分子结构与性质

物质结构第二层分子结构与性质分子中相邻原子之间是靠什么作用而结合在一起？什么是化学键？什么是离子键？什么是共价键？化学键：分子中相邻原子之间强烈的相互作用。离子键：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。共价键：原子间通过共用电子对形成的化学键。共价键学与问你能用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成过程吗？为什么不可能有H3、H2Cl、Cl3分子的形成？一、共价键1、共价键具有饱和性按照共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键，这就共价键的“饱和性”。H原子、Cl原子都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，不能形成H3、H2Cl、Cl3分子价键理论的要点1.电子配对原理2.最大重叠原理两原子各自提供1个自旋方向相反的电子彼此配对。两个原子轨道重叠部分越大，两核间电子的概率密度越大，形成的共价键越牢固，分子越稳定。电子云在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，电子带负电，因而可以形象的说，核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核“黏结”在一起了。2、共价键的形成相互靠拢(a).s-sσ键的形成(1).σ键的形成(b).s-pσ键的形成未成对电子的电子云相互靠拢电子云相互重叠未成对电子的电子云相互靠拢电子云相互重叠(c)、p-pσ键的形成σ键：“头顶头”Xs—sXpx—sXpx—px轴对称形成σ键的电子称为σ电子。(2).π键的形成两个原子相互接近电子云重叠π键的电子云

π键：“肩并肩”XZZpZ—pZ形成π键的电子称为π电子。镜像对称小结项键目型σ键π键成键方向电子云形状牢固程度成键判断规律沿轴方向“头碰头”平行方向“肩并肩”轴对称镜像对称强度大，不易断裂强度较小，易断裂共价单键是σ键，共价双键中一个是σ键，另一个是π键，共价三键中一个是σ键，另两个为π键。科学探究1.已知氮分子的共价键是三键，你能模仿图2-1、图2-2、图2-3，通过画图来描述吗？（提示：氮原子各自用三个p轨道分别跟另一个氮原子形成一个σ键和两个π键。2.钠和氯通过得失电子同样也是形成电子对，为什么这对电子不被钠原子和氯原子共用形成共价键而形成离子键呢？你能从原子的电负性差别来理解吗？讨论后请填写表2-2：原子NaCl

HCl

CO电负性电负性之差（绝对值）结论：当原子的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是_____键；而_____键是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。0.93.02.13.02.53.52.10.91.0离子共价1.73.乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别有几个σ键和几个π键组成？乙烷分子中由7个σ键组成；乙烯分子中由5个σ键和1个π键组成；乙烯分子中由3个σ键和2个π键组成。第一节共价键一、共价键1、σ键：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。如H-H键。类型：s—sσ、s—pσ、p—pσ等。2、π键：由两个原子的p电子“肩并肩”重叠形成。特点：特点：肩并肩、两块组成、镜像对称、容易断裂。3、由原子轨道相互重叠形成的σ键和π键总称价键轨道。4、判断共价键类型规律：共价单键是σ键；而共价双键中有一个σ键，另一个是π键；共价三键由一个σ键和两个π键组成练习1、下列说法正确的是

A、含有共价键的化合物一定是共价化合物

B、分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物

C、由共价键形成的分子一定是共价化合物

D、只有非金属原子间才能形成共价键2、氮分子中的化学键是

A、3个σ键B、1个σ键，2个π键

C、个π键D、个σ键，1个π键

B

B3、下列说法中正确的是

A、p轨道之间以“肩并肩”重叠可形成σ键B、p轨道之间以“头对头”重叠可形成π键C、s和p轨道以“头对头”重叠可形成σ键D、共价键是两个原子轨道以“头对头”重叠形成的C4、在氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道是

A、氯原子的2p轨道和氢原子的1s轨道B、氯原子的2p轨道和氢原子的2p轨道C、氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道D、氯原子的3p轨道和氢原子的3p轨道C

731、键能：气态基态原子形成lmol化学键释放的最低能量。通常取正值。单位：kJ/mol如，形成lmolH—H键释放的最低能量为436．0kJ，则H—H键能为436．0kJ/mol形成1molN三N键释放的最低能量为946kJ则N三N键能为946kJ/mol二、键参数:键能、键长、键角

某些共价键的键能[观察分析]键能大小与化学键稳定性的关系？键能越大，化学键越稳定某些共价键键长2、键长：形成共价键的两个原子之间的核间距1pm=10－12m[观察分析]键长与键能的关系？键长越短，键能越大，共价键越稳定。3、键角：两个共价键之间的夹角称为键角。分子的形状有共价键之间的夹角决定如：三原子分子CO2的结构式为O＝C＝O，它的键角为180°，是一种直线形分子；如，三原子分子H20的H—O—H键角为105°，是一种V形分子。多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。键角是描述分子立体结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。共价半径：相同原子的共价键键长的一半称为共价半径。1、试利用表2—l的数据进行计算，1mo1H2分别跟lmolCl2、lmolBr2(蒸气)反应，分别形成2mo1HCl分子和2molHBr分子，哪一个反应释放的能量更多?如何用计算的结果说明氯化氢分子和溴化氢分子哪个更容易发生热分解生成相应的单质？2．N2、02、F2跟H2的反应能力依次增强，从键能的角度应如何理解这一化学事实?3．通过上述例子，你认为键长、键能对分子的化学性质有什么影响？思考与交流1、形成2mo1HCl释放能量：2×431.8kJ－(436.0kJ+242.7kJ)=184.9kJ形成2mo1HBr释放能量：2×366kJ－(436.0kJ+193.7kJ)=102.97kJHCl释放能量比HBr释放能量多,因而生成的HCl更稳定,即HBr更容易发生热分解生成相应的单质.2、键能大小是：F-H>O-H>N-H3、键长越长，键能越小，键越易断裂，化学性质越活泼。汇报

CO分子和N2分子的某些性质

等电子原理：原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的科学视野：用质谱仪测定分子结构

现代化学常利用质谱仪测定分子的结构。它的基本原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的分子离子、碎片离子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场分析器得到分离，在记录仪上呈现一系列峰，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的结构。例如，图2—7的纵坐标是相对丰度(与粒子的浓度成正比)，横坐标是粒子的质量与电荷之比(m／e)，简称质荷比。化学家通过分析得知，m／e＝92的峰是甲苯分子的正离子(C6H5CH3＋)，m／e＝91的峰是丢失一个氢原子的的C6H5CH2＋，m／e＝65的峰是分子碎片……因此，化学家便可推测被测物是甲苯。质谱仪测定分子结构三、分子的立体结构复习回顾共价键σ键π键键参数键能键长键角衡量化学键稳定性描述分子的立体结构的重要因素成键方式“头碰头”,呈轴对称成键方式“肩并肩”,呈镜像对称（一）、形形色色的分子O2HClH2OCO21、双原子分子（直线型）2、三原子分子立体结构（有直线形和V形）３、四原子分子立体结构（直线形、平面三角形、三角锥形、正四面体）（平面三角形，三角锥形）C2H2CH2OCOCl2NH3P4４、五原子分子立体结构最常见的是正四面体CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH5、其它：C60C20C40C70资料卡片：形形色色的分子分子世界如此形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。那么分子结构又是怎么测定的呢？早年的科学家主要靠对物质的宏观性质进行系统总结得出规律后进行推测，如今，科学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器，红外光谱就是其中的一种。分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子的立体结构。科学视野—分子的立体结构是怎样测定的？测分子体结构：红外光谱仪→吸收峰→分析。

同为三原子分子，CO2和H2O分子的空间结构却不同，什么原因？思考:直线形V形

同为四原子分子，CH2O与NH3分子的的空间结构也不同，什么原因？思考:三角锥形平面三角形(VSEPRmodels)（二）、价层电子对互斥模型1、一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键，如CO2、CH2O、CH4等分子中的碳原子，它们的立体结构可用中心原子周围的原子数n来预测，概括如下：

ABn

立体结构范例

n=2直线形CO2、CS2n=3平面三角形CH2O、BF3n=4正四面体形CH4、CCl4n=5三角双锥形PCl5

n=6正八面体形SCl6分子CO2CH2OCH4电子式结构式中心原子有无孤对电子空间结构OCO:::::::::::HCH:HHO=C=OH-C-H=OH-C-H--HH无无无直线形

平面三角形

正四面体::

HCH:O:::2、另一类是中心原子上有孤对电子(未用于形成共价键的电子对)的分子。

ABn

立体结构范例

n=2

V形H2On=3三角锥形NH3原因：中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。例如，H2O和NH3的中心原子分别有2对和l对孤对电子，跟中心原子周围的σ键加起来都是4，它们相互排斥，形成四面体，因而H2O分子呈V形，NH3分子呈三角锥形。中心原子代表物中心原子结合的原子数分子类型空间构型无孤对电子CO22AB2CH2O3AB3CH44AB4有孤对电子H2O2AB2NH33AB3直线形平面三角形正四面体V形三角锥形小结:价层电子对互斥模型应用反馈:化学式

中心原子孤对电子数中心原子结合的原子数空间构型HCNSO2NH2－BF3H3O+SiCl4CHCl3NH4+0120100022233444直线形V形V形平面三角形三角锥形四面体正四面体正四面体课堂练习1.下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是（）A.CO2B.H2SC.PCl3D.SiCl42.下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是（）A.H2OB.CO2C.C2H2D.P4BBC3.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美国著名化学家鲍林（L.Pauling,1901—1994）教授具有独特的化学想象力：只要给他物质的分子式，他就能通过“毛估”法，大体上想象出这种物质的分子结构模型。请你根据价层电子对互斥理论，“毛估”出下列分子的空间构型。PCl5

PCl3

SO3

SiCl4

课堂练习三角双锥形三角锥形平面三角形正四面体

值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构形，却无法解释许多深层次的问题，如无法解释甲烷中四个C---H的键长、键能相同及H—C—H的键角为109

28′。因为按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C—H单键都应该是σ键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。碳原子:为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，（三）、杂化轨道理论杂化：原子内部能量相近的原子轨道，在外界条件影响下重新组合的过程叫原子轨道的杂化杂化轨道：原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道杂化轨道类型：sp、sp2、sp3、sp3d2杂化结果：重新分配能量和空间方向，组成数目相等成键能力更强的原子轨道杂化轨道用于容纳σ键和孤对电子学习价层电子互斥理论知道:NH3和H2O的模型和甲烷分子一样,也是正四面体的,因此它们的中心原子也是sp3杂化的.不同的是NH3和H2O的中心原子的4个杂化轨道分别用于σ键和孤对电子对，这样的4个杂化轨道显然有差别sp

杂化同一原子中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。例：BeCl2分子形成激发2s2pBe基态2s2p激发态杂化键合直线形sp杂化态直线形化合态Cl

BeCl180

除sp3杂化轨道外，还有sp杂化轨道和sp2杂化轨道。sp杂化轨道由1个s轨道和1个p轨道杂化而得；sp2杂化轨道由1个s轨道和2个p轨道杂化而得，碳的sp杂化轨道sp杂化：夹角为180°的直线形杂化轨道。乙炔的成键sp2

杂化sp2杂化轨道间的夹角是120度，分子的几何构型为平面正三角形2s2pB的基态2s2p激发态正三角形sp2杂化态例：BF3分子形成BFFFClBCl1200Cl碳的sp2杂化轨道sp2杂化：三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道。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？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正四面体形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练习：在学习价层电子对互斥模型和杂化轨道理论的基础上描述化合物中每个化学键是怎样形成的？C原子发生SP杂化生成了两个SP轨道分别与两个O原子的一个P轨道形成两个σ键；C原子剩余的两个P轨道分别与两个O原子剩余的1个P轨道形成两个π键。2．H2OO原子发生SP3杂化生成了四个SP3杂化轨道，其中的两个分别与两个H原子的S轨道形成两个σ键；O原子剩余的两个SP3杂化轨道分别被两对孤对电子占据。1．CO2O：1S22S2PO

C

Oσσππ提示：C：1S22S2P激发C：1S22S2PSP杂化探究练习

1、写出HCN分子和CH20分子的路易斯结构式。2．用VSEPR模型对HCN分子和CH2O分子的立体结构进行预测(用立体结构模型表示)3．写出HCN分子和CH20分子的中心原子的杂化类型。4．分析HCN分子和CH2O分子中的π键。例题三：对SO2与CO2说法正确的是()A．都是直线形结构

B．中心原子都采取sp杂化轨道

C．S原子和C原子上都没有孤对电子

D．SO2为V形结构，CO2为直线形结构D例题五：写出下列分子的路易斯结构式(是用短线表示键合电子,小黑点表示未键合的价电子的结构式)并指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。(1)PCI3(2)BCl3(3)CS2(4)C12O(1)PCI3：SP3

三角锥形..PCICI解析：............CI......CI....(2)BCl3

：SP2平面三角形BCI........Cl......(3)CS2：SP直线形C=S=S........(4)C12O：SP3V形O....Cl......CI......乙炔的成键C2H4(sp2杂化）大π键C6H6C6H6的大π键（离域键）例题一：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()A．CO2与SO2B．CH4与NH3

C．BeCl2与BF3D．C2H2与C2H4例题二：对SO2与CO2说法正确的是()A．都是直线形结构

B．中心原子都采取sp杂化轨道

C．S原子和C原子上都没有孤对电子

D．SO2为V形结构，CO2为直线形结构D例题三：写出下列分子的路易斯结构式(是用短线表示键合电子,小黑点表示未键合的价电子的结构式)并指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。(1)PCl3(2)BCl3(3)CS2(4)C12O(1)PCl3：SP3

三角锥形..PCICI解析：............CI......CI....(2)BCl3

：SP2平面三角形BCI........Cl......(3)CS2：SP直线形C=S=S........(4)C12O：SP3V形O....Cl......CI......天蓝色天蓝色天蓝色无色无色无色配合物简介：（补充内容）固体颜色溶液颜色CuSO4CuCl2.2H2OCuBr2NaClK2SO4KBr白色绿色深褐色白色白色白色思考：前三种溶液呈天蓝色大概与什么物质有关？依据是什么？CuOH2H2OH2OH2O2+★配位化合物，简称配合物，通常是由中心离子（或原子）与配位体(某些分子或阴离子)以配位键的形式结合而成的复杂离子或分子。2+CuNH3H3NNH3NH3已知氢氧化铜与足量氨水反应后溶解是因为生成[Cu(NH3)4]2+

，其结构简式为：试写出实验中发生的两个反应的离子方程式？Cu

2++2NH3

.H2OCu（OH）2+2NH4+

Cu（OH）2+

4NH3

.H2O[Cu(NH3)4]2++2OH—+4H2O蓝色沉淀深蓝色溶液Fe3++SCN—

[Fe(SCN)]2+

硫氰酸根血红色由于该离子的颜色极似血液，常被用于电影特技和魔术表演。练习书写：向硝酸银溶液中逐渐滴加氨水的离子方程式配合物理论简介一、配合物的组成

1.中心离子或原子(也称形成体)有空轨道

主要是一些过渡金属，如铁、钴、镍、铜、银、金、铂等金属元素的离子；

或是具有高氧化数的非金属元素，硼，硅、磷等，如Na[BF4]中的B(Ⅲ)、K2[SiF6]中的Si(Ⅳ)和NH4[PF6]中的P(Ⅴ)；

或是不带电荷的中性原子，如[Ni(CO)4],[Fe(CO)5]中的Ni,Fe都是中性原子，

碱金属、碱土金属等可作为螯合物的形成体。[Cu(NH3)4]SO4中，NH3是配位体，N为配位原子。2.

配位体和配位原子有孤对电子a.单齿配位体(一个配位体中只有一个配位原子)含氮配位体NH3,NCS-;含硫配位体SCN-;含卤素配位体F-,Cl-,

Br-,

I-;含碳配位体CN-,CO含氧配位体H2O,OH-，羧酸，醇，醚等b.多齿配位体(有两个或两个以上的配位原子)

乙二胺NH2一CH2一CH2一NH2简写为en，乙二胺四乙酸根（EDTA）等。

3．配位数与中心离子直接以配位键结合的配位原子个数。例：[AlF6]3-

配位数6、[Cu(NH3)4]SO4配位数4、

[Co(NH3)2(en)2](NO3)3配位数6*中心离子的电荷高，对配位体的吸引力较强，有利于形成配位数较高的配合物。

常见的配位数与中心离子的电荷数有如下的关系：中心离子的电荷：+1+2+3+4

常见的配位数：24(或6)6(或4)6(或8)*中心离子半径越大，其周围可容纳配体就越多，配位数越大。[AlF6]3-[AlCl4]-[BF4]-[AgI2]-[AgI4]2-

从这些配离子你看出配位数有什么规律？

4.配离子的电荷配离子的电荷等于中心离子电荷与配位体总电荷的代数和。如K2[PtCl4]8.1.2配位化合物的命名配位数—配位体名称—合—中心离子(用罗马数字表示氧化数)，用二、三、四等数字表示配位体数。不同配位名称之间用圆点“·”分开。阴离子次序为：简单离子——复杂离子——有机酸根离子。中性分子次序为：NH3—H2O—有机分子。1．配位阴离子配合物--配位阴离子“酸”外界

2．配位阳离子配合物——

“某化某”或“某酸某”

3．中性配合物K2[SiF6]六氟合硅(Ⅳ)