共价键与分子的空间构型剖析.ppt

第二节共价键与分子的空间构型,【学习目标】1、能根据杂化理论判断简单分子或离子的构型.2、掌握甲烷、乙烯、乙炔、苯等典型分子的立体构型.【学习重点、难点】能根据杂化理论判断简单分子或离子的构型,碳原子只有两个未成对的2p电子，若碳原子与氢原子结合，应形成CH2，为什么是CH4?就算,碳原子价电子:2S22P2,思考,碳原子与四个氢原子形成的分子也不应当具有规则的正四面体结构？,1.杂化轨道理论简介,激发,当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，,能量相等，成分相同,为了解决这一矛盾，鲍林提出:,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，能量最低，4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。,10928,杂化轨道的电子云一头大，一头小，成键时利用大的一头，可以使电子云重叠程度更大，从而形成稳定的化学键。即杂化轨道增强了成键能力。,sp3杂化,原子形成分子时，同一个原子中能量相近的1个ns轨道与3个np轨道进行重新组合组成四个新的原子轨道称为sp3杂化轨道。,由于每个轨道中都含有1/4的s轨道成分和3/4的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道。,【应用提高】试用杂化轨道理论解释为什么SiF4空间构型为正四面体，键角为109.5。,sp2杂化,同一个原子的1个ns轨道与2个np轨道进行杂化组合为sp2杂化轨道。sp2杂化轨道间的夹角是120，分子的几何构型为平面正三角形。,BF3分子形成,激发,120,由于每个杂化轨道中都含有1/3的s轨道成分和2/3的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为sp2杂化轨道。,同一原子中ns-np杂化成新轨道：一个s轨道和一个p轨道杂化组合成两个新的sp杂化轨道。,BeCl2分子形成,化合态,sp杂化,平面三角形,2,小结,180,直线,BeCl2,3,120,BF3,4,109.50,正四面体形,CH4,阅读P41：乙烯与乙炔分子的空间构型，思考碳原子的杂化轨道类型和成键类型。,乙烯：5个键，1个键乙炔：3个键，2个键,成键情况：,杂化轨道理论解释乙烯分子的结构：,C为sp2杂化，有一个2p轨道未参与杂化，2s轨道与另外两个2p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。,C-C(p-p)键,C-C(sp2-sp2)键;C-H(sp2-s)键,2p,2s,C为sp杂化，有两个2p轨道未参与杂化，只是2s轨道与一个2p轨道发生杂化，形成两个相同的sp杂化轨道。两个sp杂化轨道在空间是直线型分布。,杂化轨道理论解释乙炔分子的结构：,C-C(p-p)键,C-C(sp-sp)键;C-H(sp-s)键,2s,2p,杂化,氮原子的价电子排布式为2s22p3，三个2p轨道各有一个未成对电子，可分别与一个H原子的1s电子形成一个键，不须杂化。但实事是：N形成了四个sp3杂化轨道，且键角是107.30，空间构型为三角锥形，怎么解释？,交流研讨,在形成氨气时，N的2s轨道和2p轨道发生了sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，成正四面体型。其中三个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子，另一个sp3杂化轨道已有两个电子（孤对电子），不再成键。化合时，N的sp3杂化轨道与H的1s轨道重叠，形成三个键。由于孤对电子的电子云密集在N的周围，对三个成键的电子对有比较大的排斥作用，使N-H键之间的键角被压缩，因此NH3的空间构型为三角锥形。,第二课时,【学习目标】能够用杂化轨道理论解释一些典型分子的立体构型。能够用价层电子对互斥理论判断分子的空间构型【学习重点】能利用价层电子对互斥理论判断分子的构型。,2苯分子的空间结构,C6H6,【合作探究】苯分子中存在着怎样的化学键导致苯不能使酸性高锰酸钾溶液或溴的四氯化碳溶液褪色？苯的分子构型、键角？苯分子中碳原子如何杂化？碳碳间，碳氢间是如何成键的？每个碳原子剩余的一个未参与杂化的p轨道，可不可以两两之间形成键?如何成键？为什么？,杂化轨道理论解释苯分子的结构：,C为sp2杂化,所有原子（12个）处于同一平面,分子中6个碳原子未杂化的2p轨道上的未成对电子肩并肩重叠形成了一个闭合的、环状的大键,形成的电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面，一个位于平面下面，经能量计算，这是一个很稳定的体系。,C-C(sp2-sp2);C-H(sp2-s),总结：如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型？,一看分子的空间构型，如果是直线型，则是sp杂化；如果是平面三角形，则是sp2杂化；如果是正四面体型，则是sp3杂化。二看中心碳原子有没有形成双键或叁键，如果有1个叁键，则其中有2个是键，用去了2个p轨道，所以形成的是sp杂化；如果有1个双键则其中有1个键，用去了1个p轨道，所以形成的是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。,对ABm型分子或离子（A是中心原子，B是配位原子），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对称位置上，以使各原子之间斥力最小，分子体系能量最低。,价层电子对互斥理论,3、确定分子空间构型的简易方法：,2,电子对数目与立体结构,4,3,5,6,电子对数目与立体结构,一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布（即含孤对电子的VSEPR模型）23456直线形平面三角形正四面体三角双锥体正八面体,利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构型：m+n（配位原子数m中心原子的孤对电子对n)中心原子的孤电子对数n=P44页例：SO42-孤电子对数n=(6+2-24)/2=0配位原子数m=4m+n=4sp3杂化正四面体形SO3n=(6-23)/2=0m=3m+n=3sp2杂化平面正三角形,请判断下列分子价电子对数、中心原子杂化轨道类型以及分子的空间构型。,平面三角形,直线形,正四面体形,直线形,三角锥形,V形,【学以致用】,2,2,SP3,V型,4,0,SP3,四面体型,3,0,SP2,正三角形,2,1,SP2,V型,4,0,SP3,四面体型,3,1,SP3,三角锥形,3,0,SP2,正三角形,4,0,SP3,正四面体型,1.下列物质中分子立体结构与水分子相似的是ACO2BH2SCPCl3DSiCl42.下列分子立体结构其中属于直线型分子的是AH2OBCO2CC2H2DP4,B,BC,3.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,课堂练习,C,化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子称为等电子体。它们具有相同的空间构型和相同的化学键类型。,如：SiCl4、SiO44-与SO42-,具有相同价电子总数和相同原子数的分子或离子也是等电子体。,如：CO与N2,等电子体原理,具有相同的通式ABm，而且价电子总数和原子数目相等的分子或离子具有相同的结构特征,这个原理称为“等电子体原理”。这里的“结构特征”的概念既包括分子的立体结构，又包括化学键的类型，但键角并不一定相等，除非键角为180或90等特定的角度。（1）CO2、CNS、NO2+、N3具有相同的通式AX2，价电子总数16，具有相同的结构直线型分子，中心原子上没有孤对电子而取sp杂化轨道，形成直线形，键角为180。,（2）CO32、NO3、SO3等离子或分子具有相同的通式AX3,总价电子数24，有相同的结构平面三角形分子,中心原子上没有孤对电子而取sp2杂化轨道形成分子。（3）SO2、O3、NO2等离子或分子，通式AX2，18电子结构，中心原子取sp2杂化形式，VSEPR理想模型为平面三角形，中心原子上有1对孤对电子，分子立体结构为V型。,（4）SO42、PO43等离子具有AX4的通式,总价电子数32，配位原子有4个，无孤对电子，故取sp3杂化形式，呈正四面体立体结构；,（5）PO33、SO32、ClO3等离子具有AX3的通式，总价电子数26，配位原子有4个，无孤对电子，中心原子采取sp3杂化形式，分子立体结构为三角锥体,指出下列结构相似的微粒，并观察它们的原子数和价电子总数有何异同。SO2、O3、NO2PO43、SO42-N3、N2OCH4、NH4+SO32-、PO33-,练习根据等电子原理，判断下列各组分子属于等电子体的是（）A.H2O、H2SB.HF、NH3C.CO、CO2D.NO2、SO2,A,(04年江苏)1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。(1)根据上述原理，仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：和；和。,CON2,LiBeBCNOFNe,CO2N2O,第三课时,1.手性分子,左手和右手不能重叠左右手互为镜像,二、分子的空间构型与分子性质,手性异构体和手性分子,概念：如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子互称手性异构体。有手性异构体的分子称为手性分子。,条件：当四个不同的原子或基团连接在碳原子上时，形成的化合物存在手性异构体。其中，连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。,1下列化合物中含有手性碳原子的是()A.CCl2F2B.CH3CHCOOHC.CH3CH2OHD.CHOH,B,课堂练习,A.OHCCHCH2OHB.OHCCHCClC.HOOCCHCCClD.CH3CHCCH3,H,Cl,OH,Br,OH,Cl,H,Br,Br,2下列化合物中含有2个“手性”碳原子的是(),B,【实验探究】在滴定管中加入四氯化碳打开活塞让四氯化碳缓缓流下；将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近液流，观察液流方向是否发生变化；再改用水做实验，观察液流方向。,【问题】1、液流方向说明了什么问题？为什么？2、分子的极性如何判定？3、由非极性键形成的分子中，正电荷的中心和负电荷的中心怎样分布？是否重合？4、由极性键形成的分子中，怎样找正电荷的中心和负电荷的中心？,CO2,BF3,CH4,分子的空间构型是否对称，与共价键极性、非极性有何关系？以共价键结合的分子是否也有极性、非极性之分呢？,分子的极性又是根据什么来判定呢？,思考,共用电子对,2个Cl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，整个分子的电荷分布均匀，为非极性分子,只含有非极性键的双原子分子因为共用电子对无偏向，分子是非极性分子,共用电子对,HCl分子中，共用电子对偏向Cl原子，Cl原子一端相对地显负电性，H原子一端相对地显正电性，整个分子的电荷分布不均匀，为极性分子,+,-,以极性键结合的双原子分子为极性分子,非极性分子：,极性分子：,正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子,正电荷重心和负电荷重心相重合的分子,3.分子的极性,分子极性的判断方法,1.双原子分子,取决于成键原子之间的共价键是否有极性,2.多原子分子(ABm型),取决于分子的空间构型,C=O键是极性键，但从分子总体而言CO2是直线型分子，两个C=O键是对称排列的，两键的极性互相抵消（F合=0），整个分子没有极性，电荷分布均匀，是非极性分子。,180,F1,F2,F合=0,10430,F1,F2,F合0,O-H键是极性键，共用电子对偏O原子，由于分子是V形构型，两个O-H键的极性不能抵消（F合0），整个分子电荷分布不均匀，是极性分子,BF3：,NH3：,120,10718,三角锥型,不对称，键的极性不能抵消，是极性分子。,F1,F2,F3,平面三角形，对称，键的极性互相抵消（F合=0），是非极性分子。,109.5,正四面体型，对称结构，C-H键的极性互相抵消（F合=0），是非极性分子。,非极性,极性,极性,极性,极性,极性,极性,非极性,直线型,直线型,V型,平面正三角形,三角锥型,正四面体型,正四面体型,重合,不重合,重合,不重合,重合,不重合,重合,重合,非极性,极性,非极性,极性,非极性,极性,非极性,非极性,小结,化合价法判断分子的极性,请判断PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的极性。,若中心原子A的化合价的绝对值