选修3第二章第二节分子的立体构型课件

第二章第二章 分子结构与性质分子结构与性质第二节第二节 分子的立体构型分子的立体构型活动一活动一1、利用几何知识分析一下，空间分布的两个点、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？是否一定在同一直线？迁移迁移:两个原子构成的分子，将这两个原子构成的分子，将这2个原子看成两个原子看成两个点，则它们在空间上可能构成几种形状？是什个点，则它们在空间上可能构成几种形状？是什么？么？O2HCl2、利用几何知识分析一下，空间分布的三个点、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？是否一定在同一直线上？迁移：三个原子构成的分子，将这迁移：三个原子构成的分子，将这3个原子看成个原子看成三个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分三个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？别是什么？CO2H2O结论结论 在多原子构成的分子中，由于原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，这就是所谓的子有不同的结构，这就是所谓的分子分子的立体构型的立体构型。H2OCO2直线形直线形180180V V形形1051051、三原子分子立体结构、三原子分子立体结构一、形形色色的分子一、形形色色的分子 2、四原子分子立体结构、四原子分子立体结构HCHONH3平面三角形平面三角形120120三角锥形三角锥形1071073 3、五原子分子立体结构、五原子分子立体结构CH4正四面体正四面体4 4、其它、其它P4正四面体正四面体6060C2H2直线形直线形180180 同为三原子分子，同为三原子分子，CO2 和和 H2O 分子的空间结分子的空间结构却不同，什么原因？构却不同，什么原因？同为四原子分子，同为四原子分子，CH2O与与 NH3 分子的的空分子的的空间结构也不同，什么原因？间结构也不同，什么原因？思考思考二、价层电子对互斥理论二、价层电子对互斥理论1、内容：、内容：对对ABn型的分子或离子，型的分子或离子，中心原子中心原子A价层电子对价层电子对（包括成键（包括成键键电子对键电子对和未成键的和未成键的孤电子对孤电子对）之）之间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是间由于存在排斥力，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，采取电子对相互排斥最小的那种构型，以使彼以使彼此之间斥力最小，此之间斥力最小，分子体系分子体系能量最低能量最低,最稳定。最稳定。A2、价层电子对、价层电子对（键电子对键电子对和未成键的和未成键的孤电子对孤电子对）代表代表物质物质电子式电子式中心原子结中心原子结合原子数合原子数n键电子子对孤孤电子子对价层电价层电子对数子对数H2ONH3CO2CH4:H O H:H N H:H:H C H:HHO C O:2342224314404202计算方法计算方法=键键电子对电子对数数+中心原子上的孤对电子对数中心原子上的孤对电子对数价层电子对数价层电子对数 键电子对数键电子对数=与中心原子结合的原子数与中心原子结合的原子数中心原子上的孤电子对数中心原子上的孤电子对数=(a-xb)(a-xb)注意：注意：注意：注意：a 对于对于原子原子，为中心原子的最外层电子数，为中心原子的最外层电子数 (对于对于阳离子阳离子，a为中心原子的为中心原子的 最外层电子数减去离子的电最外层电子数减去离子的电荷数；对于荷数；对于阴离子阴离子，a为中心原子为中心原子 的最外层电子数加上离的最外层电子数加上离子的电荷数）子的电荷数）x 为与中心原子结合的原子数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为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(H为为1，其，其他原子为他原子为“8-该原子的最外层电子数）该原子的最外层电子数）例：例：孤电子对的计算孤电子对的计算=（a-xb)分子或分子或离子离子中心原中心原子子 a x b中心原子中心原子上的孤电上的孤电子对数子对数 H2O O SO2 S NH4+N CO32-C 6 6 15-1=45-1=4 0 4+2=64+2=6 02 22 24 41 13 32 2 6 6 22 21 13、价电子对的空间构型即、价电子对的空间构型即VSEPR模型模型直线直线平面三角形平面三角形 正四面体正四面体电子对数目电子对数目234VSEPRVSEPR模型模型模型模型分子或分子或离子离子键键电子对数电子对数 孤电子对孤电子对数数VSEPR模模型及名称型及名称分子的立体构分子的立体构型及名称型及名称CO2CO32-SO24、VSEPR模型应用模型应用预测分子立体构型预测分子立体构型232001COOCOOOSOO直线形直线形直线形直线形直线形直线形直线形直线形平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形V V形形形形平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形分子或分子或离子离子键键电电子对数子对数孤电子孤电子对数对数VSEPR模型及模型及名称名称分子的立体构型及分子的立体构型及名称名称CH4NH3H2O432012CHHHHNHHHOHH正四面体正四面体正四面体正四面体四面体四面体三角锥形三角锥形四面体四面体V形形中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间，中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间，中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间，中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间，并与并与并与并与成键电子对互相排斥成键电子对互相排斥成键电子对互相排斥成键电子对互相排斥。推测分子的立体模型必须略去。推测分子的立体模型必须略去。推测分子的立体模型必须略去。推测分子的立体模型必须略去VSEPRVSEPR模型中的孤电子对。模型中的孤电子对。模型中的孤电子对。模型中的孤电子对。思考与交流思考与交流化学式化学式中心原子中心原子 孤对电子孤对电子数数键电子键电子对数对数VSEPR模型模型SO32-BF3NH4+1033空间构型空间构型三角锥形三角锥形平面三角形平面三角形04平面三角形平面三角形四面体四面体正四面体正四面体 确定确定BF3、NH4+和和SO32-的的VSEPR模型和它们模型和它们的立体构型。的立体构型。正四面体正四面体小结：小结：ABn 型分子的型分子的VSEPR模型和立体结构模型和立体结构VSEPVSEPR R模型模型成成键键电电子子对对数数孤孤对对电电子子对对数数分子分子类型类型 电子对的排电子对的排布模型布模型 立体结构立体结构 实实 例例 23平面平面三角三角形形2 0 AB2直线形直线形 CO23 0 AB32 1 AB2价价层层电电子子对对数数平面三角形平面三角形 BF3V形形SO2直线直线形形活动二活动二 请根据价层电子对请根据价层电子对互斥理论分析互斥理论分析CH4的立体构型。的立体构型。1、写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么、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碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是，而不是CH2？基态基态C原子轨道排布图原子轨道排布图1s22s22p2基态基态H原子轨道排布图原子轨道排布图1s1按照我们已经学过的价键理论，甲烷的按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4 4个个C C H H单键单键都应该是都应该是键，然而，碳原子的键，然而，碳原子的4 4个价层原子轨道是个价层原子轨道是3 3个相互垂直的个相互垂直的2p 2p 轨道和轨道和1 1个球形的个球形的2s2s轨道，用它们跟轨道，用它们跟4 4个氢原子的个氢原子的1s1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子，这是为什么呢？的甲烷分子，这是为什么呢？CC为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论sp3C：2s22p2由由1个个s轨道和轨道和3个个p轨道轨道混杂混杂并重新组合成并重新组合成4个能量与形状完个能量与形状完全相同的轨道。全相同的轨道。我们把这种轨道称之为我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道杂化轨道。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，排斥最小，4 4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型?四个四个H原子分别以原子分别以4个个s轨道与轨道与C原子上的四原子上的四个个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、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能量和键角都完全相同的S-SP3键，从而构成一键，从而构成一个正四面体构型的分子。个正四面体构型的分子。10928三、杂化理论简介三、杂化理论简介1、概念：、概念：在形成分子时，在外界条件影响下在形成分子时，在外界条件影响下若干若干不同类型能量相近的原子轨道不同类型能量相近的原子轨道混合起来，混合起来，重新组合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的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。杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。2、要点：、要点：（1）参与参加杂化的各原子轨道）参与参加杂化的各原子轨道能量要相近能量要相近（同一能级组或相近能级组的轨道）；（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）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目轨道数目等于等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨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；利于轨道间的重叠；（3）杂化前后原子轨道为使相互间）杂化前后原子轨道为使相互间排斥力最排斥力最小小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。轨道伸展方向不同。sp杂化轨道的形成过程杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 180 每个每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有含有1/2 s 轨道轨道和和1/2 p 轨道轨道的成分，两个轨道间的成分，两个轨道间的的夹角为夹角为180，呈直线型呈直线型。sp 杂化：杂化：1个个s 轨道与轨道与1个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化,形成形成2个个sp杂化轨道。杂化轨道。180ClClBe例如：例如：sp 杂化杂化 BeCl2分子的形成分子的形成Be原子：原子：1s22s2 没有单个电子，没有单个电子，spsp杂化杂化ClClsppxpxsp2杂化轨道的形成过程杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 120 每个每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有小，含有 1/3 s 轨道和轨道和 2/3 p 轨道的成分。每两个轨道的成分。每两个轨道间的夹角为轨道间的夹角为120，呈，呈平面三角形平面三角形。sp2杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与2个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化,形成形成3个个sp2 杂化轨道。杂化轨道。120FFFB例如：例如：Sp2 杂化杂化 BF3分子的形成分子的形成B：1s22s22p1没有没有3个成单电子个成单电子sp2sp2杂化sp3杂化轨道的形成过程杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 10928 sp3杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与3个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化,形成形成4个个sp3 杂化轨道。杂化轨道。每个每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有小，含有1/4s轨道和轨道和3/4p轨道的成分，每两个轨轨道的成分，每两个轨道间的夹角为道间的夹角为109.5，空间构型为，空间构型为正四面体型正四面体型。例如：例如：sp3 杂化杂化 CH4分子的形成分子的形成sp3C：2s22p23、杂化轨道分类：、杂化轨道分类：sp3CH4原子原子轨道杂化轨道杂化等性杂化：等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。杂化轨道杂化轨道 每个轨道的成分每个轨道的成分 轨道间夹角轨道间夹角(键角键角)sp 1/2 s，1/2 p 180 sp2 1/3 s，2/3 p 120 sp3 1/4 s，3/4p 10928H2O原子轨道杂化原子轨道杂化 O原子：原子：2s22p4 有有2个单电子，可形成个单电子，可形成2个共价个共价键，键角应当是键，键角应当是90，Why?2s2p2 对孤对电子对孤对电子杂化杂化杂化杂化不等性杂化不等性杂化：参与杂化的各原参与杂化的各原子轨道进行成分上的不均匀混合，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。某个杂化轨道有孤电子对。三、杂化理论简介三、杂化理论简介4.4.杂化类型判断：杂化类型判断：因为杂化轨道只能用于形成因为杂化轨道只能用于形成键或用来容键或用来容纳孤电子对，故有纳孤电子对，故有 杂化化类型的判断方法：型的判断方法：先确定分子或先确定分子或离子的离子的VSEPR模型模型，然后就可以比，然后就可以比较方方便地确定中心原子的便地确定中心原子的杂化化轨道道类型。型。=中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数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杂化轨道数=中心原子价层电子对数中心原子价层电子对数4 4、杂化类型判断：、杂化类型判断：A的价的价电子子对数数234参加杂化的轨道参加杂化的轨道A的的杂化化轨道数道数杂化化类型型A的价的价电子空子空间构型构型A的的杂化化轨道空道空间构型构型ABm型分子或离子型分子或离子空间构型空间构型 对于对于ABm型分子或离子，其中心原子型分子或离子，其中心原子A的杂的杂化轨道数恰好与化轨道数恰好与A的价电子对数相等。的价电子对数相等。2 23 34 4spspspsp2 2spsp3 3直直直直线线型型型型平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形四四四四面体面体面体面体直直直直线线型型型型平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形四四四四面体面体面体面体直直直直线线型型型型平面三角形、平面三角形、平面三角形、平面三角形、V V形形形形正正正正四四四四面体、面体、面体、面体、三角三角三角三角锥锥形、形、形、形、V V形形形形s+ps+(2)ps+(3)p判断分子或离子中心原子的杂化类型的一般方法：判断分子或离子中心原子的杂化类型的一般方法：1、对于、对于主族元素主族元素来说，来说，中心原子的杂化轨道数中心原子的杂化轨道数=价层电子数价层电子数=键电子键电子对数（中心原子结合的电子数）对数（中心原子结合的电子数）+孤电子对数孤电子对数规律：规律：当中心原子的价层电子对数为当中心原子的价层电子对数为4时，其杂化类型时，其杂化类型为为sp3杂化，杂化，当中心原子的价层电子对数为当中心原子的价层电子对数为3时，其杂化类型时，其杂化类型为为sp2杂化，杂化，当中心原子的价层电子对数为当中心原子的价层电子对数为2时，其杂化类型时，其杂化类型为为sp杂化。杂化。2、通过看中心原子有没有形成双键或三键来判、通过看中心原子有没有形成双键或三键来判断中心原子的杂化类型。断中心原子的杂化类型。规律：规律：如果有如果有1个三键或两个双键，则其中有个三键或两个双键，则其中有2个个键，键，用去用去2个个p轨道，形成的是轨道，形成的是sp杂化；杂化；如果有如果有1个双键则其中必有个双键则其中必有1个个键，用去键，用去1个个P轨道，形成的是轨道，形成的是sp2杂化；杂化；如果全部是单键，则形成如果全部是单键，则形成sp3杂化。杂化。例例1 计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表学填写下表物质物质价电价电子对子对数数中心原中心原子杂化子杂化轨道类型轨道类型杂化轨道杂化轨道/电子对空电子对空间构型间构型轨道轨道夹角夹角分子空分子空间构型间构型键角键角气态气态BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2ONH3PCl322344444spspspsp2sp3直线形直线形直线形直线形平面三角形平面三角形四四面面体体180180180120109.5直线形直线形直线形直线形直线形直线形平面三角平面三角形形正四正四面体面体V形形三角三角锥形锥形180180180120109.5109.5104.5107.3107.3 试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况子的成键情况思考与交流思考与交流 C原子在形成乙烯分子时，碳原子的原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与轨道与2个个2p轨道发生杂化，形成轨道发生杂化，形成3个个sp2杂化轨道，伸向平面正杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个三角形的三个顶点。每个C原子的原子的2个个sp2杂化轨道分杂化轨道分别与别与2个个H原子的原子的1s轨道形成轨道形成2个相同的个相同的键，各自剩键，各自剩余的余的1个个sp2杂化轨道相互形成一个杂化轨道相互形成一个键，各自没有杂键，各自没有杂化的化的l个个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成肩并肩重叠形成键。所以，在乙烯分子中双键由一键。所以，在乙烯分子中双键由一个个键和一个键和一个键构成。键构成。C原子在形成乙炔分子时发生原子在形成乙炔分子时发生sp杂化，两个杂化，两个碳原子以碳原子以sp杂化轨道与氢原子的杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成轨道结合形成键。各自剩余的键。各自剩余的1个个sp杂化轨道相互形成杂化轨道相互形成1个个键，键，两个碳原子的未杂化两个碳原子的未杂化2p轨道分别在轨道分别在Y轴和轴和Z轴方轴方向重叠形成向重叠形成键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。键相结合。变式训练变式训练1、为什么、为什么CuSO4 5H2O晶体是蓝色而无水晶体是蓝色而无水CuSO4是白色？是白色？Cu(H2O)42+SO42 天蓝色天蓝色 天蓝色天蓝色天蓝色天蓝色 无色无色 无色无色 无色无色Na+Cl-K+Br-固体固体溶液颜色溶液颜色无色离子：无色离子：CuSO4CuCl22H2OCuBr2NaClK2SO4KBr什么离子呈天蓝色：什么离子呈天蓝色：白色白色白色白色白色白色 白色白色绿色绿色深褐色深褐色实验实验21 将下表中的少量固体溶于足量的水，将下表中的少量固体溶于足量的水，观察实验显现并填写表格观察实验显现并填写表格2、Cu2+与与H2O是如何结合的呢？是如何结合的呢？Cu(H2O)42+平面正方形结构平面正方形结构四、配合物理论简介四、配合物理论简介1 1、配位键、配位键（1）概念：）概念：成键的两个原子一方提供孤对电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子，一方提供空轨道而形成的共价键共价键。（2）形成条件）形成条件：一方提供孤对电子，一方提供：一方提供孤对电子，一方提供空轨道。空轨道。注意注意配位键是一种特殊的共价键配位键是一种特殊的共价键配位键同样具有饱和性和方向性配位键同样具有饱和性和方向性H3O+、NH4+中含有配位键中含有配位键（3）配位键的表示方法）配位键的表示方法ABHOHHCu H2OH2OH2OOH22+请你写出请你写出NH4+的配位键的表示法？的配位键的表示法？2、配位化合物（配合物）、配位化合物（配合物）（1）概念：）概念：由提供孤对电子对的配体与接受孤对由提供孤对电子对的配体与接受孤对电子对的中心原子以配位键结合形成的化合物。电子对的中心原子以配位键结合形成的化合物。或或把金属离子（或原子）与某些分子或离子把金属离子（或原子）与某些分子或离子（称为配体）以配位键结合形成的化合物。（称为配体）以配位键结合形成的化合物。资料资料 配合物种类已超过数百万；配合物种类已超过数百万；配配位键的强度有大有小，因而有的配合物很位键的强度有大有小，因而有的配合物很稳定，有的不稳定；许多过渡元素金属离稳定，有的不稳定；许多过渡元素金属离子对多种配体具有很强的结合力，因而过子对多种配体具有很强的结合力，因而过渡金属配合物远比主族金属的配合物多。渡金属配合物远比主族金属的配合物多。3、配合物的组成、配合物的组成Cu(NH3)4 SO4中心原子中心原子配位体配位体 配位数配位数内界内界外界外界配离子配离子蓝色沉淀蓝色沉淀深蓝色的透明溶液深蓝色的透明溶液实验实验2-2现现 象象向硫酸铜水溶向硫酸铜水溶液中加入氨水液中加入氨水继续加入氨水继续加入氨水加入乙醇加入乙醇深蓝色的晶体深蓝色的晶体产生现象的原因：产生现象的原因：Cu2+2NH3H2O=Cu(OH)2+2NH4+Cu(OH)2+4NH3=Cu(NH3)42+2OH-深蓝色的晶体深蓝色的晶体:Cu(NH3)4 SO4H2OCu(NH3)42+离子离子NH3NH3NH3H3NCu2+2+实验实验2-3在盛有氯化铁溶液（或任何含有的在盛有氯化铁溶液（或任何含有的Fe3+溶液）的溶液）的试管中滴加硫氰化钾（试管中滴加硫氰化钾（KSCN）溶液）溶液现象：生成血红色溶液现象：生成血红色溶液作用：作用：检验或鉴定检验或鉴定Fe3+，用于电影特技和魔，用于电影特技和魔术表演术表演Fe3+3SCN-Fe(SCN)3 硫氰酸根硫氰酸根血红色血红色