分子空间构型2014公开课

1、专题三、晶体结构和晶体性质专题三、晶体结构和晶体性质第二单元第二单元 配合物是如何形成的配合物是如何形成的专题四、分子的空间构型与物质性质专题四、分子的空间构型与物质性质第一单元第一单元 分子构型与物质性质分子构型与物质性质（1）S原子与原子与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H2S，而不是而不是H3S或或H4S？ （2）C原子与原子与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CH4，而不是而不是CH2或或CH3？（3）CH4分子为什么具有正四面体的空间构型？分子为什么具有正四面体的空间构型？一、分子空间构型一、分子空间构型2s2s2p2p S原子价层电子排布原

2、子价层电子排布2个单电子形成个单电子形成2个共价键，形成个共价键，形成H2S，而不生，而不生成成H3S或或H4S符合共价键的饱和性符合共价键的饱和性2s2s2p2p C原子价层电子排布原子价层电子排布存在问题：存在问题：2个单电子形成个单电子形成4个等价的共价键？个等价的共价键？2s2s2p2pC C的的基态基态激发激发 激发态激发态2s2s2p2p spsp3 3杂化轨道杂化轨道杂化杂化spsp3 3C CH HH HH HH H 能量相近的轨道在成键时重新组合成能量相近的轨道在成键时重新组合成几个能量和形状相同的轨道几个能量和形状相同的轨道1.杂化轨道杂化轨道能量、形状、成分相同能量、形状

3、、成分相同杂化轨道数目不变杂化轨道数目不变2.杂化轨道类型杂化轨道类型（1）sp3杂化：杂化：1个个s与与3个个p形成形成4个个sp3杂化轨道：杂化轨道：杂化轨道方向杂化轨道方向 正四面体正四面体键角：键角：109.5109.5代表物质代表物质CH4 CCl4根据甲烷的形成过程分析根据甲烷的形成过程分析BF3如何形成的？如何形成的？为什么为什么BF3是平面三角形？是平面三角形？BFBF3 3分子形成：分子形成：2s2s2p2pB B的的基态基态激发激发 激发态激发态2s2s2p2pspsp2 2杂轨道杂轨道杂化杂化spsp2 2 120120+3 3B BF FF FF F120120（2）s

4、p2杂化：杂化：1个个s与与2个个p形成形成 3个个sp2杂化轨道杂化轨道轨道伸展方向轨道伸展方向平面三角形平面三角形键角键角120120代表物质代表物质BFBF3 3分析分析BeCl2是如何形成的？是如何形成的？为什么为什么BeCl2是直线分子是直线分子BeClBeCl2 2分子形成过程分子形成过程ClClBeBeClCl180180 2s2s2p2pBeBe的的基态基态激发激发激发态激发态2s2s2p2pspsp杂化轨道杂化轨道杂化杂化spsp（3）sp杂化：杂化：1个个s与与1个个p杂化形成杂化形成2个个sp杂化轨杂化轨道道轨道方向：直线轨道方向：直线代表物质代表物质BeCl2键角：键角

5、：180180杂化类型杂化类型杂化类型杂化类型spsp2sp3轨道构型轨道构型键角键角模型模型直线直线180 平面三角形平面三角形120 正四面体正四面体109.5 3.3.几种物质成键分析几种物质成键分析乙烯、乙炔、苯、石墨乙烯、乙炔、苯、石墨乙烯结构：乙烯结构：CHCH2 2= =CHCH2 2C:sp2杂化形成杂化形成3个杂化轨道，分别与个杂化轨道，分别与H和和C形形成成3个个键，未杂化的键，未杂化的p轨道形成轨道形成1个个键键乙炔乙炔: :C:sp杂化形成杂化形成2个杂化轨道，分别与个杂化轨道，分别与H和和C形形成成2个个键，未杂化的键，未杂化的2个个p轨道形成轨道形成2个个键键H-C

6、H-CC-HC-H石墨、苯中碳原子也是以石墨、苯中碳原子也是以sp2杂化的：杂化的：如何判断原子的杂化方式呢？如何判断原子的杂化方式呢？4.杂化类型确定杂化类型确定1）根据中心原子的价电子对数）根据中心原子的价电子对数2离子所带电荷数配位原子提供电子数中心原子价电子数价层电子对数O S 特殊情况特殊情况键不参与杂化键不参与杂化H 、Cl 提供一个价电子提供一个价电子O S 只与中心原子相连，不提供电子只与中心原子相连，不提供电子O S 还与其他原子相连，提供还与其他原子相连，提供1个电子个电子2)价层电子对数价层电子对数=键键+孤电子对孤电子对 当氧族原子作为中心原子时当氧族原子作为中心原子时

7、,则可以则可以 认为提供认为提供6电子电子乙烯、苯，乙醛、丙酮、乙炔中乙烯、苯，乙醛、丙酮、乙炔中C的的杂化与结构杂化与结构3）根据构型反推）根据构型反推乙烯、苯、乙醛、乙炔中乙烯、苯、乙醛、乙炔中C的杂化与结构的杂化与结构判断杂化类型判断杂化类型二氧化硫，二氧化碳、三氯化磷、二氧化硫，二氧化碳、三氯化磷、三氧化硫三氧化硫4.杂化轨道和分子构型杂化轨道和分子构型（1）中心原子最外层电子均参与成键）中心原子最外层电子均参与成键 物质的构型与杂化轨道构型相同物质的构型与杂化轨道构型相同CO2直线性直线性1）SP杂化杂化BeCl2CS2BF3 BCl3 CO32-NO3-2）SP2杂化杂化平面三角形

8、平面三角形SO3CCl4SiCl4CF4SiF4CH4SiH4SO42-SiO44-3）SP3杂化杂化四面体构型四面体构型（2）有孤对电子物质构型）有孤对电子物质构型判断构型判断构型磷化氢磷化氢三氯化磷三氯化磷二氧化硫二氧化硫三氧化硫三氧化硫三氯化硼三氯化硼 如果分子中存在如果分子中存在孤电子对孤电子对，由于孤电，由于孤电子对比成键电子对更靠近原子核，它对相子对比成键电子对更靠近原子核，它对相邻成键电子对的排斥作用较大，因而使相邻成键电子对的排斥作用较大，因而使相应的应的键角变小键角变小。H H2 2O ONHNH3 3CHCH4 4中心原子中心原子孤电子对孤电子对2 21 10 0键角键角/

9、 /104.5104.5107.3107.3109.5109.5杂化轨道类杂化轨道类型型spsp2sp3杂化轨道构杂化轨道构型型孤电子对数孤电子对数分子构型分子构型举例举例直线直线三角形三角形正四面体正四面体无无无无折线型折线型1个个无无1个个2个个直线型直线型三角形三角形四面体四面体三角锥三角锥折线折线BeCl2CO2CS2乙炔乙炔HCNBCl3BF3丙酮丙酮甲醛甲醛SO2O3CH4SO42-SiO44-PO43-ClO4-PCl3NH3PH3H2OH2SSO32-Sp杂化杂化Sp2杂化杂化Sp3杂化杂化Sp3d杂化杂化Sp3d2杂化杂化6.等电子体等电子体 问题的提出：问题的提出： N2和

10、和CO性质的相似性性质的相似性熔沸点相近、均难溶于水熔沸点相近、均难溶于水常温下都稳定常温下都稳定键能都很大键能都很大都形成都形成2个个键键为什么具有这些相似性？为什么具有这些相似性？等电子体等电子体 具有相同的原子数和价电子具有相同的原子数和价电子数（或者全部电子数）的分子或离子。数（或者全部电子数）的分子或离子。1）原子数相同）原子数相同2）价电子数或全部电子数相等）价电子数或全部电子数相等3）等电子体原理）等电子体原理原子个数相同，价电子数相同，原子个数相同，价电子数相同，如果如果都达到稳定结构，成键方式相同都达到稳定结构，成键方式相同 N2和和CO成键分析成键分析 CO2和和N2O成键

11、分析成键分析结构相似结构相似CCl4 SiCl4Sp3杂化、正四面体结构杂化、正四面体结构CH4 NH4+Sp3杂化、正四面体结构杂化、正四面体结构BCl3 CO32 NO3 SO3S SO2、O3、NO2Sp2杂化、三角形杂化、三角形Sp2杂化、折线杂化、折线SiCl4 ClO4-SO42、PO43 SiO44-sp3杂化形式，呈正四面体立体结构；杂化形式，呈正四面体立体结构；苯和无机苯苯和无机苯N3B3H6金刚石、硅和氮化硼金刚石、硅和氮化硼广义等电子体广义等电子体性质相似性质相似硅、锗都是半导体硅、锗都是半导体AlP、GaAs也是半导体也是半导体苯和无机苯苯和无机苯N3B3H6能取代反应

12、能取代反应思考：为什么学习分子构型思考：为什么学习分子构型结构决定性质结构决定性质复习复习化学键化学键离子键离子键共价键共价键非极性键非极性键极性键极性键金属键金属键极性分子：极性分子：非极性分子：非极性分子：二二.分子的极性分子的极性正负电荷中心不重合的分子为极性分子。正负电荷中心不重合的分子为极性分子。正负电荷中心重合的分子为极性分子。正负电荷中心重合的分子为极性分子。1.分子的极性分子的极性1）单质一般是非极性分子）单质一般是非极性分子2）双原子化合物分子一般是极性分子）双原子化合物分子一般是极性分子含有极性键的分子一定是极性分子吗？含有极性键的分子一定是极性分子吗？氯化氢，一氧化碳氯化

13、氢，一氧化碳3）ABn分子如果最外层电子均参与成键分子如果最外层电子均参与成键为非极性分子，反之极性分子为非极性分子，反之极性分子氨气、水、甲烷、三氯化磷，五氯化磷，氨气、水、甲烷、三氯化磷，五氯化磷，三氯化硼、四氯化硅的极性三氯化硼、四氯化硅的极性4）复杂化合物大多为极性分子）复杂化合物大多为极性分子硫酸、硝酸、磷酸、硝基苯、酒精硫酸、硝酸、磷酸、硝基苯、酒精5）判断极性关键看正负电荷中心是否重合）判断极性关键看正负电荷中心是否重合例如：判断例如：判断SO2 SO3极性极性双氧水双氧水几种特殊物质的特性几种特殊物质的特性二氯甲烷二氯甲烷氯仿氯仿含有非极性键的物质一定是非极性分子含有非极性键的

14、物质一定是非极性分子氯化钠是极性分子氯化钠是极性分子非极性分子中一定有非极性键非极性分子中一定有非极性键含有极性键的物质一定是极性分子含有极性键的物质一定是极性分子2.相似相溶原理相似相溶原理极性相似的物质相互溶解性大极性相似的物质相互溶解性大硫酸硝酸易溶于水硫酸硝酸易溶于水碘、溴易溶于有机溶剂碘、溴易溶于有机溶剂有机物易溶于有机物，盐类难溶有机物有机物易溶于有机物，盐类难溶有机物影响溶解度的因素：影响溶解度的因素：分子极性分子极性分子间氢键分子间氢键3.分子极性大小的比较分子极性大小的比较氟化氢氟化氢 氯化氢氯化氢邻硝基苯，间硝基苯，对硝基苯极性比较邻硝基苯，间硝基苯，对硝基苯极性比较三三.

15、分子的手性分子的手性20世纪世纪60年代一种称为反映停的药物年代一种称为反映停的药物（一种孕妇使用的镇定剂，已被禁用）（一种孕妇使用的镇定剂，已被禁用）上市后导致上市后导致12万名婴儿的生理缺陷，因为万名婴儿的生理缺陷，因为反映停的对映体具有致畸性。因此，能够独立反映停的对映体具有致畸性。因此，能够独立地获得手性分子的两种不同镜像形态极为重要。地获得手性分子的两种不同镜像形态极为重要。手性是生命过程的基本特征，构成生命体的有机手性是生命过程的基本特征，构成生命体的有机分子绝大多数都是手性分子。人们使用的药物绝分子绝大多数都是手性分子。人们使用的药物绝大多数具有手性，被称为大多数具有手性，被称为手性药物手性药物。手性药物的。手性药物的“镜像镜像”称为它的对映体，两者之间在药力、毒性称为它的对映体，两者之间在药力、毒性等方面往往存在差别，有的甚至作用相反。等方面往往存在差别，有的甚至作用相反。 1.手性碳：手性碳：连接连接4个不同原子或者原子团的碳原子个不同原子或者原子团的碳原子2.手性分子：手性分子：有手性碳原子分子有手性碳原子分子3.手性异构体：手性异构体：原子组成和原子排列方式相同，但是不能原子组成和原子排列方式相同，但是不能重合，而互为镜像关系的两种物质，互称重合，而互为镜像关系的两种物质，互称为手性异构体（又叫对应异构体，