分子结构实用PPT学习教案

1、会计学1分子结构实用分子结构实用大大 纲纲 要要 求求路易斯结构式（电子式）。价层电子互斥模型对简单分子（包括离子）立体结构的预测。杂化轨道理论对简单分子（包括离子）立体结构的解释。共价键p-p p 键、（s-s、s-p、p-p）s 键和p-p大 p 键形成条件、键能、键角、饱和性与方向性。共轭（离域）的一般概念。等电子体的一般概念。 第1页/共30页离离 子子 键键定义：由阴阳离子之间的静电作用所形成的化学键。离子键理论：1、当电负性小的活泼金属与电负性大的活泼非金属原子相遇时，发生电子的得失产生正负离子；2、对于主族元素来讲形成离子具有稀有气体结构即P轨道全充满；3、正负离子发生电子转移，

2、形成能量较低的新体系。离子键的特点：离子键的特点： (1) 作用力的本质是静电作用力；221rqqFq1 ，q2 分别为正负离子所带电量 ，r 为正负离子的核间距离,F为静电引力。离子间的距离越小，则离子间的引力越强。(2)离子键没有方向性：与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性；第2页/共30页离子键的特点：离子键的特点： (3)离子键没有饱和性；只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。离离 子子 键键(4)键的离子性与元素的电负性有关；X 1.7，发生电子转移，形成离子键；X 1.7，不发生电子转移，形成共价键。离子键与共价键并非有明显界线。离子键与共价键并非有明显界线。第3页

3、/共30页离离 子子 键键离子键的强度或键能 晶格能 ( Lattice energy )晶格能：1mol 离子晶体解离成自由气态离子时所吸收的能量。（或相距为无限远处的气态正离子和负离子结合成1mol 离子晶体时所释放的能量。）晶格能的计算 Born-Haber循环了解影响离子键键能的因素有：(1)离子所带的电荷：离子电荷越多，相反离子间引力越大，键能越大。(2) 离子半径：离子半径越小，离子键键能越强。(3)离子的电子层构型A、2电子构型如 Li+ B、8电子构型如K+ C、18电子构型如Cd2+、Ag+ D、(18+2)电子构型最外层2个，次外层18个如Pb2+ E、917电子构型如Fe

4、2+ 在离子的半径和电荷大致相同条件下，不同构型的正离子对同种负离子的结合力的大小规律：8电子层构型的离子917电子层构型的离子18或18+2电子层构型的离子例如：Na+的 r = 97 pm , Cu+的r = 96 pm。但 NaCl 溶于水 而CuCl不溶，原因：电子构型不同，CuCl的键能大一些，水分子的作用力不能破坏这个离子键。第4页/共30页共共 价价 键键定义：原子间通过共用电子对所形成的化学键静电作用。共价键理论的基本要点：(1)当两个原子接近时，两原子中自旋相反自旋相反的未成对电子轨道重叠，电子云密集，系统能量降低，成为两原子的共享电子对而形 成化学键共价键；(2) 原子轨道

5、重叠时，轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越大，形成的化学键越稳定，因此，共价键应尽可能地沿原子轨道最大重叠方向形成最大重叠原理最大重叠原理。共价键的特点：(1)共价键具有饱和性：每个原子成键的总数或以单键连接的相邻 原子数是一定一定的。(2) 共价键具有方向性：由于成键时要遵守最大重叠原理，因此一个原子与其他原子形成的共价键具有一定的方向一定的方向（轨道重叠最大的方向）(3) 1916 年，美国科学家 Lewis 提出共价键理论：分子中的原子可以通过共用电子对来形成稀有气体的稳定电子结构稀有气体的稳定电子结构。反例：BCl3，PCl5。第5页/共30页共共 价价 键键键级：分子中两原子共享

6、的电子对数目键长：共价分子中两个成键原子的核间距离键能：1mol气态分子断开化学键而生成气态原子所需的能量。孤对电子：在分子中原子单独拥有的未成键的电子对键参数：解释共价键的方向性：未成键未成键第6页/共30页共共 价价 键键共价键的类型：(1) 键和键键键 ：成键的两原子以“头碰头”的方式，沿两原子核连线方向发生轨道重叠。键键 ：成键时两原子轨道以“肩并肩”的方式发生重叠，重叠部分对通过键轴、密度为零的一个平面呈对称分布。两个原子的原子核的连线称为键轴。键轴。一般说来，键的重叠程度小于键，所以键的键能比键的键能小，更易于发生化学反应。第7页/共30页杂化轨道理论杂化轨道理论杂化：杂化：在形成

7、分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成同等数量同等数量的能量能量完全相同完全相同一组新的轨道，这种轨道重新组合的过程叫做杂化。杂化轨道：杂化轨道：通过杂化所形成的新轨道就称为杂化轨道。注意两点：注意两点：(1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生；(2)能量相近通常是指：ns与np、ns,np与nd或（n-1)d。 原子形成杂化轨道的一般过程 激发 杂化 轨道重叠第8页/共30页(2) 正常共价键和配位共价键正常共价键：正常共价键：共用电子对由成键的两个原子共同提供。配位共价键：配位共价键：共用电子对由成键原子中的一个原子提供。HH N

8、: + H+ H HH N H H共共 价价 键键共价键的类型：例如：第9页/共30页杂化轨道类型杂化轨道类型1、SP3杂化（以甲烷的分子结构为例）CH4分子的形成分子的形成2s2p2s2p激发Sp3 杂化轨道杂化CH4分子成键+ 4H杂化杂化成键成键第10页/共30页杂化轨道类型杂化轨道类型对甲烷中碳的SP3杂化进行解释：杂化轨道理论认为：在形成甲烷分子时，C原子 上的一个2s电子可被激发到2p空轨道上，形成四个单键，这时虽然解决了4个共价键的问题，但是如果这4个轨道，即1个s轨道和3个p轨道，分别与4个氢原子结合，形成4个键能量是不同的，这与事实不符。杂化轨道还认为：在成键过程中，这4个不

9、同的轨道重新组合成4个能量相等的新轨道，由于是由1个s与3个p轨道组合而成，因而新轨道称作sp3杂化轨道。每一个sp3杂化轨道含1/4s成分和3/4p成分，这4个sp3杂化轨道分别与4个氢1s轨道重叠成键，形成CH4分子。所以四个C-H键是等同的。CHHHH尽管电子从基态跃迁到激发态需要一定的能量尽管电子从基态跃迁到激发态需要一定的能量但其激发后能形成但其激发后能形成4个共价键比电子不激发只个共价键比电子不激发只形成两个形成两个C-H键放出的能量要大得多，这些能键放出的能量要大得多，这些能 量是以补偿电子激发所量是以补偿电子激发所 需的能量而有余，需的能量而有余， 因此，因此，C与与H形成化合

10、物时生成形成化合物时生成CH4 而不是而不是CH2第11页/共30页杂化轨道类型杂化轨道类型2、SP2杂化（以BF3的分子结构为例）一个s轨道和二个p轨道杂化,产生三个等同的sp2杂化轨道, sp2杂化轨道间夹角120，呈平面三角形。BFFFBF3分子的结构示意图第12页/共30页杂化轨道类型杂化轨道类型3、SP杂化（以BeCl2的分子结构为例）BeClClBeCl2分子结构示意图第13页/共30页杂化轨道类型杂化轨道类型4、SP3d2杂化（以SF6的分子结构为例）SF6的分子形成过程sp3d2杂化轨道是由一个s轨道、三个p轨道和两个d轨道组合而成，其特点是6个sp3d杂化轨道指向正八面体的六

11、个顶点，相邻的夹角为90 。FFFFSFFsp3d2杂化轨道示意图SF6分子的空间结构第14页/共30页杂化轨道练习杂化轨道练习请分析下列分子中的中心原子杂化情况：HgCl2 Hg原子序数为80：CO2 ：BCl3 ：6S6P杂化杂化SP杂化直线型分子直线型分子2S2P杂化杂化SP杂化直线型分子直线型分子2S2P杂化杂化SP2杂化平面三角形型分子平面三角形型分子CCl4 ：SiF62-：杂化杂化3S3P3dSP3d2杂化八面体分子八面体分子正四面体分子正四面体分子2S2P杂化杂化SP3杂化第15页/共30页杂化轨道练习杂化轨道练习请分析下列分子中的中心原子杂化情况：PCl5 ：SP3d杂化3S

12、3P3d杂杂 化化三角双锥形分子H H2 2O O：V型分子NH3：三角锥分子第16页/共30页 等型杂化和不等型杂化等性杂化：等性杂化：参与杂化的原子轨道均是未成对电子的轨道。参与杂化的原子轨道均是未成对电子的轨道。不等性杂化：不等性杂化：参与杂化的原子轨道不仅包含未成对电子的轨道，也包含成对电子的轨道。如参与杂化的原子轨道不仅包含未成对电子的轨道，也包含成对电子的轨道。如NH3分子的杂化轨道中，孤对电子占有的杂化轨道而不参与成键。分子的杂化轨道中，孤对电子占有的杂化轨道而不参与成键。N ( 1s22s22px12py12pz1 )均为sp3 轨道H2ONH3O ( 1s22s22px22p

13、y12pz1 )第17页/共30页杂化轨道总结杂化轨道总结(3) 杂化只能发生在能级接近的轨道之间，如能层数相同的s、p、d轨道之间，或(n-1)d与ns、np之间，能量也是相近的。亚层符号按能层、能级升高的顺序排列，例如d2sp3和sp3d2代表不同杂化轨道。(1)轨道杂化是指同一个原子中相关轨道的混合由此产生的杂化轨道也是原子轨道。 (2)参与杂化的轨道中电子所处的能级略有不同，而杂化后的电子则处于相同能级。杂化后能级相当于杂化前有关电子能级的中间值。(4) 杂化轨道的数目等于参与杂化的轨道的总数。(5)杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键角越大，排斥力越小。杂化轨道类型不同，成

14、键时键角不同，分子的空间结构也不同。第18页/共30页杂化轨道的类型与空间结构的关系杂化类型spsp2sp3sp3dsp3d2用于杂化的原子轨道数23456杂化轨道数23456空间构型直线型平面三角形四面体三角双锥八面体实例BeCl2BF3CH4PCl5SF6CO2BCl3CCl4SiF62-第19页/共30页杂化轨道的形成与分子的组成有关C2H4(sp2杂化）C2H2 (sp杂化）第20页/共30页1957 年年 Sidgwick 提出价层电子对互斥理论提出价层电子对互斥理论(VSEPR法）法），用以判断，用以判断简单简单分子或离子的几何构型。分子或离子的几何构型。理论要点：理论要点：分子中

15、心原子周围的价电子对（包括成键电子和未成键的孤对电子，包括单键、双键和三键），倾向于尽可能地远离，以达到彼此之间相互排斥作用为最小的目的。第21页/共30页、中心原子有孤对电子当中心原子有孤对电子时，分子中价电子的分布仍保持上述基本类型的空间结构。但由于孤对电子只受一个原子的吸引，电子云偏向中心原子，对其它价电子有更强的排斥作用，而使键角和分子构型有所改变。分子空间结构的分子空间结构的一般预测一般预测、 中心原子没有孤对电子 AXm型A ：中心原子 X ：其它原子 m : 成键电子对数目AX2 型 （BeCl2 )直线型AX3型 (BF3) 平面三角形AX4型 (CH4) 正四面体AX5型 (

16、 PCl5 ) 三角双锥形AX6型 ( SF6) 正八面体型第22页/共30页分子、离子空间结构的预测具体办分子、离子空间结构的预测具体办法法确定中心原子A价层电子对数目。中心原子A的价电子数与配位体X提供共用的电子数之和的一半，就是中心原子A价层电子对的数目。例如BF3分子，B原子有3个价电子，三个F原子各提供一个电子，共6个电子，所以B原子价层电子对数为3。计算时注意：()氧族元素（A族）原子作为配位原子时，可认为不提供电子（如氧原子有6个价电子，作为配位原子时，可认为它从中心原子接受一对电子达到8电子结构），但作为中心原子时，认为它提供所有的6个价电子。()如果讨论的是离子，则应加上或减

17、去与离子电荷相应的电子数。如PO43离子中P原子的价层电子数应加上3，而NH4离子中N原子的价层电子数则应减去1。()如果价层电子数出现奇数电子，可把这个单电子当作电子对看待。如NO2分子中N原子有 5个价电子，O原子不提供电子。因此中心原子N价层电子总数为5，当作3对电子看待。 对对AXAXm m型型第23页/共30页确定价层电子对的空间构型。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。于是价层电子对的空间构型与价层电子对数目的关系如下表所示： 这样已知价层电子对的数目，就可及确定它们的空间构型。 分子、离子空间结构的预测具体办分子、离子空间结构的预测具体办法法对对AXAX

18、m m型型第24页/共30页分子、离子空间结构的预测具体办分子、离子空间结构的预测具体办法法对对AXAXm m型型分子空间构型的确定。价层电子对有成键电子对和孤电子对之分。中心原子周围配位原子（或原子团）数，就是键对数，价层电子对的总数减去键对数，得孤对数。根据键对数和孤对敌，可以确定相应的较稳定的分子几何构型，如下表所示： 相关表格见附件。相关表格见附件。利用上表判断分子几何构型时应注意，如果在价层电对中出现孤电子对时，价层电子对空间构型还与下列斥力顺序有关：孤对孤对孤对键对键对键对因此，价层电子对空间构型为正三角形和正四面体时，孤电子对的存在会改变键对电子的分布方向。所以SnBr2的键角应

19、小于120，NH3、H2O分子的键角应小于10928，。对于分子中有双键、叁键等多重键时，使用价层电子对理论判断其分子构型时，双键的两对电子和叁键的三对电子只能作为一对电子来处理。或者说在确定中心原子的价电子层电子对总数时，不包括键电子。 第25页/共30页等电子体原理具有相同的通式AXm，而且价电子总数相等的分子或离子具有相同的结构特征，这个原理称为“等电子体原理”。如：CO2、CNS-、NO2+、N3-具有相同的通式AX2，价电子总数16，具有相同的结构直线型分子，中心原子上没有孤对电子而取sp杂化轨道，形成直线形骨架，键角为1800，分子里有两套43 p-p大键。同理SO2、O3、NO2

20、-为等电子体，SO42-、PO43-为等电子体。 注意：注意：等电子体和电子数相等是不同的概念，如我们说10电子的物质是：二周期非金属的氢化物以及它们得失氢离子以后的离子，第三周期金属阳离子和第二周期非金属阴离子。18电子的物质是：三周期非金属的氢化物以及它们得失氢离子以后的离子，第四周期主族金属阳离子和第三周期非金属阴离子。 H2O2要引起重视。第26页/共30页相相 关关 练练 习习1、下列化学键中碳的正电性最强的是（ ） A. CF B. CO C. CSi D. CCl2、电子构型为Xe4f145d76s2的元素是（ ） A. 稀有气体 B. 过渡元素 C. 主族元素 D. 稀土元素AB3、已知80Hg是B族元素，第七周期B族元素的原子序数是 ( ) A112 B98C88D82 A4、下列电子排布式中，属于第121号元素的是（ ）A.1185g18s2B.1188s28p1 C.1187d18s2 D.1186f18s2 D5、对三硫化四磷分子的结构研究表明：该分子没有不饱和键，每个原子周围都达到了8个电子的稳定结构。在一个三硫化四磷分子中含有的共价键的个数是（ ）A、7个 B、9个 C、19个 D、不能确定B以上试题均为全国、各省的竞赛初赛试题第27页/共30页相相 关关 练练 习习PCl5是一种白色固体，加热到160不经过液态阶段就变成蒸气，