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第二节 共价键与分子的空间构型,了解一些常见简单分子的空间立体构型(如CH4、 NH3、 、乙醇、C2H4等) 了解杂化轨道思想并能用杂化轨道知识解释一些分子中共价键形成的原因以及立体构型。 了解一些分子在对称性方面的特点，知道手性化学在现代化学领域、医药的不对称合成领域中的重大意义。 能够判断简单分子的极性并能运用分子立体构型与分子极性的关系解决问题。,1,2,3,4,键角是指含多个原子的分子中，_之间的夹角；若知道某分子中的_和键角，该分子的立体构型就基本确定。 指出下列分子中的键角和分子的空间构型。 (1)CH4 (2)P4 (3)BCl3 (4)CO2 (5)O3 (6)NH3 提示 (1)CH4：109.5(C原子位于正四面体的中心) (2)P4：60，正四面体(空心) (3)BCl3：120，平面正三角形(B位于中心) (4)CO2：180，直线形 (5)O3：120，V形 (6)NH3：107.3，三角锥形。,1,键与键,2,键长,第1课时 一些典型分子的空间型构,共价键不仅决定着原子之间的结合方式，还决定着原子在分子内的_顺序，以及分子的_结构。分子的_结构常称为分子的空间构型。表示分子空间构型的三种模型是_模型、_模型、_模型。 甲烷分子的形成及空间构型 碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上，这个过程称为_，但此时各个轨道的能量并不完全相同，于是1个2s轨道和3个2p轨道重新组合成能量相等、成,空间排列,空间,空间,棍棒,球棍,填充,1,激发,道分相同的4个原子轨道，这种原子内部能量相近的原子轨重新组合的过程叫原子轨道的杂化，组合成的一组新的原子轨道称杂化原子轨道，而CH4分子中碳原子的杂化轨道 由一个2s和三个2p轨道重新组合，故称这种杂化为_杂 化轨道，然后4个_杂化轨道上的电子间相互排斥，使四个杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的四个顶点，碳 原子的4个_杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道形成4个相同的键，从而形成CH4分子。由于4个CH键完全相 同，所以形成的CH4分子为_形，键角是109.5。,sp3,sp3,sp3,正四面体,杂化轨道理论简述 (1)杂化 杂化是指在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型、能量相近的原子轨道重新组合成能量和成分完全相同的一组新的原子轨道。这种原子轨道重新组合的过程叫做_，所形成的新的原子轨道就称为_ 轨道。 (2)杂化的过程 杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在激发、杂化和 轨道_等过程。如碳原子的基态电子排布为1s22s22p2，其2s能级上的1个电子跃迁到2p能级上则形成,2,原子轨道杂化,杂化,重叠,激发态1s22s12p3(1s22s12px12py12pz1)，此时2s与2p轨道的能量不相同，然后1个2s轨道与3个、2个或1个2p轨道混合而形成4个、3个或2个能量相等、成分相同、电子云形状(原子轨道的电子云轮廓图)完全相同的新的原子轨道，此过程即为原子轨道的杂化，形成的新的原子轨道分别称为_、_、_杂化轨道，每个杂化轨道中有1个未成对电子且自旋方向平行，再与其他原子中的电子发生电子云重叠而形成键，可表示如下：,sp3,sp2,sp1,(3)杂化轨道的分类。 对于非过渡元素，由于ns和np能级接近，往往采用sp型杂化，而sp型杂化又分为： sp1杂化：一个_轨道和一个_轨道间的杂化。 sp2杂化：一个_轨道和两个_轨道间的杂化。 sp3杂化：一个_轨道和三个_轨道间的杂化。,ns,np,ns,np,ns,np,(4)分子构型与杂化类型的关系,根据杂化轨道理论，形成苯分子时每个碳原子中的原子轨 道发生_杂化，形成的_杂化轨道在同一平面 内，这样，每个碳原子的两个_杂化轨道上的电子分别 与邻近的两个碳原子的_杂化轨道上的电子配对形成,三个sp2,sp2,sp2,sp2,键，于是六个碳原子组成一个正六边形的碳环；每个碳原子的另一个_杂化轨道上的电子分别与一个氢原子的1s电子配对形成键。与此同时，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的2p(如2pz)轨道，它们均含有一个未成对电子。这六个碳原子的2p轨道相互平行，它们以“肩并肩”的方式相互重叠，从而形成含有六个电子、属于六个原子的_键。这种在多原子间形成的多电子的_键称为大键。所以，在苯分子中，整个分子呈平面正六边形，六个碳碳键完全相同，键角皆为_。,sp2,120,常见分子的空间构型有哪些？ 提示 (1)乙烯分子的形成及空间构型 在形成乙烯分子时，碳原子采用sp2杂化，形成的杂化轨道夹角为120，呈平面三角形。两个碳原子各用一个sp2杂化轨道重叠形成键，每个碳原子的另外两个sp2杂化轨道上的电子分别与氢原子的1s轨道的电子配对形成键，每个碳原子剩下的一个未参与杂化的2p轨道以“肩并肩”的方式重叠，形成键，因此，碳原子之间以碳碳双键结合。 (2)乙炔分子的形成及空间构型 在形成乙炔分子时，碳原子采用sp1杂化，形成两个sp1杂,【慎思1】,化轨道，两个sp1杂化轨道夹角为180，呈直线形。两个碳原子各自以一个sp1杂化轨道重叠形成sp1sp1键，同时互相垂直的两个2p轨道(各有一个未成对电子)互相“肩并肩”重叠形成两个pp型键，因此，碳原子之间以碳碳三键结合。而后，两个碳原子各以一个sp1杂化轨道与一个氢原子的1s轨道重叠形成sp1s型键。乙炔分子为直线形。 (3)氨分子的形成及空间构型 形成：在形成氨分子时，氮原子的2s和2p原子轨道发生了sp3杂化，生成四个sp3杂化轨道。在所生成的四个sp3杂化轨道中，有三个轨道各含有一个未成对电子，可分别与,一个氢原子的1s电子形成一个键，另一个sp3杂化轨道中已有两个电子(孤对电子)，不能再与氢原子形成键。所以，一个氮原子只能与三个氢原子结合，形成氨分子。 空间构型：因为氮原子的2s和2p原子轨道发生的是sp3杂化，所以四个sp3杂化轨道在空间的分布呈正四面体形。又因四个sp3杂化轨道中的一个轨道已有一对电子，只有另外三个轨道中的未成对电子可以与氢原子的1s电子配对成键，所以形成的氨分子的空间构型与甲烷分子的空间构型不同，呈三角锥形。氨分子中存在着未成键的孤对电子，它对成键电子对的排斥作用较强，所以使三个NH键的空间分布发生一点变化，它们之间的键角为107.3。,2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道？ 提示 不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与3p不在同一能级组，能量相差较大。,【慎思2】,如何判断中心原子的杂化类型？ 提示 (1)公式 (2)根据n值判断杂化类型 当n2时，sp1杂化；当n3时，sp2杂化；当n4时，sp3杂化。 (1)当电荷数为正值时，公式中取“”，当电荷数为负值时，公式中取“”； (2)当配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为零。,【慎思3】,(1)为何sp2杂化呈平面三角形？ (2)苯分子中的键和键位置关系有何特点？ 提示 (1)sp2杂化是一个ns轨道与2个np轨道进行的杂化，形成3个sp2杂化轨道，杂化轨道也符合价电子对互斥模型，应尽量使它们之间的排斥力最小，故形成平面三角形结构。 (2)苯分子中未参与杂化的np轨道与3个sp2杂化轨道所在平面垂直，故形成的键和键垂直。,【慎思4】,甲烷分子的形成及立体构型 (1)甲烷分子的立体构型： 甲烷(CH4)分子是规则的正四面体结构，分子中四个CH键的夹角均为109.5。 (2)杂化轨道理论要点： 原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。 参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。,1,杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。 如：杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小如图 ，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更牢固。 杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。在多原子分子中，两个化学键之间的夹角叫键角。键角与分子的形状(空间构型)有密切联系。,特别提醒：杂化方式的判断是一个难点，要注意积累经验，原子间形成的共价键，既包括键，也包括键及大键。 根据最大重叠原理，中心原子与每个配位原子之间只能形成且必定形成一个键。除此之外，其他价电子只能形成键或大键。,下列关于杂化轨道的说法错误的是 ( )。 A所有原子轨道都参与杂化 B同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化 C杂化轨道能量集中，有利于牢固成键 D杂化轨道中不一定有一个电子,【例1】,解析 参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A项错误，B项正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道，也可以有一对孤对电子(如NH3、H2O的形成)，故D项正确。 答案 A,弄清楚每个原子的价电子数和电子排布式，是分析杂化轨道的基础和前提。弄清楚了原子形成什么杂化轨道，也就知道了分子的空间构型。,说明在下列分子中是由哪些轨道或杂化轨道重叠成键的：ICl CH3F CS2 答案 ICl：Cl以一个3p轨道与I以一个5p轨道重叠形成一个共价键； NI3：N原子采取sp3杂化，除一对未成键电子外的三个轨道分别与三个I原子的各一个5p轨道成键。 CH3F：C原子sp3杂化成四个杂化轨道，其中三个sp3杂化轨道与三个H原子的1s轨道重叠形成三个共价键，另一杂化轨道与F原子的含单电子的2p轨道重叠，形成一个sp3p 键。,【体验1】,CS2：C原子的一个2s轨道与一个2p轨道发生杂化，形成两个成分相同，能量相等的sp1杂化轨道，再与两个S原子中各一个含单电子的3p轨道重叠，形成sp1p 键；C原子中剩余下的两个2p轨道(各含一个电子)再分别与一个S原子(共两个)中的另一3p轨道重叠形成pp 键，因此，每一个碳硫双键中含有一个键和一个键，为双键结构。,在苯分子中，整个分子呈平面正六边形、六个碳碳键完全相同，键角皆为120。正是由于苯分子所具有的这种结构特征，使得它表现出特殊的稳定性，而不像乙烯那样容易被酸性高锰酸钾溶液氧化或使溴的四氯化碳溶液退色。,下列关于苯分子的性质描述错误的是 ( )。 A苯分子呈平面正六边形，六个碳碳键完全相同，键角 皆为120 B苯分子中的碳原子采取sp2杂化，6个碳原子中未参与 杂化的2p轨道以“肩并肩”形式形成一个大键 C苯分子中的碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊 类型的键 D苯能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色,【例2】,解析 苯分子中的碳原子采取sp2杂化，六个碳碳键完全相同，呈平面正六边形结构，键角皆为120；在苯分子中间形成一个六电子的大键，因此苯分子中的碳碳键并不是单、双键交替结构，也就不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。 答案 D,德国化学家凯库勒研究和提出苯分子的环状结构(1886年)，成功地提出了重要的结构学说，至今仍 将 称为凯库勒式；美国化学家鲍林于 1931年提出杂化轨道理论，该理论能很好地解释苯分子中不存在碳碳双键的结构特征，而这种结构特征决定了苯分子的特殊的稳定性。理论的发展包含着科学家的艰辛努力，也是科学家对人类和社会进步的突出贡献。,关于苯分子结构的研究经历了很长时间，著名科学家凯库勒最先提出了凯库勒结构式，并较好地解释了苯的一些性质。但随着理论研究的不断深入，杂化轨道理论可以更好地来解释苯分子的结构和性质。以下有关苯分子结构的说法，错误的是 ( )。 A苯分子中每个碳原子的原子轨道都发生sp2杂化，形成 夹角为120的三个sp2杂化轨道 B每个碳原子的一个sp2杂化轨道采用“肩并肩”的方式重 叠，形成一个大键 C苯分子中存在6个CC键和6个CH键 D乙烷、乙烯、乙炔分子中，碳原子轨道杂化方式和苯 相同的只有乙烯,【体验2】,解析 苯分子中碳原子采取sp2杂化，分别与相邻的碳原子及氢原子形成键，未参与杂化的p轨道“肩并肩”形成键，这种成键方式与乙烯相同。 答案 B,下列分子的空间构型是正四面体形的是 ( )。 CH4 NH3 CF4 SiH4 C2H4 CO2 A B C D,【案例1】,解析 C与Si都是ns2np2结构，在参与成键时都是形成了四个sp3杂化轨道，故它们的空间构型都是正四面体形。 用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成过程 答案 B,试用杂化轨道理论分析为什么BF3的空间构型是平面三角形，而NF3是三角锥形的？ 答案 BF3中B的价电子结构为2s22p1，形成分子时，进行sp2杂化，三个sp2杂化轨道分别与三个F原子的p轨道成键，故BF3分子为平面三角形；NF3中的N原子价电子结构为2s22p3，形成分子时，进行sp3不等性杂化，其中一个sp3杂化轨道为孤对电子占有，另三个电子分别与F成键，故分子结构为三角锥形。,【案例2】,
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