高中化学第二章 分子结构与性质课件人教版选修三.ppt

1 分子结构与性质 2 价键理论 3 价键理论要点 1 2个原子的价层轨道上的未成对电子可以通过自旋反平行配对形成共价键 2 在原子或分子中已经配对的电子 不能在再与其它原子中的未成对电子成键 一个原子可能与其它原子形成共价键的数目决定于该原子中的未成对电子数 共价键的饱和性h hn n 3 共价键的稳定性决定于原子轨道的重叠程度 2个原子轨道重叠程度愈大 形成的键愈稳定 共价键的方向性 4 2 共价键的类型 按原子轨道的重叠方式分 键和 键 键 原子轨道 头碰头 重叠 键 原子轨道 肩并肩 重叠 5 按提供共用电子对的方式分 正常共价键 由成键原子双方各提供一个电子所形成的键 h hh cl配位共价键 由成键原子中的一方单独各提供一对电子所形成的键 h3n bf3 h3n bf3 6 共价键的本质共价键的形成 从本质上讲 是由于原子轨道的重叠 产生了加强性干涉效应 使两核间电荷密度增大 密集在两核间的电子云 同时受到两个核的吸引 把两核联系在一起 使体系能量降低 形成了共价键 7 杂化轨道理论 8 ch4 1s22s22px12py12pz 杂化轨道理论的基本要点原子在形成分子时 为了增强成键能力使分子稳定性增加 趋向于将同一原子中能量相近的不同类型原子轨道重新组合成能量 形状和方向与原来不同的新的原子轨道 这种重新组合的过程称为杂化 杂化后的原子轨道称为杂化轨道 9 杂化轨道的特性 1 只有能量相近的轨道才能互相杂化 常见的有 nsnpnd n 1 dnsnp 2 杂化轨道的成键能力大于未杂化轨道 3 参加杂化的原子轨道的数目与形成的杂化轨道数目相同 s p2sp 4 不同类型的杂化 杂化轨道的空间取向不同 10 杂化轨道的类型 1 sp杂化 一个s轨道与一个p轨道杂化后 得两个sp杂化轨道 每个杂化轨道的s成分为1 2 p成分为1 2 杂化轨道之间的夹角为180度 becl2be的电子构型 1s22s22p激发杂化2s2p2s2psp2pco2hc ch 11 sp2杂化 一个s轨道与两个p轨道杂化 得三个sp2杂化轨道 每个杂化轨道的s成分为1 3 p成分为2 3 三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上 互成120 bf3 b的电子构型 1s22s22p1激发杂化2s2p2s2psp2 12 bcl3 co32 no3 h2c o so3 烯烃 c c 结构中的中心原子都是以sp2杂化的 以sp2杂化轨道构建结构骨架的中心原子必有一个垂直于sp2 骨架的未参与杂化的p轨道 如果这个轨道跟邻近原子上的平行p轨道重叠 并填入电子 就会形成 键 如 乙烯h2c ch2 甲醛h2c o的结构图 13 石墨 苯中碳原子也是以sp2杂化的 14 sp3杂化 一个s轨道与三个p轨道杂化后 得四个sp3杂化轨道 每个杂化轨道的s成分为1 4 p成分为3 4 它们的空间取向是四面体结构 相互的键角 109 28 ch4 ccl4c的电子构型 1s22s22p2激发杂化2s2p2s2psp3 15 nh3中n也是采取sp3杂化n的电子构型 1s22s22p3nf3 16 h2o中o也是采取sp3杂化o的电子构型 1s22s22p4 17 与中心原子键合的是同一种原子 分子呈高度对称的正四面体构型 其中的4个sp3杂化轨道自然没有差别 这种杂化类型叫做等性杂化 中心原子的4个sp3杂化轨道用于构建不同的 轨道 如h2o的中心原子的4个杂化轨道分别用于 键和孤对电子对 这样的4个杂化轨道显然有差别 叫做不等性杂化 等性杂化和不等性sp3杂化 18 19 s p d的杂化 dsp2正方形 dsp3三角双锥 d2sp3正八面体 d3sp3五角双锥 过渡金属配合物的成键和结构也可以用杂化轨道理论讨论 20 价层电子对互斥理论vespr 21 对abm型分子或离子 中心原子a价层电子对 包括成键电子对和孤对电子 之间存在排斥力 将使分子中的原子处于尽可能远的相对位置上 以使彼此之间斥力最小 分子体系能量最低 22 电子对数目 2 3 4 23 电子对数目 5 6 24 价电子对的数目决定了一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布 与分子立体构型不同 23456直线形平面三角形正四面体三角双锥体正八面体 25 1 价层电子对数目的确定 余数进位 配位原子提供电子数的计算方法 1 h 卤素只提供1个共用电子 2 在形成共价键时 作为配体的氧族可以认为不提供共用电子 3 当氧族原子作为中心原子时 则可以认为提供6电子 26 对abm型分子 若中心原子a价层电子对只包括成键电子对 则价层电子对的相对位置就是分子的构型 co2ch4 27 若中心原子a价层电子对包括成键电子对和孤对电子 则价层电子对的相对位置不是分子的构型 nh3 h2o 28 对于含有双键或叁键的分子 价电子对互斥理论仍能使用 但双键 叁键都作为一个电子对计算 在定性推测分子构型时 可以忽略孤对电子和成键电子 单键和多重键的区别 但在考虑键角等一些问题时 应考虑这些差别 29 1 重键包含的电子较多 不同键型间的排斥力大小 三键 三键 三键 双键 双键 双键 双键 单键 单键 单键 30 2 成键电子对受两个原子核的吸引 孤对电子对只受一个原子核的吸引 故孤对电子对 lp 比成键电子对 bp 肥大 所以电子对间排斥力 lp lp lp bp bp bp孤对电子对与键合电子对斥力不同使理想模型发生畸变 如 ch4nh3h2o hah109 5 107 3 104 5 31 3 电负性高的配体 吸引价电子能力强 价电子离中心原子较远 占据空间角度相对较小 pcl3pbr3pi3键角 100 1 101 5 102 32 4 中心原子的电负性增大时 键角将增大 如 nh3ph3ash3sbh3键角 107 3 93 3 91 8 91 3 33 价电子对互斥理论不能用于过渡金属化合物 但过渡金属具有充满 半充满或全空的d轨道时适用 价电子对互斥理论对极少数化合物判断不准 如 caf2 srf2 baf2 是弯曲型而不是预期的直线型 34 例sf4 其vsepr理想模型为三角双锥体 由于孤对电子的位置不同有两种可能的模型 哪一种结构更合理呢 35 7 5分子轨道理论简介一 基本要点1 分子轨道的形成当原子结合形成分子时 原子轨道以一定的方式重叠形成分子轨道 能量比原子轨道低的分子轨道为成键分子轨道 能量比原子轨道高的分子轨道为反键分子轨道 分子轨道的数目等于组成分子的各原子轨道数目之和 36 分子轨道理论 37 1 分子轨道的形成当原子结合形成分子时 原子轨道以一定的方式重叠形成分子轨道 能量比原子轨道低的分子轨道为成键分子轨道 能量比原子轨道高的分子轨道为反键分子轨道 分子轨道的数目等于组成分子的各原子轨道数目之和 38 2 原子轨道形成分子轨道应遵循的三个条件 1 对称性匹配 2 能量相近 3 最大重叠3 分子轨道的类型 分子轨道 分子轨道 39 4 分子轨道的能级 40 5 电子在分子轨道中的排布电子在分子轨道中的排布遵循pauli不相容原理 能量最低原理和hund规则 键级越大 表示形成分子的原子之间键强度越大 分子越稳定 41 42 根据同核双原子分子的电子组态可以预见分子及离子的性质 已知及o2其离子的键能有如下数据 请画出它们的对应关系 o2o2 o22 o2 键能 kj mol 1493 5626 1138 1392 9 43 o2的能级顺序 1s 1s 2s 2s 2px 2py 2pz 2py 2pz 2px o2的键级 2o2 的键级 2 5o2 的键级 1 5o22 的键级 1n2的能级顺序 1s 1s 2s 2s 2py 2pz 2px 2py 2pz 2px 44 分子的极性和分子间作用力分子有无极性取决于整个分子的正 负电荷中心是否重合 如果分子的正 负电荷中心重合 则为非极性分子 h2 o2 co2 反之 则为极性分子 co hcl h2o 偶极矩 的定义 极性分子正电中心 或负电中心 的电量乘以两中心的距离 45 非极性键 共用电子对不发生偏移的键 极性键 共用电子对发生偏移的键 对双原子分子而言 键有极性则分子一定是极性分子 键无极性则分子一定是非极性分子 但对多原子分子而言 键有极性则分子不一定是极性分子 hclh2co2nh3nf3ch4co 46 对于双原子分子 偶极矩就是键矩 对于多原子分子 分子偶极矩是各键矩的矢量和 所以成键原子的电负性差值就不是影响分子分子偶极矩的唯一因素 还会有影响其它因素的分子偶极矩 1 co的偶极矩2 nh3 nf3的偶极矩 47 二 分子间力分子间力 范德华力 是决定分子型物质熔点 沸点 溶解度等物理性质的一个重要因素 分子间力的特性 作用能一般是几个kj mol到几十个kj mol 比化学键能小1 2个数量级 作用力范围约几百pm 一般没有方向性和饱和性 48 1 定向力 产生于极性分子之间 当两个极性分子充分接近时 产生同极相斥 异极相吸 使分子偶极定向排列而产生的静电作用力 分子的偶极矩越大 定向力越大 49 2 诱导力 产生于极性分子和非极性分子之间 当极性分子和非极性分子充分接近时 极性分子使非极性分子变形而产生的偶极称为诱导偶极 诱导偶极与固有偶极间的作用力为诱导力 极性分子偶极越大 非极性分子变形性越大 诱导力越大 极性分子之间也存在诱导力 50 3 色散力 产生于各种分子之间 分子量越大 越易变形 色散力就越大 三种力中 色散力是主要的 定向力只有在极性很大的分子中才占较大的比重 诱导力通常都很小 例 比较下列物质熔沸点的高低 1 f2cl2br2i2 2 sif4sicl4sibr4sii4 51 氢键氢键是指分子中与高电负性原子x以共价键相连的h原子 和另一个高电负性原子y之间所形成的一种弱键 x h yx y f o n cl c 52 氢键的特性 1 比范德华力强 比化学键弱 2 具有方向性和饱和性 53 氢键的形成对物质性质的影响 1 氢键 特别是分子内氢键 控制分子的构象 影响化合物的许多化学性质 在决定反应速度上常起着重大的作用 氢键保持着蛋白质和核酸分子的三维结构 54 2 由于氢键的形成 使得化合物的熔沸点上升 55 分子间生成氢键 熔沸点上升 分子内生成氢键 熔沸点下降 56 3 溶解性对于溶质分子 凡能为生成氢键提供h与接受h者 均可通过氢键和水结合 在水中溶解度较大 1999全国初赛卷 4 分子间生成氢键会增大粘度和表面张力 例 乙醚 乙醇 丙酮三者沸点依此增大的顺序为a b c d 57 非常规氢键1 x h 氢键在一个x h 氢键中 键或离域 键体系作为质子的受体 由苯基等芳香环的离域 键形成的x h 氢键 又称为芳香氢键 aromatichydrogenbonds 多肽链中的n h和苯基形成的n h 氢键 在多肽结构以及生物体系中是十分重要的 它对稳定多肽链的构象起重要的作用 根据计算 理想的n h ph氢键的键能值约为12kj mol 1 58 已知多肽链内部n h ph氢键的结合方式有下面两种 59 在甲苯 2hcl晶体结构中的cl h 氢键结构已得到测定 在此晶体中 甲苯芳香环上的离域 键作为质子的受体 两个cl h分子从苯环上 下两个方向指向苯环中心 60 除上述n h 和cl h 氢键外 在有些化合物中还存在o h 和c h 氢键 61 氯仿在苯中的溶解度明显比1 1 1 三氯乙烷的大 请给出一种可能的原因 含图示 62 2 x h m氢键x h m氢键是常规氢键的类似物 它在一个3c 4e体系的相互作用下 包含一个富电子的过渡金属原子作为质子受体 63 3 x h h y二氢键h3n bh3中 n h h b二氢键不仅存在于h3n bh3等化合物中 还存在于过渡金属配位化合物中 n h h re 64 65 66 离域 键形成化学键的 电子不局限于两个原子的区域 而是在由参加成键的多个原子形成的分子骨架中运动 这种由多个原子形成的 型化学键称为离域 键 67 离域 键形成条件 1 这些原子都在同一平面上 2 每一原子可提供一个方向相同的p轨道 3 电子的数目小于p轨道数目的两倍 离域 键可用表示 n为原子数 m为电子数 m n正常大 键m n多电子大 键m n缺电子大 键 68 苯分子中 键6个碳原子取sp2杂化连接成环 每个碳原子上再结合一个氢原子 所有原子处在同一个平面上 69 苯的结构式里的碳 碳键有单键和双键之分 这种结构满足了碳的四价 可是事实上苯分子的单键和双键的键长和键能并没有区别 苯的结构式并不能反映这个事实 苯形成p p大 键 实验测得 苯中c c的键长均相等 为139pm 介于c c键长 133pm 和c c键长 154pm 之间 70 石墨分子结构是层形结构 每层是由无限个碳六元环所形成的平面 其中的碳原子取sp2杂化 与苯的结构类似 每个碳原子尚余一个未参与杂化的p轨道 垂直于分子平面而相互平行 平行的n个p轨道共n个电子在一起形成了弥散在整个层的n个碳原子上下形成了一个p p大 键 电子在这个大p键中可以自由移动 即石墨能导电 71 72 共轭效应 共轭效应也称离域效应 是分子在形成离域 键时引起的物理化学性质的变化 共轭效应会影响分子的构性和构象 电性 颜色 酸碱性 化学反应等等 73 酚酞指示剂的变色原理 74 等电子原理 原子数相同 电子总数相同的分子或离子 互称为等电子体 等电子体的结构相似 物理性质相近 75 1 co2 n2o no2 n3 具有相同的通式 ax2