分子的立体构型讲课教案.ppt
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早年年的的科科学学家家主主要要靠靠对对物物质质的的宏宏观观性性质质进进行行系系统统总总结结得得出出规规律律后后进进行行推推测测，如如今今，科科学学家家已已经经创创造造了了许许许许多多多多测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。分分子子中中的的原原子子不不是是固固定定不不动动的的，而而是是不不断断地地振振动动着着的的。所所谓谓分分子子立立体体结结构构其其实实只只是是分分子子中中的的原原子子处处于于平平衡衡位位置置时时的的模模型型。当当一一束束红红外外线线透透过过分分子子时时，分分子子会会吸吸收收跟跟它它的的某某些些化化学学键键的的振振动动频频率率相相同同的的红红外外线线，再再记记录录到到图图谱谱上上呈呈现现吸吸收收峰峰。通通过过计计算算机机模模拟拟，可可以以得得知知各各吸吸收收峰峰是是由由哪哪一一个个化化学学键键、哪哪种种振振动动方方式式引引起起的的，综综合合这这些些信信息息，可可分分析析出出分子的立体结构。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的的价价层电层电子子对对（包括成（包括成键键键键电电子子对对和未成和未成键键的的孤孤对电对电子子对对）之）之间间由于存在排斥力，将使分子的几何构型由于存在排斥力，将使分子的几何构型总总是采取是采取电电子子对对相互排斥最小的那种构型，相互排斥最小的那种构型，以使彼此之以使彼此之间间斥斥力最小，力最小，分子或离子的体系分子或离子的体系能量最低能量最低能量最低能量最低,最稳定。最稳定。最稳定。最稳定。键键电电子子对对和和孤孤对电对电子子对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H2OO SO2 S NH4+N CO32-C 6 15-1=40 4+2=60224132 6 221=（a-xb)练习：孤电子对的计算练习：孤电子对的计算代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键电子子对对孤孤对电对电子子对对价层电价层电子对数子对数H2ONH3CO2CH4:HOH:HNH:H:HCH:HHOCO: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价价层电层电子子对对（包括成（包括成键键键键电电子子对对和未成和未成键键的的孤孤对电对电子子对对）之）之间间由于存在排斥力，将使分子的几何构型由于存在排斥力，将使分子的几何构型总总是采取是采取电电子子对对相互排斥最小的那种构型，以使相互排斥最小的那种构型，以使彼此之彼此之间间斥斥力最小力最小，分子体系，分子体系能量最低能量最低能量最低能量最低,最稳定。最稳定。最稳定。最稳定。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）电子对数目电子对数目：234VSEPRVSEPR模型模型：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正四面体形正四面体形正四面体形正四面体形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，并与成并与成并与成并与成键电子对互相排斥键电子对互相排斥键电子对互相排斥键电子对互相排斥。推测分子的立体模型必须略去。推测分子的立体模型必须略去。推测分子的立体模型必须略去。推测分子的立体模型必须略去VSEPRVSEPR模型中的孤电子对模型中的孤电子对模型中的孤电子对模型中的孤电子对判断分子空间构型方法：判断分子空间构型方法：价层电子对数价层电子对数VSEPRVSEPRVSEPRVSEPR模型模型模型模型略去孤电子对略去孤电子对略去孤电子对略去孤电子对分子（离子）的立体构型分子（离子）的立体构型分子（离子）的立体构型分子（离子）的立体构型排斥力：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若若 中中 心心 原原 子子 孤孤 电电 子子 对对 数数 为为 0，则则VSEPR模模型型与与分分子子立立体体构构型型一一致致，若若孤电子对数不为孤电子对数不为0，则二者不一致，则二者不一致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。PCl3SO3SiCl4SCl2PCl5三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判判断断分分子子空空间间构构型型方方法法：先先通通过过价价层层电电子子对对数数，确确定定VSEPR模模型型，再再略略去去中中心心原原子子上上孤电子对，确定分子（离子）的立体构型。孤电子对，确定分子（离子）的立体构型。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CH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sp3C：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个能量与形个能量与形状完全相同的轨道。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杂化轨杂化轨道道。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）；（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、杂化、spsp2 2杂化、杂化、spsp3 3杂化杂化）sp杂化轨道的形成过程 xyzxyz zxyzxyz180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，spsp杂化杂化ClClsppxpxsp2杂化轨道的形成过程 xyzxyz zxyzxyz120 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：1s 1s2 22s2s2 22p2p1 1没有没有3 3个成单电子个成单电子sp2sp2杂化sp3杂化轨道的形成过程 xyzxyz zxyzxyz10928 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成sp3C：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：sp3CH4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：原子：2s22p4 有有2个个单电子，可形成单电子，可形成2个共价键，个共价键，键角应当是键角应当是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容键或用来容纳孤电子对，故有纳孤电子对，故有 杂杂化化类类型的判断方法：先确定分子或离子的中型的判断方法：先确定分子或离子的中心原子价心原子价层电层电子子对对数，再由数，再由杂杂化化轨轨道数判断道数判断杂杂化化轨轨道道类类型。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杂化化轨轨道数道数杂杂化化轨轨道道类类型型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数配位原子数A的价的价层电层电子子对对数数234A的的杂杂化化轨轨道数道数杂杂化化轨轨道道类类型型A的价的价电电子空子空间间构型构型（VSEPR模型）模型）A的的杂杂化化轨轨道空道空间间构型构型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直直线线型型平面三角形平面三角形正四面体正四面体直直线线型型平面三角形平面三角形正四面体正四面体直直线线型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角锥锥形或形或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物质质价价电电子子对对数数中心原中心原子子杂杂化化轨轨道道类类型型杂杂化化轨轨道道/电电子子对对空空间间构型构型轨轨道道夹夹角角分子空分子空间间构型构型键键角角气气态态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例题例题4 4：写出下列分子的路易斯结构式并指出中心原：写出下列分子的路易斯结构式并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子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。型。(1)PCl(1)PCl3 3 (2)BCl (2)BCl3 3 (3)CS (3)CS2 2试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况成键情况 C C原子在形成乙烯分子时，碳原子的原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s2s轨道与轨道与2 2个个2p2p轨道发生杂化，形成轨道发生杂化，形成3 3个个spsp2 2杂化轨道，伸向平面正杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个三角形的三个顶点。每个C C原子的原子的2 2个个spsp2 2杂化轨道分杂化轨道分别与别与2 2个个H H原子的原子的1s1s轨道形成轨道形成2 2个相同的个相同的键，各自剩键，各自剩余的余的1 1个个spsp2 2杂化轨道相互形成一个杂化轨道相互形成一个键，各自键，各自没有杂没有杂化的化的l l个个2p2p轨道轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成肩并肩重叠形成键。所以，在乙烯分子中双键由一键。所以，在乙烯分子中双键由一个个键和一个键和一个键构成。键构成。C C原子在形成乙炔分子时发生原子在形成乙炔分子时发生spsp杂化，两个杂化，两个碳原子以碳原子以spsp杂化轨道与氢原子的杂化轨道与氢原子的1s1s轨道结合形成轨道结合形成键。各自剩余的键。各自剩余的1 1个个spsp杂化轨道相互形成杂化轨道相互形成1 1个个键，两个碳原子的未杂化键，两个碳原子的未杂化2p2p轨道分别在轨道分别在Y Y轴和轴和Z Z轴轴方向重叠形成方向重叠形成键。所以乙炔分子中碳原子间以键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。叁键相结合。大 键 C6H6 sp sp2 2杂化杂化C6H6的大键（离域键）结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！57
