分子的空间构型1

1、第二节 分子的立体构型,第二章 分子结构与性质,所谓“分子的立体构型”指多原子构成的共价分子中的原子的空间关系问题。,在O2、HCl这样的双原子分子中不存在分子的立体结构问题。,O2,HCl,一、形形色色的分子,H2O,CO2,C2H2,CH2O,COCl2,NH3,P4,CH4,CH3CH2OH,CH3COOH,C6H6,C8H8,CH3OH,C60,C20,C40,C70,科学视野 分子立体构型的测定,测分子立体结构：红外光谱仪吸收峰分析,写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的电子式、结构式及分子的空间构型：,O=C=O,H-O-H,直线形,V 形,三角锥形,平面三角形,正四

2、面体,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,分析CO2 、 H2O、NH3 、CH2O、CH4电子式的中心原子价层电子的成对情况。 (成键电子对和孤对电子),直线形,平面三角形,正四面体,V 形,三角锥形,小结:,孤对电子对分子立体结构影响较大。,中心原子的电子对和孤对电子对会影响分子的空间构型. 电子对和孤对电子统称价层电子对（分子中心原子上得电子对）,二、价层电子对互斥理论,价层电子对相互排斥的结果决定了分子的立体结构,键电子对数等于中

3、心原子结合的原子数。,价层电子对互斥模型又称VSEPR模型，可用来预测分子的立体结构,ABn,中心原子上的孤电子对数的确定方法：,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为与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。）,对于阳离子来说，a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数。,对于阴离子来说，a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数。,练习,判断下列微粒的价层电子对数。 （1）CH4 H2O NH3 （2）CO2 SO2 BF3 （3）CCl4 H3O+ NH4+ （4）CO32- PCl5 NO2_ （5）NO3- SO42- SF6,4

4、 4 4,2 3 3,4 4 4,3 5 3,3 4 6,熟悉的分子可不用计算,2,电子对数目与立体 结构,4,3,5,6,电子对数目与立体 结构,价层电子对互斥 （VSEPR）模型：,2 3 4 5 6 直线形 平面三角形 正四面体 三角双锥体 正八面体,价层电子对互斥 （VSEPR）模型：,1、价层电子对数：2,直线型,例：CO2,分子类型： AB2,CH2O,2、价层电子对数：3,分子类型： AB3,例：BF3,平面三角形,中心原子上无孤对电子的分子： VSEPR模型就是其分子的立体结构。,3、价层电子对数：4,例;CH4,AB4,分子类型,正四面体,4、价层电子对数：5 双三角锥,5、

5、价层电子对数：6 八面体,中心原子上存在孤对电子的分子： 先由价层电子对数得出价层电子对互斥模型，然后略去孤对电子在价层电子对互斥模型占有的空间，剩下的就是分子的立体结构。,1、价层电子对数：2,直线型,CO2,分子类型： AB2,CH2O,2、价层电子对数：3,分子类型： AB3,BF3,平面三角形,3、价层电子对数：4,三角锥形,角形,正四面体,AB3,AB2,成键电 子对数,孤对电 子对数,4,0,3,1,2,2,正四面体,NH3 的空间构型,4、价层电子对数：5,三角双锥,变形四面体,T 形,直线形,三角双锥,5、价层电子对数：6,八面体,平面正方形,八面体,四方锥形,直线形,四面体,

6、正四面体,直线形,形,三角 锥形,平面 三角形,正四 面体,四面体,平面三角形,2,2,3,3,4,中心原子 所含孤对 电子对数,0,2,1,0,0,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,思考与交流,1、甲烷分子呈正四面体结构，它的四个C-H键的键长相同，键角都是10928 ，四个C-H键的性质完全相同,2、根据价键理论，甲烷形成四个C-H键都应该是键，然而C原子最外层的四个电子分别2个在球形2S轨道、2个在相互垂直2P轨道上，用它们跟4个氢原子的1S原子轨道重叠，不可能形成四面体构型

7、的甲烷分子,如何解决上列一对矛盾？,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。,为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂 化轨道理论,三、杂化轨道理论简介-鲍林,1、杂化：杂化是指在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合成一组新的原子轨道。这种重新组合的过程叫做杂化，所形成的新的轨道称为杂化轨道。,2、杂化的过程：杂化轨道理论认为原子在形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。,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。,CH4分子的形成过程：,碳原

8、子2s轨道中的一个电子吸收能量跃迁到2p轨道上，这个过程称为激发。但此时各个轨道的能量并不完全相同，于是一个2s轨道和三个2p轨道“混杂”起来，形成能量相等，成份相同的四个sp3杂化轨道，然后四个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使四个sp3杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的四个顶点，碳原子四个sp3杂化轨道分别与四个氢原子的1s轨道形成四个相同的sp3键，从而形成CH4分子。由于四个C-H键完全相同，所以形成的CH4分子为正四面体，键角为10928 ,(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）。 (3) 杂化轨道的能量、

9、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；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 (5) 杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性（以减小化学键之间的排斥力）。 (6)分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。,3.杂化轨道理论的要点,常见的sp3杂化-四面体形,在学习价层电子对互斥模型时我们知道，H2O和NH3的VSEPR模型跟甲烷一样，也是四面体的，,你还能说出哪些分子的中心原子采取的是sp3杂化？,NH3 、H2O 、 CX4 、 H2S 、CH2X2等，也就是当中心原子价层电子对数为4时，这个中心原子就进行了sp3杂化

10、，烷烃和其它化合物分子中的饱和碳原子均为sp3杂化。,因此它们的中心原子也是采取sp3杂化的。所不同的是，水分子的氧原子的sp3杂化轨道有2个孤对电子占据的，而氨分子的氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤对电子占据。,4、杂化轨道的类型,（1） sp杂化： sp杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道组合而成的。sp杂化轨道的夹角是180，呈直线形。例如，气态的BeCl2分子的结构。Be原子的电子层结构是1s22s2，从表面上看Be原子似乎不能形成共价键，但是在激发状态下，Be的一个2s电子进入2p轨道，经过杂化形成两个sp杂化轨道，与氯原子中的3p轨道重叠形成两个sp-p 键。由于杂化轨道间的夹角

11、为180，所以形成的BeCl2分子的空间结构是直线形的。,Be原子sp杂化轨道形成过程,Be原子基态,激发态,杂化态,sp杂化是一个s轨道和一个p轨道组合而成的，每个sp杂化轨道含有（1/2）s和（1/2）p的成分，杂化轨道间的夹角为180，呈直线型。,为什么铍原子的四个电子不单独分占四个轨道，进而形成四个杂化轨道呢？这是因为组成杂化轨道的原子轨道，要求能量相差不能太大。2s轨道和2p 轨道在能量上是比较接近的，而2s、2p 和1s相比能量相差较大，不易形成杂化轨道。,你还能说出哪些分子的中心原子采取的是sp杂化？,CO2 、C2H2等，也就是当中心原子价层电子对数为2时，这个中心原子就进行了

12、sp杂化,（2） sp2杂化： sp2杂化轨道是由一个ns轨道和两个np轨道组合而成的。sp2杂化轨道的夹角是120，呈平面三角形。例如，BF3分子的结构，B原子的电子层结构是1s22s22pX1，当硼与氟反应时，B的一个2s电子激发到一个空的2p轨道中，使B原子的电子层结构变为1s22s12pX12pY1。B原子的2s轨道和两个2p轨道杂化组合成三个sp2杂化轨道，B原子三个sp2杂化轨道分别与氟原子的各一个2p轨道重叠形成三个sp2-p键。由于三个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角为120，所以形成的BF3分子的空间结构是平面三角形。,sp2杂化是一个s轨道和两个p轨道组合而成的，每个s

13、p2杂化轨道含有（1/3）s和（2/3）p的成分，杂化轨道间的夹角为120，呈平面三角形。如BF3分子,你还能说出哪些分子的中心原子采取的是sp2杂化？,CH2O、 C2H4 、SO2等，也就是当中心原子价层电子对数为3时，这个中心原子就进行了sp2杂化,5.三种sp杂化轨道类型的比较,1个s + 2个p,1个 s + 1个p,1个s + 3个p,2个sp杂化轨道,3个sp2 杂化轨道,4个sp3 杂化轨道,180,120,10928,直线形,平面三角形,正四面体形,BeCl2,BF3,CH4,6、几点说明,（1）杂化轨道只用于形成键或者用来容纳未 参与成键的孤对电子。 （2）未参与杂化的p轨

14、道，可用于形成键 （3）有几个原子轨道参与杂化，就形成几个杂 化轨道 （4）利用中心原子杂化轨道类型可直接判断分 子的立体结构,杂化轨道的电子云一头大，一头小，成键时利用大的一头，可以使电子云重叠程度更大，从而形成稳定的化学键。即杂化轨道增强了成键能力 .,科学探究,用杂化轨道理论探究氰化氢（HCN）分子和甲醛（CH2O）分子的结构,路易斯结构式：,立体结构,sp杂化,sp2杂化,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）CH2CH2 （2）CHCH,提醒：杂化轨道只能用于形成键或容纳孤对电子，剩余的未杂化p轨道还可形成键。,应用反馈,C原子在形成乙烯分子时，碳原

15、子的2s轨道与2个2p轨道发生杂化，形成3个sp2杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。 每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原子的1s轨道形成2个相同的键，各自剩余的1个sp2杂化轨道相互形成一个键. 各自没有杂化的1个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成键。所以，在乙烯分子中双键由一个键和一个键构成。,C原子在形成乙炔分子时发生sp杂化。 两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成键。各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个键， 两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。,注意：杂化轨道一般形成键，没有杂化的

16、p轨道形成键。,已知：杂化轨道只用于形成键或者用来容纳孤对电子,中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数=价层电子对数,例题,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SO2 B、CH4与NH3 C、 BeCl2与BF3 D、C2H4与C2H2,2、为什么CH4、NH3与H2O分子中中心原子的杂化轨道的类型都是sp3杂化，但三者的空间构型却大不相同？,CH4、NH3与H2O分子中中心原子的杂化轨道的类型都是sp3杂化，为四面体。其中CH4中四个H占据四个顶点，而NH3与H2O中分别有一对和两对孤对电子占据了四面体的顶点，所以,B,3、BF3是平面三角形，但NF3却是三角锥形，

17、试用杂化轨道理论加以说明。,在BF3中B原子以三个sp2杂化轨道分别与三个F原子的2p轨道形成三个sp2-p 键。由于三个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角为120，所以形成的BF3分子的空间结构是平面三角形。,而NF3中N原子形成四个sp3杂化轨道，其中有一个杂化轨道被一对孤对电子占据，其余三个杂化轨道分别与三个F原子的2p轨道形成三个sp3-p 键，由于孤对电子对对成键电子对的排斥作用，致使sp3-p 键的键角小于10928 。所以NF3分子几何构形是三角锥形。,练习1在乙烯分子中有5个键、一个键，它们分别是 （ ） Asp2杂化轨道形成键、未杂化的2p轨道形成键 Bsp2杂化轨道形成键

18、、未杂化的2p轨道形成键 CC-H之间是sp2形成的键，C-C之间是未参加杂化的2p轨道形成的键 DC-C之间是sp2形成的键，C-H之间是未参加杂化的2p轨道形成的键,A,2下列分子的中心原子形成sp2杂化轨道的是 AH2O BNH3 CC2H4 DCH4,C,3有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是 A两个碳原子采用sp杂化方式 B两个碳原子采用sp2杂化方式 C每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成键 D两个碳原子形成两个键,B,4氨气分子空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为 （ ） A两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同，NH3为sp2型杂化，而CH4是sp3型杂化。 BNH

19、3分子中N原子形成三个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道。 CNH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强。,C,5、下列结构图中， 代表原子序数从1到10的元素的原子实（原子实是原子除去最外层电子后剩余的部分），小黑点代表未用于形成共价键的最外层电子，短线代表共价键（示例：F2 ）,A,B,C,D,根据各图表示的结构特点，写出该分子的化学式,A:NH3,B:HCN,C:CO(NH2)2,D:BF3,6、下列关于苯分子的描述不正确的是 A、苯分子中的碳原子均以sp2杂化方式成键，形成120的三个sp2杂化轨道，故为正六边形的碳环 B、每个碳原子还有一个未参与杂化的2

20、p轨道以“肩并肩”形式形成一个大键 C、苯分子中所有原子共面，六个碳碳键完全相同，分子中的碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊的键 D、邻二甲苯存在同分异构体,D,杂化类型,参加杂化的轨道,杂化轨道数,分子空间构型,实 例,价层电子对数,s+p,s+(2)p,s+(3)p,2,4,3,四面体,2,3,4,sp,sp2,sp3,小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型,杂化轨道间的夹角,直线形,三角形,三角锥,V型,109.5,判断分子或离子中心原子的杂化类型的一般方法：,1、对于主族元素来说， 中心原子的杂化轨道数=价层电子数=键电子对数（中心原子结合的电子数）+孤电子对数 规律： 当中心原子的价

21、层电子对数为4时，其杂化类型为sp3杂化， 当中心原子的价层电子对数为3时，其杂化类型为sp2杂化， 当中心原子的价层电子对数为2时，其杂化类型为sp杂化。,2、通过看中心原子有没有形成双键或三键来判断中心原子的杂化类型。 规律： 如果有1个三键或两个双键，则其中有2个键，用去2个p轨道，形成的是sp杂化； 如果有1个双键则其中必有1个键，用去1个P轨道，形成的是sp2杂化； 如果全部是单键，则形成sp3杂化。,为什么CuSO4 5H2O晶体是蓝色而无水CuSO4是白色？,Cu(H2O)42+,SO42 ,天蓝色,天蓝色,天蓝色,无色,无色,无色,Na+,Cl-,K +,Br -,K +,固体

22、,溶液颜色,无色离子：,CuSO4,CuCl22H2O,CuBr2,NaCl,K2SO4,KBr,什么离子呈天蓝色：,白色,白色,白色,白色,绿色,深褐色,思考与交流1,Cu(H2O)42+,平面正方形结构,Cu2+与H2O是如何结合的呢？,思考与交流2,四、配合物理论简介,1. 配位键,（1）概念：成键的两个原子一方提供孤对电子，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： 配位键是一种特殊的共价键 配位键同样具有饱和性和方向性 H3O+、NH4+中含有配位键,（3）配位键的表示方法,Cu,H2O,H2O,H2O,OH2,2+,请你写出NH4+的配位

23、键的表示法？,讨论在NH3BF3中，何种元素的原子提供孤对电子，何种元素的原子接受孤对电子?写出NH3BF3的结构式,NH3中N原子提供孤对电子,BF3中的B原子提供空轨道接受孤对电子,2. 配位化合物（配合物）,（1）概念：由提供孤对电子对的配体与接受孤对电子对的中心原子以配位键结合形成的化合物。 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。,配合物种类已超过数百万；,配位键的强度有大有小，因而有的配合物很稳定，有的不稳定；,许多过渡元素金属离子对多种配体具有很强的结合力，因而过渡金属配合物远比主族金属的配合物多。,3.配合物的组成,相关说明：,中心原子：也称

24、配位体的形成体，一般是带正电荷的阳离子，主要是过渡金属的阳离子，但也有中性原子。如：Ni(CO)5、Fe(CO)5中的Ni和Fe都是中性原子,配位体：配位体可以是阴离子，如X-、OH-、SCN-、CN-、C2O42-、PO43-等；也可以是中性分子，如H2O、NH3、CO、醇、胺、醚等。配位体中直接同中心原子配合的原子叫做配位原子。配位原子是必须含有孤对电子的原子，如NH3中的N原子，H2O分子中的O原子，配位原子常是VA、VIA、VIIA主族元素的原子。,配位数：直接同中心原子（或离子）配位的原子（离子或分子）总的数目。一般中心原子（或离子）的配位数为2、4、6、8。在计算中心离子的配位数时

25、，一般是先在配离子中找出中心离子和配位体，接着找出配位原子数目。如： Co(NH3)4Cl2Cl配位数是6。,CuSO45H2O 是配合物,向硫酸铜水溶液中 加入氨水,蓝色沉淀,深蓝色的透明溶液,深蓝色的晶体,产生现象的原因：,Cu2+2NH3H2O=Cu(OH)2+2NH4+,Cu(OH)2+4NH3=Cu(NH3)42+2OH-,深蓝色的晶体: Cu(NH3)4 SO4H2O,Cu(NH3)42+离子,实验2-3 在盛有氯化铁溶液（或任何含有的Fe3+溶液）的试管中滴加硫氰化钾（KSCN）溶液,现象：生成血红色溶液,原因：生成Fe(SCN)n3-n (n=16),作用：检验或鉴定Fe3+，

26、用于电影特技和魔术表演,配位键的强度有大有小。当遇上配合能力更强的配体时，由一种配离子可能会转变成另一种更稳定的配离子。,Fe3+ + SCN- Fe(SCN)2+,硫氰酸根,血红色,观 察：在上述血红色溶液中加入NaF溶液有 什么现象？,Fe(SCN)2+ + 6F- FeF63- + SCN-,血红色,无色,结论：,配离子中的中心离子（电子对接受体）通常是金属离子，尤其是过渡金属离子；配位体中的配位原子（电子对给予体 ）通常是主族非金属原子。,现象：溶液变成血红色,4.配合物的命名,内界命名顺序：自右向左 配位体数（即配位体右下角的数字）配位体名称“合”字或“络”字中心离子的名称中心离子的

27、化合价。,Zn(NH3)2SO4内界名称为： ， K3Fe(CN)6内界名称为 ， Zn(NH3)4Cl2 命名为 ， K3Fe(CN)6命名为 ， Cu(NH3)4SO4命名为 ， Ag(NH3)2OH命名为 。,二氨合锌离子,六氰合铁离子,二氯化四氨合锌(),六氰合铁()化钾,硫酸四氨合铜(),氢氧化二氨合银（）,在晶体、气态或溶液中配离子的存在状态不变化，配位化合物内界和外界为离子键完全电离。,配合物也有异构现象。如Pt（NH3）2Cl2分子有二种结构,配合物具有一定的稳定性，配合物中配位键越强，配合物越稳定。配位原子的电负性越大或配位体的碱性越强，配合物越不稳定。,5. 配合物的性质,

28、配离子在改变条件时可能被破坏。（加强热、形成溶解度很小的沉淀、加入氧化剂和还原剂、加入酸或碱）,6. 配合物的应用,a 在生命体中的应用,b 在医药中的应用,c 配合物与生物固氮,d 在生产生活中的应用,王水溶金,叶绿素,血红蛋白,抗癌药物,酶,维生素B12,钴配合物,含锌的配合物,含锌酶有80多种,固氮酶,照相技术的定影,电解氧化铝的助熔剂Na3AlF6,热水瓶胆镀银,HAuCl4,卟啉配合物叶绿素的结构,叶绿素中心离子： Mg 2+,血红素中心离子： 亚铁离子,维生素B12中心离子： 钴离子,配合物的盐与复盐的比较,复盐： 能电离出两种或两种以上阳离子的盐如明矾 KAl(SO4)212H2

29、O、光卤石 KCl MgCl2 6H2O等，仅在固态时稳定存在，一旦溶于水，几乎全部解离成各组分离子： KAl(SO4)212H2O (溶于水) K+ +Al3+ 2SO42- +12 H2O KCl MgCl2 6H2O (溶于水) K+ +Mg2+ + 3Cl- + 6H2O,配合物盐：是在配合物的溶液或晶体中，十分明确地存在着含有配位键的、能独立存在的复杂组成的离子： Cu(NH3)4SO4H2O Cu(NH3)42+ + SO42- + H2O,有Fe2+ Cu2+ Zn2+ Ag+ H2O NH3,CO,可以作为中心离子的是,可以作为配体的是,Fe2+,Cu2+,Zn2+,H2O,NH3,CO,Ag+,CH4,CO2,微粒,常见的配位体,常见的中心离子,过渡金属