第二章第二节分子的立体结构Z

1、第二节第二节 分子的立体结构分子的立体结构一、形形色色的分子一、形形色色的分子o2hclh2oco2c2h2ch2ococl2nh3p4ch4ch3ch2ohch3coohc6h6c8h8ch3ohc60c20c40c70直线形：直线形：c0c02 2 、cscs2 2等，等，v v形形：h h2 2o o、s0s02 2等。等。1、三原子分子立体结构：、三原子分子立体结构：三角锥形三角锥形：如氨分子等。：如氨分子等。平面三角形平面三角形：如甲醛：如甲醛(ch(ch2 20)0)分子等，分子等，2、四原子分子立体结构：、四原子分子立体结构：正四面体形正四面体形：甲烷、：甲烷、cclccl4 4

2、。3、五原子分子立体结构：、五原子分子立体结构：思考：思考： 同为三原子分子，同为三原子分子，coco2 2 和和 h h2 2o o 分子的空间分子的空间结构却不同，什么原因？结构却不同，什么原因？ 同为四原子分子，同为四原子分子，chch2 2o o与与 nhnh3 3 分子的的空分子的的空间结构也不同，什么原因？间结构也不同，什么原因？写出写出co2、h2o、nh3、ch2o、ch4等分子的电子式、等分子的电子式、结构式及分子的空间结构：结构式及分子的空间结构：分子分子co2h2onh3ch2och4电子式电子式结构式结构式中心原子中心原子有无孤对电子有无孤对电子空间结构空间结构o c

3、o: : :h o h:h n h:h: h c h:o:h c h:hho=c=oh-o-hh-n-h-hh-c-h=oh-c-h-hh无无有有有有无无无无直线形直线形v 形形三角三角锥锥 形形 平面平面三角形三角形 正正四面体四面体价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型(vsepr(vsepr模型模型) )： 是一种可以用来预测分子立体结构的理论模型，总的原是一种可以用来预测分子立体结构的理论模型，总的原则是分子的中心原子上孤对电子对与成键电子对之间的排斥力则是分子的中心原子上孤对电子对与成键电子对之间的排斥力最小（注意：分子中的双键、叁键等多重键要作为一对电子看最小（注意：分子中的双键、叁

4、键等多重键要作为一对电子看待）。待）。 这种理论把分子分为两类：这种理论把分子分为两类： 一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键，这种分子一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键，这种分子中，中心原子周围的原子数决定着分子的立体结构。中，中心原子周围的原子数决定着分子的立体结构。 另一类是中心原子上有孤对电子另一类是中心原子上有孤对电子( (未用于形成共价键的价电未用于形成共价键的价电子对子对) )的分子，由于中心原子上的孤对电子也要占据中心原子的分子，由于中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。周围的空间，并参与互相排斥。代表物代表物中心原子中心原子结合的原子数结合

5、的原子数分子类分子类型型空间构型空间构型中心原子中心原子无孤对电子无孤对电子coco2 22 2abab2 2chch2 2o o3 3abab3 3chch4 44 4abab4 4中心原子中心原子有孤对电子有孤对电子h h2 2o o2 2abab2 2nhnh3 33 3abab3 3直线形直线形平面三角形平面三角形正四面体正四面体v v 形形三角锥形三角锥形价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型分子或离子分子或离子结构式结构式vseprvsepr模型模型分子或离子的立体结构分子或离子的立体结构hcnnh4 +h3o+so2 bf3n hhhh+h c nbff fs = =o= = oo

6、hhh+化学式化学式 中心原子中心原子 孤对电子数孤对电子数中心原子结中心原子结合的原子数合的原子数空间构型空间构型hcnhcnsoso2 2nhnh2 2bfbf3 3h h3 3o o+ +siclsicl4 4chclchcl3 3nhnh4 4+ +0120100022233444直线形直线形 v v 形形v v 型型平面三角形平面三角形三角锥形三角锥形四面体四面体正四面体正四面体正四面体正四面体so4204正四面体正四面体一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键，一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键，这种分子中，中心原子周围的原子数决定着分子的立体结这种分子中，中心原子周围的原子

7、数决定着分子的立体结构。构。 ，如，如c0c02 2、chch2 20 0、chch4 4等分子中的碳原子，它们的立体等分子中的碳原子，它们的立体结构可用中心原子周围的原子数结构可用中心原子周围的原子数n n来预测，概括如下：来预测，概括如下：abnabn 立体结构立体结构 范例范例n=2 n=2 直线型直线型 c0c02 2n=3 n=3 平面三角形平面三角形 chch2 20 0n=4 n=4 正四面体型正四面体型 chch4 4小结：小结： 另一类是中心原子上有孤对电子另一类是中心原子上有孤对电子( (未用于形成共价键未用于形成共价键的电子对的电子对) )的分子，如的分子，如h h2 2

8、o o和和nhnh3 3，中心原子上的孤对电子中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。 例如，例如，h h2 20 0和和nhnh3 3的中心原子工分别有的中心原子工分别有2 2对和对和l l对孤对电对孤对电子，跟中心原子周围的子，跟中心原子周围的键加起来都是键加起来都是4 4，它们相互排斥，它们相互排斥，形成四面体，因而形成四面体，因而h h：o o分子呈分子呈v v形，形，nhnh3 3分子呈三角锥形。分子呈三角锥形。第二节第二节 分子的立体结构分子的立体结构一、形形色色的分子一、形形色色的分子二、价层电子对互斥模型二、价

9、层电子对互斥模型不足：不足：无法无法解释解释许多深层次的问题。如无法解释甲许多深层次的问题。如无法解释甲 烷四个烷四个 c-h c-h 的键长、键能相同及的键长、键能相同及h hc ch h的的 键角为键角为109 109 28 28。优点：优点：预测化合物分子的空间构型。预测化合物分子的空间构型。碳原子碳原子: :为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论 它的要点是：当碳原子与它的要点是：当碳原子与4 4个氢原子形成甲烷分个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的子时，碳原子的2s2s轨道和轨道和3 3个个2p2p轨道会发生混杂，混轨道会发生混杂，混杂时保持轨道

10、总数不变，得到杂时保持轨道总数不变，得到4 4个相同的个相同的sp3sp3杂化轨道，杂化轨道，夹角夹角109 109 28 28 ，表示这，表示这4 4个轨道是由个轨道是由1 1个个s s轨道和轨道和3 3个个p p轨道杂化形成的如下图所示：轨道杂化形成的如下图所示：三、杂化轨道理论三、杂化轨道理论 杂化：原子内部杂化：原子内部能量相近能量相近的原子轨道，的原子轨道，在外界条件影响下重新组合的过程叫原在外界条件影响下重新组合的过程叫原子轨道的杂化子轨道的杂化 杂化杂化 轨道：原子轨道组合杂化后形成的轨道：原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道一组新轨道 杂化轨道类型：杂化轨道类型：spsp、sps

11、p2 2、spsp3 3、spsp3 3d d2 2等等 杂化结果：重新分配能量和空间方向，杂化结果：重新分配能量和空间方向，组成数目相等成键能力更强的原子轨道组成数目相等成键能力更强的原子轨道 杂化轨道用于容纳杂化轨道用于容纳键和孤对电子键和孤对电子1 1、spsp3 3 杂化杂化思考思考： 学习价层电子互斥模型知道学习价层电子互斥模型知道: nh: nh3 3和和h h2 2o o的模型和甲烷分的模型和甲烷分子一样子一样, ,也是四面体形的也是四面体形的, , 它们的中心原子是不是它们的中心原子是不是sp3sp3杂化杂化呢？呢？ 不同的是不同的是nhnh3 3和和h h2 2o o的中心原

12、子的的中心原子的4 4个杂化轨道分别用于个杂化轨道分别用于键键和孤对电子对，这样的和孤对电子对，这样的4 4个杂化轨道显然有差别个杂化轨道显然有差别2 2、spsp 杂化：杂化： 同一原子中同一原子中 ns-npns-np 杂化成新轨道；一个杂化成新轨道；一个s s 轨道轨道和一个和一个p p 轨道杂化组合成两个新的轨道杂化组合成两个新的 spsp 杂化轨道。杂化轨道。spsp杂化：夹角为杂化：夹角为180180的直线形杂化轨道。的直线形杂化轨道。例：例：becl2分子形成分子形成2p激发激发2s2pbe基态基态2s激发态激发态杂化杂化键合键合直线形直线形sp杂化态杂化态直线形直线形化合态化合

13、态cl be cl180 碳的碳的spsp杂化轨道杂化轨道乙炔的成键3 3、spsp2 2 杂化杂化 sp sp2 2 杂化轨道间的夹角是杂化轨道间的夹角是120120度，分子的几何构型度，分子的几何构型为平面正三角形为平面正三角形2 2s s2 2p pb b的基态的基态2 2s s2 2p p激发态激发态正三角形正三角形spsp2 2 杂化杂化态态例：例：bfbf3 3分子形成分子形成bfffclbcl1200cl碳的碳的spsp2 2杂化轨道杂化轨道c c2 2h h4 4(sp(sp2 2杂化）杂化）思考：思考：根据以下事实总结：如何判断一个根据以下事实总结：如何判断一个 化合物的中心

14、原子的杂化类型？化合物的中心原子的杂化类型？ 杂化轨道只用于形成杂化轨道只用于形成键或者用来容纳孤对电子键或者用来容纳孤对电子 杂化轨道数杂化轨道数0+2=2sp直线形直线形0+3=3sp2平面三角形平面三角形0+4=4sp3正四面体形正四面体形1+2=3sp2v形形1+3=4sp3三角锥形三角锥形2+2=4sp3v形形代表物代表物杂化轨道数杂化轨道数 杂化轨道类型杂化轨道类型 分子结构分子结构co2ch2och4so2nh3h2o结合上述信息完成下表：结合上述信息完成下表：中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数科学探究：科学探究：1 1、写出、写出h

15、cnhcn分子和分子和chch2 20 0分子的路易斯结构式。分子的路易斯结构式。2 2用用vseprvsepr模型对模型对hcnhcn分子和分子和chch2 2o o分子的立体结构进行预分子的立体结构进行预 测测( (用立体结构模型表示用立体结构模型表示) )3 3写出写出hcnhcn分子和分子和chch2 20 0分子的中心原子的杂化类型。分子的中心原子的杂化类型。4 4分析分析hcnhcn分子和分子和chch2 2o o分子中的分子中的键。键。2 2、对、对soso2 2与与coco2 2说法正确的是说法正确的是( )( ) a a都是直线形结构都是直线形结构 b b中心原子都采取中心原

16、子都采取spsp杂化轨道杂化轨道 c c s s原子和原子和c c原子上都没有孤对电子原子上都没有孤对电子 d d soso2 2为为v v形结构，形结构， coco2 2为直线形结构为直线形结构d1 1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 a acoco2 2与与soso2 2 b bchch4 4与与nhnh3 3 c cbeclbecl2 2与与bfbf3 3 d dc c2 2h h2 2与与c c2 2h h4 43 3、写出下列分子的路易斯结构式、写出下列分子的路易斯结构式( (是用短线表是用短线表示键合电子示键合电子, ,小黑点

17、表示未键合的价电子的结小黑点表示未键合的价电子的结构式构式) )并指出中心原子可能采用的杂化轨道类并指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。型，并预测分子的几何构型。 (1)pci(1)pci3 3 (2)bcl(2)bcl3 3 (3)cs (3)cs2 2 (4) c1 (4) c12 2o o(1) pci3： sp3 三角锥形三角锥形. .pcici解析：解析：. . . .ci. . .ci. .(2)bcl3 ： sp2 平面三角形平面三角形bci. . .cl. . .(3)cs2 ： sp 直线形直线形c = =s= =s. . . . . (4) c12o：

18、 sp3 v形形o. . .cl. . .ci. . .1 1、杂化轨道理论要点、杂化轨道理论要点为了解释分子或离子的立体结构为了解释分子或离子的立体结构, ,泡林以量子力学为基础泡林以量子力学为基础提出了杂化轨道理论。提出了杂化轨道理论。甲烷分子实测的和甲烷分子实测的和vseprvsepr模型预测的立体结构都是正四面体。模型预测的立体结构都是正四面体。若认为若认为ch4ch4分子里的中心原子碳的分子里的中心原子碳的4 4个价电子层原子轨道个价电子层原子轨道2s2s和和2px,2py,2pz2px,2py,2pz分别跟分别跟4 4个氢原子的个氢原子的1s1s原子轨道重叠形成原子轨道重叠形成键键

19、, ,无无法解释甲烷的法解释甲烷的4 4个个c-hc-h键是等同的键是等同的, ,因为碳原子的因为碳原子的3 3个个2p2p轨道是相轨道是相互正交的互正交的(90(90 夹角夹角) )，而，而2s2s轨道是球形的。轨道是球形的。泡林假设泡林假设, ,甲烷的中心原子甲烷的中心原子碳原子碳原子在形成化学键时在形成化学键时,4,4个个价电子层原子轨道并不维持原来的形状价电子层原子轨道并不维持原来的形状, ,而是发生所谓而是发生所谓“杂化杂化”，得到得到4 4个等同的轨道个等同的轨道, ,总称总称sp3sp3杂化轨道。杂化轨道。杂化轨道理论杂化轨道理论价键理论价键理论2.2.杂化类型杂化类型（1 1）

20、spsp3 3杂化杂化凡属于凡属于vseprvsepr模型的模型的ayay4 4的分子的中心原子的分子的中心原子a a都采取都采取spsp3 3杂化杂化类型。例如，类型。例如，chch4 4、cclccl4 4、nhnh4 4+ +、chch3 3clcl、nhnh3 3、h h2 2o o等等。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，其中的面体构型，其中的4 4个个spsp3 3杂化轨道自然没有差别，这种杂化类杂化轨道自然没有差别，这种杂化类型叫做等性杂化。型叫做等性杂化。中心原子的中心原子的4 4个个spsp3 3

21、杂化轨道用于构建不同的杂化轨道用于构建不同的s s轨道，如轨道，如ch3clch3cl中中c-hc-h键和键和c-clc-cl键的键长、键能都不相同，显然有差别，键的键长、键能都不相同，显然有差别，4 4个个键的键角也有差别，又如键的键角也有差别，又如nhnh3 3和和h h2 2o o的中心原子的的中心原子的4 4个杂化个杂化轨道分别用于轨道分别用于键和孤对电子对，这样的键和孤对电子对，这样的4 4个杂化轨道显然有差个杂化轨道显然有差别，叫做不等性杂化。别，叫做不等性杂化。（2 2）spsp2 2杂化杂化凡符合凡符合vseprvsepr模型的模型的ay3ay3通式的分子或离子中心原子大多通式

22、的分子或离子中心原子大多数采取数采取spsp2 2杂化轨道。例如，杂化轨道。例如，bclbcl3 3、co3co32-2-、nono3 3- -、h h2 2c=oc=o、soso3 3等等等。烯烃等。烯烃c=cc=c结构中跟结构中跟3 3个原子键合的碳原子也是以个原子键合的碳原子也是以sp2sp2杂化杂化轨道为其轨道为其骨架的。骨架的。以以spsp2 2杂化轨道构建杂化轨道构建轨道的中心原子轨道的中心原子, ,必有一个垂直于必有一个垂直于spsp2 2 骨架的未参与杂化的骨架的未参与杂化的p p轨道，如果这个轨道跟邻近原子上的轨道，如果这个轨道跟邻近原子上的平行平行p p轨道重叠，并填入电子

23、，就会形成轨道重叠，并填入电子，就会形成键。如，乙烯键。如，乙烯h h2 2c=chc=ch2 2、甲醛、甲醛h h2 2c=oc=o的结构图：的结构图：hchchh=hchhch键hchohcho键 （3 3）spsp杂化杂化 具有具有vseprvsepr模型的模型的ay2ay2通式的分子中的中心原子采通式的分子中的中心原子采取取spsp杂化轨道构建分子的杂化轨道构建分子的骨架，例如骨架，例如coco2 2中的碳原中的碳原子、子、h-cn:h-cn:中的碳原子、中的碳原子、beclbecl2 2分子中的铍原子等分子中的铍原子等等。炔烃中的等。炔烃中的cccc的的 骨架也是由骨架也是由spsp

24、杂化轨道构杂化轨道构建的。建的。当中心原子取当中心原子取spsp杂化轨道形成直线形的杂化轨道形成直线形的骨架时，骨架时，中心原子上有一对垂直于分子的中心原子上有一对垂直于分子的骨架的未参与杂化骨架的未参与杂化的的p p轨道。例如乙炔分子：形成轨道。例如乙炔分子：形成二个二个键。键。共轭大共轭大键键苯分子中苯分子中6 6个碳原子连接成环，每个碳原子上再连一个个碳原子连接成环，每个碳原子上再连一个氢原子，所有原子处在同一个平面上。氢原子，所有原子处在同一个平面上。苯的结构式里的碳苯的结构式里的碳- -碳键有单键和双键之分，这种结构满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

25、键和双键的键长和键能足了碳的四价，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。苯形成并没有区别，苯的结构式并不能反映这个事实。苯形成p-pp-p大大 键。键。大 键 c6h6c6h6的大键（离域键） c c原子发生原子发生spsp杂化生成了两个杂化生成了两个spsp轨道分别与两个轨道分别与两个o o原子原子的一个的一个p p轨道形成两个轨道形成两个键；键； c c原子剩余的两个原子剩余的两个p p轨道分别轨道分别与两个与两个o o原子剩余的原子剩余的1 1个个p p轨道形成两个轨道形成两个键。键。co2o c oo： 2s2 2p4 c：2s2 2p2激发

26、激发sp杂化杂化coco2 2的碳原子取的碳原子取spsp杂化轨道杂化轨道, ,它的两个未参它的两个未参加杂化的加杂化的p p轨道在空间的取向是跟轨道在空间的取向是跟spsp杂化轨道杂化轨道的轴相互垂直。的轴相互垂直。coco2 2分子里有两套分子里有两套3 3原子原子4 4电子符电子符号为号为 3 34 4的的p-pp-p大大 键。键。（一）配位键和配位化合物（一）配位键和配位化合物 1 1、配位键配位键 概念：共用电子对由一个原子单方向提供给另一概念：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。原子共用所形成的共价键。 表示：表示： a ba b 电子对给予体电子对给予体

27、电子对接受体电子对接受体 条件：其中一个原子必须提供孤对电子。另一原条件：其中一个原子必须提供孤对电子。另一原子必须有能接受孤对电子的空轨道。子必须有能接受孤对电子的空轨道。h h3 3o o+ +nhnh4 4+ +举例：举例：四、配合物理论简介四、配合物理论简介天蓝色天蓝色天蓝色天蓝色天蓝色天蓝色无色无色无色无色无色无色实验实验2-1 2-1 固体颜色固体颜色溶液颜色溶液颜色cusocuso4 4cuclcucl2 2. .2h2h2 2o ocubrcubr2 2naclnaclk k2 2soso4 4kbrkbr白色白色绿色绿色深褐色深褐色白色白色白色白色白色白色思考：前三种溶液呈天蓝色与什么物质有关？依据是什么