分子的立体结构

1、第二章第二章 分子结构与性质分子结构与性质第二节第二节分子的立体结构分子的立体结构复复 习习 回回 顾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稳定性衡量化学键稳定性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”,呈镜像对称呈镜像对称一、形形色色的分子一、形形色色的分子O2HClH2OCO21、双原子分子（直线型）、双原子分子（直线型）2 2、三原子分子立体结构（有直线形和、三原子分子立体结构（有直线形和V V形）形）、四原子分子立体结构（直线形、平面三、四原子分子立体结构

2、（直线形、平面三角形、三角锥形、正四面体）角形、三角锥形、正四面体）（平面三角形，三角锥形）（平面三角形，三角锥形）C2H2CH2OCOCl2NH3P4、五原子分子立体结构、五原子分子立体结构最常见的是正四面体最常见的是正四面体CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH5 5、其它：、其它：C60C20C40C70资料卡片：资料卡片：形形色色的分子形形色色的分子 分子世界如此形形色色，异彩纷呈，分子世界如此形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。美不胜收，常使人流连忘返。 那么分子结构又是怎么测定的呢那么分子结构又是怎么测定的呢早年的科学家主要靠对物质的早年的科学家主

3、要靠对物质的宏观性质宏观性质进行系统总结得进行系统总结得出规律后进行推测，如今，科学家已经创造了许许多多测出规律后进行推测，如今，科学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器，定分子结构的现代仪器，红外光谱红外光谱就是其中的一种。就是其中的一种。分子中的原子分子中的原子不是不是固定不动的，而是不断地固定不动的，而是不断地振动振动着的。着的。所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置平衡位置时时的模型。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某的模型。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现些化学

4、键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个吸收峰。通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子的立体结构。分子的立体结构。科学视野科学视野分子的立体结构是怎样测定的分子的立体结构是怎样测定的？（指导阅读（指导阅读P39P39）测分子体结构：红外光谱仪测分子体结构：红外光谱仪吸收峰吸收峰分析。分析。 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？思考:直线形直线形V形形 同

5、为四原子分子，同为四原子分子，CH2O与与 NH3 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？思考:三角锥形三角锥形平面三角形平面三角形二、价层电子对互斥模型二、价层电子对互斥模型 1、一类是中心原子上的、一类是中心原子上的价电子都用于形成共价电子都用于形成共价键价键，如，如CO2、CH2O、CH4等分子中的碳原等分子中的碳原子，它们的立体结构可用中心原子周围的原子子，它们的立体结构可用中心原子周围的原子数数n来预测，概括如下：来预测，概括如下： ABn 立体结构立体结构 范例范例 n=2 直线形直线形 CO2、 CS2 n=3 平面三角形平面三角形 CH2O、BF3

6、 n=4 正四面体形正四面体形 CH4、 CCl4 n=5 三角双锥形三角双锥形 PCl5 n=6 正八面体形正八面体形 SCl6分子分子CO2CH2OCH4电子式电子式结构式结构式中心原子中心原子有无有无孤对电子孤对电子空间结构空间结构O C O: : :H C H:HHO=C=OH-C-H=OH-C-H-HH无无无无无无直线形直线形 平面平面三角形三角形 正正四面体四面体: H C H:O:2 2、另一类是中心原子上有、另一类是中心原子上有孤对电子孤对电子( (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。的分子。ABn 立体结构立体结构 范例范例 n=2 V形形 H2O

7、n=3 三角锥形三角锥形 NH3原因：原因： 中心原子上的孤对电子也要中心原子上的孤对电子也要占据中心原子占据中心原子周围的空间周围的空间，并参与互相排斥。例如，并参与互相排斥。例如，H2O和和NH3的中心原子分别有的中心原子分别有2对和对和l对孤对电子，跟对孤对电子，跟中心原子周围的中心原子周围的键加起来都是键加起来都是4，它们相互排，它们相互排斥，形成四面体，因而斥，形成四面体，因而H2O分子呈分子呈V形，形，NH3分分子呈三角锥形。子呈三角锥形。中心原子中心原子代表物代表物中心原子中心原子结合的原子数结合的原子数分子分子类型类型空间构型空间构型无孤对电子无孤对电子CO22AB2CH2O3

8、AB3CH44AB4有孤对电子有孤对电子H2O2AB2NH33AB3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 形形三角锥形三角锥形小结小结:价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型应用反馈应用反馈: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HCNSO2NH2BF3H3O+SiCl4CHCl3NH4+0120100022233444直线形直线形 V 形形V形形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课堂练习课堂练习 1.下列物质中，分子的立体结构与水分子下列物质中，分子的立体结构与水分

9、子相似的是相似的是 （ ） A.CO2 B.H2S C.PCl3 D.SiCl4 2.下列分子的立体结构，其中属于直线型下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是分子的是 （ ） A.H2O B.CO2 C.C2H2 D.P4BBC 3.若若ABn型分子的中心原子型分子的中心原子A上没有未用于形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（型，下列说法正确的（ ） A.若若n=2，则分子的立体构型为，则分子的立体构型为V形形 B.若若n=3，则分子的立体构型为三角锥形，则分子的立体构型为三角锥形 C.若若n=4，则分子的立体构

10、型为正四面体形，则分子的立体构型为正四面体形 D.以上说法都不正确以上说法都不正确课堂练习课堂练习C 美国著名化学家鲍林（美国著名化学家鲍林（L.Pauling, 19011994）教授具有独特的化学想象力：只要）教授具有独特的化学想象力：只要给他物质的分子式，他就能通过给他物质的分子式，他就能通过“毛估毛估”法，大体上想象出这种物质的分子结构模法，大体上想象出这种物质的分子结构模型。请你根据价层电子对互斥理论，型。请你根据价层电子对互斥理论，“毛毛估估”出下列分子的空间构型。出下列分子的空间构型。 PCl5 PCl3 SO3 SiCl4 课堂练习课堂练习三角双锥形三角双锥形三角锥形三角锥形平

11、面三角形平面三角形正四面体正四面体 值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构形，却无法解释许多深层次的问题，如无法解释甲的空间构形，却无法解释许多深层次的问题，如无法解释甲烷中四个烷中四个 C-H的键长、键能相同及的键长、键能相同及HC H的键角为的键角为109 28。因为按照我们已经学过的价键理论，甲烷的。因为按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个个C H单键都应该是单键都应该是键，然而，碳原子的键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是个价层原子轨道是3个相互垂直的个相互垂直的2p轨道和轨道和1个球形的个球形的2s轨道，用它们跟轨道

12、，用它们跟4个氢原个氢原子的子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。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，杂化轨道理论杂化轨道理论 杂化：原子内部杂化：原子内部能量相近能量相近的原子轨的原子轨道，在外界条件影响下重新组合的道，在外界条件影响下重新组合的过程叫原子轨道的杂化过程叫原子轨道的杂化 杂化轨道：原子轨道组合杂化后形杂化轨道：原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道成的一组新轨道 杂化轨道类型：杂化轨道类型：sp、sp2、sp3、sp3d2 杂化结果：重新分配能量和空间方杂化

13、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向，组成数目相等成键能力更强的原子轨道原子轨道 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学习价层电子互斥理论知道学习价层电子互斥理论知道: NH3和和H2O的模型和甲烷分子一样的模型和甲烷分子一样,也也是正四面体的是正四面体的,因此它们的中心原子也是因此它们的中心原子也是sp3杂化杂化的的.不同的是不同的是NH3和和H2O的中心原子的的中心原子的4个杂化轨道分别用于个杂化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个杂化轨道显然有差别个杂化轨道显然有差别sp 杂化杂化 同一原子中同一原子中 ns-np 杂化成

14、新轨道；一个杂化成新轨道；一个 s 轨道和一个轨道和一个 p 轨轨道杂化组合成两个新的道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。杂化轨道。例例：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态Cl Be Cl180 除除sp3杂化轨道外，还有杂化轨道外，还有sp杂化轨道和杂化轨道和sp2杂化轨道。杂化轨道。sp杂化轨道由杂化轨道由1个个s轨道和轨道和1个个p轨道杂化而得；轨道杂化而得；sp2杂化轨道由杂化轨道由1个个s轨道和轨道和2个个p轨道杂化而得，轨道杂化而得，碳的sp杂化轨道spsp杂化：夹角为杂化

15、：夹角为180180的直线形杂化轨道。的直线形杂化轨道。乙炔的成键sp2 杂化杂化sp2 杂化轨道间的夹角是杂化轨道间的夹角是120度，分子的几何构型为平面正三角形度，分子的几何构型为平面正三角形2s2pB的基态的基态2s2p激发态激发态正三角形正三角形sp2 杂化态杂化态例：例：BF3分子形成分子形成BFFFClBCl1200Cl碳的sp2杂化轨道spsp2 2杂化：三个夹角为杂化：三个夹角为120120的平面三角形杂化轨道的平面三角形杂化轨道。思考题：根据以下事实总结：如何判断一个思考题：根据以下事实总结：如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型？化合物的中心原子的杂化类型？已知：杂化轨道只

16、用于形成已知：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练习：在学习价层电子对互斥模型和杂化轨道理论的基础上练习：在学习价层电子对互斥模型和杂化轨道

17、理论的基础上描述化合物中每个化学键是怎样形成的？描述化合物中每个化学键是怎样形成的？C原子发生原子发生SP杂化生成了两个杂化生成了两个SP轨道分别与两个轨道分别与两个O原子原子的一个的一个P轨道形成两个轨道形成两个键；键； C原子剩余的两个原子剩余的两个P轨道分轨道分别与两个别与两个O原子剩余的原子剩余的1个个P轨道形成两个轨道形成两个键。键。2 H2OO原子发生原子发生SP3杂化生成了四个杂化生成了四个SP3杂化轨道，其杂化轨道，其中的两个分别与两个中的两个分别与两个H原子的原子的S轨道形成两个轨道形成两个键；键； O原子剩余的两个原子剩余的两个SP3杂化轨道分别被两对孤对电杂化轨道分别被两

18、对孤对电子占据。子占据。1CO2O： 1S22S 2PO C O提示：提示：C：1S22S 2P激发激发C：1S22S 2PSP杂化杂化探究练习探究练习 1 1、写出、写出HCNHCN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分子的立体结构分子的立体结构进行预测进行预测( (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。例题