分子空间结构和物质性质

1、关于分子空间结构与物质性质第1页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四概述 由分子聚集而成的物质的性质主要由分子的组成和结构决定的. 分子的结构是可以通过技术手段测定的,或者通过利用相关理论进行解释或者预测. 分子结构对物质的极性、磁性、旋光性、溶解性、化学反应活泼性等都有很大的影响。第2页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四非极性键:共用电子对无偏向（电荷分布均匀）如:H2(H-H) Cl2(Cl-Cl)N2(N N)极性键共用电子对有偏向（电荷分布不均匀）如:HCl(H-Cl) H2O(H-O-H)复习：第3页，共73页，2022年，5月20日，11点

2、15分，星期四2、共用电子对不偏向或有偏向是由什么因素引起的呢?这是由于原子对共用电子对的吸引力不同造成的。1、键的极性的判断依据是什么？共用电子对是否有偏向复习第4页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四判断方法同种非金属元素原子间形成的共价键是非极性键不同种非金属元素原子间形成的共价键是极性键复习第5页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四指出下列物质中的共价键类型1、O22 、CH43 、CO24、 H2O25 、Na2O26 、NaOH非极性键极性键极性键(H-O-O-H)极性键 非极性键非极性键极性键复习第6页，共73页，2022年，5月20日，1

3、1点15分，星期四什么化学键叫键？什么化学键叫键？ 原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”的方式重叠形成的共价键叫做键。 原子轨道在核间连线两侧以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键叫做键。请写出C、N、O的电子排布式和轨道表示式。复习第7页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四S-S重叠S-P重叠P-P重叠键成键方式 “头碰头”第8页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四p-p键形成过程由于键重叠程度要比键小,所以键的强度要比 键小。“肩并肩”第9页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四一、分子的空间构型(一)1、为什么原子形成分子时它们的个数是

4、固定的？ 因为原子的价电子数是固定的，原子要达到稳定结构所需的电子数就是固定的。2、为什么不同的分子的空间构型（即分子的形状）是不同的？分子的空间构型是由什么决定的？ 原子轨道的伸展方向是不同的成键时轨道的重叠方向不同，因而分子的空间形状就不同。分子的空间形状是由中心原子价电子原子轨道的伸展方向决定的。第10页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 甲烷分子中的C原子的电子排布式是1s22s22p2，由此推测：甲烷分子的C原子有没有可能形成四个共价键？事实上甲烷中碳原子确实是形成四个键，并且这四个键时完全等同的，怎样才能形成四个共价键？分析思考： 如果C原子就以个轨道和个轨道

5、上的单电子，分别与四个原子的轨道上的单电子重叠成键，所形成的四个共价键能否完全相同？这与CH分子的实际情况是否吻合？3、什么叫做杂化轨道，为什么原子轨道要采取杂化？第11页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四如何才能使CH分子中的C原子与四个H原子形成完全等同的四个共价键呢？10928原子轨道？伸展方向？第12页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 原子在形成分子时，为了增强成键能力，使分子的稳定性增加，趋向于将不同类型的原子轨道重新组合成能量、形状和方向与原来不同的新原子轨道。这种重新组合称为杂化；杂化后的原子轨道称为杂化轨道。 杂化轨道第13页，共7

6、3页，2022年，5月20日，11点15分，星期四看看杂化轨道理论的解释： 由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。 由于每个轨道中都含有1/4的s轨道成分和3/4的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道。4、s和p轨道组成的杂化轨道的几种类型1414第14页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 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，4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。第15页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，

7、就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的S-SP3键，形成一个正四面体构型的分子。 10928第16页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四关于杂化轨道的注意点（1）只有能量相近的轨道才能相互杂化。（2）形成的杂化轨道数目等于参加杂化的 原子轨道数目。（3）杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道。因为杂化轨道的形状变成一头大一头小了，用大的一头与其他原子的轨道重叠，重叠部分显然会增大。第17页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 通过分析CH2=CH2分子的结构，你认为分子中的C原子是否也需要“杂化”？它又应该进行怎样的“杂化”？分析乙烯分子中的共价键第18页

8、，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 由1个s轨道和2个p轨道混杂并重新组合成3个能量与形状完全相同的轨道。 由于每个杂化轨道中都含有1/3的s轨道成分和2/3的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为sp2杂化轨道。第19页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四sp2杂化轨道的形成和空间取向示意图第20页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 sp2杂化轨道的形成和特点： 由1个s轨道与2个p轨道组合成3个sp2 杂化轨道的过程称为sp2 杂化。每个sp2 杂化轨道中含有1/3的s轨道成分和2/3的p轨道成分。 为使轨道间的排斥能最小，3个

9、sp2杂化轨道呈正三角形分布，夹角为1200。当3个sp2杂化轨道分别与其他3个相同原子的轨道重叠成键后，就会形成平面三角形构型的分子。 第21页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 根据以上对SP2杂化过程的分析，自己尝试推测一下乙烯分子中C原子的杂化类型和成键情况，尤其是C=C的形成情况？现在你能否解释乙烯分子的结构和性质特点了？第22页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四C2H4(sp2杂化）第23页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 由1个s轨道和1个p轨道混杂并重新组合成2个能量与形状完全相同的轨道。 由于每个杂化轨道中都

10、含有1/2的s轨道成分和1/2的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为SP杂化轨道。SP杂化轨道分析乙炔中的共价键第24页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四sp杂化轨道的形成及特点： 由1个s轨道和1个p轨道“混杂”成2个sp杂化轨道的过程称为sp杂化，所形成的轨道称为sp杂化轨道。 为使轨道间的排斥能最小，轨道间的夹角为1800 。当2个sp杂化轨道与其他原子轨道重叠成键后就会形成直线型分子。 sp杂化轨道的形成和空间取向示意图第25页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四碳的sp杂化轨道第26页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四乙

11、炔的成键第27页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四杂化轨道理论简介1、杂化轨道 原子中能量相近的几个轨道间通过相互的混杂后，形成相同数量的几个能量与形状都相同的新轨道。2、S轨道与P轨道杂化轨道的类型 （1）SP3杂化轨道 （2）SP2杂化轨道 （3）SP杂化轨道小结第28页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四三种SP杂化轨道的比较 第29页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四实例分析1： 试分析BeCl2分子的形成和空间构型。 Be原子的价层电子排布为2s2 。在形成BeCl2 分子的过程中，Be原子的1个2s电子被激发到2p空轨

12、道，价层电子排布变为2s1 2px1 。这2个含有单电子的2s轨道和2px轨道进行sp杂化，组成夹角为1800 的2个能量相同的sp杂化轨道，其形成过程可表示为：第30页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四理论分析：Be原子上的两个SP杂化轨道分别与2个Cl原子中含有单电子的3p轨道重叠，形成2个spp的键，所以BeCl2分子的空间构型为直线。实验测定：BeCl2分子中有2个完全等同的BeCl键，键角为1800 ，分子的空间构型为直线。第31页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四实例分析2： 试说明BF3分子的空间构型。 BF3分子的中心原子是B，其价层

13、电子排布为2s22px1 。在形成BF3分子的过程中，B原子的2s轨道上的1个电子被激发到2p空轨道，价层电子排布为2s12px12py1 ，1个2s轨道和2个2p轨道进行sp2杂化，形成夹角均为1200的3个完全等同的SP2杂化轨道。其形成过程可表示为：第32页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四理论分析：B原子的三个SP2杂化轨道分别与3个F原子含有单电子的2p轨道重叠，形成3个sp2-p的键。故BF3 分子的空间构型是平面三角形。实验测定：BF3分子中有3个完全等同的B-F键，键角为1200 ，分子的空间构型为平面三角形。 第33页，共73页，2022年，5月20日，

14、11点15分，星期四实例分析3：试解释CCl4分子的空间构型。 CCl4分子的中心原子是C，其价层电子组态为2s22px12py1。在形成CCl4分子的过程中，C原子的2s轨道上的1个电子被激发到2p空轨道，价层电子组态为2s12px12py12pz1，1个2s轨道和3个2p轨道进行sp3杂化，形成夹角均为109028的4个完全等同的sp3杂化轨道。其形成过程可表示为第34页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四理论分析：C原子的4个sp3杂化轨道分别与4个Cl原子含有单电子的2p轨道重叠，形成4个sp3-p的键。故CCl4 分子的空间构型是正四面体。实验测定：CCl4分子中

15、有四个完全等同的C-Cl键，其分子的空间构型为正四面体。第35页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 用杂化轨道理论分析下列物质的杂化类型、成键情况和分子的空间构型。（1）CH2CH2 （2）CHCH（3）HCHO （4）HCN杂化轨道所用原子轨道的能量要相近，且杂化轨道只能用于形成键或容纳孤对电子，剩余的p轨道还可形成键。练习：第36页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 挑战自我：NH3、H2O分子分别是三角锥形分子、V形分子，如何用杂化轨道的知识解释。 NH3、H2O分子中N、O原子都是sp3杂化，由于孤电子对的影响使键角都小于109.50。 NH

16、3、H2O键角分别为107.30、104.50。 第37页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四思考题：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？第38页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四已知：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0+2=2SP直线形0+3=3SP2平面三角形0+4=4SP3正四面体型1+2=3SP2V形1+3=4SP3三角锥形2+2=4SP3V形代表物杂化轨道数杂化轨道类型分子结构CO2CH2OCH4SO2NH3H2O结合上述信息完成下表：中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数如何算中心原子杂化轨道数第3

17、9页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四请回答下列问题: CH4、NH3、H2O、CO2分子的空间构型及键角分别怎样？CH4 正四面体 109.50 NH3 三角锥形 107.30H2O V形 104.50 CO2 直线形 1800 第40页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四确定分子（或离子）空间构型的简易方法 用分子或离子中的价电子对数去判断! 对于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子中的价电子对数可以用下式计算： n中心原子的价电子数每个配位原子提供的价电子数m 2 价电子对数目为2、3、4时，价电子对的几何分布分别呈直线形、平面三角形

18、、正四面体构型。第41页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数。 注意： (1) H、卤素只提供1个共用电子； (2) 在形成共价键时，作为配体的氧族可以 认为不提供共用电子； (3)当氧族原子作为中心原子时,则可以认 为提供6电子； (4) 对于离子，中心原子的价电子数应相应 加上或减去离子价数；第42页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四分子空间构型的确定方法价层电子对互斥理论(valence-shell electron-pair repulsion)，简称为VSEPR理论,最初是在1940年由西奇维克(

19、Sidgwick N. V.)和鲍威尔(Powell H.M.)提出的，后经吉利斯皮(Gillispie R. J.)和尼霍姆（Nyholm R.S.）的发展而形成，是一种较为简单又能比较正确地判断分子几何构型的理论。 课本P63第43页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四234244直线形平面三角形正四面体直线形正四面体正四面体直线形平面三角形正四面体直线形三角锥形V形第44页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 对于ABm型分子，若价电子对数与配位原子数目相等，则分子的空间构型与价电子对的几何分布构型相同。 若价电子对数与配位原子数目不等，则中心原子

20、的孤电子对影响分子的空间构型。第45页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四三原子分子立体结构： 有直线形C02 、CS2等， V形如H2O、S02等。常见分子的空间构型第46页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四四原子分子立体结构： 平面三角形：如甲醛(CH20)分子等， 三角锥形：如氨分子等。第47页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四五原子分子立体结构： 正四面体形如甲烷、P4等。第48页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四（二）、等电子原理 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

21、电子原理的分子或离子互为等电子体。等电子原理的某些应用：参看课本P64（1）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。（2）制造新材料方面的应用。等电子体有相似的性质。第49页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 根据等电子原理，判断下列各组分子属于等电子体的是（ ） A、H2O、H2S B、HF、NH3 C、CO、CO2 D、NO2、SO2A第50页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四在短周期元素组成的物质中，与NO2互为等电子体的分子有： 、 。3个原子H HeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S

22、Cl ArO3 各原子最外层电子数之和为18SO2 第51页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四二、分子的极性极性分子 正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子非极性分子 正电荷重心和负电荷重心相重合的分子第52页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四分子极性的判断方法1、双原子分子取决于成键原子之间的共价键是否有极性2、多原子分子(ABm型)取决于分子的空间构型第53页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四ABm分子极性的判断方法1、化合价法请判断PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的极性。若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族

23、序数，则为非极性分子，若不等则为极性分子；若中心原子有孤对电子(未参与成键的电子对)则为极性分子，若无孤对电子则为非极性分子。第54页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四ABm分子极性的判断方法1、化合价法 将分子中的共价键看作作用力，不同的共价键看作不相等的作用力，运用物理上力的合成与分解，看中心原子受力是否平衡，如平衡则为非极性分子；否则为极性分子。2、物理模型法第55页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四C=O键是极性键，但从分子总体而言CO2是直线型分子，两个C=O键是对称排列的，两键的极性互相抵消（ F合=0），整个分子没有极性，电荷分布均匀，

24、是非极性分子。180F1F2F合=0OOC第56页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四HOH10430F1F2F合0O-H键是极性键，共用电子对偏O原子，由于分子是V形构型，两个O-H键的极性不能抵消（ F合0），整个分子电荷分布不均匀，是极性分子第57页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四HHHNBF3：NH3：12010718 三角锥型, 不对称，键的极性不能抵消，是极性分子。F1F2F3F平面三角形，对称，键的极性互相抵消（ F合=0） ，是非极性分子。第58页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四CHHHH10928 正四面体型

25、 ，对称结构，C-H键的极性互相抵消（ F合=0） ，是非极性分子。第59页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四常见分子的构型及分子的极性双原子分子H2、Cl2 无 无 直线型 非极性HCl 有 无 直线型 极性H2O 有 104.50 V形 极性CO2 有 180 直线型 非极性三原子分子四原子分子NH3 有 107.30 三角锥型 极性BF3 有 120 平面三角形 非极性CH4 有 109.50 正四面体型 非极性五原子第60页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四分子的极性分子的空间结构键角决定键的极性决定小结：第61页，共73页，2022年，5月

26、20日，11点15分，星期四只含有非极性键的单质分子是非极性分子。 含有极性键的双原子化合物分子都是极性分子。含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；空间结构不对称的为极性分子。 小结：第62页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四巩固练习：一、下列叙述正确的是（ ）：凡是含有极性键的分子一定是极性分子。极性分子中一定含有极性键。非极性分子中一定含有非极性键。非极性分子中一定不含有极性键。极性分子中一定不含有非极性键。凡是含有极性键的一定是极性分子。非金属元素之间一定形成共价键。离子化合物中一定不含有共价键。2第63页，共73页，2022年，5月20日，11点15

27、分，星期四二、按下列要求书写有关物质的电子式含有离子键又含有极性键的化合物 。含有离子键又含有非极性键的化合物 。含有离子键又含有四个极性键的化合物 。含有非极性键又含有极性键的化合物 。含有极性共价双键的非极性分子 。含有共价三键的非极性分子 。只含有离子键的化合物 。第64页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四相似相溶规则思考题： 水是极性溶剂，四氯化碳是非极性溶剂，试判断构成下列物质的分子是否是极性分子，并分析这些物质在水和四氯化碳中的溶解性。 碘单质、氨气、甲烷、氟化氢研究分子极性的实际意义 极性分子的溶质易溶于极性溶剂，非极性分子的溶质易溶于非极性溶剂中。第65页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 三、手性分子左手和右手不能重叠 左右手互为镜像第66页，共73页，2022年，5月20日，11点15分，星期