选修322第2节共价键与分子的空间构型

1、109.5形形色色的分子形形色色的分子O2HClH2OCO2C2H2CH2OCOCl2NH3P4CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OHC60C20C40C70一、一些典型分子的空间构型一、一些典型分子的空间构型1、甲烷分子的空间构型、甲烷分子的空间构型碳原子碳原子:甲烷的甲烷的4个个C H单键都应该是单键都应该是键，然而，键，然而，碳原子的碳原子的4个价层原子轨道是个价层原子轨道是3个相互垂直的个相互垂直的2p轨道和轨道和1个球形的个球形的2s轨道，用它们跟轨道，用它们跟4个氢个氢原子的原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子

2、。？构型的甲烷分子。？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基本要点：基本要点：在形成分子时，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若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来道混合起来，重新组合成一组新轨道。这，重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫做原子轨道的杂种轨道重新组合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。化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。杂化前后轨道数目不变杂化前后轨道数目不变。杂化后轨道杂化后轨道伸展方向伸展方向，形状发生改变形状发生改变。杂化轨道杂化轨道只用于形成键或者用来容纳孤对电子或者用来

3、容纳孤对电子 剩余的剩余的p轨道可以形成轨道可以形成键键 由于每个轨道中都含有由于每个轨道中都含有1/41/4的的s s轨道成分和轨道成分和3/43/4的的p p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为轨道成分，因此我们把这种轨道称之为 spsp3 3杂化轨道。杂化轨道。：四个杂化轨道分别指向的四个顶角，杂化轨道之间的夹角为149 为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，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，使轨道间的排斥最小，4 4个杂化轨道的伸展个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。方向分别指向正四面体的四个顶点。杂杂化化轨轨2s2pB的基态的基态2p2s激发态激发态正三角形

4、正三角形sp2 杂化态杂化态BF3分子形成过程分子形成过程BFFF激发激发120s sp pBeCl2分子形成过程分子形成过程激发激发2s2pBe基态基态2s2p激发态激发态杂化杂化直线形直线形sp杂化态杂化态键合键合直线形直线形化合态化合态Cl Be Cl180 乙烯乙烯C C2 2H H4 4CHCH2 2 CH CH2 2一个碳原子的三个一个碳原子的三个spsp2 2杂化轨道中：杂化轨道中：u两个与氢原子的两个与氢原子的1s1s轨道发生重叠，形成两个轨道发生重叠，形成两个spsp2 2-s-s的的键键u一个与另一个碳原子的一个与另一个碳原子的spsp2 2杂化轨道重叠形成一杂化轨道重叠形

5、成一个个spsp2 2-sp-sp2 2的的键键乙烯乙烯C C2 2H H4 4CHCH2 2 CH CH2 2u两个碳原子所余下的垂直于分子平面的两个两个碳原子所余下的垂直于分子平面的两个p pz z轨道重叠形成轨道重叠形成p pz z-p-pz z的的键键s sp pspsp2 2杂杂化化轨轨道道 spsp杂杂化化轨轨道道 两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成sp-sp 键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个sp-s 键，两个py轨道和两个pz轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的P-P 键，形成乙炔分子。 s sp p乙炔C2H2CHCH一个碳原子的两个一个

6、碳原子的两个spsp杂化轨道中：杂化轨道中：u一个与氢原子的一个与氢原子的1s1s轨道发生重叠，形成一个轨道发生重叠，形成一个sp-ssp-s的的键键u一个与另一个碳原子的一个与另一个碳原子的spsp杂化轨道重叠形成一杂化轨道重叠形成一个个sp-spsp-sp的的键键s sp p乙炔C2H2CHCH一个碳原子的两个一个碳原子的两个spsp杂化轨道中：杂化轨道中：u两个碳原子所余下的垂直于分子轴的两个两个碳原子所余下的垂直于分子轴的两个p py y轨道重叠形成轨道重叠形成p py y-p-py y的的键；键；两个两个p pz z轨道重叠形轨道重叠形成成p pz z-p-pz z的的键。键。s s

7、p p3NHNHHH杂化3sp2ps210718N HN HN HNH3 的空间构型三角锥形104 45O HO HO H的空间构型2H O杂化轨道理论解释苯分子的结构：杂化轨道理论解释苯分子的结构：C为为SP2杂化杂化所有原子（所有原子（12个）处于同一平面个）处于同一平面分子中分子中6个碳原子未杂化的个碳原子未杂化的2P轨道轨道上的未成对电子重叠结果形成了上的未成对电子重叠结果形成了一个闭合的、环状的大一个闭合的、环状的大键键形成的形成的电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面，电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面，一个位于平面下面，经能量计算，这是一个很稳定的体系。一个位于平面下

8、面，经能量计算，这是一个很稳定的体系。 C-C (sp2-sp2 ) ; C-H (sp2-s )大 键 C6H6C6H6的大键（离域键）10718104 45109 280 0 0 1 2 共价分子的几何外形取决于分子共价分子的几何外形取决于分子价价层电子对数目和类型层电子对数目和类型。分子的价电子对。分子的价电子对（包括成键电子对和孤电子对）由于（包括成键电子对和孤电子对）由于相相互排斥互排斥作用作用, ,而趋向尽可能而趋向尽可能远离远离以以减小斥减小斥力力而采取而采取对称对称的空间构型。的空间构型。价层电子对互斥理论（价层电子对互斥理论（VSEPRVSEPR法）法）3、确定分子空间构型的

9、简易方法：、确定分子空间构型的简易方法：P44教材教材（2 2）. .根根据据分分子子的的价价层层电电P44教材教材CH4 的空间构型3ClO3ClO3ClO8O23平面三角形2 0 AB2直线形HgCl23 0 AB32 1 AB2价层电子对数平面三角形 BF3角形PbCl2布方式 4四面体4 0 AB43 1 AB32 2 AB2正四面体 CH4三角锥形 NH3角形H2O布布方式3I体5三角双锥50 AB54 1 AB43 2 AB32 3 AB2三角双锥 PCl5变形四面 SF4T形 ClF3直线形布布方式形4ICl6八面体60 AB651 AB542 AB4正八面体 SF6四方锥形IF

10、5平面正方4.等电子原理P44 具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。 符合等电子原理的分子或离子互为等电子符合等电子原理的分子或离子互为等电子体。体。例如：例如：SOSO4 42-2-和和POPO4 43-3-价电子总数为价电子总数为3232。中。中心原子心原子( (S S和和P P) )采取采取SPSP3 3杂化，呈四面体结构。杂化，呈四面体结构。等电子原理的某些应用：等电子原理的某些应用：（1）判断一些简单分子或离子的立体构型：等电子体）判断一些简单分子或离子的立体构型：等电子体一般有相同的立体构型。一般有相同的立体构型。（2）制造新材料方面的应用。）制造新材料方面

11、的应用。等电子体有相似的性质。 根据等电子原理，判断根据等电子原理，判断下列各组分子属下列各组分子属于等电子体的是（于等电子体的是（ ） A、H2O、H2S B、HF、NH3 C、CO、CO2 D、NO2、SO2A在短周期元素组成的物质中，与在短周期元素组成的物质中，与NO2互为互为等电子体的分子有：等电子体的分子有： 、 。3个原子个原子H HeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl ArO3 各原子最外层电各原子最外层电子数之和为子数之和为18SO2 课堂练习课堂练习 写出下列分子的的写出下列分子的的杂化轨道类型杂化轨道类型及及空间构型空间构型 NH3、B

12、eCl2、PCl3、BF3、CS2 H2O、Cl2O 、SiCl4、CH3F、NI3SPSP3SP3SP2SPSP3SP3SP3SP3SP3三角锥形直线形三角锥形平面三角形直线形V形V形正四面体形四面体形三角锥形1 1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是型相同的是 ( )( )A ACOCO2 2与与SOSO2 2 B BCHCH4 4与与NHNH3 3 C CBeClBeCl2 2与与BFBF3 3 D DC C2 2H H2 2与与C C2 2H H4 4B B2 2、对对SOSO2 2与与COCO2 2说法正确的是说法正确的是( )( )A.A.都

13、是直线形结构都是直线形结构B.B.中心原子都采取中心原子都采取spsp杂化轨道杂化轨道C.SC.S原子和原子和C C原子上都没有孤对电子原子上都没有孤对电子D.SOD.SO2 2为为V V形结构，形结构， COCO2 2为直线形结构为直线形结构D 对称性普遍存在于自然界。对称性普遍存在于自然界。例如五瓣对称的梅花、桃花，例如五瓣对称的梅花、桃花，六瓣对称的水仙花、雪花（轴六瓣对称的水仙花、雪花（轴对称或中心对称）；建筑物和对称或中心对称）；建筑物和动物的镜面对称；美术与文学动物的镜面对称；美术与文学中也存在很多对称的概念。中也存在很多对称的概念。自然界中的对称性 依据对称轴的旋转或借助对称面的

14、反映能够依据对称轴的旋转或借助对称面的反映能够复原的分子称为对称分子，分子所具有的这种性复原的分子称为对称分子，分子所具有的这种性质称为对称性。质称为对称性。左手和右手不能重叠左手和右手不能重叠 左右手互为镜像左右手互为镜像手性异构体和手性分子手性异构体和手性分子 概念：概念：如果一对分子，它们的组成和原如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样一样互为镜像互为镜像，在，在三维空间里不能重叠三维空间里不能重叠，这，这对分子互称对分子互称手性异构体手性异构体。有手性异构体的分。有手性异构体的分子称为子称为手性分子手性分子。 条件：

15、条件：当当四个不同的原子或或基团连接在连接在同一个碳原子上时，形成的化合物存在手性异时，形成的化合物存在手性异构体。其中，构体。其中，连接四个不同的原子或基团的碳原子称为称为手性碳原子手性碳原子。1下列化合物中含有手性碳原子的是下列化合物中含有手性碳原子的是( )A.CCl2F2 B.CH3CHCOOHC.CH3CH2OH D.CHOH CH2OHCH2OHOHB课堂练习课堂练习A.OHCCHCH2OH B. OHCCHCClC.HOOCCHCCCl D.CH3CHCCH3 HClOHBrOHClHBrBrCH3CH32下列化合物中含有下列化合物中含有2个个“手性手性”碳原子的是碳原子的是(

16、)B根据电荷分布是否均匀，根据电荷分布是否均匀，共价键有极有极性、非极性之分性、非极性之分，以共价键结合的，以共价键结合的分子是否也有极性、非极性是否也有极性、非极性之分呢？之分呢？分子的极性又是根据什么来判定呢？思考思考观察观察. .思考思考 P P4646非极性分子：非极性分子：电荷分布均匀对称的分子；分子内电荷分布均匀对称的分子；分子内没正、负两极的分子。没正、负两极的分子。3、分子的极性、分子的极性 正电荷重心和负电荷重心相重合的分子正电荷重心和负电荷重心相重合的分子ClCl共用电子对共用电子对ClCl2个Cl原子吸引电子的能力相同，共用电子对不偏向任何一个原子，整个分子的电荷分布均匀

17、，为非极性分子只含有非极性键的分子因为共用电的分子因为共用电子对无偏向，子对无偏向，分子是分子是非极性分子极性分子：极性分子：电荷分布不均匀不对称的分子电荷分布不均匀不对称的分子；分；分子内存在正、负两极的分子。子内存在正、负两极的分子。 正电荷重心正电荷重心和和负电荷重心负电荷重心不相重合的分子不相重合的分子HCl共用电子对共用电子对HClHCl分子中，共用电子对偏向分子中，共用电子对偏向Cl原子，原子，Cl原子一端相对地显负电性，原子一端相对地显负电性，H原子原子一端相对地显正电性，整个分子的电荷一端相对地显正电性，整个分子的电荷分布不均匀，分布不均匀，为极性分子为极性分子+-以极性键结合

18、的双原子分子为极性分子以极性键结合的双原子分子为极性分子分子极性的判断方法分子极性的判断方法1 1、双原子分子、双原子分子取决于成键原子之间的共价键是否有极性取决于成键原子之间的共价键是否有极性2 2、多原子分子、多原子分子( (ABm型型) )取决于分子的空间构型取决于分子的空间构型ABm分子极性的判断方法分子极性的判断方法1 1、化合价法、化合价法请判断请判断PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的极性。分子的极性。若中心原子若中心原子A A的化合价的绝对值的化合价的绝对值等于该元素所等于该元素所在的在的主族序数主族序数，则为非极性分子则为非极性分子，若，若不等则为不等则为极性分子极性分子

19、；若中心原子有孤对电子若中心原子有孤对电子( (未参与成键的电子对未参与成键的电子对) )则为极性分子，若则为极性分子，若无孤对电子则为非极性分子无孤对电子则为非极性分子。ABm分子极性的判断方法分子极性的判断方法1 1、化合价法、化合价法 将分子中的将分子中的共价键看作作用力共价键看作作用力，不同的不同的共价键看作不相等的作用力共价键看作不相等的作用力，运用物理上，运用物理上力的合成与分解，看中心原子受力是否平力的合成与分解，看中心原子受力是否平衡，衡，如平衡则为非极性分子如平衡则为非极性分子；否则为极性否则为极性分子。分子。2 2、物理模型法、物理模型法C=O键是极性键，但键是极性键，但从

20、分子总体而言从分子总体而言CO2是是直线型直线型分子，两个分子，两个C=O键是键是对称对称排列的，排列的，两键的极性互相抵消两键的极性互相抵消（ F合合=0），），整个整个分子没有极性，电荷分子没有极性，电荷分布均匀，是分布均匀，是非极性非极性分子分子。180F1F2F合合=0OOCHOH10430F1F2F合合0O-H键是极性键，共用电键是极性键，共用电子对偏子对偏O原子，由于分子原子，由于分子是是V V形形构型构型，两个，两个O-H键键的极性不能抵消（的极性不能抵消（ F合合0），），整个分子电荷分整个分子电荷分布不均匀，是布不均匀，是极性分子极性分子HHHNBF3：NH3：12010718 三角锥型三角锥型, 不对称，键的极不对称，键的极性不能抵消，是极性分子。性不能抵消，是极性分子。F1F2F3F平面三角形，对称，平面三角形，对称，键的极性互相抵消键的极性