 的 具 体 步 骤 ：以 AXm为 例 (A中 心 原 子 ,X配 位 原 子 ) ：1.先 确 定 中 心 原 子 的 价 层 电 子 对 数 n，原 则 ： A的 价 电 子 数 =主 族 序 数 ； 配 体 X： H和 卤 素 每 个 原 子 各 提 供 一 个 价 电 子 , 规 定 氧 与 硫 不 提 供 价 电 子 ； 正 离 子 应 减 去 电 荷 数 ,负 离 子 应 加 上 电 荷 数 。 例 ： B:3， C:4， N:5， O:6， X:7， 稀 有 气 体 :8例 如 ： SO 42- : n=(6+0+2)/2=42 m 电 子 数每 个 配 位 原 子 提 供 的 价中 心 原 子 的 价 电 子 数n 2.确 定 电 子 对 的 空 间 构 型 ：n=2 直 线 形n=3 平 面 三 角 形n=4 四 面 体价 层 电 子 对 数 2 3 4 5 6电 子 对 排 布 方式 直 线 形 平 面 三 角 形 正 四 面体 三 角 双锥 八 面 体 3.确 定 中 心 原 子 的 孤 对 电 子 对 数 ， 推 断 分子 的 空 间 构 型 。(1) 孤 对 电 子 =0: 分 子 的 空 间 构 型 =电 子 对 的 空 间 构 型 2BeH n= (2+2)=2 直 线 形213BF n= (3+3)=3 平 面 三 角 形214CH n= (4+4)=4 四 面 体21例 如 ： (2)孤 对 电 子 0 ： 分 子 的 空 间 构 型 不 同 于 电子 对 的 空 间 构 型 。34 11 2 SnCl2平 面 三 角 形 V形 NH 3四 面 体 三 角 锥 H 2O四 面 体 V形n 孤 对电 子 电 子 对 的空 间 构 型 分 子 的空 间 构 型 例各 种 电 子 对 的 斥 力 大 小 :孤 对 -孤 对 电 子 孤对 -成 键 电 子 成 键 -成 键 电 子 成 键 -单 电 子 （ 3） 判 断 共 价 分 子 结 构 的 实 例利 用 价 层 电 子 对 互 斥 理 论 判 断 下 列 分 子 和 离 子 的 几 何构 型 ;要 求 写 出 价 层 电 子 总 数 、 对 数 、 电 子 对 构 型 和 分子 构 型 . AlCl3 H2S SO32- NH4+ NO2 解 :电 子 对 对 数电 子 对 构 型 3 4 4 4 3 三 角 形 正 四 面 体 正 四 面 体 正 四 面 体 三 角 形 分 子 构 型 三 角 形 V字 构 型 三 角 锥 正 四 面 体 V字 形 AlCl ClCl SO O O NH H HH N OOSH H孤 电 子 对 对 数 0 2 4 4 1 练 习分 子 CO2 BeH2 BF3 CH4 H2O NH3价 电 子对 数价 电 子对 排 布有 无 孤对 电 子分 子 空间 结 构 2 2 3 4 4 4直 线 形直 线 形 平 面 三角 形平 面 三角 形 正 四 面 体无 有正 四面 体 三 角锥 形V形 分 子 中 心 原 子的 价 电 子对 数 电 子 对 的 空间 排 布 中 心 原 子的 杂 化 轨道 类 型 中 心 原子 孤 对电 子 对 分 子 的 空 间构 型SiCl4CS2BF3PCl3OF 2SO2 423443 正 四 面 体 SP3直 线 SPSP3SP2SP3SP2平 面 三 角 形正 四 面 体正 四 面 体平 面 三 角 形 0 正 四 面 体直 线02 平 面 三 角 形011 三 角 锥V形V形 1、 非 极 性 键 和 极 性 键实 例 F2 HF特 征 组 成 原 子 吸 引 电 子 对 能 力 共 用 电 子 对 位 置 成 键 原 子 电 性 结 论 (键 的 性 质 ) 同 种 原 子 相 同 不 偏 向 任 何一 个 原 子 不 显 电 性 A:A 非 极 性 键 不 同 种 原 子 不 同 偏 向 吸 引 电 子能 力 强 的 原 子显 电 性 A:B 极 性 键 三 、 分 子 的 极 性 类 别 非 极 性 分 子 极 性 分 子定 义 共 用 电 子 对 分 子 空 间 构 型 实 例 2、 极 性 分 子 和 非 极 性 分 子 正 电 荷 重 心 和 负 电 荷重 心 相 重 合 的 分 子 不 相 重 合 的 分 子不 偏 移 或 对 称 分 布 偏 移 或 不 对 称 分 布 对 称 不 对 称 H 2,Cl2,CO2,CS2 H Cl,H 2O,NH 3 3、 分 子 极 性 的 判 断 方 法1.双 原 子 分 子取 决 于 成 键 原 子 之 间 的 共 价 键 是 否 有 极 性2.多 原 子 分 子取 决 于 分 子 的 空 间 构 型 和 共 价 键 的 极 性-分 子 的 极 性 由 共 价 键 的 极 性 及 分子 的 空 间 构 型 两 个 方 面 共 同 决 定 。 以 极 性 键 结 合 而 形 成 的 异 核 双 原 子 分 子 都 是 极 性 分子 ， 如 HCl 以 非 极 性 键 结 合 而 形 成 的 同 核 双 原 子 分 子 是 非 极 性分 子 ， 如 Cl 2。 多 原 子 ABm分 子 极 性 的 判 断 方 法(1)化 合 价 法一 般 地 ,当 中 心 原 子 化 合 价 的 绝 对 值 等 于 该 元 素 价电 子 数 时 ,该 分 子 为 非 极 性 分 子 ;否 则 为 极 性 分 子 。请 判 断 PCl3、 CCl4、 CS2、 SO2分 子 的 极 性 。将 分 子 中 的 共 价 键 看 作 作 用 力 ,不 同 的 共价 键 看 作 不 相 等 的 作 用 力 ,运 用 物 理 上 力的 合 成 与 分 解 ,看 中 心 原 子 受 力 是 否 平 衡 ,如 平 衡 则 为 非 极 性 分 子 ;否 则 为 极 性 分 子 。(2)物 理 模 型 法 C=O键 是 极 性 键 ,但 从 分 子 总 体 而 言 CO2是 直 线型 分 子 ,两 个 C=O键 是 对 称 排 列 的 ,两 键 的 极 性互 相 抵 消 (F合 =0), 整 个 分 子 没 有 极 性 ,电 荷分 布 均 匀 ,是 非 极 性 分 子 .180F1 F2F合=0O OC H OH 10430F1 F2F合0O-H键是极性键, 共用电子对 偏O原子, 但由于分子是折线型 构型,两个O-H键的极性不能抵消 ( F合0),整个分子电荷分布不均匀,是极性分子 H H HNBF3：NH 3：120 10718 三角锥型, 不对称,键的极性不能抵消,是极性分子F1 F2F3F平面三角形,对称,键的极性互相抵消(F合=0).是非极性分子 CH HHH 10928 正四面体型,对称结构,C-H键的极性互相抵消(F合=0),是非极性分子 常见分子 键的极性 键角 分子构型 分子类型 常见分子的构型及分子的极性双原子分子H 2、Cl2H ClH 2OCO2三原子分子四原子分子NH 3 有 107.30 三角锥型 极性BF 3 有 120 平面三角形 非极性CH 4 有 109.50 正四面体型 非极性五原子无 无 直线型 非极性有 无 直线型 极性有 180 直线型 非极性有 104.50 折线型 极性 4、 等 电 子 体 原 理并 且 价 电 子 总 数 (最 外 层 电 子 总 数 )相 同(1)定 义 原 子 总 数 相 同可 以 是 分 子 与 分 子 之 间 , 分 子 与 离 子 之间 , 离 子 与 离 子 之 间(2)等 电 子 体 结 构 具 有 相 似 性请 写 出 具 有 10个 电 子 的 微 粒 ：分 子 ： H F、 H 2O、 NH 3、 CH 4、 Ne阳 离 子 ： Na+、 Mg2+、 Al3+ 、 NH 4+、 H 3O+ 阴 离 子 ： OH 、 NH 2 、 N3 、 O2 、 F 相 似 相 溶 原 理 ： 极 性 分 子 易 溶 于 极 性 分 子 溶 剂 中 （ 如 HCl易 溶于 水 中 ） ， 非 极 性 分 子 易 溶 于 非 极 性 分 子 溶剂 中 （ 如 CO2易 溶 于 CS2中 ） 练 习 ： 用 萃 取 法 从 碘 水 中 分 离 碘 ， 所 用 萃 取 剂应 具 有 的 性 质 是 （ ） 不 和 碘 或 水 起 反 应 能 溶 于 水 不 溶 于 水 应 是 极 性 溶 剂 应 是 非 极 性 溶 剂 A、 B、 C、 D、 C5、 研 究 分 子 极 性 的 实 际 意 义 问 ： 1.我 们 已 经 学 习 了 哪 些 化 学 键 ?2.什 么 叫 配 位 键 ? 一 个 原 子 提 供 一 对 电 子 ， 与 另 一 个 接 受电 子 的 原 子 形 成 的 共 价 键 。 即 ： 成 键 的 两个 原 子 一 方 提 供 孤 对 电 子 ， 一 方 提 供 空 轨道 而 形 成 的 共 价 键 。3.试 举 一 例 含 配 位 键 的 物 质 ！铵 盐 水 合 氢 离 子四 、 配 合 物 在 水 溶 液 中 ,Cu2+与 NH3是 如 何 结 合 成 Cu(NH3)42+的 呢 ？配 体 有 孤 电 子对中 心 离 子有 空 轨 道配 位 键 的 存 在 是 配 合 物 与 其 它 物 质 最 本 质 的 区 别1、 配 合 物 的 概 念 概 念 :由 提 供 孤 电 子 对 配 体 与 接 受 孤 电 子 对 中 心 原子 /离 子 以 配 位 键 结 合 形 成 的 化 合 物 称 为 配 合 物请 思 考 NH 4Cl是否 是 配 合 物 ？ 2、 配 合 物 的 组 成内 界 是 配 位 单 元 ,外 界 是 简 单 离 子 -内 外 界 间 是 完 全 电 离 的 。 Co(NH 3)6 Cl3内 界 外 界 K3Cr(CN)6内 界外 界内 界 又 由 中 心 原 子 /离 子 和 配 位 体 及 配 位 数 构 成 .(1) 内 界 与 外 界 Co (NH 3)63+中 心离 子 配位体 配位数Cu(NH 3)4 SO4中 心 离 子 配 位 体 配 位 数 外 界 离 子内 界 外 界 (2)中 心 原 子 、 配 位 体 (含 配 位 原 子 )、 配 位 数中 心 原 子 ： 能 够 接 受 孤 电 子 对 的 离 子 ， 多 为 过 渡金 属 元 素 的 离 子 。配 位 体 ： 提 供 孤 电 子 对 的 分 子 或 离 子 ；其 中 提 供 孤 电 子 对 的 原 子 叫 配 位 原 子 ， 常 见 的 配 位原 子 有 卤 素 原 子 X、 O、 S、 N、 P、 C。 配 位 数 常见金属离子配位 数 1价 金 属 离 子 2价 金 属 离 子 3价 金 属 离 子Cu+ 2,4 Ca2+ 6 Al3+ 4,6Ag+ 2 Mg2+ 6 Cr3+ 6Au+ 2,4 Fe2+ 6 Fe3+ 6 Co2+ 4,6 Co3+ 6 Cu2+ 4,6 Au3+ 4 Zn2+ 4,6 配 合 物 中 心 原 子 (离 子 )价 态 的 判 断Ag(NH 3)2OHCo(NH 3)6Cl3 K4Fe(CN)6 KPt(NH 3)Cl3 Co(NH 3)5Cl( NO3)2Cr(H 2O)5ClCl2H 2O 配 离 子 的 电 荷 = 中 心 原 子 与 配 位体 电 荷 的 代 数 和 在 做 银 镜 反 应 实 验 时 ， 需 要 配 制 银 氨 溶液 。 请 回 答 ： 银 氨 溶 液 的 配 制 过 程 ， 实 验现 象 ， 写 出 相 应 的 化 学 方 程 式 。配 制 过 程 ： 在 5%的 硝 酸 银 溶 液 中 逐 滴 加 入 2mol/L的 氨 水 ， 直 至 生 成 的 沉 淀 恰 好 完 全 溶 解 。实 验 现 象 ： 先 出 现 沉 淀 ， 继 续 滴 加 氨 水 后 沉 淀 溶解 生 成 无 色 澄 清 溶 液 。AgNO3+NH 3H 2O=AgOH +NH 4NO3 AgOH +2NH 3H 2O=Ag(NH 3)2OH +2H 2O Ag(NH 3)2OH Ag(NH 3)2+OH 4、 配 合 物 的 结 构-配 合 物 的 中 心 原 子 ,配 位 体 的 种 类 和 数 目 的不 同 ,可 以 形 成 不 同 空 间 构 型 的 配 合 物 .P70 71 )Ag(NH 23 -243 )Zn(NH -24)Ni(CN -36 )Al(F几 种 配 合 物 的 空 间 构 型直 线 形 正 四 面 体 练 习 题 1 向 AgNO3溶 液 中 滴 加 氨 水 至 沉 淀 溶 解 可形 成 Ag(NH 3)2+配 离 子 。 Ag+空 的 轨道 和 轨 道 可 以 形 成 杂 化 轨 道 。NH 3分 子 中 N原 子 有 对 孤 电 子 对 ， N原子 上 的 孤 电 子 对 进 入 Ag+空 的 杂 化 轨 道形 成 配 位 键 。 Ag+有 个 空 的 杂 化轨 道 ， 可 以 接 受 2个 NH 3分 子 提 供 的 孤 电 子对 ， 形 成 型 的 Ag(NH 3)2+。 5s 5p sp 1 sp2 sp直 线 练 习 题 2 Zn(NH 3)4SO4中 ， Zn2+与 NH 3以 相结 合 ， 形 成 配 合 物 的 内 界 ， 为 配 合 物 的 外 界 。 Zn2+接 受 4个 NH 3分 子 中 氮 原 子 提 供 的 孤 电 子 对 ， 形 成 个配 位 键 ， Zn2+提 供 4个 空 杂 化 轨 道 接受 孤 电 子 对 是 ， NH 3分 子 中氮 原 子 提 供 孤 电 子 对 ， 是 配 位 原 子 ， NH 3分子 是 ， Zn(NH 3)42+中 ， Zn2+的 配位 数 是 。 配 位 键 Zn(NH 3)42+SO42 4sp3中 心 原 子 (离 子 )配 位 体4