《分子的立体结构用》PPT课件.ppt

第二节分子的立体构型 第一课时 价层互斥理论 复习回顾 共价键 键 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 活动 1 利用几何知识分析一下 空间分布的两个点是否一定在同一直线 迁移 两个原子构成的分子 将这2个原子看成两个点 则它们在空间上可能构成几种形状 分别是什么 O2 HCl 活动 2 利用几何知识分析一下 空间分布的三个点是否一定在同一直线上 迁移 三个原子构成的分子 将这3个原子看成三个点 则它们在空间上可能构成几种形状 分别是什么 结论 在多原子构成的分子中 由于原子间排列的空间顺序不一样 使得分子有不同的结构 这就是所谓的分子的立体构型 一 形形色色的分子 H2O CO2 1 三原子分子立体结构 直线形180 V形105 一 形形色色的分子 2 四原子分子立体结构 HCHO NH3 平面三角形120 三角锥形107 3 五原子分子立体结构 一 形形色色的分子 CH4 正四面体 4 其它 P4 正四面体60 C2H2 直线形180 CH3CH2OH CH3COOH C6H6 C8H8 CH3OH C60 C20 C40 C70 肉眼不能看到分子 那么 科学家是怎样知道分子的形状的呢 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 科学视野 分子的立体结构是怎样测定的 形 如CO2形 如H20 形 如HCHO BF3形 如NH3 分子的立体结构 最常见的是形 如CH4 五原子分子 三原子分子 四原子分子 一 形形色色的分子 表格一 直线 V 平面三角 三角锥 正四面体 通过填表 你能发现什么问题 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 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 二 价层互斥理论 1 内容 对ABn型的分子或离子 中心原子A价层电子对 包括成键 键电子对和未成键的孤对电子对 之间由于存在排斥力 将使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型 以使彼此之间斥力最小 分子体系能量最低 最稳定 1 当中心原子的价电子全部参与成键时 为使价电子斥力最小 就要求尽可能采取对称结构 2 当中心原子的价电子部分参与成键时 未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间 成键电子对之间的斥力不同 从而影响分子构型 电子对之间斥力大小顺序如下 孤电子对 孤电子对 孤电子对 成键电子 成键电子 成键电子 中心原子上的孤电子对数 a xb 2 成键 键电子对和未成键的孤对电子对 键电子对数 与中心原子结合的原子数 键个数 中心原子上的孤对电子对个数 价层电子对数 二 价层互斥理论 2 价层电子对 键电子对和未成键的孤对电子对 H2O NH3 CO2 CH4 2 3 4 2 2 2 4 3 1 4 4 0 4 2 0 2 键个数 中心原子上的孤对电子对个数 价层电子对数 键电子对数 与中心原子结合的原子数 6 1 5 1 4 0 4 2 6 0 2 2 4 1 3 2 孤电子对的计算 6 2 1 2 a xb 二 价层互斥理论 剖析内容 对ABn型的分子或离子 中心原子A价层电子对 包括成键 键电子对和未成键的孤对电子对 之间由于存在排斥力 将使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型 以使彼此之间斥力最小 分子体系能量最低 最稳定 排斥力最小 A 3 价电子对的空间构型即VSEPR模型 电子对数目 234VSEPR模型 二 价层互斥理论 直线 平面三角形 正四面体 二 价层互斥理论 4 VSEPR模型应用 预测分子立体构型 2 3 2 0 0 1 直线形 直线形 平面三角形 平面三角形 V形 平面三角形 中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间 并与成键电子对互相排斥 推测分子的立体模型必须略去VSEPR模型中的孤电子对 二 价层互斥理论 4 价电子对的空间构型即VSEPR模型应用 4 3 2 0 1 2 正四面体 正四面体 正四面体 三角锥形 正四面体 V形 应用反馈 0 1 2 0 1 0 0 0 2 2 2 3 3 4 4 4 直线形 V形 V型 平面三角形 三角锥形 四面体 正四面体 正四面体 SO42 0 4 正四面体 利用价层电子对互斥理论时 首先要根据原子的最外层电子数 判断中心原子上有没有孤对电子 然后再根据中心原子结合的原子的数目 就可以判断分子的空间构型 ABn型分子的VSEPR模型和立体结构 2 3 平面三角形 20AB2 直线形CO2 cs2 30AB3 21AB2 价 层 电 子 对 数 平面三角形BF3 V形 SO2 小结 直线形 模型 4 正四面体 40AB4 31AB3 22AB2 正四面体CH4 三角锥形NH3 V形 H2O 注 价层电子对互斥模型对少数化合物判断不准 不能适用于过渡金属化合物 除非金属具有全满 半满或全空的d轨道 1 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 C 牛刀小试 2 用价层电子对互斥模型判断SO3的分子构型 A 正四面体形B V形C 三角锥形D 平面三角形 D 课堂练习 1 多原子分子的立体结构有多种 三原子分子的立体结构有 形和形 大多数四原子分子采取形和 形两种立体结构 五原子分子的立体结构中最常见的是形 2 下列分子或离子中 不含有孤对电子的是 A H2O B H3O C NH3 D NH4 3 下列分子 BCl3 CCl4 H2S CS2中 其键角由小到大的顺序为 4 以下分子或离子的结构为正四面体 且键角为109 28 的是 CH4 NH4 CH3Cl P4 SO42 A B C D 直线 V 平面三角 三角锥 D C 正四面体 第二节分子的立体构型 第二课时 杂化理论 1 要点 中心原子价电子层电子对 包括 电子对和的孤对电子对 的互相作用 使分子的几何构型总是采取电子对相互的那种构型 即分子尽可能采取对称的空间构型 VSEPR模型 成键 未成键 排斥 排斥最小 价层电子对互斥模型 应用 可用来预测分子的立体结构 利用价层电子对互斥理论时 首先要根据原子的最外层电子数 判断中心原子上有没有孤对电子 然后再根据中心原子结合的原子的数目 就可以判断分子的空间构型 直线形 平面三角形 正四面体 V形 三角锥形 价层电子对互斥模型 活动 请根据价层电子对互斥理论分析CH4的立体构型 新问题1 1 写出碳原子的核外电子排布图 思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4 而不是CH2 新问题2 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 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 C 如何才能使CH 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 原子轨道 伸展方向 为了解决这一矛盾 鲍林提出了杂化轨道理论 C 2s22p2 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 我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道 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成什么立体构型 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 SP3 键 从而构成一个正四面体构型的分子 二 杂化轨道理论简介 解释分子的立体构型 1 杂化轨道的概念在形成多原子分子的过程中 中心原子的若干不同类型能量相近的原子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 要点 1 参与参加杂化的各原子轨道能量要相近 同一能级组或相近能级组的轨道 2 杂化前后原子轨道数目不变 参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目 但杂化轨道改变了原子轨道的形状方向 在成键时更有利于轨道间的重叠 3 杂化前后原子轨道为使相互间排斥力最小 故在空间取最大夹角分布 不同的杂化轨道伸展方向不同 4 杂化轨道只用于形成 键或者用来容纳参与成键的孤对电子 不能形成 键 未参与杂化的P轨道可用于形成 键 sp杂化轨道的形成过程 180 每个sp杂化轨道的形状为一头大 一头小 含有1 2s轨道和1 2p轨道的成分两个轨道间的夹角为180 呈直线型 sp杂化 1个s轨道与1个p轨道进行的杂化 形成2个sp杂化轨道 Cl Cl Be 例如 Sp杂化 BeCl2分子的形成 Be原子 1s22s2没有单个电子 sp2杂化轨道的形成过程 120 每个sp2杂化轨道的形状也为一头大 一头小 含有1 3s轨道和2 3p轨道的成分每两个轨道间的夹角为120 呈平面三角形 sp2杂化 1个s轨道与2个p轨道进行的杂化 形成3个sp2杂化轨道 例如 Sp2杂化 BF3分子的形成 B 1s22s22p1没有3个成单电子 sp3杂化轨道的形成过程 sp3杂化 1个s轨道与3个p轨道进行的杂化 形成4个sp3杂化轨道 每个sp3杂化轨道的形状也为一头大 一头小 含有1 4s轨道和3 4p轨道的成分每两个轨道间的夹角为109 5 空间构型为正四面体型 例如 Sp3杂化 CH4分子的形成 C 2s22p2 三 杂化理论简介 3 杂化轨道分类 CH4原子轨道杂化 等性杂化 参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合 杂化轨道每个轨道的成分轨道间夹角 键角 sp1 2s 1 2p180 sp21 3s 2 3p120 sp31 4s 3 4p109 28 3 杂化轨道分类 三 杂化理论简介 H2O原子轨道杂化 O原子 2s22p4有2个单电子 可形成2个共价键 键角应当是90 Why 杂化 不等性杂化 参与杂化的各原子轨道进行成分上的不均匀混合 某个杂化轨道有孤电子对 排斥力 孤电子对 孤电子对 孤电子对 成键电子对 成键电子对 成键电子对 杂化轨道的类型 三 杂化理论简介 4 杂化类型判断 因为杂化轨道只能用于形成 键或用来容纳孤电子对 故有 杂化类型的判断方法 先确定分子或离子的VSEPR模型 然后就可以比较方便地确定中心原子的杂化轨道类型 中心原子孤对电子对数 中心原子结合的原子数 杂化轨道数 中心原子价层电子对数 三 杂化理论简介 4 杂化类型判断 对于ABm型分子或离子 其中心原子A的杂化轨道数恰好与A的价电子对数相等 1s 1p 1s 2p 1s 3p 2个sp杂化轨道 3个sp2杂化轨道 4个sp3杂化轨道 180 120 109 28 直线型 正三角形或V形 正四面体 三角锥形或V形 BeCl2 C2H2 BF3 C2H4 CH4 CCl4 NH4 2 2 4 SP3 正四面体形 V形 0 2 2 0 3 3 0 4 4 1 2 3 1 3 4 SP SP2 SP3 SP2 SP3 直线形 平面三角形 V形 三角锥形 计算下列分子或离子中的价电子对数 并根据已学填写下表 2 2 3 4 4 4 4 4 sp sp sp2 sp3 直线形 直线形 平面三角形 正四面体 180 180 120 109 5 直线形 直线形 平面三角形 正四面体 V形 三角锥形 180 180 120 109 5 109 5 104 5 107 3 107 3 课堂练习 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 试用杂化轨道理论分析乙烯 乙炔分子和苯分子的成键情况 交流讨论 C原子在形成乙烯分子时 碳原子的2s轨道与2个2p轨道发生杂化 形成3个sp2杂化轨道 伸向平面正三角形的三个顶点 每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原子的1s轨道形成2个相同的 键 各自剩余的1个sp2杂化轨道相互形成一个 键 各自没有杂化的l个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面 彼此肩并肩重叠形成 键 所以 在乙烯分子中双键由一个 键和一个 键构成 C原子在形成乙炔分子时发生sp杂化 两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成 键 各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个 键 两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成 键 所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合 大 键C6H6 sp2杂化 练习 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 CO2 2 H2O 3 HCHO 4 HCN 5 SO3 第二节分子的立体结构 第三课时 配合物理论简介 Cu H2O 4 2 SO42 天蓝色 天蓝色 天蓝色 无色 无色 无色 Na Cl K Br K 为什么CuSO4 5H2O晶体是蓝色而无水CuSO4是白色 Cu H2O 4 2 平面正方形结构 Cu2 与H2O是如何结合的呢 四 配合物理论简介 1 配位键 1 概念 共用电子对由一个原子单方向提供给另一原子共用所形成的共价键 2 形成条件 一方提供孤对电子 一方提供空轨道 注意 配位键是一种特殊的共价键 配位键同样具有饱和性和方向性 H3O NH4 中含有配位键 3 配位键的表示方法 请你写出NH4 的配位键的表示法 讨论在NH3 BF3中 何种元素的原子提供孤对电子 何种元素的原子接受孤对电子 写出NH3 BF3的结构式 NH3中N原子提供孤对电子 BF3中的B原子提供空轨道接受孤对电子 2 配位化合物 配合物 1 概念 由提供孤对电子对的配体与接受孤对电子对的中心原子以配位键结合形成的化合物 或把金属离子 或原子 与某些分子或离子 称为配体 以配位键结合形成的化合物 配合物种类已超过数百万 配位键的强度有大有小 因而有的配合物很稳定 有的不稳定 许多过渡元素金属离子对多种配体具有很强的结合力 因而过渡金属配合物远比主族金属的配合物多 3 配合物的组成 相关说明 中心原子 也称配位体的形成体 一般是带正电荷的阳离子 主要是过渡金属的阳离子 但也有中性原子 如 Ni CO 5 Fe CO 5中的Ni和Fe都是中性原子 配位体 配位体可以是阴离子 如X OH SCN CN C2O42 PO43 等 也可以是中性分子 如H2O NH3 CO 醇 胺 醚等 配位体中直接同中心原子配合的原子叫做配位原子 配位原子是必须含有孤对电子的原子 如NH3中的N原子 H2O分子中的O原子 配位原子常是VA VIA VIIA主族元素的原子 配位数 直接同中心原子 或离子 配位的原子 离子或分子 总的数目 一般中心原子 或离子 的配位数为2 4 6 8 在计算中心离子的配们数时 一般是先在配离子中找出中心离子和配位体 接着找出配位原子数目 如 Co NH3 4Cl2 Cl配位数是6 CuSO4 5H2O是配合物 向硫酸铜水溶液中加入氨水 蓝色沉淀 深蓝色的透明溶液 深蓝色的晶体 产生现象的原因 Cu2 2NH3 H2O Cu OH 2 2NH4 Cu OH 2 4NH3 Cu NH3 4 2 2OH 深蓝色的晶体 Cu NH3 4 SO4 H2O Cu NH3 4 2 离子 实验2 3在盛有氯化铁溶液 或任何含有的Fe3 溶液 的试管中滴加硫氰化钾 KSCN 溶液 现象 生成血红色溶液 原因 生成 Fe SCN n 3 n n 1 6 作用 检验或鉴定Fe3 用于电影特技和魔术表演 配位键的强度有大有小 当遇上配合能力更强的配体时 由一种配离子可能会转变成另一种更稳定的配离子 Fe3 SCN Fe SCN 2 硫氰酸根 血红色 观察 在上述血红色溶液中加入NaF溶液有什么现象 Fe SCN 2 6F FeF6 3 SCN 血红色 无色 结论 配离子中的中心离子 电子对接受体 通常是金属离子 尤其是过渡金属离子 配位体中的配位原子 电子对给予体 通常是主族非金属原子 现象 溶液变成血红色 4 配合物的命名 内界命名顺序 自右向左配位体数 即配位体右下角的数字 配位体名称 合 字或 络 字 中心离子的名称 中心离子的化合价 Zn NH3 2 SO4内界名称为 K3 Fe CN 6 内界名称为 Zn NH3 4 Cl2命名为 K3 Fe CN 6 命名为 Cu NH3 4 SO4命名为 Ag NH3 2 OH命名为 二氨合锌离子 六氰合铁离子 二氯化四氨合锌 六氰合铁 化钾 硫酸四氨合铜 氢氧化二氨合银 在晶体 气态或溶液中配离子的存在状态不变化 配位化合物内界和外界为离子键完全电离 配合物也有异构现象 如Pt NH3 2Cl2分子有二种结构 配合物具有一定的稳定性 配合物中配位键越强 配合物越稳定 配位原子的电负性越大或配位体的碱性越强 配合物越不稳定 5 配合物的性质 配离子在改变条件时可能被破坏 加强热 形成溶解度很小的沉淀 加入氧化剂和还原剂 加入酸或碱 6 配合物的形成对性质的影响 见 优化设计 P26 1 溶解性影响 2 颜色影响 3 稳定性影响 7 配合物的应用 a在生命体中的应用 b在医药中的应用 c配合物与生物固氮 d在