高二化学分子的空间构型讲解学习

1、高二化学分子的空间构型复习回顾复习回顾共价键共价键键键键键键参数键参数键能键能键长键长键角键角衡量化学键的强弱衡量化学键的强弱描述分子的立体结构的重要因素描述分子的立体结构的重要因素成键方式成键方式 “头碰头头碰头”,呈轴对称呈轴对称成键方式成键方式 “肩并肩肩并肩”,呈镜像对呈镜像对称称形形色色的分子形形色色的分子O2HClH2OCO2C2H2CH2OCOCl2NH3PCH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH思考：思考： 同为三原子分子，同为三原子分子，CO2 和和 H2O 分子的空间结分子的空间结构却不同，什么原因？构却不同，什么原因？ 同为四原子分子，同为四原子分子

2、，CH2O与与 NH3 分子的的空间分子的的空间结构也不同，什么原因？结构也不同，什么原因？探究与讨论：探究与讨论：1、用轨道表示式写出、用轨道表示式写出H、C、N、O等原子的最外层电等原子的最外层电子的排布情况：子的排布情况： 2、写出、写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的电子等分子的电子式、结构式及分子的空间结构：式、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 O: : :H O H:H N H:H:H C H:HHO=C=OH-O-HH-N-H-HH-C-H=OH-

3、C-H-HH无无有有有有无无无无直线形直线形角形角形三角三角锥锥 形形 平面平面三角形三角形 正正四面体四面体: H C H:O: : : C C原子与原子与H H原子结合形成的分子为什么是原子结合形成的分子为什么是CHCH4 4，而不是，而不是CHCH2 2或或CHCH3 3？CHCH4 4分子为什么具有分子为什么具有正四面体的空间构型（键长、键能相同，正四面体的空间构型（键长、键能相同，键角相同为键角相同为1091092828）？）？2s 2px 2py 2pzC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，1.杂化轨道理论简介杂化轨道理论简介2s2p

4、C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激发激发它的要点是：当碳原子与它的要点是：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轨道和轨道和3个个2p轨道会发生轨道会发生混杂混杂，混杂混杂时保持时保持轨道总数不变，得到轨道总数不变，得到4个个能量相等、成分相同能量相等、成分相同的的sp3杂杂化轨道，夹角化轨道，夹角109 28 ，表示这，表示这4个轨道是由个轨道是由1个个s轨道轨道和和3个个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：杂化杂化sp3 杂化杂化 原子形成分子时，同一个原子中能量相近的

5、一个原子形成分子时，同一个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。SP2 思考题：思考题：为了满足生成为了满足生成BF3和和BeCl2的的要求，要求，B和和Be原子的价电子排布应如何改原子的价电子排布应如何改变？用轨道式表示变？用轨道式表示B和和Be原子的价电子结原子的价电子结构的改变。构的改变。 BF3中的中的B是是sp2杂化，杂化，BeCl2中的中的Be是是sp杂化。杂化。 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 轨道进行轨道进

6、行杂化组合为杂化组合为 sp2 杂化轨道。杂化轨道。2s2pB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杂化杂化 同一原子中同一原子中 ns-np 杂化成新轨道：一个杂化成新轨道：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。BeCl2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 sp 杂化杂化 根据以下事实总结：如何判断一个化合物根据以下事实总结：如何判

7、断一个化合物的中心原子的杂化类型？的中心原子的杂化类型？CCsp3sp2spCCCC（1）看中心原子有没有形成双键或叁键，如果有）看中心原子有没有形成双键或叁键，如果有1个叁键，则其中有个叁键，则其中有2个个键，用去了键，用去了2个个p轨道，形成轨道，形成的是的是sp杂化；如果有杂化；如果有1个双键则其中有个双键则其中有1个个键，形成键，形成的是的是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。杂化。（2）没有填充电子的空轨道）没有填充电子的空轨道一般一般不参与杂化。不参与杂化。2、判断中心原子的杂化类型、判断中心原子的杂化类型一般方法一般方法 共价分子的几

8、何外形取决于分共价分子的几何外形取决于分子子价层电子对数目和类型价层电子对数目和类型（包括成（包括成键电子对和孤电子对）。分子的价键电子对和孤电子对）。分子的价电子对由于电子对由于相互排斥相互排斥作用作用, ,而趋向尽而趋向尽可能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的空间构型。空间构型。价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论3、确定分子或离子空间构型的简易方法：、确定分子或离子空间构型的简易方法： 利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构型的步骤如下：空间构型的步骤如下： （1 1）确定中心原子的价层电子对数：）确定中心原子的价层电子对

9、数： 价层电子对数（中心原子的价电子数价层电子对数（中心原子的价电子数 配位原子提供的电子数配位原子提供的电子数离子电荷数离子电荷数 )/2)/2式中：中心原子的价电子数式中：中心原子的价电子数=主族序数主族序数 例如：例如：B：3，C：4，N：5，O：6，X：7，稀有气体：，稀有气体：8配位原子提供的价电子数：配位原子提供的价电子数： H与卤素：与卤素：1，O与与S为为0 N原子做配位原子时为原子做配位原子时为-1 当中心原子的价电子数为奇数时要加当中心原子的价电子数为奇数时要加1 例如：例如：SO42- VP=(6+0+2)/2=4(2)确定电子对的空间构型：确定电子对的空间构型：根据中心

10、原子A周围的电子对数，从图中找出电子对的空间构型。 (3)确定中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型：确定中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型：把配位原子排布在中心原子周围，每一电子对连接一配位原子，未结合的电子对就是孤电子对。 (4) 根据电子对间排斥力大小，确定排斥力最小的稳定结根据电子对间排斥力大小，确定排斥力最小的稳定结构。构。 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平面三角形形 四面四面体体 三角三角双锥双锥 八面体八面体中心原子的价层电子对的排布和 ABn 型共价分子的构型价层电子对排布 成键电子

11、对数孤对电子对数分子类型 电子对的排布方式 分子构型 实 例直线形 23平面三角形2 0 AB2直线形HgCl23 0 AB32 1 AB2价层电子对数平面三角形 BF3角形PbCl2价层电子对数 价层电子对排成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排布分子构型 实 例布方式 4四面体4 0 AB43 1 AB32 2 AB2正四面体 CH4三角锥形 NH3角形H2O1、写出、写出HCN分子和分子和CH2O分子的结构式。分子的结构式。2对对HCN分子和分子和CH2O分子的立体结构进行预测。分子的立体结构进行预测。 3写出写出HCN分子和分子和CH2O分子的中心原子的杂化分子的中心原子的杂

12、化类型。类型。4分析分析HCN分子和分子和CH2O分子中的分子中的键。键。直线形直线形 平面三角形平面三角形sp杂化杂化 sp2杂化杂化2个个键键1个个键键应用反馈应用反馈:化学式化学式 中心原子中心原子 价层电子对数价层电子对数中心原子结合中心原子结合的原子数的原子数空间构型空间构型CO2SO2NH2PCl3H3O+SiCl4NO3-NH4+2334443422233434直线形直线形 角角 形形角形角形三角锥形三角锥形三角锥形三角锥形平面正三角形平面正三角形正四面体形正四面体形正四面体形正四面体形SO4244正四面体正四面体形形分子分子CHCH4 4H H2 2O ONHNH3 3COCO

13、2 2C C2 2H H4 4键角键角109.5109.5104.5104.5107.3107.3180180120120杂化杂化类型类型spsp3 3spsp3 3spsp3 3spspspsp2 2思考思考:CH:CH4 4、H H2 2O O、NHNH3 3分子中的中心原子均分子中的中心原子均采用采用SPSP3 3杂化，但为何键角存在差异？杂化，但为何键角存在差异？具有相同的通式具有相同的通式ABm，而且价电子总数相等的分子，而且价电子总数相等的分子或离子具有相同的结构特征或离子具有相同的结构特征,这个原理称为这个原理称为“等电子体原理等电子体原理”。这里的这里的“结构特征结构特征”的概

14、念既包括分子的立体结构，又包括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，除非键角为化学键的类型，但键角并不一定相等，除非键角为180 或或90 等特定的角度。等特定的角度。（1）CO2、CNS、NO2+、N3具有相同的通式具有相同的通式AX2，价电子总数价电子总数16，具有相同的结构，具有相同的结构直线型分子，中心原子上直线型分子，中心原子上没有孤对电子而取没有孤对电子而取sp杂化轨道，形成直线形杂化轨道，形成直线形s s-骨架，键角为骨架，键角为180 ，分子里有两套，分子里有两套 34p-p大大 键。键。等电子体原理等电子体原理（2）CO32、NO3、SO3等离子

15、或分子具有相同的通等离子或分子具有相同的通式式AX3,总价电子数总价电子数24，有相同的结构，有相同的结构平面三角形分子平面三角形分子,中中心原子上没有孤对电子而取心原子上没有孤对电子而取sp2杂化轨道形成分子的杂化轨道形成分子的s s-骨架，骨架，有一套有一套 46p-p大大 键。键。（3 3）S SO2、O3、NO2等离子或分子，等离子或分子，AX2，18e，中心，中心原子取原子取sp2杂化形式，杂化形式，VSEPR理想模型为平面三角形，中心理想模型为平面三角形，中心原子上有原子上有1对孤对电子对孤对电子(处于分子平面上处于分子平面上)，分子立体结构为，分子立体结构为V型型(或角型、折线型

16、或角型、折线型)，有一套符号为，有一套符号为 34的的p-p大大 键。键。（4）SO42、PO43等离子具有等离子具有AX4的通式的通式,总价电子数总价电子数32，中心原子有，中心原子有4个个s s-键，故取键，故取sp3杂化形式，呈正四面体立杂化形式，呈正四面体立体结构；体结构； （5）PO33、SO32、ClO3等离子具有等离子具有AX3的通式，总的通式，总价电子数价电子数26，中心原子有，中心原子有4个个s s-轨道轨道(3个个s s-键和键和1对占据对占据s s-轨轨道的孤对电子道的孤对电子)，VSEPR理想模型为四面体，理想模型为四面体，(不计孤对电不计孤对电子的子的)分子立体结构为

17、三角锥体，中心原子取分子立体结构为三角锥体，中心原子取sp3杂化形式，杂化形式，没有没有p-pp p键或键或p-p大大 键，它们的路易斯结构式里的重键是键，它们的路易斯结构式里的重键是d-p大大 键。键。 根据等电子原理，判断根据等电子原理，判断下列各组分子属于下列各组分子属于等电子体的是等电子体的是 A、H2O、H2S B、HF、NH3 C、CO、CO2 D、NO2、SO2答案：答案：A (04年江苏年江苏) 1919年，年，Langmuir提出等电子原理：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。子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。 (1)根据上述原理，仅由第根据上述原理，仅由第2周期元素组成的共周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：价分子中，互为等电子体的是： 和和 ； 和和 。CO N2Li Be B C N O F NeCO2 N2O 通常把具有相同电子数和相同原子数的分子或通常把具有相同电子数和相同原子数的分子或离子称为等电子体。等电子体的结构和性质相似离子称为等电子体。等电子体的结构和性质相似（等电子原理）。有下列两个系列的物质：（等电子原理）。有下列两个系列的物质：系列一系列一 CH4 C2