中学化学 分子的立体结构 课件

第二节分子的立体结构一、形形色色的分子

1.双原子分子(直线型)O2HCl2.三原子分子立体结构(有V形和直线形)H2OCO23.四原子分子立体结构（直线形、平面三角形、三角锥形、正四面体）C2H2CH2O(甲醛)COCl2NH3P44.五原子分子立体结构最常见的是正四面体CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH5.其它分子C60C40C70资料卡片：形形色色的分子

同为三原子分子，CO2和H2O分子的空间结构却不同，什么原因？

同为四原子分子，CH2O与NH3分子的的空间结构也不同，什么原因？问题思考二、价层电子对互斥理论

1.基本要点：(1)分子的立体构型是价层电子对相互排斥的结果。价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括σ键电子对和中心原子上的孤对电子分子的共价键（单键、双键、三键中）的电子对以及孤对电子对由于相互排斥作用,而趋向尽可能彼此远离，分子尽可能采取对称的空间构型。(2)分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子对数目和孤对电子数有关。价层电子对价层电子对互斥模型(VSEPR模型)分子空间构型相互排斥略去孤对电子2.推断分子或离子的空间构型的具体步骤：

(1)确定中心原子的价层电子对数价层电子对数=σ键电子对数+孤对电子对数

(VP)(BP)(LP)σ键电子对数=与中心原子成键的配位原子数中心原子上的孤电子对数=(a-xb)/2a：中心原子的价电子数

正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数

x：与中心原子结合的原子数

b：与中心原子结合的原子最多能接受的电子数分子或离子中心原子axb中心原子的孤对电子数SO2SCO2CNH4+NH3O+OCO32-CPO43-P62241225-1=40146-1=501334+2=65+3=8120420

几种分子或离子的中心原子的孤电子对数VP=2直线形VP=3平面三角形VP=4正四面体VP=5三角双锥VP=6正八面体(2)确定电子对的空间构型（VSEPR模型）：分子的空间构型=电子对的空间构型(VSEPR模型)例如：分子或离子VPLP空间构型

CO220直线形

BeCl220直线形

BF330平面三角形

CO32-30平面三角形

CH440正四面体形

NH4+40正四面体形(3)结合中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型。

①中心原子无孤对电子LP=0分子的空间构型不同于电子对的空间构型(VSEPR模型)。VPLPVSEPR模型分子的空间构型例31平面三角形V形SnCl241四面体三角锥NH342四面体V形H2O61八面体四方锥IF562八面体平面正方形XeF4原因：中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。例如，H2O和NH3的中心原子分别有2对和l对孤对电子，跟中心原子周围的σ键加起来都是4，它们相互排斥，形成四面体，因而H2O分子呈V形，NH3分子呈三角锥形。②中心原子有孤对电子LP≠0：如CO2、CH2O、CH4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数n来预测，概括如下：

ABn

立体结构范例

n=2直线形CO2、CS2n=3平面三角形CH2O、BF3n=4正四面体形CH4、

CCl4n=5三角双锥形PCl5

n=6正八面体形SCl63.价层电子对互斥模型判断分子空间构型规律

(1)一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键。图形示例(2)另一类是中心原子上有孤对电子的分子

ABn

立体结构范例

n=2V形H2On=3三角锥形NH3化学式

中心原子孤对电子数中心原子结合的原子数空间构型HCNSO2NH2－BF3H3O+SiCl4CHCl3NH4+0120100022233444直线形V形V形平面三角形三角锥形四面体正四面体正四面体应用反馈1应用反馈2分子中心原子的价电子对数电子对的空间排布中心原子的孤对电子对分子的空间构型SiCl4CS2BF3PCl3OF2SO2423443正四面体0正四面体直线直线0平面三角形2平面三角形正四面体正四面体平面三角形011三角锥形V形V形课堂练习1.下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是A.CO2B.H2SC.PCl3D.SiCl42.下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是A.H2OB.CO2C.C2H2D.P43.若ABn型分子的中心原子A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型，下列说法正确的A.若n=2，则分子的立体构型为V形B.若n=3，则分子的立体构型为三角锥形C.若n=4，则分子的立体构型为正四面体形D.以上说法都不正确1B、2BC、3C思考与交流1.CH4中C原子形成几个共价键？分子空间构型怎样？2.写出基态C原子价电子的电子排布图,并推测：CH4分子的C原子怎样才能形成四个共价键？3.如果C原子就以１个2s轨道和3个2p轨道上的单电子，分别与四个Ｈ原子的1s轨道上的单电子重叠成键，所形成的四个共价键能否完全相同？这与CH4分子的实际情况是否吻合？2s2px2py2pz三、杂化轨道理论简介为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，它的要点是：当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，得到4个相同的sp3杂化轨道，夹角109

28’,正四面体形。2s2pC的基态2s2p激发态正四面体形sp3杂化态激发杂化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，4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。sp3杂化C原子由1个2s轨道和3个2p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。由于每个轨道中都含有1/4的s轨道成分和3/4的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道。思考与交流通过以上的学习，以CH4为例，谈谈你对“杂化”及“杂化轨道”的理解。1.C原子为什么要进行“杂化”？2.什么是杂化？C原子是如何进行“杂化”的？3.“杂化轨道”有哪些特点？109

28’四个H原子分别以1s轨道与C原子上的四个sp3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s-sp3σ键，形成一个正四面体构型的分子。在形成分子时，由于原子的相互影响，同一原子中的若干不同类型、能量相近的原子轨道混合起来，重新分配能量和调整空间方向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道这种轨道重新组合的过程称为原子轨道的“杂化”（混合平均化）1.杂化轨道概念(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子。(2)参加杂化的各原子轨道能量要相近

(同一能级组或相近能级组的轨道，一般为s,p)。(3)杂化轨道的能量、形状完全相同。(4)杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目；(5)杂化后原子轨道方向改变，杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠(可以理解为为什么会杂化)(6)杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性(以便减小化学键之间的排斥力)。(7)分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。2.杂化轨道理论的要点180°实验测得:两个共价键，直线形分子（键角180°）

Cl—Be—ClBe原子价电子排布式：2s2

没有未成对电子ClClBe探究1：BeCl2分子的形成一个2s和一个2p轨道杂化,形成sp杂化轨道1个s轨道与1个p轨道进行的杂化,形成2个sp

杂化轨道。每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小；含有1/2s

轨道和1/2p

轨道的成分；为使轨道间的排斥最小，轨道间夹角为180

，呈直线型。sp杂化——BeCl2分子的形成ClClsppxpx规律：第ⅡA族、ⅡB族元素与第ⅦA族元素所形成的MX2型共价化合物，中心原子采取sp杂化。如BeBr2、HgCl2。实验测得，三个共价键，平面三角形分子(键角120

)。B原子价电子排布式：2s22p1，有一个未成对电子120

FFFB探究2：BF3分子的形成

1个2s轨道与2个2p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。sp2杂化轨道的形成和空间取向示意图1个s轨道与2个p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，每两个轨道间的夹角为120

，呈平面三角形。规律：第ⅢA族元素与第ⅦA族元素所形成的MX3型共价化合物，中心原子采取sp2杂化。如BBr3。

sp3杂化：1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3杂化轨道。每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/4s

轨道和3/4p

轨道的成分，每两个轨道间的夹角为109

28’，正四面体形规律：第ⅣA族元素与第ⅠA族、ⅦA族元素所形成的MX4型共价化合物，中心原子采取sp3杂化。如CCl4、SiF4、CHCl3。探究3：sp3杂化——CH4分子的形成杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道

杂化轨道数

杂化轨道间夹角

空

间

构

型

实

例

1个s+2个p1个s+1个p1个s+3个p2个sp杂化轨道3个sp2杂化轨道4个sp3杂化轨道180°120°109

28’直线形平面三角形正四面体形BeCl2

BF3

CH4

3.三种sp杂化轨道类型的比较用杂化轨道理论分析下列物质的杂化类型、成键情况和分子的空间构型。(1)CH2=CH2(2)CH≡CH提醒：杂化轨道只能用于形成σ键或容纳孤对电子，剩余的未杂化p轨道还可形成∏键。应用反馈乙炔的杂化乙烯的杂化杂化分析根据以下事实总结：如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型？C－Csp3sp2spC＝CC≡C注意：杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳孤对电子问题探究4.中心原子杂化类型判断的一般方法代表物价层电子对杂化轨道类型轨道数分子结构CO20+2=2sp2直线形CH2O0+3=3sp23平面三角形SO21+2=3sp23V形CH40+4=4sp34正四面体形NH31+3=4sp34三角锥形H2O2+2=4sp34V形杂化轨道数=中心原子价层电子对数(VP=BP+LP)杂化轨道数：4(sp3杂化)，3(sp2杂化)，2(sp杂化)1.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是A.CO2与SO2B.CH4与NH3C.BeCl2与BF3D.C2H2与C2H42.对SO2与CO2说法正确的是A．都是直线形结构B．中心原子都采取sp杂化轨道C．S原子和C原子上都没有孤对电子D．SO2为V形结构，CO2为直线形结构3.下列微粒中心元素以sp3杂化的是A．ICl4-B．ClO4-C．BrF4+D．SF44.指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。(1)PCl3

(2)BCl3

(3)CS2

(4)C12O课堂练习BDB(1)概念：成键的两个原子一方提供孤对电子，另一方提供空轨道而形成的共价键。(2)形成条件：一方提供孤对电子，一方提供空轨道注意：①是一种特殊的共价键。②具有饱和性和方向性。(3)配位键的表示方法A→BA.表示提供孤对电子的原子或分子(电子对给予体)B.表示接受电子对的原子、分子或离子(电子对接受体)四、配合物理论简介

1.配位键H2O

↓[H2O→Cu←OH2]2+

↑H2O练习：请你表示出NH4+的配位键？[H-O-H]+↓H中心离子(或原子)与配位体(某些分子或离子)以配位键的形式结合而成的化合物。或把金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物。注：金属离子(或原子)一方有空轨道；接受孤对电子；中性分子或者阴离子一方提供孤对电子。如：[Cu(H2O)4]2＋中存在配位键。2.配位化合物(配合物)练习：下列不属于配合物的是A.[Cu(H2O)4]SO4·H2OB.[Ag(NH3)2]OHC.Na2CO3·10H2OD.Na[Al(OH)4]E.NH4ClF.CuSO4·5H2OC、EH2O

↓[H2O→Cu←OH2]2+

↑H2O[Cu(NH3)4]

SO4中心原子配位体配位数内界外界配离子3.配合物的组成能提供空轨道接受孤对电子的原子主要是一些过渡金属，如铁、钴、镍、铜、银、金、铂等金属元素的阳离子；具有高氧化数的非金属元素，硼，硅、磷等，如:Na[BF4]中的B(Ⅲ)、K2[SiF6]中的Si(Ⅳ)和NH4[PF6]中的P(V)；不带电荷的中性原子，如[Ni(CO)4],[Fe(CO)5]中的Ni,Fe都是中性原子。常见的中心离子——过渡金属原子或离子

(1)中心离子或原子(也称形成体)

(2)配体配体—提供孤对电子的分子或离子。配位原子—配体中直接同中心原子配位的原子。例：[Cu(NH3)4]SO4中，NH3是配体，N为配位原子。常见的配位体———H2O、NH3、X-、CO、CN-、SCN-

练习题:有Fe2+、Cu2+、Zn2+、Ag+、H2O、NH3、CH4、Cl-、CO、CN-、CO2微粒可以作为中心离子的是可以作为配体的是Fe2+、Cu2+、Zn2+、Ag+H2O、NH3、

Cl-、CO、CN-配体直接与中心原子(离子)结合的离子或分子的个数，即形成的配位键的数目。例：[AlF6]3-

配位数6、[Cu(NH3)4]SO4

配位数4、规律：中心离子的电荷高，对配位体的吸引力较强，有利于形成配位数较高的配合物。