高中化学 2.2《分子的立体结构》课件 新人教版选修3

新课标人教版课件系列,高中化学选修3,2.2分子的立体结构,教学目标,、认识共价分子的多样性和复杂性；、初步认识价层电子对互斥模型；、能用VSEPR模型预测简单分子或离子的立体结构；、培养学生严谨认真的科学态度和空间想象能力。、认识杂化轨道理论的要点、进一步了解有机化合物中碳的成键特征、能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型、采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学,、培养学生分析、归纳、综合的能力和空间想象能力10、配位键、配位化合物的概念11、配位键、配位化合物的表示方法12、采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学13、培养学生分析、归纳、综合的能力教学难点：分子的立体结构；利用价层电子对互斥模型预测分子的立体结构；杂化轨道理论的要点；配位键、配位化合物的概念教学难点：分子的立体结构，杂化轨道理论；配位键、配位化合物的概念,19世纪的化学家们创造了用元素符号加划短棍“”来表明原子之间按“化合价”相互结合的结构式。分子中的原子间用“”相连表示互相用了“1价”，如水的结构式为HOH；“=”为“2价”；“”为“3价”。在绝大多数情况下，氢总是呈1价，氧总是呈2价，氮呈3或5价，卤素则在有机物中大多呈1价，在无机物中除呈1价，还呈3、5、7价，等等。,2.1路易斯结构式,英国化学家弗兰克兰在1850年左右提出化合价并无正负之分，同种分子，如H2，其中的氢也呈1价，故氢分子的结构式为HH。这种经典结构式称为弗兰克兰结构式。,20世纪初，美国化学家路易斯Lewis,GilbertNewton(1875-1946)把弗兰克兰结构式中的“短棍”解释为两个原子各取出一个电子配成对,即:“”是1对共用电子，“=”是2对共用电子，“”是3对共用电子。,路易斯认为，稀有气体最外层电子构型(8e)是一种稳定构型。他把用“共用电子对”维系的化学作用力称为“共价键”。后人就把这种观念称为路易斯共价键理论。分子有用于形成共价键的键合电子(成键电子)和未用于形成共价键的非键合电子，又称“孤对电子”，用小黑点来表示孤对电子。例如，水、氨、乙酸、氮分子的路易斯结构式可以表示为：,人们把这类(用短棍表示共价键，同时用小黑点表示非键合的“孤对电子”)添加了孤对电子的结构式叫做路易斯结构式,也叫电子结构式。如：SO2Cl2、HNO3、H2SO4、CO32和SO42的路易斯结构式:,价电子总数等于分子中所有原子的价电子数之和，但中心原子周围的电子总数(共用电子+孤对电子)并不总等于8，有多电子中心或缺电子中心如：,路易斯结构式中的单键、双键和叁键一直到量子力学建立后才得到合理解释。有一种叫做“价键理论”(VB法)的量子化学模型认为，共价键是由不同原子的电子云重叠形成的。如果只讨论s电子和p电子，可以有两种基本的成键方式：第一种重叠方式，电子云顺着原子核的连线重叠，得到轴对称的电子云图象，这种共价键叫做s键。,2.2单键、双键和叁键键和键价键理论(一),第二种的重叠方式，电子云重叠后得到的电子云图象呈镜像对称，这种共价键叫p键。,2.3价层电子互斥模型(VSEPR),分子的立体结构决定了分子许多重要性质，例如分子中化学键的类型、分子的极性、分子之间的作用力大小、分子在晶体里的排列方式等等，而路易斯结构式未能描述分子的立体结构。无机分子的立体结构通常是指其s-键的分子骨架在空间的排布。这种分子骨架可以用现代实验手段测定。实验证实，属于同一通式的分子或离子，其结构可能相似，也可能完全不同。,、VSEPR模型的要点是:(1)用通式AXnEm来表示所有只含一个中心原子的分子或离子的组成，式中A表示中心原子,X表示配位原子(也叫端位原子),下标n表示配位原子的个数,E表示中心原子上的孤对电子对,下标m是电子对数。已知分子或离子的组成和原子的排列顺序时,m值可用下式确定:m=(A的族价-X的化合价X的个数-离子的电荷数)/2,(2)通式AXnEm里的(n+m)的数目称为价层电子对数,令n+m=z,则可将通式AXnEm改写成另一种通式AYz;VSEPR模型认为，分子中的价层电子对总是尽可能地互斥，均匀地分布在分子中，因此，z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),由此可以画出VSEPR理想模型:z23456模型直线形平面三角形正四面体三角双锥体正八面体,(3)“分子立体构型”是指不包括孤对电子对的AXn中的A和n个X(配位原子)在空间的排布，只有当AXnEm中的m=0时，即AYZ=AXn时，VSEPR模型才是分子立体构型，否则，得到VSEPR模型后要略去孤对电子对，才得到它们的分子立体构型，如:H2O,NH3,CH4都是AY4,它们的分子立体构型为：分子H2ONH3CH4构型角形三角锥体正四面体,例:NH3和PH3都是AX3E=AY4,故分子(AX3)均为三角锥型。实测:氨分子中H-N-H为106.7，膦分子中H-P-H为93.5,为什么这两种分子的角度有这种差别？解：这种差别可以用顺序(iv)(iv.中心原子的电负性增大时，键角将增大。)来解释。,2.4.1杂化轨道理论要点为了解释分子或离子的立体结构,泡林以量子力学为基础提出了杂化轨道理论。甲烷分子实测的和VSEPR模型预测的立体结构都是正四面体。若认为CH4分子里的中心原子碳的4个价电子层原子轨道2s和2px,2py,2pz分别跟4个氢原子的1s原子轨道重叠形成键,无法解释甲烷的4个C-H键是等同的,因为碳原子的3个2p轨道是相互正交的(90夹角)，而2s轨道是球形的。泡林假设,甲烷的中心原子碳原子在形成化学键时,4个价电子层原子轨道并不维持原来的形状,而是发生所谓“杂化”，得到4个等同的轨道,总称sp3杂化轨道。,2.4杂化轨道理论价键理论(二),2.4.2sp3杂化凡属于VSEPR模型的AY4的分子的中心原子A都采取sp3杂化类型。例如，CH4、CCl4、NH4+、CH3Cl、NH3、H2O等等。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s轨道，如CH3Cl中C-H键和C-Cl键的键长、键能都不相同，显然有差别，4个s键的键角也有差别，又如NH3和H2O的中心原子的4个杂化轨道分别用于s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。,2.4.3sp2杂化凡符合VSEPR模型的AY3通式的分子或离子中心原子大多数采取sp2杂化轨道。例如，BCl3、CO32、NO3、H2C=O、SO3等等。烯烃C=Cd(C=C)d(CC)；d(HF)d(HCl)d(HBr)d(HI)；CO分子中的C=O键介乎碳-碳双键和碳-碳三键之间；O2+、O2、O2、O22中的氧-氧键依次增长；等等。,2.8共价分子的性质,2.8.2共价半径共价键的键长可以分解成键合原子的共价半径之和。用同核共价键之半可以求出许多元素的共价半径，已知rA求rB还可以借差减法由d(AB)的测定值估算。共价半径的通用数据总是经过经验或理论校正的平均值，不同方法得到的数据并不一定相等。为比较不同原子的共价半径，共价键的性质必须相同，为此建立了单键共价半径的概念。经常呈重键而不呈单键的元素的单键共价半径需经理论计算获得。主族元素共价半径显示很好的周期性从上到下半径增大，从左到右半径减小。图表中He、Ne、Ar无数据，因尚未合成其共价化合物。,2.8.3键能键能的概念是为对比键的强度提出来的。键能:在常温(298K)下基态化学键分解成气态基态原子所需要的能量。对于双原子分子,键能就是键解离能。对于多原子分子，断开其中一个键并不得到气态自由原子，如H2O，断开第一个键得到的是H和OH，它断开第一个HO键和断开第二个HO键，能量不会相等。同是CC单键，在不同的化学环境下，如在CCC、CC=C和CCC中，邻键不同，键能也不相同。所以，对于多原子分子，所谓键能，只是一种统计平均值。,2.8.4键角键角是指多原子分子中原子核的连线的夹角。它也是描述共价键的重要参数。然而，键角不像键长和键能，一个分子一个样儿，不可能形成通用数据。利用分子的振动光谱可以获得键角的实验值。键角的大小严重影响分子的许多性质，例如分子的极性，从而影响其溶解性、熔沸点等。,2.8.5键的极性与分子的极性共价键有非极性键与极性键之分。由共价键构建的分子有非极性分子与极性分子之分。“极性”是一个电学概念。度量极性的物理量叫做偶极矩(m)。偶极矩是偶极子两极(带相同电量的正电端和负电端)的电量，即电偶极子的电量q，和偶极子两极的距离偶极长l的乘积(m=qXl)。,2.9分子间力,除化学键(共价键、离子键、金属键)外，分子与分子之间，某些较大分子的基团之间，或小分子与大分子内的基团之间，还存在着各种各样的作用力，总称分子间力。相对于化学键，分子间力是一类弱作用力。化学键的键能数量级达102，甚至103kJ/mol，而分子间力的能量只达nn10kJ/mol的数量级，比化学键弱得多。相对于化学键，大多数分子间力又是短程作用力，只有当分子或基团(为简捷起见下面统称“分子”)距离很近时才显现出来。范德华力和氢键是两类最常见的分子间力。,2.9.1范德华力范德华力最早是由范德华研究实际气体对理想气体状态方程的偏差提出来的，大家知道，理想气体是假设分子没有体积也没有任何作用力为基础确立的概念，当气体密度很小(体积很大、压力很小)、温度不低时，实际气体的行为相当于理想气体。事实上，实际气体分子有相互作用力。范德华力普遍地存在于固、液、气态任何微粒之间。微粒相离稍远，就可忽略；范德华力没有方向性和饱和性，不受微粒之间的方向与个数的限制。后来又有三人将范德华力分解为三种不同来源的作用力色散力、诱导力和取向力。,1、色散力所有单一原子或多个原子键合而成的分子、离子或者分子中的基团(统称分子)。相对于电子，分子中原子的位置相对固定，而分子中的电子却围绕整个分子快速运动着。,于是，分子的正电荷重心与负电荷重心时时刻刻不重合，产生瞬时偶极。分子相互靠拢时，它们的瞬时偶极矩之间会产生电性引力，这就是色散力。色散力不仅是所有分子都有的最普遍存在的范德华力，而且经常是范德华力的主要构成。,色散力没有方向，分子的瞬时偶极矩的矢量方向时刻在变动之中，瞬时偶极矩的大小也始终在变动之中，然而，可以想见，分子越大、分子内电子越多，分子刚性越差，分子里的电子云越松散，越容易变形，色散力就越大。,取向力只有极性分子与极性分子之间才存在。分子偶极矩越大，取向力越大。,2、取向力取向力，又叫定向力，是极性分子与极性分子之间的固有偶极与固有偶极之间的静电引力。,3、诱导力在极性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子会产生诱导偶极，分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电性引力称为诱导力。,诱导偶极矩的大小由固有偶极的偶极矩(m)大小和分子变形性的大小决定。极化率越大,分子越容易变形,在同一固有偶极作用下产生的诱导偶极矩就越大。,4、范德华力构成对比某些分子的范德华力构成对比,2.9.2氢键氢键是已经以共价键与其他原子键合的氢原子与另一个原子之间产生的分子间作用力，是除范德华力外的另一种常见分子间作用力。通常，发生氢键作用的氢原子两边的原子必须是强电负性原子，换句话说，传统意义的氢键只有9种可能。,、氢键解释了水的特殊物理性质,2、氢键对氟化氢是弱酸的解释,3、氢键对某些物质的熔沸点差异的解释,4、氢键对生物高分子的高级结构的影响,2.9.4范德华半