分子的立体构型讲课教案

1、分子的立体构型活动：活动：1、利用几何知识分析一下，空间分布的两个点、利用几何知识分析一下，空间分布的两个点是否一定在同一直线？是否一定在同一直线？迁移迁移:两个原子构成的分子，将这两个原子构成的分子，将这2个原子看成两个原子看成两个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？是什么？O2HCl3 3、五原子分子立体结构、五原子分子立体结构CH4正四面体正四面体4 4、其它、其它P4正四面体正四面体6060C2H2直线形直线形180180CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OHC60C20C40C70 分子世界如此形形色色，异

2、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

3、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

4、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 分子的空间结构却不分子的空间结构却不同，什么原因？同，什么原因？ 同为四原子分子，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？二、价层电子对互斥理论二、价层电子对互斥理论1.1.内容内容对对ABn型的分子或离子，型的分子或离子，中心原子中心原子A的的价层电子对价层电子对（包括成键（包括成键键键电子对和未成键的电子对和未成键的孤对电子对孤对电子对）之）之间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采

5、取电子对相互排斥最小的那种构型，电子对相互排斥最小的那种构型，以使彼此之间斥以使彼此之间斥力最小，力最小，分子或离子的体系分子或离子的体系键键电子对和电子对和孤对电子对孤对电子对排斥力最小排斥力最小2.2.价层电子对数的计算价层电子对数的计算价层电子对数价层电子对数= 键电子对数键电子对数+中心原子上的孤电子对数中心原子上的孤电子对数键电子对数键电子对数 = 键个数键个数= 与中心原子结合的原子数与中心原子结合的原子数中心原子上的孤电子对数中心原子上的孤电子对数 =（a-xb)a: 对于分子：为中心原子的价电子数对于分子：为中心原子的价电子数(对于阳离子：对于阳离子：a为中心原子的价电子数减去

6、离子为中心原子的价电子数减去离子的电荷数；对于阴离子：的电荷数；对于阴离子： a为中心原子的价电子为中心原子的价电子数加上离子的电荷数）数加上离子的电荷数）x 为配位原子数为配位原子数b 为配位原子最多能接受的电子数为配位原子最多能接受的电子数(H为为1，其他，其他原子为原子为“8-该原子的价电子数）该原子的价电子数）配位原子配位原子分子或分子或离子离子中心原中心原子子 a x b中心原子中心原子上的孤电上的孤电子对数子对数 H2O O SO2 S NH4+ N CO32- C 6 15-1=4 0 4+2=6 0224132 6 221=（a-xb)练习：孤电子对的计算练习：孤电子对的计算代

7、表代表物物电子式电子式中心原子结合中心原子结合原子数原子数键电子键电子对对孤对电孤对电子对子对价层电价层电子对数子对数H2ONH3CO2CH4:H O H:H N H:H:H C H:HHO C O: : :2342224314404202练习：价层电子对的计算练习：价层电子对的计算 价层电子对互斥理论内容剖析价层电子对互斥理论内容剖析对对ABn型的分子或离子，型的分子或离子，中心原子中心原子A价层电子对价层电子对（包括成键（包括成键键键电子对和未成键的电子对和未成键的孤对电子对孤对电子对）之）之间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取电子对相互

8、排斥最小的那种构型，以使电子对相互排斥最小的那种构型，以使彼此之间斥彼此之间斥力最小力最小，分子体系，分子体系排斥力最小排斥力最小A3.3.价层电子对的空间构型价层电子对的空间构型（即（即VSEPRVSEPR模型）模型）分子或分子或离子离子键键电子对电子对数数孤电子对孤电子对数数VSEPR模模型及名称型及名称分子的立体分子的立体构型及名称构型及名称CO2CO32-SO24. 4. VSEPRVSEPR模型应用模型应用预测分子立体构型预测分子立体构型232001COOCOOOSOO直线形直线形直线形直线形平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形V形形平面三角形平面三角形分子或分子或离子离子价层电

9、子对价层电子对数数孤电子对孤电子对数数VSEPR模模型及名称型及名称分子的立体分子的立体构型及名称构型及名称CH4NH3H2O444012CHHHHNHHHOHH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锥形三角锥形正四面体正四面体V形形中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间，中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间，价层电子对数价层电子对数排斥力：排斥力：孤电子对孤电子对- -孤电子对孤电子对孤电子对孤电子对-键电子对键电子对键电子对键电子对-键电子对键电子对ABn 型分子的型分子的VSEPRVSEPR模型模型和立体结构和立体结构VSEPRVSEPR模型模型键电子对数孤对电子对数

10、分子类型 电子对的排布模型 立体结构立体结构 实 例 23平面平面三角三角形形2 0 AB2直线形直线形 CO23 0 AB32 1 AB2价层电子对数平面三角形平面三角形 BF3V V形形SO2直线直线形形价层电子对数 VSEPRVSEPR模型模型键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排布分子构型 实 例模型 4正四正四面面体体4 0 AB43 1 AB32 2 AB2正四面体正四面体 CH4三角锥形三角锥形 NH3V V形形H2O 4、请你根据价层电子对互斥理论，判断出、请你根据价层电子对互斥理论，判断出下列分子的空间构型。下列分子的空间构型。 PCl3 SO3 SiCl4 SCl2

11、 PCl5三角双锥形三角双锥形三角锥形三角锥形平面三角形平面三角形正四面体正四面体V形形应用反馈应用反馈化学式化学式中心原子中心原子 孤对电子孤对电子数数键电子键电子对数对数VSEPR模型模型H H2 2S SBFBF3 3NHNH2 2- -2023空间构型空间构型V V形形平面三角形平面三角形 V 形形22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第二节第二节 分子的立体构型分子的立体构型第二课时第二课时杂化轨道理论杂化轨道理论活动：请根据价层电子对互斥理论分析活动：请根据价层电子对互斥理论分析CHCH4 4的立体构型的立体构型1.1.写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么写出碳

12、原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成碳原子与氢原子结合形成CHCH4 4，而不是，而不是CHCH2 2 ？C原子轨道排布图原子轨道排布图1s22s22p2H原子轨道排布图原子轨道排布图1s1按照我们已经学过的价键理论，甲烷的按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个个C H单键单键都应该是都应该是键，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，用它们跟4个氢原子的个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子的甲烷分子CC为了解

13、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激发s2p2p2s2杂化3spsp3C：2s22p2 由由1个个s轨道和轨道和3个个p轨道轨道混杂混杂并重新组合成并重新组合成4个能量与个能量与形状完全相同的轨道。形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为我们把这种轨道称之为 sp3杂化杂化轨道轨道。为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，最小，4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型? 四个四个H原子分别以原子分别以4个个s轨道与轨道与C原子上的四个原子上的四个sp3杂化轨道相互

14、重叠后，就形成了四个性质、杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的能量和键角都完全相同的S-SP3键，从而构成一键，从而构成一个正四面体构型的分子。个正四面体构型的分子。 10928三、杂化理论简介三、杂化理论简介1.1.概念：概念：在形成分子时，由于原子的相互影响在形成分子时，由于原子的相互影响, ,若干若干个个不同类型但不同类型但能量相近能量相近的原子轨道的原子轨道混合起来，重新组混合起来，重新组合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所形成合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。的新轨道就称为杂化轨道。2.2.要点：要点：（1 1）参与杂

15、化的各原子轨道）参与杂化的各原子轨道能量要相近能量要相近（同一能级同一能级组组或或相近能级组相近能级组的轨道）；的轨道）；（2 2）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目目等于等于形成的杂化轨道数目；形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子但杂化轨道改变了原子轨道的形状方向轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠；，在成键时更有利于轨道间的重叠；三、杂化理论简介三、杂化理论简介2.2.要点：要点：（1 1）参与参加杂化的各原子轨道）参与参加杂化的各原子轨道能量要相近能量要相近（同一（同一能级组或相近能级组的轨道）；能级组或相近能级组的轨道）

16、；（2 2）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目目等于等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠；轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠；（3 3）为使相互间）为使相互间排斥力最小排斥力最小，杂化轨道杂化轨道在空间取最在空间取最大夹角分布，且不同的杂化轨道伸展方向不同；大夹角分布，且不同的杂化轨道伸展方向不同；对于对于非过渡元素非过渡元素，由于由于nsns和和npnp能级接近，往往采能级接近，往往采用用“sp”sp”型杂化（型杂化（分为分为spsp杂化

17、、杂化、spsp2 2杂化、杂化、spsp3 3杂化杂化）sp杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 180每个每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有含有1/2 s 轨道和轨道和1/2 p 轨道的成分轨道的成分两个轨道间的夹角为两个轨道间的夹角为180，呈，呈直线型直线型 sp 杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与1个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化, 形成形成2个个sp杂化轨道。杂化轨道。180ClClBe例如：例如： Sp 杂化杂化 BeCl2分子的形成分子的形成Be原子：原子：1s22s2 没有单个电子，没有单个电子，激

18、发s2p2p2s2spsp杂化杂化ClClsppxpxsp2杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 120 每个每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，杂化轨道的形状也为一头大，一头小， 含有含有 1/3 s 轨道和轨道和 2/3 p 轨道的成分轨道的成分 每两个轨道间的夹角为每两个轨道间的夹角为120，呈呈平面三角形平面三角形 sp2杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与2个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化, 形成形成3个个sp2 杂化轨道。杂化轨道。120FFFB例如：例如： Sp2 杂化杂化 BF3分子的形成分子的形成B B： 1s1s2 22s2s2 2

19、2p2p1 1没有没有3 3个成单电子个成单电子激发s2p2p2s2sp2sp2杂化sp3杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 10928 sp3杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与3个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化,形成形成4个个sp3 杂化轨道。杂化轨道。 每个每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，杂化轨道的形状也为一头大，一头小， 含有含有 1/4 s 轨道和轨道和 3/4 p 轨道的成分轨道的成分 每两个轨道间的夹角为每两个轨道间的夹角为109.5， 空间构型为空间构型为正四面体型正四面体型例如：例如： Sp3 杂化杂化 CH4分子的形成分子的形

20、成激发s2p2p2s2杂化3spsp3C：2s22p2三、杂化理论简介三、杂化理论简介3.3.杂化轨道分类：杂化轨道分类：激发s2p2p2s2杂化3spsp3CH4原子原子轨道杂化轨道杂化等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。 杂化轨道杂化轨道 每个轨道的成分每个轨道的成分 轨道间夹角轨道间夹角( 键角键角) sp 1/2 s，1/2 p 180 sp2 1/3 s，2/3 p 120 sp3 1/4 s，3/4p 109283.3.杂化轨道分类：杂化轨道分类：三、杂化理论简介三、杂化理论简介H2O原子原子轨道杂化轨道杂化 O原子：原

21、子：2s22p4 有有2个单个单电子，可形成电子，可形成2个共价键，键个共价键，键角应当是角应当是90，Why? 2s2p2 对孤对电子对孤对电子杂化杂化不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分上的不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分上的 不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对排斥力排斥力：孤电子对：孤电子对- -孤电子对孤电子对 孤电子对孤电子对- -成键电子对成键电子对 成键电子对成键电子对- -成键电子对成键电子对三、杂化理论简介三、杂化理论简介4.4.杂化类型判断：杂化类型判断： 因为杂化轨道只能用于形成因为杂化轨道只能用于形成键或用来键或用来容纳孤电

22、子对，故有容纳孤电子对，故有 杂化类型的判断方法：先确定分子或离子的中杂化类型的判断方法：先确定分子或离子的中心原子价层电子对数，再由杂化轨道数判断杂心原子价层电子对数，再由杂化轨道数判断杂化轨道类型。化轨道类型。= =中心原子孤电子对数中心原子孤电子对数键电子对数（配位原子数）键电子对数（配位原子数）杂化轨道数杂化轨道数=中心原子价层电子对数中心原子价层电子对数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CO2022spCH2O033sp2CH4044sp3SO2123sp2NH3134sp3H2O224sp3杂化轨道数杂化轨道数= =中心原子孤电子对数配位原子数中心原子孤电子对

23、数配位原子数A的价层电子对数的价层电子对数234A的杂化轨道数的杂化轨道数杂化轨道类型杂化轨道类型A的价电子空间构型的价电子空间构型（VSEPR模型）模型）A的杂化轨道空间构型的杂化轨道空间构型ABmABm型分子或离子空型分子或离子空间构型间构型对于对于ABmABm型分子或离子，其中心原子型分子或离子，其中心原子A A的杂化轨道的杂化轨道数恰好与数恰好与A A的价层电子对数相等。的价层电子对数相等。234spsp2sp3直线型直线型平面三角形平面三角形正四面体正四面体直线型直线型平面三角形平面三角形正四面体正四面体直线型直线型平面三角平面三角形或形或V形形正四面体或三正四面体或三角锥形或角锥形

24、或V形形例例1：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表物质物质价电价电子对子对数数中心原中心原子杂化子杂化轨道类型轨道类型杂化轨道杂化轨道/电子对空电子对空间构型间构型轨道轨道夹角夹角分子空分子空间构型间构型键角键角气态气态BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2ONH3PCl322344444spspspspspsp2 2spsp3 3直线形直线形直线形直线形平面三角形平面三角形正四正四面体面体180180120109.5直线形直线形直线形直线形平面三平面三角形角形正四正四面体面体V形形三角三角锥形锥形180180120109.28109.28105107.18107.18课堂练习课堂练习例题例题2：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是的是 ( ) ACO2与与SO2 BCH4与与NH3 CBeCl2与与BF3 DC2H2与与C2H4B例题例题3：对：对SO2与与CO2说法正确的是说法正确的是( ) A都是直线形结构都是直线形结构 B中心原子都采取中心原子都采取sp杂化轨道杂化轨道 C S原子和原子和C原子上都没有孤对电子原子上都没有孤对电子 D SO2为为V形结构，形结构， CO2为直线形结构为直线形结构D