杂化轨道理论+分子极性

1、1、共价键的形成条件、共价键的形成条件?2、共价键的成键特征是什么？、共价键的成键特征是什么？ 按照共价键的成键过程中按照共价键的成键过程中,一个原子有几个未成对电一个原子有几个未成对电子子,通常只能和几个通常只能和几个自旋相反自旋相反的电子形成共价键的电子形成共价键,所以所以在共价分子中在共价分子中,每个原子形成共价键的数目是每个原子形成共价键的数目是一定一定,这这就是共价键的就是共价键的“饱和性饱和性”.如如HF而不是而不是H2F。CC原子的电子排布式是原子的电子排布式是1s22s22p2,从轨道表示式从轨道表示式 看出只有两个未成对电子看出只有两个未成对电子,只能只能形成两个共价键形成两

2、个共价键,但甲烷但甲烷CH4分子中形成四个共价分子中形成四个共价键键,且键角是且键角是109.50,怎么解释怎么解释?为解决这一矛盾为解决这一矛盾, ,鲍林提出了杂化轨道理论鲍林提出了杂化轨道理论. .原子在形成分子时原子在形成分子时, ,为了增强成键能力为了增强成键能力, ,使分子的使分子的稳定性增加稳定性增加, ,趋向于将不同类型的原子轨道重新趋向于将不同类型的原子轨道重新组合成能量、形状和方向与原来不同的新原子轨组合成能量、形状和方向与原来不同的新原子轨道道; ;这种重新组合称为杂化这种重新组合称为杂化; ;杂化后的原子轨道称杂化后的原子轨道称为杂化轨道为杂化轨道. . 一一.杂化轨道理

3、论简介杂化轨道理论简介注意点注意点(1)只有能量相近的轨道才能相互杂化。只有能量相近的轨道才能相互杂化。(2)形成的杂化轨道数目等于参加杂化的原子轨道数目。形成的杂化轨道数目等于参加杂化的原子轨道数目。(3)杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道 -因为杂化因为杂化轨道的形状变成一头大一头小了轨道的形状变成一头大一头小了,用大的一头与其他原用大的一头与其他原子的轨道重叠子的轨道重叠,重叠部分显然会增大。重叠部分显然会增大。1. sp3 杂化杂化原子形成分子时原子形成分子时,同一原子中能量相近的一个同一原子中能量相近的一个ns轨道与三个轨道与三个np轨道进行混合组成

4、四个新的原子轨道称为轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为sp3 杂化轨道杂化轨道.2s2pC的基态的基态2s2p激发态激发态正四面体形正四面体形sp3 杂化态杂化态CHHHH10928激发激发当碳原子与当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的碳原子的2s轨轨道和道和3个个2p轨道这轨道这4个轨道会发生混杂个轨道会发生混杂,混杂时保持轨混杂时保持轨道总数不变道总数不变,得到得到4个能量相等、成分相同的个能量相等、成分相同的sp3杂化杂化轨道轨道,夹角夹角109 28 , 如下图所示：如下图所示：spsp2 2杂化杂化: :三个夹角为三个夹角为120120的平面三角形杂化

5、轨道的平面三角形杂化轨道。2. sp2 杂化杂化同一个原子的一个同一个原子的一个ns轨道与两个轨道与两个np轨道进行杂化组合轨道进行杂化组合为为sp2杂化轨道杂化轨道.x y z x y z z x y z x y z 1202s2pB的基态的基态2p2s激发态激发态正三角形正三角形sp2 杂化态杂化态BF3分子形成分子形成BFFF激发激发120用杂化轨道理论分析用杂化轨道理论分析乙烯分子乙烯分子的成键情况的成键情况sp2杂化的杂化的C sp2杂化的杂化的C 相互靠拢相互靠拢 分子中分子中2 2个平行个平行形成形成s-s-骨架骨架 的的p轨道形成轨道形成p p 键键 碳的碳的sp2杂化轨道杂化

6、轨道 同一原子中同一原子中 ns-np 杂化成新轨道杂化成新轨道：一个一个 s 轨道轨道和一个和一个 p 轨道杂化组合成两个新的轨道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。杂化轨道。3. sp 杂化杂化夹角为夹角为180180的直线形杂化轨道的直线形杂化轨道x y z x y z z x y z x y z 180BeCl2分子形成分子形成激发激发2s2pBe基态基态2s2p激发态激发态杂化杂化直线形直线形sp杂化态杂化态键合键合直线形直线形化合态化合态Cl Be Cl180 请用杂化轨道理论分析请用杂化轨道理论分析乙炔乙炔的成键情况的成键情况乙炔乙炔碳的碳的sp杂化轨道杂化轨道请用杂化轨道理论分

7、析请用杂化轨道理论分析苯分子苯分子的成键情况的成键情况苯苯杂化轨道理论很好的解释了苯的结构与性质的特殊性杂化轨道理论很好的解释了苯的结构与性质的特殊性大大 键使得苯分子的结构非常稳定键使得苯分子的结构非常稳定,能量很低。能量很低。 p1.苯分子中苯分子中,既不存在碳碳单键既不存在碳碳单键,也不存在碳碳双键。而是也不存在碳碳双键。而是六条碳碳键完全相同六条碳碳键完全相同,介于碳碳单键和碳碳双键之间。介于碳碳单键和碳碳双键之间。pp2.苯分子在发生化学反应时，不破坏大苯分子在发生化学反应时，不破坏大 键的取键的取代反应相对容易；而需要破坏大代反应相对容易；而需要破坏大 键的加成反键的加成反应和氧化

8、反应则困难的多。应和氧化反应则困难的多。 基态基态N的最外层电子构型为的最外层电子构型为 2s22p3，在，在H影响影响下，下，N 的一个的一个2s轨道和三个轨道和三个2p 轨道进行轨道进行sp3 不等性不等性杂化，形成四个杂化，形成四个sp3 杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个sp3杂化轨杂化轨道中各有一个未成对电子，另一个道中各有一个未成对电子，另一个sp3 杂化轨道被杂化轨道被孤对电子所占据。孤对电子所占据。 N 用三个各含一个未成对电子用三个各含一个未成对电子的的sp3 杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个H 的的1s 轨道重叠，形成轨道重叠，形成三个三个 键。键。由于孤对电子的电子

9、云密集在由于孤对电子的电子云密集在N 的的周围，对三个周围，对三个 键的电子云有比较大的排斥作键的电子云有比较大的排斥作用，使用，使 键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到 ，因此，因此NH3 的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。10718N H-N H-N H- 基态基态O 的最外层电子构型为的最外层电子构型为2s22p4，在，在 H 的的影响下，影响下，O 采用采用sp3 不等性杂化，形成四个不等性杂化，形成四个sp3 杂杂化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占子，另外两个杂化轨道分别被两对孤

10、对电子所占据。据。O 用两个各含有一个未成对电子的用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨杂化轨道分别与两个道分别与两个H 的的 1s 轨道重叠，形成两个轨道重叠，形成两个 键。键。由于由于O的两对孤对电子对两个的两对孤对电子对两个 键的成键键的成键电子有更大的排斥作用，使电子有更大的排斥作用，使 键之间的键角被键之间的键角被压缩到压缩到 ，因此因此 H2O 的空间构型为角型。的空间构型为角型。 104 45O H-O H-O H-杂化类型杂化类型 sp sp2sp3杂化轨道排杂化轨道排布布 直线直线形形 三角三角形形 四四 面面 体体杂化轨道中杂化轨道中孤对电子数孤对电子数 分子空间构分子空

11、间构型型 直线直线形形 三角三角形形 正四面正四面体体 三角锥三角锥形形 角角 形形 实实 例例 BeCl2BF3CCl4NH3H2O键键 角角 180 120 10718104 45109 280 0 0 1 2几种常见的杂化轨道类型几种常见的杂化轨道类型 共价分子的几何外形取决于分子共价分子的几何外形取决于分子价层电子对价层电子对数目和类型数目和类型。分子的价电子对（包括成键电子对。分子的价电子对（包括成键电子对和孤电子对）由于和孤电子对）由于相互排斥相互排斥作用作用, ,而趋向尽可能而趋向尽可能远离远离以以减小斥力减小斥力而采取而采取对称对称的空间构型。的空间构型。1 1、价层电子对互斥

12、理论、价层电子对互斥理论二、确定分子空间构型的简易方法：二、确定分子空间构型的简易方法：各种电子对的斥力大小各种电子对的斥力大小:孤对孤对-孤对电子孤对电子孤孤对对-成键电子成键电子成键成键-成键电子成键电子成键成键-单电子单电子如何确定价层电子对数？如何确定价层电子对数？推断分子或离子的空间构型的具体步骤：推断分子或离子的空间构型的具体步骤：以以AXm为例为例 (A中心原子中心原子,X配位原子配位原子) ：1.先确定中心原子的价层电子对数先确定中心原子的价层电子对数n，原则：原则：A A的价电子数的价电子数 = =主族序数；主族序数；配体配体X：H H和卤素每个原子各提供一个价电子和卤素每个

13、原子各提供一个价电子, , 规定氧与硫不提供价电子规定氧与硫不提供价电子；正离子应减去电荷数正离子应减去电荷数, ,负离子应加上电荷数。负离子应加上电荷数。 例：例：B:3，C:4，N:5，O:6，X:7，稀有气体，稀有气体:8例如：例如：SO42- : n=(6+0+2)/2=42m电子数每个配位原子提供的价中心原子的价电子数n2.确定电子对的空间构型：确定电子对的空间构型：n=2 直线形直线形n=3 平面三角形平面三角形n=4 四面体四面体价层电子对数价层电子对数 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6电子对排布方电子对排布方式式 直线形直线形平面三角形平面三角形 正四面正四面体体 三角双

14、三角双锥锥 八面体八面体3.确定中心原子的孤对电子对数，推断分确定中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型。子的空间构型。(1) 孤对电子孤对电子=0: 分子的空间构型分子的空间构型=电子对的空间构型电子对的空间构型2BeHn= (2+2)=2 直线形直线形213BFn= (3+3)=3 平面三角形平面三角形214CHn= (4+4)=4 四面体四面体21例如：例如：(2)孤对电子孤对电子0 ：分子的空间构型不同于电：分子的空间构型不同于电子对的空间构型。子对的空间构型。3411 2SnCl2平面三角形平面三角形 V形形NH3四面体四面体 三角锥三角锥H2O四面体四面体 V形形n孤对孤对电子

15、电子电子对的电子对的空间构型空间构型分子的分子的空间构型空间构型例例各种电子对的斥力大小各种电子对的斥力大小:孤对孤对-孤对电子孤对电子孤孤对对-成键电子成键电子成键成键-成键电子成键电子成键成键-单电子单电子（3）判断共价分子结构的实例）判断共价分子结构的实例利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何构型构型; ;要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型子构型. AlCl. AlCl3 3 H H2 2S SOS SO3 32-2- NH NH4 4+ + NO NO2 2 解解:电子对对数电

16、子对对数电子对构型电子对构型 3 4 4 4 3 三角形三角形 正四面体正四面体 正四面体正四面体 正四面体正四面体 三角形三角形 分子构型分子构型 三角形三角形 V字构型字构型 三角锥三角锥 正四面体正四面体 V字形字形 AlClClClSOOONHHHHNOOSHH孤电子对对数孤电子对对数0 2 4 4 1 练练 习习分子分子COCO2 2BeHBeH2 2BFBF3 3CHCH4 4H2ONH3价电子价电子对数对数价电子价电子对排布对排布有无孤有无孤对电子对电子分子空分子空间结构间结构2 22 23 34 44 44 4直线形直线形直线形直线形平面三平面三角形角形平面三平面三角形角形正四

17、面体正四面体无无有有正四正四面体面体三角三角锥形锥形V形形分子分子中心原子中心原子的价电子的价电子对数对数电子对的空电子对的空间排布间排布中心原子中心原子的杂化轨的杂化轨道类型道类型中心原中心原子孤对子孤对电子对电子对分子的空间分子的空间构型构型SiCl4CS2BF3PCl3OF2SO2423443正四面体正四面体SP3直线直线SPSP3SP2SP3SP2平面三角形平面三角形正四面体正四面体正四面体正四面体平面三角形平面三角形0正四面体正四面体直线直线02平面三角形平面三角形011三角锥三角锥V形形V形形1、非极性键和极性键、非极性键和极性键实例实例F F2 2HFHF特特 征征组成组成 原子

18、吸引电子对能力原子吸引电子对能力 共用电子对位置共用电子对位置 成键原子电性成键原子电性 结论结论( (键的性质键的性质) ) 同种原子同种原子 相同相同 不偏向任何不偏向任何一个原子一个原子 不显电性不显电性A:A A:A 非极性键非极性键 不同种原子不同种原子 不同不同 偏向吸引电子偏向吸引电子能力强的原子能力强的原子显电性显电性A:B 极性键极性键 三、分子的极性三、分子的极性类别类别非极性分子非极性分子极性分子极性分子定义定义 共用电子对共用电子对 分子空间构型分子空间构型 实例实例 2 2、极性分子和非极性分子、极性分子和非极性分子 正电荷重心和负电荷正电荷重心和负电荷重心相重合的分

19、子重心相重合的分子不相重合的分子不相重合的分子不偏移或对称分布不偏移或对称分布 偏移或不对称分布偏移或不对称分布 对称对称 不对称不对称 H2,Cl2,CO2,CS2 HCl,H2O,NH3 3、分子极性的判断方法、分子极性的判断方法1.1.双原子分子双原子分子取决于成键原子之间的共价键是否有极性取决于成键原子之间的共价键是否有极性2.2.多原子分子多原子分子取决于分子的空间构型和共价键的极性取决于分子的空间构型和共价键的极性-分子的极性由分子的极性由共价键的极性共价键的极性及分及分子的子的空间构型空间构型两个方面共同决定。两个方面共同决定。以以极性键极性键结合而形成的结合而形成的异核双原子分

20、子异核双原子分子都是都是极性极性分分子，如子，如HCl以以非极性键非极性键结合而形成的结合而形成的同核双原子分子同核双原子分子是是非极性非极性分子分子，如，如Cl2。多原子多原子ABm分子极性的判断方法分子极性的判断方法(1)(1)化合价法化合价法一般地一般地, ,当中心原子化合价的绝对值等于该元素价当中心原子化合价的绝对值等于该元素价电子数时电子数时, ,该分子为非极性分子该分子为非极性分子; ;否则为极性分子。否则为极性分子。请判断请判断PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的极性。分子的极性。将分子中的共价键看作作用力将分子中的共价键看作作用力, ,不同的共不同的共价键看作不相等的作用力

21、价键看作不相等的作用力, ,运用物理上力运用物理上力的合成与分解的合成与分解, ,看中心原子受力是否平衡看中心原子受力是否平衡, ,如平衡则为非极性分子如平衡则为非极性分子; ;否则为极性分子。否则为极性分子。(2)(2)物理模型法物理模型法C=OC=O键是极性键键是极性键, ,但从分子总体而言但从分子总体而言COCO2 2是是直线直线型分子型分子, ,两个两个C=OC=O键是键是对称对称排列的排列的, ,两键的极性两键的极性互相抵消互相抵消(F(F合合=0),=0),整个分子没有极性整个分子没有极性, ,电荷电荷分布均匀分布均匀, ,是非极性分子是非极性分子. .180F1F2F合合=0OO

22、CHOH10430F1F2F合合0O-H键是极性键键是极性键, 共用电子对共用电子对 偏偏O原原子子, 但由于分子是但由于分子是折线型折线型 构型构型,两个两个O-H键的极性不能抵消键的极性不能抵消 ( F合合0),整个分子电荷分布不均匀整个分子电荷分布不均匀,是是极性分子极性分子HHHNBF3：NH3：12010718 三角锥型三角锥型, 不对称不对称,键的极性键的极性不能抵消不能抵消,是极性分子是极性分子F1F2F3F平面三角形平面三角形,对称对称,键键的极性互相抵消的极性互相抵消(F合合=0).是非极性分子是非极性分子CHHHH10928 正四面体型正四面体型,对称结构对称结构,C-H键

23、的极性互相键的极性互相抵消抵消(F合合=0),是非极性分子是非极性分子常见分子常见分子 键的极性键的极性 键角键角 分子构型分子构型 分子类型分子类型 常见分子的构型及分子的极性常见分子的构型及分子的极性双原双原子分子分子子H2、Cl2HClH2OCO2三原三原子分子分子子四原四原子分子分子子NH3 有有 107.30 三角锥型三角锥型 极性极性BF3 有有 120 平面三角形平面三角形 非极性非极性CH4 有有 109.50 正四面体型正四面体型 非极性非极性五原五原子子无无 无无 直线型直线型 非极性非极性有有 无无 直线型直线型 极性极性有有 180 直线型直线型 非极性非极性有有 10

24、4.50 折线型折线型 极性极性4、等电子体原理、等电子体原理并且价电子总数并且价电子总数(最外层电子总数最外层电子总数)相同相同(1)(1)定义定义 原子总数原子总数相同相同可以是可以是分子与分子分子与分子之间之间, 分子与离子分子与离子之之间间, 离子与离子离子与离子之间之间(2)(2)等电子体等电子体结构具有相似性结构具有相似性请写出具有请写出具有10个电子的微粒：个电子的微粒：分子：分子：HF、H2O、NH3、CH4、Ne阳离子：阳离子：Na+、Mg2+、Al3+ 、NH4+、H3O+ 阴离子：阴离子： OH、NH2、N3、O2、F 相似相溶原理：相似相溶原理： 极性分子易溶于极性分子

25、溶剂中（如极性分子易溶于极性分子溶剂中（如HClHCl易溶易溶于水中），非极性分子易溶于非极性分子溶于水中），非极性分子易溶于非极性分子溶剂中（如剂中（如COCO2 2易溶于易溶于CSCS2 2中）中） 练习：练习：用萃取法从碘水中分离碘，所用萃取剂用萃取法从碘水中分离碘，所用萃取剂应具有的性质是（应具有的性质是（ ）不和碘或水起反应不和碘或水起反应 能溶于水能溶于水 不溶于水不溶于水 应是极性溶剂应是极性溶剂 应是非极性溶剂应是非极性溶剂 A、 B、 C、 D、C5、研究分子极性的实际意义、研究分子极性的实际意义问：问：1.我们已经学习了哪些化学键我们已经学习了哪些化学键?2.2.什么叫配位

26、键什么叫配位键? ? 一个原子提供一对电子，与另一个接受一个原子提供一对电子，与另一个接受电子的原子形成的共价键。即：成键的两电子的原子形成的共价键。即：成键的两个原子一方提供孤对电子，一方提供空轨个原子一方提供孤对电子，一方提供空轨道而形成的共价键。道而形成的共价键。3.试举一例含配位键的物质！试举一例含配位键的物质！铵盐铵盐水合氢离子水合氢离子四、配合物四、配合物在水溶液中在水溶液中,Cu2+与与NH3是如何结合成是如何结合成 Cu(NH3)42+的呢？的呢？配体有孤电子配体有孤电子对对中心离子中心离子有空轨道有空轨道配位键配位键的存在是配合物与其它物质最本质的区别的存在是配合物与其它物质

27、最本质的区别1、配合物的概念、配合物的概念 概念概念:由提供孤电子对由提供孤电子对配体配体与接受孤电子对与接受孤电子对中心原中心原子子/离子离子以配位键结合形成的化合物称为配合物以配位键结合形成的化合物称为配合物请思考请思考NH4Cl是是否是配合物？否是配合物？2、配合物的组成、配合物的组成内界是配位单元内界是配位单元,外界是简单离子外界是简单离子-内外界间是完全电离的内外界间是完全电离的。 Co(NH3)6 Cl3内界内界外界外界K3Cr(CN)6内界内界外界外界内界又由内界又由中心原子中心原子/离子离子和和配位体配位体及及配位数配位数构成构成.(1) 内界与外界内界与外界Co (NH3)6

28、3+中心中心离子离子配配位位体体配配位位数数Cu(NH3)4 SO4中心离子中心离子配位体配位体配位数配位数 外界离子外界离子内内 界界外外 界界(2)中心原子、配位体中心原子、配位体(含配位原子含配位原子)、配位数、配位数中心原子：中心原子：能够接受孤电子对的离子，能够接受孤电子对的离子，多为过渡多为过渡金属元素的离子。金属元素的离子。配位体：配位体：提供孤电子对的分子或离子；提供孤电子对的分子或离子；其中提供孤电子对的原子叫配位原子，常见的配位其中提供孤电子对的原子叫配位原子，常见的配位原子有原子有卤素原子卤素原子X、O、S、N、P、C。 配位数配位数 常见金属离子配位数常见金属离子配位数

29、1价金属离子价金属离子 2价金属离子价金属离子3价金属离子价金属离子Cu+ 2,4 Ca2+ 6 Al3+ 4,6Ag+ 2 Mg2+ 6 Cr3+ 6Au+ 2,4 Fe2+ 6 Fe3+ 6 Co2+ 4,6 Co3+ 6 Cu2+ 4,6 Au3+ 4 Zn2+ 4,6配合物中心原子配合物中心原子(离子离子)价态的判断价态的判断Ag(NH3)2OHCo(NH3)6Cl3 K4Fe(CN)6 KPt(NH3)Cl3 Co(NH3)5Cl( NO3)2Cr(H2O)5ClCl2H2O 配离子的电荷配离子的电荷= 中心原子与配位中心原子与配位体电荷的代数和体电荷的代数和 在做银镜反应实验时，需要配制银氨溶在做银镜反应实验时，需要配制银氨溶液。请回答：银氨溶液的配制过程，实验液。请回答：银氨溶液的配制过程，实验现象，写出相应