分子空间结构与物质性质(精)

分子空间结构与物质性质(精)第一页，共72页。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。第二页，共72页。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(NN)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：第三页，共72页。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四页，共72页。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五页，共72页。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六页，共72页。什么化学键叫σ键？什么化学键叫π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σ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π键。请写出C、N、O的电子排布式和轨道表示式。复习第七页，共72页。S-S重叠S-P重叠P-P重叠σ键成键方式“头碰头”第八页，共72页。p-pπ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”第九页，共72页。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。第十页，共72页。

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１个２Ｓ轨道和３个２Ｐ轨道上的单电子，分别与四个Ｈ原子的１Ｓ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CH４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？第十一页，共72页。

如何才能使CH４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？109°28’原子轨道？伸展方向？第十二页，共72页。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。

杂化轨道第十三页，共72页。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第十四页，共72页。

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。第十五页，共72页。

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，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的S-SP3σ键，形成一个正四面体构型的分子。

109°28’第十六页，共72页。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。第十七页，共72页。

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十八页，共72页。

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。第十九页，共72页。sp2杂化轨道的形成和空间取向示意图第二十页，共72页。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。

第二十一页，共72页。

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？第二十二页，共72页。C2H4(sp2杂化）第二十三页，共72页。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二十四页，共72页。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二十五页，共72页。碳的sp杂化轨道第二十六页，共72页。乙炔的成键第二十七页，共72页。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杂化轨道小结第二十八页，共72页。杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道1个s+1个p1个s+2个p1个s+3个p杂化轨道数2个sp杂化轨道3个sp2杂化轨道4个sp3杂化轨道杂化轨道间夹角18001200109028’空

间

构

型直线正三角形正四面体实

例BeCl2,

C2H2BF3

,C2H4CH4

,CCl4三种SP杂化轨道的比较

第二十九页，共72页。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空轨道，价层电子排布变为2s12px1。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：第三十页，共72页。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σ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。第三十一页，共72页。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：第三十二页，共72页。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σ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。

第三十三页，共72页。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三十四页，共72页。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σ键。故CCl4分子的空间构型是正四面体。实验测定：CCl4分子中有四个完全等同的C-Cl键，其分子的空间构型为正四面体。第三十五页，共72页。

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）CH2＝CH2（2）CHΞCH（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σ键或容纳孤对电子，剩余的p轨道还可形成∏键。练习：第三十六页，共72页。

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。

NH3、H2O键角分别为107.30、104.50。

第三十七页，共72页。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？第三十八页，共72页。已知：杂化轨道只用于形成σ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三十九页，共72页。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104.50CO2直线形1800

第四十页，共72页。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、正四面体构型。第四十一页，共72页。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；第四十二页，共72页。分子空间构型的确定方法价层电子对互斥理论(valence-shellelectron-pairrepulsion)，简称为VSEPR理论,最初是在1940年由西奇维克(SidgwickN.V.)和鲍威尔(PowellH.M.)提出的，后经吉利斯皮(GillispieR.J.)和尼霍姆（NyholmR.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第四十三页，共72页。分子BeCl2BF3CH4CO2NH3H2O价电子对数价电子对几何构型分子几何构型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形第四十四页，共72页。

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，则中心原子的孤电子对影响分子的空间构型。第四十五页，共72页。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四十六页，共72页。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。第四十七页，共72页。五原子分子立体结构：正四面体形如甲烷、P4等。第四十八页，共72页。（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。第四十九页，共72页。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第五十页，共72页。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HHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArO3

各原子最外层电子数之和为18SO2

第五十一页，共72页。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五十二页，共72页。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五十三页，共72页。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。①若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，若不等则为极性分子；②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。第五十四页，共72页。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、物理模型法第五十五页，共72页。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第五十六页，共72页。HOH104º30＇F1F2F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，是极性分子第五十七页，共72页。HHHNBF3：NH3：120º107º18'

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。第五十八页，共72页。CHHHH109º28'

正四面体型，对称结构，C-H键的极性互相抵消（F合=0），是非极性分子。第五十九页，共72页。常见分子键的极性键角分子构型分子类型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180º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120º平面三角形非极性CH4有109.50正四面体型非极性五原子第六十页，共72页。分子的极性分子的空间结构键角决定键的极性决定小结：第六十一页，共72页。⑴只含有非极性键的单质分子是非极性分子。⑵含有极性键的双原子化合物分子都是极性分子。⑶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：第六十二页，共72页。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第六十三页，共72页。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