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第二节分子的立体结构 教学目标 1 以常见的多原子分子的立体结构模型为例 从价层电子对互斥模型和杂化轨道理论解释分子结构的多样性和复杂性 2 能根据上述理论判断简单分子或离子的构型 3 知道配合物的概念 成键的条件和表示方法 教学重难点 1 分子的立体结构 2 价层电子对互斥模型 杂化轨道理论和配位键 一 形形色色的分子 o2 hcl h2o co2 c2h2 ch2o cocl2 nh3 p4 ch4 ch3ch2oh ch3cooh c6h6 c8h8 ch3oh 立方烷 c60 c20 c40 c70 萘 立方烷 三原子分子立体结构 有直线形c02 cs2等 v形如h2o s02等 问题 对于这样形形色色的多原子分子来说 他们的分子的空间构型如何呢 两原子分子立体结构 直线形h cl 四原子分子立体结构 平面三角形 如甲醛 ch20 分子等 三角锥形 如氨分子等 五原子分子立体结构 正四面体形如甲烷 p4 等 这些不同类型的分子在空间不同的构型是怎样得知的呢 科学视野 分子的立体结构是怎样测定的 阅读教材p37相关内容 肉眼不能看到分子 那么 科学家是怎样知道分子的形状的呢 早年的科学家主要靠对物质的宏观性质进行系统总结得出规律后进行推测 如今 科学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器 红外光谱就是其中的一种 分子中的原子不是固定不动的 而是不断地振动着的 所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型 当一束红外线透过分子时 分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线 再记录到图谱上呈现吸收峰 通过计算机模拟 可以得知各吸收峰是由哪一个化学键 哪种振动方式引起的 综合这些信息 可分析出分子的立体结构 测分子体结构 红外光谱仪 吸收峰 分析 思考 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 探究与讨论 1 写出h c n o等原子的电子式 1 2 3 4 2 写出co2 h2o nh3 ch2o ch4等分子的电子式 结构式及分子的空间结构 o c o h o h 无 有 有 无 无 直线形 v形 三角锥形 平面三角形 正四面体 直线形 平面三角形 正四面体 v形 三角锥形 小结 二 价层电子对互斥模型 2 3 4 2 3 0 0 0 2 1 代表物 思考并填写下列表格 电子式 结构式 中心原子结合的原子数 中心原子孤对电子对数 co2 ch2o ch4 h2o nh3 vsepr模型 立体结构 要点小结 二 价层电子对互斥理论 vsepr模型 1 要点 对abn型的分子或离子 中心原子a价层电子对 包括用于形成共价键的共用电子对和没有成键的孤对电子 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 预测分子结构的简单理论 2 价层电子对互斥模型把分子分成两类 1 中心原子上的价电子都用于成键 在这类分子中 由于价层电子对之间的相互排斥作用 它们趋向于尽可能的相互远离 成键原子的几何构型总是采取电子对排斥最小的那种结构 它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测 直线形 平面三角形 正四面体 becl2 bf3 ch4 ccl4 三角双锥 正八面体 pcl5 sf6 2 中心原子上有孤对电子的分子 孤对电子也要占据中心原子周围的空间 并参与互相排斥 v型 三角锥 v型 pbcl2 nh3 h2o 利用价层电子对互斥理论时 首先要根据原子的最外层电子数 判断中心原子上有没有孤对电子 然后再根据中心原子结合的原子的数目 就可以判断分子的空间构型 思考与交流 p 38 1 下列物质中 分子的立体结构与水分子相似的是 a co2b h2sc pcl3d sicl4 b 2 下列分子的立体结构 其中属于直线型分子的是 a h2ob co2c c2h2d p4 bc 3 为了解释和预测分子的空间构型 科学家在归纳了许多已知的分子空间构型的基础上 提出了一种十分简单的理论模型 价层电子对互斥模型 这种模型把分子分成两类 一类是 另一类是是 bf3和nf3都是四个原子的分子 bf3的中心原子是 nf3的中心原子是 bf3分子的立体构型是平面三角形 而nf3分子的立体构型是三角锥形的原因是 值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构形 却无法解释许多深层次的问题 如无法解释甲烷中四个c h的键长 键能相同及h c h的键角为109 28 因为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 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 小结 价层电子对互斥模型 对于abn分子 成键电子对数 n孤对电子对数 原子价电子数 离子电荷数 化合价 n 价层电子对数 成键电子对数 孤对电子对数双键 叁键均按单键计算 计算 co2 so2 so3 so32 so42 价层电子对数 成键电子对数 孤对电子对数 并预测分子立体结构 2 2 0 2 1 3 3 3 0 直线形 v型 平面三角形 1 3 4 4 4 0 三角锥 正四面体 2 3 平面三角形 20ab2 直线形hgcl2 30ab3 21ab2 价 层 电 子 对 数 平面三角形bf3 v形 pbcl2 布 方式 4 四面体 40ab4 31ab3 22ab2 正四面体ch4 三角锥形nh3 形 h2o 布方式 5 三角双锥 50ab5 41ab4 32ab3 23ab2 三角双锥 变形四面体 t形 直线形 仅作了解 pcl5 sf4 clf3 布方式 6 八面体 60ab6 51ab5 42ab4 正八面体 四方锥形 if5 平面正方形 仅作了解 sf6 注 价层电子对互斥模型对少数化合物判断不准 不能适用于过渡金属化合物 除非金属具有全满 半满或全空的d轨道 应用反馈 0 1 2 0 1 0 0 0 2 2 2 3 3 4 4 4 直线形 v形 v型 平面三角形 三角锥形 四面体 正四面体 正四面体 po43 0 4 正四面体 第二课时 三 杂化轨道理论简介 值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构形 却无法解释许多深层次的问题 如无法解释甲烷中四个c h的键长 键能相同及h c h的键角为109 28 因为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 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 2s2p 为了解决这一矛盾 鲍林提出了杂化轨道理论 109 28 激发 它的要点是 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 表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的如下图所示 三 杂化轨道理论简介 杂化 原子内部能量相近的原子轨道 在外界条件影响下重新组合的过程叫原子轨道的杂化杂化轨道 原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道杂化轨道类型 sp sp2 sp3等杂化结果 重新分配能量和空间方向 组成数目相等成键能力更强的原子轨道杂化轨道用于形成 键和容纳孤对电子 109 28 激发 sp3杂化 sp3杂化 碳的sp2杂化轨道 sp2杂化 三个夹角为120 的平面三角形杂化轨道 sp2杂化 c2h4 sp2杂化 碳的sp杂化轨道 sp杂化 夹角为180 的直线形杂化轨道 sp杂化 乙炔的成键 大 键c6h6 sp3杂化 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nh3的空间构型为三角锥形 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 杂化轨道要点小结 1 看中心原子有没有形成双键或叁键 如果有1个叁键 则其中有2个 键 用去了2个p轨道 形成的是sp杂化 如果有1个双键则其中有1个 键 形成的是sp2杂化 如果全部是单键 则形成的是sp3杂化 2 没有填充电子的空轨道一般不参与杂化 根据以下事实总结 如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型 c c sp3 sp2 sp c c c c 已知 杂化轨道只用于形成 键或者用来容纳孤对电子 杂化轨道数 中心原子孤对电子对数 中心原子结合的原子数 结合上述信息完成下表 科学探究教材p40 1 写出hcn分子和ch20分子的路易斯结构式 2 用vsepr模型对hcn分子和ch2o分子的立体结构进行预测 用立体结构模型表示 3 写出hcn分子和ch20分子的中心原子的杂化类型 4 分析hcn分子和ch2o分子中的 键 1 下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 a co2与so2b ch4与nh3c becl2与bf3d c2h2与c2h4 b 课堂练习 课堂练习 2 指出中心原子可能采用的杂化轨道类型 并预测分子的几何构型 1 pcl3 2 bcl3 3 cs2 sp3三角锥形 sp2平面三角形 sp直线形 3 写出下列分子的路易斯结构式 是用短线表示键合电子 小黑点表示未键合的价电子的结构式 并指出中心原子可能采用的杂化轨道类型 并预测分子的几何构型 1 pci3 2 bcl3 3 cs2 4 c12o 第三课时四 配合物理论简介 配位健 一种特殊的共价键 配位键 一方是能够提供孤对电子的原子 另一方是能够接受孤对电子的空轨道的原子间形成的 电子对给予 接受键 天蓝色 天蓝色 天蓝色 无色 无色 无色 实验2 1 固体颜色 溶液颜色 cuso4 cucl2 2h2o cubr2 nacl k2so4 kbr 白色 绿色 深褐色 白色 白色 白色 思考 前三种溶液呈天蓝色大概与什么物质有关 依据是什么 一 配位化合物 简称配合物 通常是由中心离子 或原子 与配位体 某些分子或阴离子 以配位键的形式结合而成的复杂离子或分子 实验2 2已知氢氧化铜与足量氨水反应后溶解是因为生成 cu nh3 4 2 其结构简式为 试写出实验中发生的两个反应的离子方程式 实验2 3 fe3 scn fe scn 2 硫氰酸根 血红色 练习书写 向硝酸银溶液中逐渐滴加氨水的离子方程式 二 配合物的组成 三 配位化合物的命名 配位数 配位体名称 合 中心离子 用罗马数字表示氧化数 用二 三 四等数字表示配位体数 不同配位名称之间用圆点 分开 阴离子次序为 简单离子 复杂离子 有机酸根离子 中性分子次序为 nh3 h2o 有机分子 1 配位阴离子配合物 配位阴离子 酸 外界 2 配位阳离子配合物 某化某 或 某酸某 3 中性配合物 k2 sif6 六氟合硅 酸钾k ptcl5 nh3 五氯 一氨合铂 酸钾 co nh3 6 br3三溴化六氨合钴 co nh3 2 en 2 no3 3硝酸二氨 二 乙二胺 合钴 ptcl2 nh3 2 二氯 二氨合铂 ni co 4 四羰基合镍 0 四 形成配合物时性质的改变 1 颜色的改变fe3 nscn fe scn n n 3 2 溶解度的改变 agcl hcl agcl2 h agcl 2nh3 ag nh3 2 cl au hno3 4hcl h aucl4 no 2h2o3pt 4hno3 18hcl 3h2 ptcl6 4no 8h2o 3 酸碱性的改变 cu nh3 4 oh 2的碱性大于cu oh 2 复盐 由两种或两种以上的阳离子与一种酸根离子组成的盐叫做复盐 如 kal so4 2 12h2o 混盐 是指一种金属离子与多种酸根离子所构成的盐 如氯化硝酸钙 ca no3 cl 复盐 混盐 配合物盐 配合物盐 是在配合物的溶液或晶体中 十分明确地存在着含有配位键的 能独立存在的复杂组成的离子 cu nh3 4 so4 cu nh3 4 2 so42 练习 盐的种类很多 有正盐 酸式盐 碱式盐 复盐 配合物盐 混盐等等 其中的混盐是由一种金属阳离子 包括nh4 和两种酸根阴离子所组成的化合物 则下列物质属于混盐的是akal so4 2 12h2obca no3 cl2cnahso4dmg2 oh 2co3 b 下列分子或离子中都存在着配位键的是a nh3 h2ob nh4 h3o c n2 hclod cu nh3 4 2 pci3 下列各种说法中错误的是a 形成配位键的条件是一方有空轨道一方有孤对电子 b 配位键是一种特殊的共价键 c 配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子 d 共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子 d b 下列属于配合物的是 a nh4clb na2co3 10h2oc cuso4 5h2od co nh3 6cl3 配合物k3 fe cn 6 中 中心离子的化合价是a 3b 3c 6d 6 0 01mol氯化铬 crcl3 6h2o 在水溶液中用过量硝酸银溶液处理 产生0 02molagcl沉淀 此氯化铬最可能是a cr h2o 6 cl3b cr h2o 5cl cl2c cr h2o 4cl2 cl 2h2od cr h2o 3cl3 3h2o d a c b 配合物 zn nh3 4 cl2的中心离子的配位数是a 2b 3c 4d 5 已知 co nh3 6 3 呈正八面体结构 各nh3分子间距相等 co3 位于正八面的中心 若其中二个nh3分子被cl 取代 所形成的 co nh3 4cl2 的同分异构体的种数有a 2种b 3种c 4种d 5种 a 例题二 下列各种说法中错误的是 a 形成配位键的条件是一方有空轨道一方有孤对电子 b 配位键是一种特殊的共价键 c 配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子 d 共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子 d 若将nh3看成是一个整体 ag nh3 2 的构型为直线型 中心原子ag 的杂化轨道类型是a spb sp2c sp3d dsp3 如图是卟啉配合物叶绿素的结构示意图 部分 有关的叙述正确的是a 该叶绿素含有h mg c n元素b 该叶绿素是配合物 中心离子是镁离子c 该叶绿素是配合物 其配体是n元素d 该叶绿素不是配合物 而是高分子化合物 a ab co nh3 5brso4可形成两种钴的配合物 已知两种配合物的分子式分别为 co nh3 5br so4和 co so4 nh3 5 br 1 若在第一种配合物的溶液中加bacl2溶液时 产生现象 2 如果在第二种配合物的溶液中加入bacl2溶液时 产生现象 3 若在第二种配合物的溶液中加入agno3溶液时 产生现象 把cocl2溶解于水后加氨水 直到先生成的co oh 2沉淀又溶解后 再加氨水 使之生成 co nh3 6 2 此时向溶液中通入空气 得到的产物中有一种配合物其组成可用cocl3 5nh3表示 把分离出的cocl3 5nh3溶于水后立即加硝酸银溶液 则析出agcl沉淀 经测定 每1molcocl3 5nh3只生成2molagcl 通过计算 确定此配合物的化学式 钴 co 化合物对化学键的研究起着重要的作用 为测定某钴化合物 co nh3 xcly clz的组成 进行如下实验 称取样品0 5010g 加入过量的naoh溶液 煮沸 蒸出所有的氨 冷却 得到a 产生的氨用50 00ml0 5000mol l 1的盐酸完全吸收并用蒸馏水定容至100ml 得溶液b 取b溶液20 00ml 用0 1000mol l 1naoh滴定 消耗naoh溶液30 00ml 向a中加入过量ki固体 振荡 盐酸酸化后置于暗处 发生反应 com i co2 i2 未配平 反应完成后 蒸馏水稀释 用na2s2o3溶液滴定析出的i2 消耗0 1000mol l 1na2s2o3溶液20 00ml 反应方程式为 i2 2na2s2o3 2nai na2s4o6 另称取该物质样品0 2505g 溶于水 以0 1000mol l 1agno3溶液滴定至恰好反应完全 消耗agno3溶液20 00ml 相应反应式为 co nh3 xcly clz zagno3 co nh3 xcly no3 z zagcl 通过计算求 co nh3 xcly clz中氮元素的质量分数 该钴化合物的化学式 应用反馈 0 1 2 0 1 0 0 0 2 2 2 3 3 4 4 4 直线形 v形 v型 平面三角形 三角锥形 四面体 正四面体 正四面体 so42 0 4 正四面体 一 1994年度诺贝尔化学奖授予为研究臭氧作出特殊贡献的化学家 o3能吸收有害紫外线 保护人类赖以生存的空间 o3分子的结构如右图 呈v型 键角116 5o 三个原子以一个o原子为中心 与另外两个o原子分别构成一个非极性共价键 中间o原子提供2个电子 旁边两个o原子各提供1个电子 构成一个特殊的化学键 虚线内部分 三个o原子均等地享有这4个电子 请回答 1 臭氧与氧气的关系是 练习 2 下列物质的分子与o3分子的结构最相似的是a h2ob co2c so2d becl23 分子中某1原子有1对没有跟其它原子共用电子叫孤对电子 那么o3分子有对孤对电子4 o3分子是否为极性分子 是or否 参考答案1 同素异形体 因为氧气和臭氧是同一元素形成的不同的单质 2 c3 54 是 价层电子对互斥模型 vsepr模型 是一种可以用来预测分子立体结构的理论模型 总的原则是分子的中心原子上孤对电子对与成键电子对之间的排斥力最小 注意 分子中的双键 叁键等多重键要作为一对电子看待 这种理论把分子分为两类 一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键 这种分子中 中心原子周围的原子数决定着分子的立体结构 如hcn的空间结构为直线形 另一类是中心原子上有孤对电子 未用于形成共价键的电子 的分子 由于中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间 并参与互相排斥 所以h2o的空间结构为v形 一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键 这种分子中 中心原子周围的原子数决定着分子的立体结构 如c02 ch20 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直线型c02n 3平面三角形ch20n 4正四面体型ch4 配合物理论简介 一 配合物的组成 1 中心离子或原子 也称形成体 有空轨道 主要是一些过渡金属 如铁 钴 镍 铜 银 金 铂等金属元素的离子 或是具有高氧化数的非金属元素 硼 硅 磷等 如na bf4 中的b k2 sif6 中的si 和nh4 pf6 中的p 或是不带电荷的中性原子 如 ni co 4 fe co 5 中的ni fe都是中性原子 碱金属 碱土金属等可作为螯合物的形成体 cu nh3 4 so4中 nh3是配位体 n为配位原子 2 配位体和配位原子有孤对电子 a 单齿配位体 一个配位体中只有一个配位原子 含氮配位体nh3 ncs 含硫配位体scn 含卤素配位体f cl br i 含碳配位体cn co含氧配位体h2o oh 羧酸 醇 醚等 b 多齿配位体 有两个或两个以上的配位原子 乙二胺nh2一ch2一ch2一nh2简写为en 乙二胺四乙酸根 edta 等 3 配位数与中心离子直接以配位键结合的配位原子个数 例 alf6 3 配位数6 cu nh3 4 so4配位数4 co nh3 2 en 2 no3 3配位数6 中心离子的电荷高 对配位体的吸引力较强 有利于形成配位数较高的配合物 常见的配位数与中心离子的电荷数有如下的关系 中心离子的电荷 1 2 3 4常见的配位数 24 或6 6 或4 6 或8 中心离子半径越大 其周围可容纳配体就越多 配位数越大 alf6 3 alcl4 bf4 agi2 agi4 2 从这些配离子你看出配位数有什么规律 4 配离子的电荷 配离子的电荷等于中心离子电荷与配位体总电荷的代数和 如k2 ptcl4 8 1 2配位化合物的命名 配位数 配位体名称 合 中心离子 用罗马数字表示氧化数 用二 三 四等数字表示配位体数 不同配位名称之间用圆点

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