共價(jià)鍵與分子的空間構(gòu)型

關(guān)于共價(jià)鍵與分子的空間構(gòu)型

碳原子只有兩個(gè)未成對(duì)的2p電子，若碳原子與氫原子結(jié)合，應(yīng)形成CH2，為什么是CH4?就算——碳原子價(jià)電子:2S22P2思考

碳原子與四個(gè)氫原子形成的分子也不應(yīng)當(dāng)具有規(guī)則的正四面體結(jié)構(gòu)？第2頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1.雜化軌道理論簡(jiǎn)介2s2pC的基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)正四面體形sp3雜化態(tài)激發(fā)

當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，能量相等，成分相同為了解決這一矛盾，鮑林提出: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，能量最低，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)。第3頁,共63頁，2024年2月25日，星期天CHHHH109°28’

雜化軌道的電子云一頭大，一頭小，成鍵時(shí)利用大的一頭，可以使電子云重疊程度更大，從而形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。即雜化軌道增強(qiáng)了成鍵能力。第4頁,共63頁，2024年2月25日，星期天sp3

雜化

原子形成分子時(shí)，同一個(gè)原子中能量相近的1個(gè)

ns

軌道與3個(gè)np

軌道進(jìn)行重新組合組成四個(gè)新的原子軌道稱為sp3雜化軌道。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之為sp3雜化軌道。第5頁,共63頁，2024年2月25日，星期天【應(yīng)用提高】試用雜化軌道理論解釋為什么SiF4空間構(gòu)型為正四面體，鍵角為109.5。第6頁,共63頁，2024年2月25日，星期天sp2

雜化

同一個(gè)原子的1個(gè)

ns

軌道與2個(gè)np

軌道進(jìn)行雜化組合為sp2雜化軌道。sp2雜化軌道間的夾角是120°，分子的幾何構(gòu)型為平面正三角形。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BFFF激發(fā)120°由于每個(gè)雜化軌道中都含有1/3的s軌道成分和2/3的p軌道成分，因此我們把這種軌道稱之為sp2雜化軌道。第7頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

同一原子中ns-np

雜化成新軌道：一個(gè)s

軌道和一個(gè)

p軌道雜化組合成兩個(gè)新的sp

雜化軌道。BeCl2分子形成激發(fā)2s2pBe基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)雜化sp雜化態(tài)化合態(tài)Cl

BeCl180

sp

雜化第8頁,共63頁，2024年2月25日，星期天雜化類型雜化軌道數(shù)目雜化軌道間夾角空間構(gòu)型實(shí)例雜化軌道理論sp

sp2

sp3

平面三角形2小結(jié)180°直線BeCl23120°BF34109.50正四面體形CH4第9頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

閱讀P41：乙烯與乙炔分子的空間構(gòu)型，思考碳原子的雜化軌道類型和成鍵類型。乙烯：5個(gè)σ鍵，1個(gè)π鍵乙炔：3個(gè)σ鍵，2個(gè)π鍵分子碳原子的雜化類型分子的空間構(gòu)型C2H4C2H2成鍵情況：sp2平面形sp直線形第10頁,共63頁，2024年2月25日，星期天雜化軌道理論解釋乙烯分子的結(jié)構(gòu)：C為sp2雜化，有一個(gè)2p軌道未參與雜化，2s軌道與另外兩個(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)。C-C(p-p)π鍵C-C(sp2-sp2)σ鍵;C-H(sp2-s)σ鍵2p2s雜化第11頁,共63頁，2024年2月25日，星期天C為sp雜化，有兩個(gè)2p軌道未參與雜化，只是2s軌道與一個(gè)2p軌道發(fā)生雜化，形成兩個(gè)相同的sp雜化軌道。兩個(gè)sp雜化軌道在空間是直線型分布。雜化軌道理論解釋乙炔分子的結(jié)構(gòu)：C-C(p-p)π鍵C-C(sp-sp)σ鍵;C-H(sp-s)σ鍵2s2p雜化第12頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

氮原子的價(jià)電子排布式為2s22p3，三個(gè)2p軌道各有一個(gè)未成對(duì)電子，可分別與一個(gè)H原子的1s電子形成一個(gè)σ鍵，不須雜化。但實(shí)事是：N形成了四個(gè)sp3雜化軌道，且鍵角是107.30，空間構(gòu)型為三角錐形，怎么解釋？

第13頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

在形成氨氣時(shí)，N的2s軌道和2p軌道發(fā)生了sp3雜化，形成四個(gè)sp3雜化軌道，成正四面體型。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雜化軌道已有兩個(gè)電子（孤對(duì)電子），不再成鍵?；蠒r(shí)，N的sp3雜化軌道與H的1s軌道重疊，形成三個(gè)σ鍵。由于孤對(duì)電子的電子云密集在N的周圍，對(duì)三個(gè)成鍵的電子對(duì)有比較大的排斥作用，使N-H鍵之間的鍵角被壓縮，因此

NH3的空間構(gòu)型為三角錐形。第14頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第二課時(shí)第16頁,共63頁，2024年2月25日，星期天【學(xué)習(xí)目標(biāo)】能夠用雜化軌道理論解釋一些典型分子的立體構(gòu)型。能夠用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷分子的空間構(gòu)型【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】能利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷分子的構(gòu)型。第17頁,共63頁，2024年2月25日，星期天2．苯分子的空間結(jié)構(gòu)

C6H6第18頁,共63頁，2024年2月25日，星期天【合作探究】苯分子中存在著怎樣的化學(xué)鍵導(dǎo)致苯不能使酸性高錳酸鉀溶液或溴的四氯化碳溶液褪色？①苯的分子構(gòu)型、鍵角？②苯分子中碳原子如何雜化？③碳碳間，碳?xì)溟g是如何成鍵的？④每個(gè)碳原子剩余的一個(gè)未參與雜化的p軌道，可不可以兩兩之間形成π鍵?如何成鍵？為什么？第19頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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)電子肩并肩重疊形成了一個(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)第20頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

總結(jié)：如何判斷一個(gè)化合物的中心原子的雜化類型？一看分子的空間構(gòu)型，如果是直線型，則是sp雜化；如果是平面三角形，則是sp2雜化；如果是正四面體型，則是sp3雜化。二看中心碳原子有沒有形成雙鍵或叁鍵，如果有1個(gè)叁鍵，則其中有2個(gè)是π鍵，用去了2個(gè)p軌道，所以形成的是sp雜化；如果有1個(gè)雙鍵則其中有1個(gè)π鍵，用去了1個(gè)p軌道，所以形成的是sp2雜化；如果全部是單鍵，則形成的是sp3雜化。第21頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

對(duì)ABm型分子或離子（A是中心原子，B是配位原子），中心原子A價(jià)層電子對(duì)（包括成鍵電子對(duì)和孤對(duì)電子）之間存在排斥力，將使分子中的原子處于盡可能遠(yuǎn)的對(duì)稱位置上，以使各原子之間斥力最小，分子體系能量最低。價(jià)層電子對(duì)互斥理論3、確定分子空間構(gòu)型的簡(jiǎn)易方法：第22頁,共63頁，2024年2月25日，星期天2電子對(duì)數(shù)目與立體結(jié)構(gòu)4356電子對(duì)數(shù)目與立體結(jié)構(gòu)第23頁,共63頁，2024年2月25日，星期天一個(gè)分子或離子中的價(jià)層電子對(duì)在空間的分布（即含孤對(duì)電子的VSEPR模型）

2

34

56

直線形平面三角形正四面體三角雙錐體正八面體第24頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

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：

m+n＝（配位原子數(shù)m＋中心原子的孤對(duì)電子對(duì)n)

中心原子的孤電子對(duì)數(shù)n=P44頁

例：SO42-

孤電子對(duì)數(shù)n=(6+2-2×4)/2=0

配位原子數(shù)m=4m+n=4sp3雜化正四面體形SO3n=(6-2×3)/2=0m=3m+n=3sp2雜化平面正三角形第25頁,共63頁，2024年2月25日，星期天請(qǐng)判斷下列分子價(jià)電子對(duì)數(shù)、中心原子雜化軌道類型以及分子的空間構(gòu)型。分子BeCl2BF3CH4CO2NH3H2Om+n雜化軌道類型空間構(gòu)型2+03+04+02+03+12+2spsp2sp3spsp3sp3平面三角形直線形正四面體形直線形三角錐形V形第26頁,共63頁，2024年2月25日，星期天H2SCHCl3SO3SO2CHCl3PCl3NO3-SO42-配位原子數(shù)(m)孤電子對(duì)數(shù)(n)中心原子雜化類型分子空間構(gòu)型【學(xué)以致用】

22SP3V型40SP3四面體型30SP2正三角形21SP2V型40SP3四面體型31SP3三角錐形30SP2正三角形40SP3正四面體型第27頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1.下列物質(zhì)中分子立體結(jié)構(gòu)與水分子相似的是

A．CO2

B．H2S

C．PCl3

D．SiCl42.下列分子立體結(jié)構(gòu)其中屬于直線型分子的是

A．H2OB．CO2

C．C2H2D．P4

B

BC

第28頁,共63頁，2024年2月25日，星期天3.若ABn型分子的中心原子A上沒有未用于形成共價(jià)鍵的孤對(duì)電子，運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型，下列說法正確的（）A.若n=2，則分子的立體構(gòu)型為V形

B.若n=3，則分子的立體構(gòu)型為三角錐形

C.若n=4，則分子的立體構(gòu)型為正四面體形

D.以上說法都不正確課堂練習(xí)C第29頁,共63頁，2024年2月25日，星期天分子或離子配位原子數(shù)孤電子對(duì)數(shù)雜化方式VSEPR模型名稱分子或離子立方體構(gòu)型H2O

NH2－NH3

H3O+CH4NH4+SiCl4SO42－PO43－CHCl3

第30頁,共63頁，2024年2月25日，星期天分子或離子配位原子數(shù)孤電子對(duì)數(shù)雜化方式VSEPR模型名稱分子或離子立方體構(gòu)型H2O22SP3正四面體V形NH2－22SP3正四面體V形NH331SP3正四面體三角錐形H3O+31SP3正四面體三角錐形CH440SP3正四面體正四面體形NH4+40SP3正四面體正四面體形SiCl440SP3正四面體正四面體形SO42－40SP3正四面體正四面體形PO43－40SP3正四面體正四面體形CHCl340SP3正四面體四面體形第31頁,共63頁，2024年2月25日，星期天分子或離子配位原子數(shù)孤電子對(duì)數(shù)雜化方式VSEPR模型名稱分子或離子立方體構(gòu)型SO2

BF3

SO3CO32－NO3－NO2－CO2

BeCl2HCN

第32頁,共63頁，2024年2月25日，星期天分子或離子配位原子數(shù)孤電子對(duì)數(shù)雜化方式VSEPR模型名稱分子或離子立方體構(gòu)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直線形直線形

BeCl220SP直線形直線形HCN20SP直線形直線形第33頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

化學(xué)通式相同且價(jià)電子總數(shù)相等的分子或離子稱為等電子體。它們具有相同的空間構(gòu)型和相同的化學(xué)鍵類型。如：SiCl4、SiO44-與SO42-

具有相同價(jià)電子總數(shù)和相同原子數(shù)的分子或離子也是等電子體。如：CO與N2等電子體原理第34頁,共63頁，2024年2月25日，星期天具有相同的通式——ABm，而且價(jià)電子總數(shù)和原子數(shù)目相等的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征,這個(gè)原理稱為“等電子體原理”。這里的“結(jié)構(gòu)特征”的概念既包括分子的立體結(jié)構(gòu)，又包括化學(xué)鍵的類型，但鍵角并不一定相等，除非鍵角為180

或90

等特定的角度。（1）CO2、CNS–、NO2+、N3–具有相同的通式—AX2，價(jià)電子總數(shù)16，具有相同的結(jié)構(gòu)—直線型分子，中心原子上沒有孤對(duì)電子而取sp雜化軌道，形成直線形，鍵角為180

。第35頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（2）CO32–、NO3–、SO3等離子或分子具有相同的通式——AX3,總價(jià)電子數(shù)24，有相同的結(jié)構(gòu)——平面三角形分子,中心原子上沒有孤對(duì)電子而取sp2雜化軌道形成分子。（3）SO2、O3、NO2–等離子或分子，通式——AX2，18電子結(jié)構(gòu)，中心原子取sp2雜化形式，VSEPR理想模型為平面三角形，中心原子上有1對(duì)孤對(duì)電子，分子立體結(jié)構(gòu)為V型。第36頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（4）SO42–、PO43–等離子具有AX4的通式,總價(jià)電子數(shù)32，配位原子有4個(gè)

，無孤對(duì)電子，故取sp3雜化形式，呈正四面體立體結(jié)構(gòu)；

（5）PO33–、SO32–、ClO3–等離子具有AX3的通式，總價(jià)電子數(shù)26，配位原子有4個(gè)

，無孤對(duì)電子，中心原子采取sp3雜化形式，分子立體結(jié)構(gòu)為三角錐體第37頁,共63頁，2024年2月25日，星期天指出下列結(jié)構(gòu)相似的微粒，并觀察它們的原子數(shù)和價(jià)電子總數(shù)有何異同。

SO2

、O3

、

NO2－

PO43－

、

SO42-

N3－、N2OCH4

、NH4+

SO32-

、PO33-第38頁,共63頁，2024年2月25日，星期天[練習(xí)]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第39頁,共63頁，2024年2月25日，星期天(04年江蘇)

1919年，Langmuir提出等電子原理：原子數(shù)相同、電子總數(shù)相同的分子，互稱為等電子體。等電子體的結(jié)構(gòu)相似、物理性質(zhì)相近。

(1)根據(jù)上述原理，僅由第2周期元素組成的共價(jià)分子中，互為等電子體的是：

和

；

和

。CON2LiBeBCNOFNeCO2N2O第40頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第三課時(shí)第41頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1.手性分子左手和右手不能重疊左右手互為鏡像二、分子的空間構(gòu)型與分子性質(zhì)

第42頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共63頁，2024年2月25日，星期天手性異構(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)分子互稱手性異構(gòu)體。有手性異構(gòu)體的分子稱為手性分子。

條件：當(dāng)四個(gè)不同的原子或基團(tuán)連接在碳原子上時(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)的碳原子稱為手性碳原子。第44頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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)第45頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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第46頁,共63頁，2024年2月25日，星期天【實(shí)驗(yàn)探究】在滴定管中加入四氯化碳①打開活塞讓四氯化碳緩緩流下；②將用毛皮摩擦過的橡膠棒靠近液流，觀察液流方向是否發(fā)生變化；③再改用水做實(shí)驗(yàn)，觀察液流方向。第47頁,共63頁，2024年2月25日，星期天【問題】1、液流方向說明了什么問題？為什么？2、分子的極性如何判定？3、由非極性鍵形成的分子中，正電荷的中心和負(fù)電荷的中心怎樣分布？是否重合？4、由極性鍵形成的分子中，怎樣找正電荷的中心和負(fù)電荷的中心？第48頁,共63頁，2024年2月25日，星期天ClClCO2BF3CH4第49頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

分子的空間構(gòu)型是否對(duì)稱，與共價(jià)鍵極性、非極性有何關(guān)系？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)什么來判定呢？思考第50頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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雙原子分子因?yàn)楣灿秒娮訉?duì)無偏向，∴分子是非極性分子第51頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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第52頁,共63頁，2024年2月25日，星期天非極性分子：極性分子：

正電荷重心和負(fù)電荷重心不相重合的分子

正電荷重心和負(fù)電荷重心相重合的分子3.分子的極性第53頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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)型第54頁,共63頁，2024年2月25日，星期天C=O鍵是極性鍵，但從分子總體而言CO2是直線型分子，兩個(gè)C=O鍵是對(duì)稱排列的，兩鍵的極性互相抵消（F合=0），∴整個(gè)分子沒有極性，電荷分布均勻，是非極性分子。180oF1F2F合=0OOC第55頁,共63頁，2024年2月25日