選修322第2節(jié)共價(jià)鍵與分子的空間構(gòu)型

第2節(jié)共價(jià)鍵與分子的空間構(gòu)型109.5°形形色色的分子O2HClH2OCO2C2H2CH2OCOCl2NH3P4CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OHC60C20C40C70一、一些典型分子的空間構(gòu)型1、甲烷分子的空間構(gòu)型分析思考：

１、寫(xiě)出C原子電子排布的軌道表示式，并由此推測(cè)：CH４分子的C原子有沒(méi)有可能形成四個(gè)共價(jià)鍵？怎樣才能形成四個(gè)共價(jià)鍵？碳原子:甲烷的4個(gè)C—H單鍵都應(yīng)該是σ鍵，然而，碳原子的4個(gè)價(jià)層原子軌道是3個(gè)相互垂直的2p軌道和1個(gè)球形的2s軌道，用它們跟4個(gè)氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到四面體構(gòu)型的甲烷分子。？？？為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論基本要點(diǎn)：在形成分子時(shí)，由于原子的相互影響，若干不同類(lèi)型能量相近的原子軌道混合起來(lái)，重新組合成一組新軌道。這種軌道重新組合的過(guò)程叫做原子軌道的雜化，所形成的新軌道就稱(chēng)為雜化軌道。雜化前后軌道數(shù)目不變。雜化后軌道伸展方向，形狀發(fā)生改變。雜化軌道※雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來(lái)容納孤對(duì)電子剩余的p軌道可以形成π鍵

由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道混雜并重新組合成4個(gè)能量與形狀完全相同的軌道。

由于每個(gè)軌道中都含有1/4的s軌道成分和3/4的p軌道成分，因此我們把這種軌道稱(chēng)之為

sp3雜化軌道。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：四個(gè)雜化軌道分別指向正四面體的四個(gè)頂角，雜化軌道之間的夾角為10928′149

為了四個(gè)雜化軌道在空間盡可能遠(yuǎn)離，使軌道間的排斥最小，4個(gè)雜化軌道的伸展方向分別指向正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)。

四個(gè)H原子分別以4個(gè)s軌道與C原子上的四個(gè)sp3雜化軌道相互重疊后，就形成了四個(gè)性質(zhì)、能量和鍵角都完全相同的S-SP3σ鍵，形成一個(gè)正四面體構(gòu)型的分子。

雜化與雜化軌道雜化：在形成分子時(shí)，由于原子的相互影響，若干不同類(lèi)型能量相近的原子軌道混合起來(lái)，重新組成一組新軌道。這種軌道重新組合的過(guò)程叫做雜化。雜化軌道：雜化過(guò)程所形成的新軌道稱(chēng)為雜化軌道。雜化軌道與其它原子軌道重疊形成化學(xué)鍵。雜化與雜化軌道原子軌道的雜化，只有在形成分子的過(guò)程中才會(huì)發(fā)生。只有能量相近的原子軌道才能發(fā)生雜化。雜化軌道的數(shù)目與組成雜化軌道的各原子軌道的數(shù)目相等。雜化軌道成鍵時(shí)，同樣要滿(mǎn)足原子軌道最大重疊原理。雜化軌道的類(lèi)型sp3sp2sp……sp2雜化由1個(gè)s軌道和2個(gè)p軌道混雜并重新組合成3個(gè)能量與形狀完全相同的軌道。由于每個(gè)軌道中都含有1/3的s軌道成分和2/3的p軌道成分，我們把這種軌道稱(chēng)之為sp2雜化軌道。例如的BF3中的B。2s2pB的基態(tài)2p2s激發(fā)態(tài)正三角形sp2雜化態(tài)BF3分子形成過(guò)程BFFF激發(fā)120°sp2雜化為使軌道間的排斥能最小，3個(gè)sp2雜化軌道呈平面正三角形分布，夾角為120。sp雜化由1個(gè)s軌道和1個(gè)p軌道混雜并重新組合成2個(gè)能量與形狀完全相同的軌道。由于每個(gè)軌道中都含有1/2的s軌道成分和1/2的p軌道成分，我們把這種軌道稱(chēng)之為

sp雜化軌道。例如BeCl2中的Be、乙炔中碳原子。sp雜化為使軌道間的排斥能最小，2個(gè)sp雜化軌道呈直線(xiàn)形分布，夾角為180。BeCl2分子形成過(guò)程激發(fā)2s2pBe基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)雜化直線(xiàn)形sp雜化態(tài)鍵合直線(xiàn)形化合態(tài)Cl

BeCl180sp型的三種雜化sp2雜化乙烯C2H4CH2CH2一個(gè)碳原子的三個(gè)sp2雜化軌道中：兩個(gè)與氫原子的1s軌道發(fā)生重疊，形成兩個(gè)sp2-s的σ鍵一個(gè)與另一個(gè)碳原子的sp2雜化軌道重疊形成一個(gè)sp2-sp2的σ鍵sp2雜化乙烯C2H4CH2CH2兩個(gè)碳原子所余下的垂直于分子平面的兩個(gè)pz軌道重疊形成pz-pz的π鍵sp2雜化sp2雜化軌道

乙烯中的Ｃ在軌道雜化時(shí)，有一個(gè)Ｐ軌道未參與雜化，只是Ｃ的２s與兩個(gè)２p軌道發(fā)生雜化，形成三個(gè)相同的sp2雜化軌道，三個(gè)sp2雜化軌道分別指向平面三角形的三個(gè)頂點(diǎn)。未雜化p軌道垂直于sp2雜化軌道所在平面。雜化軌道間夾角為120°。乙烯分子中鍵的形成sp雜化軌道

兩個(gè)碳原子的sp雜化軌道沿各自對(duì)稱(chēng)軸形成sp-sp鍵，另兩個(gè)sp雜化軌道分別與兩個(gè)氫原子的1s軌道重疊形成兩個(gè)sp-s鍵，兩個(gè)py軌道和兩個(gè)pz軌道分別從側(cè)面相互重疊，形成兩個(gè)相互垂直的P-P鍵，形成乙炔分子。sp雜化乙炔C2H2CH—CH一個(gè)碳原子的兩個(gè)sp雜化軌道中：一個(gè)與氫原子的1s軌道發(fā)生重疊，形成一個(gè)sp-s的σ鍵一個(gè)與另一個(gè)碳原子的sp雜化軌道重疊形成一個(gè)sp-sp的σ鍵sp雜化乙炔C2H2CH—CH一個(gè)碳原子的兩個(gè)sp雜化軌道中：兩個(gè)碳原子所余下的垂直于分子軸的兩個(gè)py軌道重疊形成py-py的π鍵；兩個(gè)pz軌道重疊形成pz-pz的π鍵。sp雜化

基態(tài)N的最外層電子構(gòu)型為2s22p3，在H影響下，N的一個(gè)2s軌道和三個(gè)2p軌道進(jìn)行sp3不等性雜化，形成四個(gè)sp3雜化軌道。其中三個(gè)sp3雜化軌道中各有一個(gè)未成對(duì)電子，另一個(gè)sp3雜化軌道被孤對(duì)電子所占據(jù)。N用三個(gè)各含一個(gè)未成對(duì)電子的sp3雜化軌道分別與三個(gè)H的1s軌道重疊，形成三個(gè)鍵。由于孤對(duì)電子的電子云密集在N的周?chē)瑢?duì)三個(gè)鍵的電子云有比較大的排斥作用，使鍵之間的鍵角被壓縮到，因此NH3的空間構(gòu)型為三角錐形。NH3的空間構(gòu)型三角錐形基態(tài)O的最外層電子構(gòu)型為2s22p4，在H的影響下，O采用sp3不等性雜化，形成四個(gè)sp3雜化軌道，其中兩個(gè)雜化軌道中各有一個(gè)未成對(duì)電子，另外兩個(gè)雜化軌道分別被兩對(duì)孤對(duì)電子所占據(jù)。O用兩個(gè)各含有一個(gè)未成對(duì)電子的sp3雜化軌道分別與兩個(gè)H的1s軌道重疊，形成兩個(gè)鍵。由于O的兩對(duì)孤對(duì)電子對(duì)兩個(gè)鍵的成鍵電子有更大的排斥作用，使鍵之間的鍵角被壓縮到，因此H2O的空間構(gòu)型為V形。

的空間構(gòu)型雜化軌道理論解釋苯分子的結(jié)構(gòu)：C為SP2雜化所有原子（12個(gè)）處于同一平面分子中6個(gè)碳原子未雜化的2P軌道上的未成對(duì)電子重疊結(jié)果形成了一個(gè)閉合的、環(huán)狀的大π鍵形成的π電子云像兩個(gè)連續(xù)的面包圈，一個(gè)位于平面上面，一個(gè)位于平面下面，經(jīng)能量計(jì)算，這是一個(gè)很穩(wěn)定的體系。

C-C(sp2-sp2);C-H(sp2-s)大π鍵C6H6C6H6的大π鍵（離域鍵）0 0 0 1 2幾種常見(jiàn)的雜化軌道類(lèi)型

共價(jià)分子的幾何外形取決于分子價(jià)層電子對(duì)數(shù)目和類(lèi)型。分子的價(jià)電子對(duì)（包括成鍵電子對(duì)和孤電子對(duì)）由于相互排斥作用,而趨向盡可能遠(yuǎn)離以減小斥力而采取對(duì)稱(chēng)的空間構(gòu)型。價(jià)層電子對(duì)互斥理論（VSEPR法）3、確定分子空間構(gòu)型的簡(jiǎn)易方法：

利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論預(yù)測(cè)分子或離子的空間構(gòu)型的步驟如下：（1）確定中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)：價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝（中心原子的價(jià)電子數(shù)＋配位原子提供的電子數(shù)±離子電荷數(shù)

)/2式中：中心原子的價(jià)電子數(shù)=主族序數(shù)例如：B：3，C：4，N：5，O：6，X：7，稀有氣體：8

配位原子提供的價(jià)電子數(shù)：H與鹵素：1，O與S為0。當(dāng)中心原子的價(jià)電子數(shù)為奇數(shù)時(shí)要加1

例如：SO42-

價(jià)層電子對(duì)數(shù)=(6+0+2)/2=4P44教材（2）.根據(jù)分子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)確定分子的空間構(gòu)型P44教材（4+0）÷2=2（4+2+0）÷2=3（4+4）÷2=4（6+0）÷2=3（5+3）÷2=4（6+2）÷2=4SPSP2SP3SP2SP3SP3直線(xiàn)形平面三角形正四面體形V形三角錐形V形(3)、價(jià)層電子對(duì)互斥理論的應(yīng)用實(shí)例在CH4中，C有4個(gè)電子，4個(gè)H提供4個(gè)電子，C的價(jià)層電子總數(shù)為8個(gè)，價(jià)層電子對(duì)為4對(duì)。C的價(jià)層電子對(duì)的排布為正四面體，由于價(jià)層電子對(duì)全部是成鍵電子對(duì)，因此CH4的空間構(gòu)型為正四面體。CH4

的空間構(gòu)型的空間構(gòu)型

在中，Cl有7個(gè)價(jià)電子，不提供電子，再加上得到的1個(gè)電子，價(jià)層電子總數(shù)為個(gè)，價(jià)層電子對(duì)為4對(duì)。Cl的價(jià)層電子對(duì)的排布為四面體，四面體的3個(gè)頂角被3個(gè)O占據(jù)，余下的一個(gè)頂角被孤對(duì)電子占據(jù)，因此為三角錐形。PCl5的空間構(gòu)型

在PCl5中，P有5個(gè)價(jià)電子，5個(gè)Cl分別提供1個(gè)電子，中心原子共有5對(duì)價(jià)層電子對(duì)，價(jià)層電子對(duì)的空間排布方式為三角雙錐，由于中心原子的價(jià)層電子對(duì)全部是成鍵電子對(duì)，因此PCl5的空間構(gòu)型為三角雙錐形。利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論，可以預(yù)測(cè)大多數(shù)主族元素的原子所形成的共價(jià)化合物分子或離子的空間構(gòu)型。中心原子的價(jià)層電子對(duì)的排布和ABn型共價(jià)分子的構(gòu)型23平面三角形20 AB2直線(xiàn)形 HgCl230 AB321 AB2價(jià)層電子對(duì)數(shù)平面三角形BF3角形PbCl2布方式4四面體4 0AB43 1AB32 2AB2正四面體CH4三角錐形NH3角形H2O布布方式體5三角雙錐5 0AB54 1AB43 2AB32 3AB2三角雙錐PCl5

變形四面SF4T形ClF3直線(xiàn)形 布布方式形6八面體6 0AB65 1AB54 2AB4正八面體SF6四方錐形 IF5平面正方4.等電子原理P44

具有相同價(jià)電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征。

符合等電子原理的分子或離子互為等電子體。例如：SO42-和PO43-價(jià)電子總數(shù)為32。中心原子(S和P)采取SP3雜化，呈四面體結(jié)構(gòu)。等電子原理的某些應(yīng)用：（1）判斷一些簡(jiǎn)單分子或離子的立體構(gòu)型：等電子體一般有相同的立體構(gòu)型。（2）制造新材料方面的應(yīng)用。等電子體有相似的性質(zhì)。根據(jù)等電子原理，判斷下列各組分子屬于等電子體的是（）

A、H2O、H2SB、HF、NH3

C、CO、CO2D、NO2、SO2A在短周期元素組成的物質(zhì)中，與NO2－互為等電子體的分子有：

、

。3個(gè)原子HHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArO3

各原子最外層電子數(shù)之和為18SO2

課堂練習(xí)寫(xiě)出下列分子的的雜化軌道類(lèi)型及空間構(gòu)型

NH3、BeCl2、PCl3、BF3、CS2

H2O、Cl2O、SiCl4、CH3F、NI3SPSP3SP3SP2SPSP3SP3SP3SP3SP3三角錐形直線(xiàn)形三角錐形平面三角形直線(xiàn)形V形V形正四面體形四面體形三角錐形1、下列分子中的中心原子雜化軌道的類(lèi)型相同的是()A．CO2與SO2B．CH4與NH3

C．BeCl2與BF3D．C2H2與C2H4B課堂練習(xí)2、對(duì)SO2與CO2說(shuō)法正確的是()A.都是直線(xiàn)形結(jié)構(gòu)B.中心原子都采取sp雜化軌道C.S原子和C原子上都沒(méi)有孤對(duì)電子D.SO2為V形結(jié)構(gòu)，CO2為直線(xiàn)形結(jié)構(gòu)D課堂練習(xí)1、分子的對(duì)稱(chēng)性對(duì)稱(chēng)性普遍存在于自然界。例如五瓣對(duì)稱(chēng)的梅花、桃花，六瓣對(duì)稱(chēng)的水仙花、雪花（軸對(duì)稱(chēng)或中心對(duì)稱(chēng)）；建筑物和動(dòng)物的鏡面對(duì)稱(chēng)；美術(shù)與文學(xué)中也存在很多對(duì)稱(chēng)的概念。對(duì)稱(chēng)的雪花二、分子的空間構(gòu)型與分子結(jié)構(gòu)建筑藝術(shù)中的對(duì)稱(chēng)性自然界中的對(duì)稱(chēng)性依據(jù)對(duì)稱(chēng)軸的旋轉(zhuǎn)或借助對(duì)稱(chēng)面的反映能夠復(fù)原的分子稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)分子，分子所具有的這種性質(zhì)稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)性。分子對(duì)稱(chēng)性與分子的許多性質(zhì)如極性、旋光性及化學(xué)性質(zhì)都有關(guān)2、手性分子左手和右手不能重疊左右手互為鏡像手性異構(gòu)體和手性分子

概念：如果一對(duì)分子，它們的組成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一樣互為鏡像，在三維空間里不能重疊，這對(duì)分子互稱(chēng)手性異構(gòu)體。有手性異構(gòu)體的分子稱(chēng)為手性分子。條件：當(dāng)四個(gè)不同的原子或基團(tuán)連接在同一個(gè)碳原子上時(shí)，形成的化合物存在手性異構(gòu)體。其中，連接四個(gè)不同的原子或基團(tuán)的碳原子稱(chēng)為手性碳原子。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課堂練習(xí)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個(gè)“手性”碳原子的是()B根據(jù)電荷分布是否均勻，共價(jià)鍵有極性、非極性之分，以共價(jià)鍵結(jié)合的分子是否也有極性、非極性之分呢？分子的極性又是根據(jù)什么來(lái)判定呢？思考觀察.思考P46

非極性分子：電荷分布均勻?qū)ΨQ(chēng)的分子；分子內(nèi)沒(méi)正、負(fù)兩極的分子。3、分子的極性正電荷重心和負(fù)電荷重心相重合的分子ClCl共用電子對(duì)ClCl2個(gè)Cl原子吸引電子的能力相同，共用電子對(duì)不偏向任何一個(gè)原子，整個(gè)分子的電荷分布均勻，∴為非極性分子只含有非極性鍵的分子因?yàn)楣灿秒娮訉?duì)無(wú)偏向，∴分子是非極性分子極性分子：電荷分布不均勻不對(duì)稱(chēng)的分子；分子內(nèi)存在正、負(fù)兩極的分子。

正電荷重心和負(fù)電荷重心不相重合的分子HCl共用電子對(duì)HClHCl分子中，共用電子對(duì)偏向Cl原子，∴Cl原子一端相對(duì)地顯負(fù)電性，H原子一端相對(duì)地顯正電性，整個(gè)分子的電荷分布不均勻，∴為極性分子δ+δ-∴以極性鍵結(jié)合的雙原子分子為極性分子分子極性的判斷方法1、雙原子分子取決于成鍵原子之間的共價(jià)鍵是否有極性2、多原子分子(ABm型)取決于分子的空間構(gòu)型ABm分子極性的判斷方法1、化合價(jià)法請(qǐng)判斷PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的極性。①若中心原子A的化合價(jià)的絕對(duì)值等于該元素所在的主族序數(shù)，則為非極性分子，若不等則為極性分子；②若中心原子有孤對(duì)電子(未參與成鍵的電子對(duì))則為極性分子，若無(wú)孤對(duì)電子則為非極性分子。ABm分子極性的判斷方法1、化合價(jià)法

將分子中的共價(jià)鍵看作作用力，不同的共價(jià)鍵看作不相等的作用力，運(yùn)用物理上力的合成與分解，看中心原子受力是否平衡，如平衡則為非極性分子；否則為極性分子。2、物理模型法C=O鍵是極性鍵，但從分子總體而言CO2是直線(xiàn)型分子，兩個(gè)C=O鍵是對(duì)稱(chēng)排列的，兩鍵的極性互相抵消（F合=0），∴整個(gè)分子沒(méi)有極性，電荷分布均勻，是非極性分子。180oF1F2F合=0OOCHOH104o30＇F1F2F合≠0O-H鍵是極性鍵，共用電子對(duì)偏O原子，由于分子是V形構(gòu)型，兩個(gè)O-H鍵的極性不能抵消（F合≠0），∴整個(gè)分子電荷分布不均勻，是極性分子HHHNBF3：NH3：120o107o18'

三角錐型,不對(duì)稱(chēng)，鍵的極性不能抵消，是極性分子。F1F2F3F’平面三角形，對(duì)稱(chēng)，鍵的極性互相抵消（F合=0），是非極性分子。CHHHH109.5o正四面體型，對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，C-H鍵的極性互相抵消（F合=0），是非極性分子。常見(jiàn)分子的構(gòu)型及分子的極性雙原子分子H2、