分子的立体构型PPT课件.ppt

第二节分子的立体构型 1 一 形形色色的分子 O2 HCl H2O CO2 1 双原子分子 直线形 2 三原子分子立体构型 直线形键角180 V形键角104 5 2 四原子分子立体构型 直线形 正四面体 平面三角形 三角锥形 C2H2键角180 CH2O COCl2 NH3 P4键角60 3 三角锥形键角107 18 平面三角形 4 五原子分子立体构型 最常见的是正四面体 CH4键角109 28 5 CH3CH2OH CH3COOH C6H6 C8H8 CH3OH 5 其它 6 C60 C20 C40 C70 资料卡片 形形色色的分子 7 8 9 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 10 二 价层电子对互斥理论 VSEPR 预测分子的立体结构 1 理论要点 原子的价层电子对之间存在着排斥力 它们倾向于相互远离以减少这种斥力 从而使分子达到稳定结构 价层电子对 中心原子上的电子对 价层电子对数 键电子对 孤电子对数 11 2 孤电子对数的求法中心原子上的孤电子对数 1 2 a xb a为中心原子的价电子数 x为中心原子结合的原子数 b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数 求水 氨气 二氧化碳 二氧化硫的孤电子对数 12 3 价层电子对的求法价层电子数 孤电子对数 键电子对数 对于阳离子a为中心原子价电子减去离子的电荷数 对于阴离子a为中心原子价电子数加上离子电荷的绝对值 13 计算下列分子或离子的价层电子对数水 二氧化硫 二氧化碳 三氧化硫 氨气 三氟化硼 碳酸根离子 硫酸根离子 硝酸根离子 甲烷 铵根离子 五氯化磷 六氟化硫 14 4 价层电子对互斥模型 VSEPR模型 基本要点分子 或离子 的中心原子周围的价电子对的几何构型 主要取决于价电子对数 价电子对尽量远离 使它们之间斥力最小 15 价层电子对数VSEPR模型 直线形 2 3 平面三角形 4 四面体形 5 三角双锥形 6 正八面体形 16 平面三角形1200 正四面体109 28 直线1800 价电子对空间构型 4 3 2 n 17 1 如果中心原子无孤电子对 则分子立体构型与VSEPR模型相同 此类分子立体构型可用中心原子周围原子数n预测 18 2 中心原子上有孤电子对的分子 其立体构型与VSEPR模型不同 19 等电子体 20 应用反馈 21 2 4 4 3 22 直线形 平面三角形 正四面体形 V形 三角锥形 小结 价层电子对互斥模型 直线形 平面三角形 正四面体形 四面体形 四面体形 2 3 4 4 4 23 C的价电子中只有两个未成对电子 为什么CH4分子中C形成四个共价键 3个相互垂直的2p和一个球形的2s与氢原子4个1s原子轨道重叠不可能得到正四面体构型的甲烷 疑问 24 三 杂化轨道理论 解释分子的立体结构 Pauling 鲍林 在价键理论基础上提出了 杂化 假设 补充了价键理论的不足 C原子基态原子电子排布图 例CH4 2S 2P 25 三 杂化轨道理论 解释分子的立体结构 一 杂化理论要点 1 在形成分子时 每一原子中能量相近的 轨道 会发生重组 形成新的原子轨道 这个过程称 杂化 新的原子轨道称 杂化轨道 2 杂化前后原子 轨道 总数不变 但能量趋于平均化 杂化轨道 对称性更高 利于成键 3 原子可用 杂化轨道 与其它原子的轨道重叠形成共价键 Pauling 鲍林 在价键理论基础上提出了 杂化 假设 补充了价键理论的不足 26 例CH4 27 sp3杂化轨道的形成过程 28 29 正四面体 109 28 要点 1个S轨道和3个P轨道 基态原子 激发态原子 4个相同的SP3杂化轨道 混杂 30 2 sp杂化 直线形 180 sp杂化 两个sp杂化轨道 例 BeCl2 31 sp杂化轨道的形成过程 180 32 乙炔中的碳原子为sp杂化 分子呈直线形 33 两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成C C 键 另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个C H 键 两个py轨道和两个pz轨道分别从侧面相互重叠 形成两个相互垂直的 键 34 例 BF3中B的电子排布式 1s22s22p1 3 sp2杂化 平面三角形 120 35 sp2杂化轨道的形成过程 120 36 C原子基态电子排布图 乙烯H2C CH2 甲醛H2C O中心原子C是sp2杂化 乙烯中的 在轨道杂化时 有一个 轨道未参与杂化 只是 的 s与两个 p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 未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面形成 键 杂化轨道间夹角为120 37 BCl3 CO32 NO3 H2C O SO3 烯烃 C C 苯等结构中的中心原子都是sp2杂化的 38 三 杂化轨道的应用范围 杂化轨道只用于形成 键或者用来容纳未参加成键的孤电子对 杂化轨道个数 价层电子对数 未参与杂化的p轨道可形成 键 39 互斥模型 VSEPR 与杂化轨道类型价层电子对数杂化类型VSEPR模型2sp杂化直线形3sp2杂化平面三角形4sp3杂化四面体形了解5sp3d 或dsp3 杂化三角双锥形6sp3d2 或d2sp3 杂化正八面体 40 判断下列分子或离子中 中心原子的杂化轨道类型 并预测粒子几何构型 NH4 NH3 H2O CH2O SO2SO3BeCl2 CO2 PCl3 BCl3 CS2 C12O SO42 PO43 SiO44 ClO4 NO3 CO32 H3O 利用中心原子杂化轨道类型可判断分子的立体构型 41 一般方法 1 看中心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 键 用去了2个P轨道 形成的是SP杂化 如果有1个双键则其中有1个 键 形成的是SP2杂化 如果全部是单键 则形成的是SP3杂化 2 没有填充电子的空轨道一般不参与杂化 1对孤电子对占据1个杂化轨道 42 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NH3C BeCl2与BF3D C2H2与C2H4 B 43 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 44 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 P4 B BC 45 无色 实验2 1 固体颜色 溶液颜色 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 结论 上述实验中呈天蓝色的物质叫做四水合铜离子 可表示为 Cu H2O 4 2 在四水合铜离子中 铜离子与水分子之间的化学键是由水分子中的O原子提供孤对电子对给予铜离子 铜离子提供空轨道 铜离子接受水分子的孤对电子形成的 这类 电子对给予 接受键 被称为配位键 46 47 1 配位键 共用电子对由一个原子单方面提供给另一个原子共用所形成的共价键叫配位键 是一种特殊的共价键 2 配位化合物 中心离子 或原子 与配位体 某些分子或离子 以配位键的形式结合而成的化合物 可用A B表示A表示提供孤对电子的原子 叫电子给予体或配体 常为N O P S 卤素的原子或离子B表示接受电子的原子 叫接受体 一般为过渡金属 形成配位键的条件 一个原子提供孤对电子 另一原子提供空轨道 48 49 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NH3C BeCl2与BF3D C2H2与C2H4 B 例题二 下列分子或离子中都存在着配位键的是 A NH3 H2OB NH4 H3O C N2 HClOD Cu NH3 4 2 PCI3 B 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 50 配合物理论简介 一 配合物的组成 51 配离子 Cu NH3 4 2 Ag CN 2 配合物 配盐 Cu NH3 4 SO4 Cu H2O 4 SO4 H2O配酸 H2 PtCl6 配碱 Cu NH3 4 OH 2配合分子 Ni CO 4 Co NH3 3Cl3 52 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 K2 SiF6 中的Si 和NH4 PF6 中的P 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 53 中心离子 也有中性 如 Ni CO 4 Fe CO 5 多核配合物 H3N 5Cr O Cr NH3 5 X4 卤化 氧 氨合二铬 III 54 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 55 单齿配体 NH3 Cl 双齿配体 en 四齿配体 氨基三乙酸 人们形象地把含多齿配体的配合物称为螯合物 56 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 57 AlF6 3 AlCl4 BF4 AgI2 AgI4 2 从这些配离子你看出配位数有什么规律 58 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 59 5 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 60 2020 1 7 61 配位阴离子配合物 配位阴离子 酸 外界 配位阳离子配合物 某化某 或 某酸某 中性配合物 K2 SiF6 六氟合硅 酸钾K PtCl5 NH3 五氯 一氨合铂 酸钾 Co NH3 6 Br3三溴化六氨合钴 Co NH3 2 en 2 NO3 3硝酸二氨 二 乙二胺 合钴 PtCl2 NH3 2 二氯 二氨合铂 Ni CO 4 四羰基合镍 0 62 6 配合物的盐与复盐的比较 复盐 能电离出两种或两种以上阳离子的盐如明矾KAl SO4 2 12H2O 光卤石KCl MgCl2 6H2O等 仅在固态时稳定存在 一旦溶于水 几乎全部解离成各组分离子 KAl SO4 2 12H2O 溶于水 K Al3 2SO42 12H2OKCl MgCl2 6H2O 溶于水 K Mg2 3Cl 6H2O 配合物盐 是在配合物的溶液或晶体中 十分明确地存在着含有配位键的 能独立存在的复杂组成的离子 Cu NH3 4 SO4 H2O Cu NH3 4 2 SO42 H2O 63 1 CsRh SO4 2 4H2O BaCl2无沉淀出现 Rh H2O 4 SO4 2 二硫酸根四水合铑 III 是配合物 2 光卤石 KCl MgCl2 6H2O明矾 KAl SO4 2 12H2O不是配合物 冰晶石 Na3AlF6磷灰石 Ca5 PO4 3F 64 7 形成配合物时性质的改变 颜色的改变Fe3 nNCS Fe NCS n n 3 溶解度的改变 AgCl HCl AgCl2 H AgCl 2NH3 Ag NH3 2 Cl Au HNO3 4HCl H AuCl4 NO 2H2O3Pt 4HNO3 18HCl 3H2 PtCl6 4NO 8H2O 酸碱性的改变 HF K 3 53 10 4 HCN K 4 93 10 10 HF BF3 H BF4 为强酸HCN AgCN H Ag CN 2 强酸 Cu NH3 4 OH 2的碱性大于Cu OH 2 65 第三节 分子的性质一 键的极性和分子的极性 66 67 知识回顾在单质分子或化合物中 同种原子形成共价键 两个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 因此成键的原子都不显电性 这样的共价键叫做非极性共价键 简称非极性键 68 在化合物分子中 不同种原子形成的共价键 由于不同原子吸引电子的能力不同 共用电子对必然偏向吸引电子能力强的原子一方 因而吸引电子能力较强的原子一方相对地显负电性 吸引电子能力较弱的原子一方相对地显正电性 这样的共价键叫做极性共价键 简称极性键 69 对分子而言如果正电中心和负电中心不重合则为极性分子 对分子而言如果正电中心和负电中心重合则为非极性分子 70 极性分子 分子中正负电荷中心不重合 从整个分子来看 电荷的分布是不均匀的 不对称的 这样的分子为极性分子 非极性分子 分子中正负电荷中心重合 从整个分子来看 电荷的分布是均匀的 对称的 这样的分子为极性分子 极性分子和非极性分子 1 定义 71 如何判断分子是否有极性 正负电荷中心是否重合 各种分子分析举例 72 2 常见分子的构型及其分子的极性 X2型 H2 类型实例结构键的极性分子极性 N2 非极性键非极性分子 均为直线型 73 类型实例结构键的极性分子极性 XY型HF NO 极性键极性分子 均为直线型 74 类型实例结构键的极性分子极性 X2Y型 CO2 SO2 极性键 非极性分子 极性键 极性分子 直线型 角形 75 类型实例结构键的极性分子极性 X2Y型 H2O H2S 极性键 极性分子 均为角形 76 类型实例结构键的极性分子极性 XY3型 BF3 NH3 极性键 非极性分子 极性键 极性分子 平面三角形 三角锥形 77 类型实例结构键的极性分子极性 XY4型 CH4 CCl4 均为正四面体形 极性键 非极性分子 78 经验规律 在ABn型分子中 当A的化合价数值等于其族序数时 该分子为非极性分子 举例 79 键的极性与分子的极性的区别与联系 极性键和非极性键 是否由同种元素原子形成 极性分子和非极性分子 极性分子和非极性分子 1 以非极性键结合的双原子分子必为非极性分子 2 以极性键结合的双原子分子一定是极性分子 3 以极性键结合的多原子分子 是否是极性分子 由该分子的空间构型决定 键有极性 分子不一定有极性 80 1 分子间作用力对物质的熔沸点 溶解性等性质有着直接的影响 二 范德华力及氢键对物质性质的影响 分子间作用力 氢键 范德华力 分子间氢键 分子内氢键 相对分子质量 分子极性 相对分子质量 分子极性 81 三 氢键 1 分子中与电负性很大的元素 一般指氧 氮 氟 相结合的氢原子和另一个分子中电负性极大的原子间产生的作用力 常用X H Y表示 式中的虚线表示氢键 X Y代表F O N等电负性大 原子半径较小的原子 82 2 氢键形成的条件 1 分子中必须有一个与电负性极大的元素原子形成强极性键的氢原子 2 分子中必须有带孤电子对 电负性大 而且原子半径小的原子 实际上只有F O N等原子与H原子结合的物质 才能形成较强的氢键 83 AHB 形成氢键的条件 有一个与电负性很大的原子A形成共价键的氢原子 有另一个电负性很大并且有孤对电子的原子B 84 3 氢键的特点 1 氢键作用强于范德华力但弱于化学键 FHF OHO OHN NHN OHCl OHS 85 2 氢键具有方向性和饱和性 方向性 分子间形成的氢键是直线型的 即A H B三个原子在一条直线上 饱和性 一般情况下 一个氢原子只能和一个B原子形成氢键 86 4 氢键的种类 分子间氢键 分子内氢键 邻羟基苯甲醛水杨醛 87 5 氢键对物质性质的影响 分子间氢键使物质的熔点和沸点升高 分子内氢键一般使化合物的熔点和沸点降低 在极性溶剂中 若溶质分子与溶剂分子形成氢键 则使溶质的溶解度增大 若溶质分子内有氢键存在 则在极性溶剂中溶解度减小 而在非极性溶剂中溶解度增加 88 接近沸点的水蒸气相对分子质量量偏大的的原因是 存在因氢键而缔合的 缔合分子 89 H2O的结构与性质 90 H2O的密度与温度的关系 91 解释水的密度随温度变化的原因 92 5 氢键对化合物性质的影响 分子间形成氢键时 可使化合物的熔 沸点显著升高 在极性溶剂中 若溶质分子和溶剂分子间能形成氢键 则可使溶解度增大 分子内氢键的形成 使分子具有环状闭合的结构 一般会使物质的熔沸点下降 在极性溶剂中的溶解度降低 93 许多大分子分子内也含有氢键 DNA双螺旋的两个螺旋链是用氢键相结合的 94 思考 A与C互不相溶B在A中的溶解度大于在C中的溶解度A与B不发生化学反应 A 95 四 溶解性 一 相似相溶原理 1 极性溶剂 如水 易溶解极性物质2 非极性溶剂 如苯 汽油 四氯化碳 酒精等 能溶解非极性物质 Br2 I2等 3 含有相同官能团的物质互溶 如水中含羟基 OH 能溶解含有羟基的醇 酚 羧酸 96 四 溶解性1 影响物质溶解性的因素 影响固体溶解度的主要因素是 影响气体溶解度的主要因素是 和 2 相似相溶规律 如果存在氢键 则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大 溶解性越 相反 无氢键相互作用的溶质在有氢键的水中的溶解度就比较 相似相溶 还适用于分子结构的 如果溶质与水发生化学反应可 其溶解度 97 练习1 比较NH3和CH4在水中的溶解度 怎样用相似相溶规律理解它们的溶解度不同 2 为什么在日常生活中用有机溶剂 如乙酸乙酯 溶解油漆而不用水 3 怎样理解汽油在水中的溶解度很小 4 怎样理解低碳醇与水互溶 而高碳醇在水中的溶解度却很小 98 练习5 根据物质的溶解性 相似相溶 的一般规律 说明溴 碘单质在四氯化碳中比在水中溶解度大 下列说法正确的是 A 溴 碘单质和四氯化碳中都含有卤素B 溴 碘是单质 四氯化碳是化合物C Br2 I2是非极性分子 CCl4也是非极性分子 而水是极性分子D 以上说法都不对 C 99 100 左手和右手不能重叠左右手互为镜像 101 五 手性1 具有完全相同的和的一对分子 如同左手与右手一样互为镜像 却在三维空间里不能重叠 互称手性异构体 又称对映异构体 光学异构体 含有手性异构体的分子叫做手性分子 2 判断一种有机物是否具有手性异构体 可以看其含有的碳原子是否连有个不同的原子或原子团 符合上述条件的碳原子叫做手性碳原子 102 1 下列化合物中含有手性碳原子的是 A CCl2F2B CH3 CH COOHC CH3CH2OHD CH OH 练习 103 1 下列化合物中含有手性碳原子的是 A CCl2F2B CH3 CH COOHC CH3CH2OHD CH OH