共价键与分子的空间构型

关于共价键与分子的空间构型第一页，共六十三页，编辑于2023年，星期日

碳原子只有两个未成对的2p电子，若碳原子与氢原子结合，应形成CH2，为什么是CH4?就算——碳原子价电子:2S22P2思考

碳原子与四个氢原子形成的分子也不应当具有规则的正四面体结构？第二页，共六十三页，编辑于2023年，星期日1.杂化轨道理论简介2s2pC的基态2s2p激发态正四面体形sp3杂化态激发

当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，能量相等，成分相同为了解决这一矛盾，鲍林提出: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，能量最低，4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。第三页，共六十三页，编辑于2023年，星期日CHHHH109°28’

杂化轨道的电子云一头大，一头小，成键时利用大的一头，可以使电子云重叠程度更大，从而形成稳定的化学键。即杂化轨道增强了成键能力。第四页，共六十三页，编辑于2023年，星期日sp3

杂化

原子形成分子时，同一个原子中能量相近的1个

ns

轨道与3个np

轨道进行重新组合组成四个新的原子轨道称为sp3杂化轨道。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。第五页，共六十三页，编辑于2023年，星期日【应用提高】试用杂化轨道理论解释为什么SiF4空间构型为正四面体，键角为109.5。第六页，共六十三页，编辑于2023年，星期日sp2

杂化

同一个原子的1个

ns

轨道与2个np

轨道进行杂化组合为sp2杂化轨道。sp2杂化轨道间的夹角是120°，分子的几何构型为平面正三角形。2s2pB的基态2p2s激发态正三角形sp2杂化态BF3分子形成BFFF激发120°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。第七页，共六十三页，编辑于2023年，星期日

同一原子中ns-np

杂化成新轨道：一个s

轨道和一个

p轨道杂化组合成两个新的sp

杂化轨道。BeCl2分子形成激发2s2pBe基态2s2p激发态杂化sp杂化态化合态Cl

BeCl180sp

杂化第八页，共六十三页，编辑于2023年，星期日杂化类型杂化轨道数目杂化轨道间夹角空间构型实例杂化轨道理论sp

sp2

sp3

平面三角形2小结180°直线BeCl23120°BF34109.50正四面体形CH4第九页，共六十三页，编辑于2023年，星期日

阅读P41：乙烯与乙炔分子的空间构型，思考碳原子的杂化轨道类型和成键类型。乙烯：5个σ键，1个π键乙炔：3个σ键，2个π键分子碳原子的杂化类型分子的空间构型C2H4C2H2成键情况：sp2平面形sp直线形第十页，共六十三页，编辑于2023年，星期日杂化轨道理论解释乙烯分子的结构：C为sp2杂化，有一个2p轨道未参与杂化，2s轨道与另外两个2p轨道发生杂化，形成三个相同的sp2杂化轨道。三个sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。C-C(p-p)π键C-C(sp2-sp2)σ键;C-H(sp2-s)σ键2p2s杂化第十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期日C为sp杂化，有两个2p轨道未参与杂化，只是2s轨道与一个2p轨道发生杂化，形成两个相同的sp杂化轨道。两个sp杂化轨道在空间是直线型分布。杂化轨道理论解释乙炔分子的结构：C-C(p-p)π键C-C(sp-sp)σ键;C-H(sp-s)σ键2s2p杂化第十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期日

氮原子的价电子排布式为2s22p3，三个2p轨道各有一个未成对电子，可分别与一个H原子的1s电子形成一个σ键，不须杂化。但实事是：N形成了四个sp3杂化轨道，且键角是107.30，空间构型为三角锥形，怎么解释？交流·研讨第十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期日

在形成氨气时，N的2s轨道和2p轨道发生了sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，成正四面体型。其中三个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子，另一个sp3杂化轨道已有两个电子（孤对电子），不再成键。化合时，N的sp3杂化轨道与H的1s轨道重叠，形成三个σ键。由于孤对电子的电子云密集在N的周围，对三个成键的电子对有比较大的排斥作用，使N-H键之间的键角被压缩，因此

NH3的空间构型为三角锥形。第十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期日第十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期日第二课时第十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期日【学习目标】能够用杂化轨道理论解释一些典型分子的立体构型。能够用价层电子对互斥理论判断分子的空间构型【学习重点】能利用价层电子对互斥理论判断分子的构型。第十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期日2．苯分子的空间结构

C6H6第十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期日【合作探究】苯分子中存在着怎样的化学键导致苯不能使酸性高锰酸钾溶液或溴的四氯化碳溶液褪色？①苯的分子构型、键角？②苯分子中碳原子如何杂化？③碳碳间，碳氢间是如何成键的？④每个碳原子剩余的一个未参与杂化的p轨道，可不可以两两之间形成π键?如何成键？为什么？第十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期日杂化轨道理论解释苯分子的结构：C为sp2杂化所有原子（12个）处于同一平面分子中6个碳原子未杂化的2p轨道上的未成对电子肩并肩重叠形成了一个闭合的、环状的大π键形成的π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。C-C(sp2-sp2);C-H(sp2-s)第二十页，共六十三页，编辑于2023年，星期日

总结：如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型？一看分子的空间构型，如果是直线型，则是sp杂化；如果是平面三角形，则是sp2杂化；如果是正四面体型，则是sp3杂化。二看中心碳原子有没有形成双键或叁键，如果有1个叁键，则其中有2个是π键，用去了2个p轨道，所以形成的是sp杂化；如果有1个双键则其中有1个π键，用去了1个p轨道，所以形成的是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。第二十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期日

对ABm型分子或离子（A是中心原子，B是配位原子），中心原子A价层电子对（包括成键电子对和孤对电子）之间存在排斥力，将使分子中的原子处于尽可能远的对称位置上，以使各原子之间斥力最小，分子体系能量最低。价层电子对互斥理论3、确定分子空间构型的简易方法：第二十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期日2电子对数目与立体结构4356电子对数目与立体结构第二十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期日一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布（即含孤对电子的VSEPR模型）

2

34

56

直线形平面三角形正四面体三角双锥体正八面体第二十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期日

利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构型：

m+n＝（配位原子数m＋中心原子的孤对电子对n)

中心原子的孤电子对数n=P44页

例：SO42-

孤电子对数n=(6+2-2×4)/2=0

配位原子数m=4m+n=4sp3杂化正四面体形SO3n=(6-2×3)/2=0m=3m+n=3sp2杂化平面正三角形第二十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期日请判断下列分子价电子对数、中心原子杂化轨道类型以及分子的空间构型。分子BeCl2BF3CH4CO2NH3H2Om+n杂化轨道类型空间构型2+03+04+02+03+12+2spsp2sp3spsp3sp3平面三角形直线形正四面体形直线形三角锥形V形第二十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期日H2SCHCl3SO3SO2CHCl3PCl3NO3-SO42-配位原子数(m)孤电子对数(n)中心原子杂化类型分子空间构型【学以致用】

22SP3V型40SP3四面体型30SP2正三角形21SP2V型40SP3四面体型31SP3三角锥形30SP2正三角形40SP3正四面体型第二十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期日1.下列物质中分子立体结构与水分子相似的是

A．CO2

B．H2S

C．PCl3

D．SiCl42.下列分子立体结构其中属于直线型分子的是

A．H2OB．CO2

C．C2H2D．P4

B

BC

第二十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期日3.若ABn型分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模型，下列说法正确的（）A.若n=2，则分子的立体构型为V形

B.若n=3，则分子的立体构型为三角锥形

C.若n=4，则分子的立体构型为正四面体形

D.以上说法都不正确课堂练习C第二十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期日分子或离子配位原子数孤电子对数杂化方式VSEPR模型名称分子或离子立方体构型H2O

NH2－NH3

H3O+CH4NH4+SiCl4SO42－PO43－CHCl3

第三十页，共六十三页，编辑于2023年，星期日分子或离子配位原子数孤电子对数杂化方式VSEPR模型名称分子或离子立方体构型H2O22SP3正四面体V形NH2－22SP3正四面体V形NH331SP3正四面体三角锥形H3O+31SP3正四面体三角锥形CH440SP3正四面体正四面体形NH4+40SP3正四面体正四面体形SiCl440SP3正四面体正四面体形SO42－40SP3正四面体正四面体形PO43－40SP3正四面体正四面体形CHCl340SP3正四面体四面体形第三十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期日分子或离子配位原子数孤电子对数杂化方式VSEPR模型名称分子或离子立方体构型SO2

BF3

SO3CO32－NO3－NO2－CO2

BeCl2HCN

第三十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期日分子或离子配位原子数孤电子对数杂化方式VSEPR模型名称分子或离子立方体构型SO221SP2平面三角形V形BF3

30SP2平面三角形平面三角形SO330SP2平面三角形平面三角形CO32－30SP2平面三角形平面三角形NO3－30SP2平面三角形平面三角形NO2－21SP2平面三角形V形CO220SP直线形直线形

BeCl220SP直线形直线形HCN20SP直线形直线形第三十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期日

化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子称为等电子体。它们具有相同的空间构型和相同的化学键类型。如：SiCl4、SiO44-与SO42-

具有相同价电子总数和相同原子数的分子或离子也是等电子体。如：CO与N2等电子体原理第三十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期日具有相同的通式——ABm，而且价电子总数和原子数目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”。这里的“结构特征”的概念既包括分子的立体结构，又包括化学键的类型，但键角并不一定相等，除非键角为180或90等特定的角度。（1）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，键角为180。第三十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期日（2）CO32–、NO3–、SO3等离子或分子具有相同的通式——AX3,总价电子数24，有相同的结构——平面三角形分子,中心原子上没有孤对电子而取sp2杂化轨道形成分子。（3）SO2、O3、NO2–等离子或分子，通式——AX2，18电子结构，中心原子取sp2杂化形式，VSEPR理想模型为平面三角形，中心原子上有1对孤对电子，分子立体结构为V型。第三十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期日（4）SO42–、PO43–等离子具有AX4的通式,总价电子数32，配位原子有4个

，无孤对电子，故取sp3杂化形式，呈正四面体立体结构；

（5）PO33–、SO32–、ClO3–等离子具有AX3的通式，总价电子数26，配位原子有4个

，无孤对电子，中心原子采取sp3杂化形式，分子立体结构为三角锥体第三十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期日指出下列结构相似的微粒，并观察它们的原子数和价电子总数有何异同。

SO2

、O3

、

NO2－

PO43－

、

SO42-

N3－、N2OCH4

、NH4+

SO32-

、PO33-第三十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期日[练习]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、H2SB.HF、NH3

C.CO、CO2D.NO2、SO2A第三十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期日(04年江苏)

1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。

(1)根据上述原理，仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：

和

；

和

。CON2LiBeBCNOFNeCO2N2O第四十页，共六十三页，编辑于2023年，星期日第三课时第四十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期日1.手性分子左手和右手不能重叠左右手互为镜像二、分子的空间构型与分子性质

第四十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期日第四十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期日手性异构体和手性分子

概念：如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子互称手性异构体。有手性异构体的分子称为手性分子。

条件：当四个不同的原子或基团连接在碳原子上时，形成的化合物存在手性异构体。其中，连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。第四十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期日1．下列化合物中含有手性碳原子的是()A.CCl2F2B.CH3—CH—COOHC.CH3CH2OHD.CH—OH

CH2—OHCH2—OHOHB课堂练习第四十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期日A.OHC—CH—CH2OHB.OHC—CH—C—ClC.HOOC—CH—C—C—ClD.CH3—CH—C—CH3

HClOHBrOHClHBrBrCH3CH32．下列化合物中含有2个“手性”碳原子的是()B第四十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期日【实验探究】在滴定管中加入四氯化碳①打开活塞让四氯化碳缓缓流下；②将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近液流，观察液流方向是否发生变化；③再改用水做实验，观察液流方向。第四十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期日【问题】1、液流方向说明了什么问题？为什么？2、分子的极性如何判定？3、由非极性键形成的分子中，正电荷的中心和负电荷的中心怎样分布？是否重合？4、由极性键形成的分子中，怎样找正电荷的中心和负电荷的中心？第四十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期日ClClCO2BF3CH4第四十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期日

分子的空间构型是否对称，与共价键极性、非极性有何关系？以共价键结合的分子是否也有极性、非极性之分呢？分子的极性又是根据什么来判定呢？思考第五十页，共六十三页，编辑于2023年，星期日ClCl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，∴为非极性分子只含有非极性键的双原子分子因为共用电子对无偏向，∴分子是非极性分子第五十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期日HCl共用电子对HClHCl分子中，共用电子对偏向Cl原子，∴Cl原子一端相对地显负电性，H原子一端相对地显正电性，整个分子的电荷分布不均匀，∴为极性分子δ+δ-∴以极性键结合的双原子分子为极性分子第五十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期日非极性分子：极性分子：

正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子

正电荷重心和负电荷重心相重合的分子3.分子的极性第五十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期日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五十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期日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，是非极性分子。180ºF1F2F合=0OOC第五十五页，