分子的立体构型43181.ppt

1、分子的立体构型,一、形形色色的分子,O2,HCl,H2O,CO2,C2H2,CH2O,COCl2,NH3,P4,CH4,CH3CH2OH,CH3COOH,C6H6,C8H8,CH3OH,C60,C20,C40,C70,一、形形色色的分子,O2,HCl,H2O,CO2,1、双原子分子（直线型）,2、三原子分子立体结构（有直线形和V形）,、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）,（平面三角形，三角锥形）,C2H2,CH2O,COCl2,NH3,P4,、五原子分子立体结构,最常见的是正四面体,CH4,CH3CH2OH,CH3COOH,C6H6,C8H8,CH3OH,5、其它：,

2、C60,C20,C40,C70,资料卡片：,形形色色的分子,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。 那么分子结构又是怎么测定的呢,物理方法：红外光谱,测分子体结构：红外光谱仪吸收峰分析。,红外光谱的基本原理：分子是不断震动着的，分子的立体构型其实是分子中的原子处于平衡位置时的模型，当一束红外线透过分子时，分子吸收跟它的某些化学振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。 红外光谱可以测得分子中有什么样的化学键，经综合分析得知分子的立体结构。,用质谱仪测定分子结构：基本原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子（如C7H8 C6H5CH3+）、碎片离子。由于其各

3、自不同的相对分子质量。在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场分析器得到分离，在记录仪上呈现一系列峰，相对质量与其电荷比（m/z）简称质荷比。 最大质荷比等于相对分子质量。 m/z=92失去一个氢原子的甲苯正离子 C6H5CH2+。,思考：为什么不同的分子空间构型不同呢？,同为三原子分子，CO2 和 H2O 分子的空间结构却不同，什么原因？,思考:,直线形,V形,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？,思考:,三角锥形,平面三角形,二、价电子对互斥理论（VSEPR）预测分子的立体结构,理论要点：原子周围的价电子对之间存在着排斥力，因此他们倾向于相互远离以减少这种斥力，

4、从而使分子采取某种稳定的结构。,价层电子对是指：分子中的中心原子上的电子对，包括键电子对和中心原子上的孤电子对,1.孤电子对对数的求法 中心原子上的孤电子对数=1/2(a-xb) a为中心原子的价电子数， x为中心原子结合的原子数， b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数,2.价层电子对的求法 价层电子数=孤电子对数+ 键电子对 对于阳离子a为中心原子价电子减去离子的电荷数。 对于阴离子a为中心原子价电子数加上离子电荷的绝对值,计算下列分子或离子的价层电子对数n 水、二氧化硫、二氧化碳、氨气、三氟化硼、碳酸根离子、硫酸根离子、硝酸根离子、甲烷、铵根离子,3.价层电子对互斥模型（VSEPR）

5、,基本要点 ABn型分子（离子）中中心原子A周围的价电子对的几何构型，主要取决于价电子对数（n），价电子对尽量远离，使它们之间斥力最小。,平面三角形 1200,正四面体 109.50,直线 1800,价电子对空 间 构 型,4,3,2,n,1. 中心原子上的价电子都用于形成共价键，它们的立体结构可用中心原子周围的原子数n来预测。,2. 中心原子上的有孤对电子的分子，中心原子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。,应用反馈:,0,1,2,0,1,0,0,0,2,2,2,3,3,4,4,4,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,1、C的价电子中只有

6、两个未成对电子，为什么CH4分子中C形成四个共价键？3个相互垂直的2p和一个球形的2s与氢原子4个1s原子轨道重叠不可能得到正四面体构型的甲烷分子。,疑问？,三、杂化轨道理论 解释分子的立体结构,Pauling（鲍林）在价键理论基础上提出了“杂化”假设，补充了价键理论的不足。 （一）杂化理论要点： 1.在形成分子时，每一原子中能量相近的“轨道”会发生重组，形成新的原子轨道，这个过程称“杂化”，新的原子轨道称“杂化轨道”。 2.杂化前后原子“轨道”总数不变，但能量趋于平均化，“杂化轨道”的对称性更高,更有利于成键。 3.原子可用“杂化轨道”与其它原子的轨道（或“杂化轨道”）重叠形成共价键。,（二

7、）杂化类型,1、sp3杂化：同一原子中，1个s轨道与3个能量相近的p轨道杂化形成4个sp3杂化轨道(含1/4原s轨道成份和3/4原p轨道成份)。 例：6C 2p sp3,sp3杂化,2s,三、杂化轨道理论简介,C原子基态原子电子排布的轨道表示式,sp3杂化轨道的形成过程,试用杂化轨道理论解释VSEPR模型：,2、sp杂化：同一原子中1个s轨道与1个p轨道杂化形成2个sp杂化轨道。,两个SP杂化轨道,3、sp2杂化：同一原子中，1个s轨道与2个能量相近的p轨道杂化形成三个sp2杂化轨道(含1/3原s轨道成份和2/3原p轨道成份)。,C原子基态电子排布轨道表示式,sp2杂化轨道的形成过程,120,

8、C原子基态原子电子排布的轨道表示式,sp杂化轨道的形成过程,180,互斥模型（VSEPR）模型与杂化轨道类型 ABn n=2 sp杂化 n=3 sp2杂化 n=4 sp3杂化 了解 n=5 sp3d(或dsp3)杂化 n=6 sp3d2(或d2sp3)杂化,2.杂化轨道的应用范围: 杂化轨道只应用于形成键或者用来容纳未参加成键的孤对电子。,判断下列分子或离子中,中心原子的杂化轨道类型，并预测几何构型。 NH4+、NH3、H2O 、CH2O 、SO2 SO3 BeCl2、CO2 、PCl3 、BCl3 、CS2 、 SO42-、PO43-、SiO4-、ClO4-、NO3-、CO32-、H3O+,

9、一般方法： 1、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2个键，用去了2个P轨道，形成的是SP杂化；如果有1个双键则其中有1个键，形成的是SP2杂化；如果全部是单键，则形成的是SP3杂化。 2、没有填充电子的空轨道一般不参与杂化，1对孤对电子占据1个杂化轨道。,例题一：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( ) ACO2与SO2 BCH4与NH3 CBeCl2与BF3 DC2H2与C2H4,例题二：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,D,课堂练

10、习,1.下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是 （ ） A.CO2 B.H2S C.PCl3 D.SiCl4 2.下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是 （ ） A.H2O B.CO2 C.C2H2 D.P4,B,BC,3.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,课堂练习,C,第三节：分子的性质 一、键的极性和分子的极性,知识回顾 在单质分子或化合物中，同种原子形成共价键，两个

11、原子吸引电子的能力相同，共用电子对不偏向任何一个原子，因此成键的原子都不显电性。这样的共价键叫做非极性共价键，简称非极性键。,在化合物分子中，不同种原子形成 的共价键，由于不同原子吸引电子的能力不同，共用电子对必然偏向吸引电子能力强的原子一方，因而吸引电子能力较强的原子一方相对地显负电性，吸引电子能力较弱的原子一方相对地显正电性。这样的共价键叫做极性共价键，简称极性键。,对分子而言如果正电中心和负电中心不重合则为极性分子。 对分子而言如果正电中心和负电中心重合则为非极性分子。,极性分子：分子中正负电荷中心不重合，从整个分子来看，电荷的分布是不均匀的，不对称的，这样的分子为极性分子。,非极性分子

12、：分子中正负电荷中心重合，从整个分子来看，电荷的分布是均匀的，对称的，这样的分子为极性分子。,极性分子和非极性分子,1、定义,如何判断分子是否有极性？ 正负电荷中心是否重合。 各种分子分析举例。,2、常见分子的构型及其分子的极性,X2型： H2,类型 实例 结构 键的极性 分子极性,N2,非极性键 非极性分子,均为直线型,类型 实例 结构 键的极性 分子极性,XY型 HF,NO,极性键 极性分子,均为直线型,类型 实例 结构 键的极性 分子极性,X2Y型,CO2,SO2,极性键,非极性分子,极性键,极性分子,直线型,角形,类型 实例 结构 键的极性 分子极性,X2Y型,H2O,H2S,极性键,

13、极性分子,均为角形,类型 实例 结构 键的极性 分子极性,XY3型,BF3,NH3,极性键,非极性分子,极性键,极性分子,平面三角形,三角锥形,类型 实例 结构 键的极性 分子极性,XY4型,CH4,CCl4,均为正四面体形,极性键,非极性分子,经验规律:在ABn型分子中，当A 的化合价数值等于其族序数时，该分子为非极性分子. 举例,键的极性与分子的极性的区别与联系,极性键和非极性键,是否由同种元素原子形成,极性分子和非极性分子,极性分子和非极性分子,1. 以非极性键结合的双原子分子必为非极性分子；,2. 以极性键结合的双原子分子一定是极性分子；,3. 以极性键结合的多原子分子，是否是极性分子

14、， 由该分子的空间构型决定。,键有极性，分子不一定有极性。,1.分子间作用力对物质的熔沸点，溶解性等性质有着直接的影响,二、范德华力及氢键对物质性质的影响,分子间作用力,氢键,范德华力,分子间氢键,分子内氢键,相对分子质量,分子极性,相对分子质量: 分子极性,三、氢键,1.分子中与电负性很大的元素（一般指氧、氮、氟）相结合的氢原子和另一个分子中电负性极大的原子间产生的作用力。常用XHY表示，式中的虚线表示氢键。X、Y代表F、O、N等电负性大、原子半径较小的原子。,2. 氢键形成的条件,（1）分子中必须有一个与电负性极大的元素原子形成强极性键的氢原子；,（2）分子中必须有带孤电子对、电负性大、

15、而且原子半径小的原子。,实际上只有F、O、N等原子与H原子结合的物质，才能形成较强的氢键。,A H B,形成氢键的条件：, 有一个与电负性很大的原子A形成共价键的 氢原子； 有另一个电负性很大并且有孤对电子的原子 B。,3.氢键的特点：,（1）氢键作用强于范德华力但弱于化学键。,F H F O H O O H N N H N O H Cl O H S,（2）氢键具有方向性和饱和性,方向性： 分子键形成的氢键是直线型的（即A、H、 B三个原子在一条直线上）。,饱和性： 一般情况下，一个氢原子只能和一个B 原子形成氢键。,4.氢键的种类：,分子间氢键,分子内氢键,邻羟基苯甲醛水杨醛,5.氢键对物质

16、性质的影响：,分子间氢键使物质的熔点和沸点升高；分 子内氢键一般使化合物的熔点和沸点降低。,在极性溶剂中，若溶质分子与溶剂分子 形成氢键，则使溶质的溶解度增大；若溶质 分子内有氢键存在，则在极性溶剂中溶解度 减小，而在非极性溶剂中溶解度增加。,接近沸点的水蒸气相对分子质量量偏大的的原因是：存在因氢键而缔合的“缔合分子”,H2O的结构与性质：,H2O的密度与温度的关系,解释水的密度随温度变化的原因？,5. 氢键对化合物性质的影响,分子间形成氢键时，可使化合物的熔、沸点显著升高。,在极性溶剂中，若溶质分子和溶剂分子间能形成氢键，则可使溶解度增大。,分子内氢键的形成，使分子具有环状闭合的结构。一般会

17、使物质的熔沸点下降,在极性溶剂中的溶解度降低,许多大分子分子内也含有氢键。DNA双螺旋的两个螺旋链是用氢键相结合的。,思考：,A与C互不相溶 B在A中的溶解度大于在C中的溶解度 A与B不发生化学反应,A,四、溶解性,（一）相似相溶原理,1.极性溶剂（如水）易溶解极性物质 2.非极性溶剂（如苯、汽油、四氯化碳、酒精等）能溶解非极性物质（Br2、I2等） 3.含有相同官能团的物质互溶，如水中含羟基（-OH）能溶解含有羟基的醇、酚、羧酸。,四、溶解性 1影响物质溶解性的因素 影响固体溶解度的主要因素是_。 影响气体溶解度的主要因素是_和_。 2相似相溶规律：_ _。 如果存在氢键，则溶剂和溶质之间的

18、氢键作用力越大，溶解性越_。相反，无氢键相互作用的溶质在有氢键的水中的溶解度就比较_。 “相似相溶”还适用于分子结构的_。 如果溶质与水发生化学反应可_其溶解度。,练习 1比较NH3和CH4在水中的溶解度。怎样用相似相溶规律理解它们的溶解度不同？ 2为什么在日常生活中用有机溶剂(如乙酸乙酯)溶解油漆而不用水？ 3怎样理解汽油在水中的溶解度很小？ 4怎样理解低碳醇与水互溶，而高碳醇在水中的溶解度却很小？,练习 5根据物质的溶解性“相似相溶”的一般规律，说明溴、碘单质在四氯化碳中比在水中溶解度大，下列说法正确的是( ) A溴、碘单质和四氯化碳中都含有卤素 B溴、碘是单质，四氯化碳是化合物 CBr2

19、、I2是非极性分子，CCl4也是非极性分子，而水是极性分子 D以上说法都不对,C,左手和右手不能重叠 左右手互为镜像,五、手性 1具有完全相同的 和 的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像，却在三维空间里不能重叠，互称手性异构体(又称对映异构体、光学异构体)。含有手性异构体的分子叫做手性分子。 2判断一种有机物是否具有手性异构体，可以看其含有的碳原子是否连有 个不同的原子或原子团，符合上述条件的碳原子叫做手性碳原子。,1下列化合物中含有手性碳原子的是( ) A.CCl2F2 B.CH3CHCOOH C.CH3CH2OH D.CHOH,练习：,1下列化合物中含有手性碳原子的是( ) A.CCl2F2 B.CH3CHCOOH C.CH3CH2OH D.CHOH,练习：,4分子式为C4H10O的有机物中含“手性”碳原子的结构简式为_，葡萄糖分子中含有_个“手性”碳原子，其加氢后“手性”碳原子数为_个。,六、无机含氧酸分子的酸性 1对于同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越 。原因：无机含氧酸可以写成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性 ，导致ROH中的O的电子向R偏移，因而在水分子的作用下