第2节共价键与分子的空间构型优秀PPT.ppt

第第2节共价键与分子的空间节共价键与分子的空间构型构型现在学习的是第1页，共55页一、形形色色的分子一、形形色色的分子O2HClH2OCO2现在学习的是第2页，共55页C2H2CH2OCOCl2NH3P4现在学习的是第3页，共55页CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH现在学习的是第4页，共55页C60C20C40C70现在学习的是第5页，共55页现在学习的是第6页，共55页碳原子碳原子:甲烷的甲烷的4个个C H单键都应该是单键都应该是键，然而，键，然而，碳原子的碳原子的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个氢个氢原子的原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。？构型的甲烷分子。？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现在学习的是第7页，共55页基本要点：基本要点：在形成分子时，由于原子的相互在形成分子时，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影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道。这种轨道合起来，重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫做原子轨道的杂化，所形重新组合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。成的新轨道就称为杂化轨道。杂化前后轨道数目不变。杂化前后轨道数目不变。杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。杂化轨道现在学习的是第8页，共55页14149 9 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个能个能量与形状完全相同的轨道。量与形状完全相同的轨道。由于每个轨道中都含有由于每个轨道中都含有1/41/4的的s s轨道成分和轨道成分和3/43/4的的p p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为轨道成分，因此我们把这种轨道称之为 spsp3 3杂化轨道。杂化轨道。现在学习的是第9页，共55页 为为了了四四个个杂杂化化轨轨道道在在空空间间尽尽可可能能远远离离，使使轨轨道道间间的的排排斥斥最最小小，4 4个个杂杂化化轨轨道道的的伸伸展展方方向向分分别别指指向向正正四四面面体体的的四四个个顶顶点点。现在学习的是第10页，共55页 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，形成一个键，形成一个正四面体构型的分子。正四面体构型的分子。109.5现在学习的是第11页，共55页spsp2 2杂化杂化轨道轨道 现在学习的是第12页，共55页 乙烯中的在轨道杂化时，乙烯中的在轨道杂化时，有一个有一个轨道未参与杂化，轨道未参与杂化，只是的只是的s与两个与两个p轨道发生杂化，形成三个相同的轨道发生杂化，形成三个相同的sp2杂化杂化轨道，三个轨道，三个sp2杂化轨道分别指向平面三杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。角形的三个顶点。未杂化未杂化p轨道垂直于轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面。杂化轨道所在平面。杂化轨道间夹角为杂化轨道间夹角为120。现在学习的是第13页，共55页乙烯分子中键的形成现在学习的是第14页，共55页spsp杂杂化化轨轨道道 两个碳原子的两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成杂化轨道沿各自对称轴形成sp-sp 键，另两个键，另两个sp杂化轨道分别杂化轨道分别与两个氢原子的与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个轨道重叠形成两个sp-s 键，两个键，两个py轨道和两个轨道和两个pz轨道分别从侧轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的面相互重叠，形成两个相互垂直的P-P 键，形成乙炔分子。键，形成乙炔分子。现在学习的是第15页，共55页现在学习的是第16页，共55页 基态基态基态基态N N的最外层电子构型为的最外层电子构型为的最外层电子构型为的最外层电子构型为 2s22p2p3 3，在，在，在，在HH影响影响影响影响下，下，下，下，N N 的一个的一个2s2s轨道和三个轨道和三个2p 轨道进行轨道进行轨道进行轨道进行spsp3 3 不等性不等性杂化，形成四个杂化，形成四个sp3 3 杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个sp3 3杂化轨杂化轨杂化轨杂化轨道中各有一个未成对电子，另一个道中各有一个未成对电子，另一个sp3 杂化轨道被杂化轨道被杂化轨道被杂化轨道被孤对电子所占据。孤对电子所占据。N N 用三个各含一个未成对电子用三个各含一个未成对电子用三个各含一个未成对电子用三个各含一个未成对电子的的的的spsp3 3 杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个H H 的的1s 轨道重叠，形成轨道重叠，形成轨道重叠，形成轨道重叠，形成三个三个三个三个 键。由于孤对电子的电子云密集在键。由于孤对电子的电子云密集在键。由于孤对电子的电子云密集在键。由于孤对电子的电子云密集在N N 的的的的周围，对三个周围，对三个周围，对三个周围，对三个 键的电子云有比较大的排斥作键的电子云有比较大的排斥作键的电子云有比较大的排斥作键的电子云有比较大的排斥作用，使用，使用，使用，使 键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到 ，因此，因此，因此，因此NHNH3 3 的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。现在学习的是第17页，共55页NH3 的空间构型现在学习的是第18页，共55页现在学习的是第19页，共55页 基态基态O O 的最外层电子构型为的最外层电子构型为2s2 22p4 4，在，在 H H 的的影响下，影响下，O O 采用采用spsp3 3 不等性杂化，形成四个不等性杂化，形成四个spsp3 杂化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占据。据。O 用两个各含有一个未成对电子的用两个各含有一个未成对电子的spsp3 3杂化轨道分别与两个道分别与两个H H 的的 1s 1s 轨道重叠，形成两个轨道重叠，形成两个 键。由于键。由于O O的两对孤对电子对两个 键的成键电子有更大的排斥作用，使电子有更大的排斥作用，使 键之间的键角被键之间的键角被压缩到压缩到 ，因此因此 H2 2O O 的空间构型为角型。现在学习的是第20页，共55页的空间构型现在学习的是第21页，共55页杂化轨道理论解释苯分子的结构：杂化轨道理论解释苯分子的结构：C为为SP2杂化杂化所有原子（所有原子（12个）处于同一平面个）处于同一平面分子中分子中6个碳原子未杂化的个碳原子未杂化的2P轨道上轨道上的未成对电子重叠结果形成了一个闭合的未成对电子重叠结果形成了一个闭合的、环状的大的、环状的大键键形成的形成的电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面，一个位电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面，一个位于平面下面，经能量计算，这是一个很稳定的体系。于平面下面，经能量计算，这是一个很稳定的体系。C-C(sp2-sp2);C-H(sp2-s)现在学习的是第22页，共55页大 键 C6H6现在学习的是第23页，共55页C6H6的大键（离域键）现在学习的是第24页，共55页杂化类型杂化类型 sp sp2sp3杂化轨道空杂化轨道空间取向间取向 直线直线形形 三角三角形形 四四 面面 体体杂化轨道中杂化轨道中孤对电子数孤对电子数 分子空间构分子空间构型型 直线直线形形 三角三角形形 正四面正四面体体 三角锥三角锥形形 折线折线 形形 实实 例例 BeCl2BF3CCl4NH3H2O键键 角角 180 120 0 0 0 1 2几种常见的杂化轨道类型现在学习的是第25页，共55页4.等电子原理等电子原理等电子体原理：原子数相同、电子总数相同的分等电子体原理：原子数相同、电子总数相同的分子互称为等电子体。等电子体的结构相似，物理子互称为等电子体。等电子体的结构相似，物理性质相近。此后，等电子体原理又有所发展由短性质相近。此后，等电子体原理又有所发展由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。它们也具有相似的结构特征。等电子原理的某些应用：等电子原理的某些应用：（1）判断一些简单分子或离子的立体构型：等电子体一般有）判断一些简单分子或离子的立体构型：等电子体一般有相同的立体构型。相同的立体构型。（2）制造新材料方面的应用。）制造新材料方面的应用。现在学习的是第26页，共55页 根据等电子原理，判断根据等电子原理，判断下列各组分子属于等下列各组分子属于等电子体的是（电子体的是（）A、H2O、H2S B、HF、NH3 C、CO、CO2 D、NO2、SO2A现在学习的是第27页，共55页在短周期元素组成的物质中，与在短周期元素组成的物质中，与NO2互为互为等电子体的分子有：等电子体的分子有：、。3个原子个原子H HeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl ArO3 各原子最外层电各原子最外层电子数之和为子数之和为18SO2 现在学习的是第28页，共55页9.9.（20102010德州调研）德州调研）德州调研）德州调研）19911991年年年年LangmuirLangmuir提出：提出：提出：提出：“凡原子数与凡原子数与凡原子数与凡原子数与总电总电总电总电子子子子数都相等的物数都相等的物数都相等的物数都相等的物质质质质，其，其，其，其结结结结构相同，物理性构相同，物理性构相同，物理性构相同，物理性质质质质相近相近相近相近”，此原理称，此原理称，此原理称，此原理称为为为为等等等等电电电电子原理。子原理。子原理。子原理。相相相相应应应应的物的物的物的物质质质质，互称，互称，互称，互称为为为为等等等等电电电电子体。化学家常用子体。化学家常用子体。化学家常用子体。化学家常用“等等等等电电电电子体子体子体子体”来来来来预测预测预测预测不同物不同物不同物不同物质质质质的的的的结结结结构与性构与性构与性构与性质质质质，例如，例如，例如，例如CHCH4 4与有相同的与有相同的与有相同的与有相同的电电电电子数目及空子数目及空子数目及空子数目及空间间间间构型，构型，构型，构型，另外另外另外另外BNBN分子和分子和分子和分子和C C2 2（碳的一种同素异形体）分子互（碳的一种同素异形体）分子互（碳的一种同素异形体）分子互（碳的一种同素异形体）分子互为为为为等等等等电电电电子体。子体。子体。子体。(1)(1)依据等依据等依据等依据等电电电电子原理在下表空格子原理在下表空格子原理在下表空格子原理在下表空格处处处处填写相填写相填写相填写相应应应应的化学式：的化学式：的化学式：的化学式：现在学习的是第29页，共55页(2)(BN)(2)(BN)3 3是一种新的无机合成材料，它与某是一种新的无机合成材料，它与某是一种新的无机合成材料，它与某是一种新的无机合成材料，它与某单质单质单质单质互互互互为为为为等等等等电电电电子体。工子体。工子体。工子体。工业业业业上制造上制造上制造上制造(BN)3(BN)3的方法之一是用硼砂的方法之一是用硼砂的方法之一是用硼砂的方法之一是用硼砂NaNa2 2B B4 4OO7 7和尿素和尿素和尿素和尿素CO(NHCO(NH2 2)2 2在在在在1073 K1073 K1273 K1273 K时时时时反反反反应应应应，已知得到，已知得到，已知得到，已知得到 -(BN)-(BN)3 3、NaHCONaHCO3 3和水。和水。和水。和水。-(BN)(BN)3 3可作高温可作高温可作高温可作高温润润润润滑滑滑滑剂剂剂剂、电电电电气材料和耐气材料和耐气材料和耐气材料和耐热热热热的涂的涂的涂的涂层层层层材料等。如在高材料等。如在高材料等。如在高材料等。如在高温高温高温高温高压压压压条件下反条件下反条件下反条件下反应应应应，可制得硬度特高的，可制得硬度特高的，可制得硬度特高的，可制得硬度特高的-(BN)-(BN)3 3，是作超高温耐，是作超高温耐，是作超高温耐，是作超高温耐热热热热陶瓷材料、磨料、精密刃具的好材陶瓷材料、磨料、精密刃具的好材陶瓷材料、磨料、精密刃具的好材陶瓷材料、磨料、精密刃具的好材质质质质。与与与与(BN)(BN)3 3互互互互为为为为等等等等电电电电子体的子体的子体的子体的单质单质单质单质是是是是(写分子式写分子式写分子式写分子式)。写出硼砂和尿素反写出硼砂和尿素反写出硼砂和尿素反写出硼砂和尿素反应应应应的化学方程式的化学方程式的化学方程式的化学方程式：-(BN)(BN)3 3用用用用(BN)(BN)3 3表示。表示。表示。表示。-(BN)-(BN)3 3与与与与的晶体的晶体的晶体的晶体结结结结构相似，构相似，构相似，构相似，-(BN)3-(BN)3与的晶体与的晶体与的晶体与的晶体结结结结构相似。构相似。构相似。构相似。现在学习的是第30页，共55页【答案答案答案答案】(1)(1)(2)(2)C6C63Na3Na2 2B B4 4OO7 7+6CO+6CO（NHNH2 2）2 2 4 4（BNBN）3 3+6NaHCO+6NaHCO3 3+9H+9H2 2OO石墨；金石墨；金石墨；金石墨；金刚刚刚刚石石石石现在学习的是第31页，共55页1 1、分子的对称性、分子的对称性 对对称称性性普普遍遍存存在在于于自自然然界界。例例如如五五瓣瓣对对称称的的梅梅花花、桃桃花花，六六瓣瓣对对称称的的水水仙仙花花、雪雪花花（轴轴对对称称或或中中心心对对称称）；建建筑筑物物和和动动物物的的镜镜面面对对称称；美美术术与与文文学学中中也也存存在在很多对称的概念。很多对称的概念。现在学习的是第32页，共55页自然界中的对称性现在学习的是第33页，共55页2、手性分子左手和右手不能重叠左手和右手不能重叠 左右手互为镜像左右手互为镜像现在学习的是第34页，共55页现在学习的是第35页，共55页手性异构体和手性分子手性异构体和手性分子 概念：如果一对分子，它们的组成和原子的概念：如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子互称镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子互称手手性异构体性异构体。有手性异构体的分子称为。有手性异构体的分子称为手性分子手性分子。条件：条件：当四个不同的原子或基团连接在碳原当四个不同的原子或基团连接在碳原子上时，形成的化合物存在手性异构体。其中，子上时，形成的化合物存在手性异构体。其中，连接四个不同的原子或基团的碳原子称为连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性手性碳原子碳原子。现在学习的是第36页，共55页1下列化合物中含有手性碳原子的是下列化合物中含有手性碳原子的是()A.CCl2F2 B.CH3CHCOOHC.CH3CH2OH D.CHOH CH2OHCH2OHOHB课堂练习课堂练习现在学习的是第37页，共55页A.OHCCHCH2OH B.OHCCHCClC.HOOCCHCCCl D.CH3CHCCH3 HClOHBrOHClHBrBrCH3CH32下列化合物中含有下列化合物中含有2个个“手性手性”碳原子的是碳原子的是()B现在学习的是第38页，共55页非极性分子：非极性分子：电荷分布均匀对称的分子；分子内电荷分布均匀对称的分子；分子内没正、负两极的分子。没正、负两极的分子。3、分子的极性、分子的极性 正电荷重心和负电荷重心相重合的分子正电荷重心和负电荷重心相重合的分子现在学习的是第39页，共55页ClCl共用电子对共用电子对ClCl2个个Cl原子吸引电子的能力相同，共用电子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，整个分子的电荷分对不偏向任何一个原子，整个分子的电荷分布均匀，布均匀，为为非极性分子非极性分子只含有非极性键只含有非极性键的分子因为共用电的分子因为共用电子对无偏向，子对无偏向，分子是分子是非极性分子非极性分子现在学习的是第40页，共55页极性分子：极性分子：电荷分布不均匀不对称的分子电荷分布不均匀不对称的分子；分子内存在正、负两极的分子。正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子现在学习的是第41页，共55页HCl共用电子对共用电子对HClHCl分子中，共用电子对偏向分子中，共用电子对偏向Cl原子，原子，Cl原子一端相对地显负电性，原子一端相对地显负电性，H原子一端相原子一端相对地显正电性，整个分子的电荷分布不均对地显正电性，整个分子的电荷分布不均匀，匀，为极性分子为极性分子+-以极性键结合的双原子分子为极性分子以极性键结合的双原子分子为极性分子现在学习的是第42页，共55页分子的分子的极性极性分子的空分子的空间结构间结构键角键角决定决定键的极性键的极性决定决定现在学习的是第43页，共55页分子极性的判断方法分子极性的判断方法1 1、双原子分子、双原子分子取决于成键原子之间的共价键是否有极性取决于成键原子之间的共价键是否有极性2 2、多原子分子、多原子分子(ABm型型)取决于分子的空间构型取决于分子的空间构型现在学习的是第44页，共55页ABm分子极性的判断方法分子极性的判断方法1 1、化合价法、化合价法请判断请判断PCl3、CCl4、CS2、SO2 BCl3、CS2、SO3分子的极性。分子的极性。若中心原子若中心原子A A的化合价的绝对值等于该元素所在的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，若不等则为极性分的主族序数，则为非极性分子，若不等则为极性分子；子；若中心原子有孤对电子若中心原子有孤对电子(未参与成键的电子对未参与成键的电子对)则则为极性分子，若无孤对电子则为非极性分子。为极性分子，若无孤对电子则为非极性分子。现在学习的是第45页，共55页ABm分子极性的判断方法分子极性的判断方法1 1、化合价法、化合价法 将分子中的共价键看作作用力，不同的共价将分子中的共价键看作作用力，不同的共价键看作不相等的作用力，运用物理上力的合成键看作不相等的作用力，运用物理上力的合成与分解，看中心原子受力是否平衡，如平衡则与分解，看中心原子受力是否平衡，如平衡则为非极性分子；否则为极性分子。为非极性分子；否则为极性分子。2 2、物理模型法、物理模型法现在学习的是第46页，共55页C=O键是极性键，但从键是极性键，但从分子总体而言分子总体而言CO2是是直直线型线型分子，两个分子，两个C=O键键是是对称对称排列的，两键排列的，两键的极性互相抵消（的极性互相抵消（F合合=0），），整个分子没整个分子没有极性，电荷分布均有极性，电荷分布均匀，是匀，是非极性分子非极性分子。180F1F2F合合=0OOC现在学习的是第47页，共55页HOH10430F1F2F合合0O-H键是极性键，共用电子键是极性键，共用电子对偏对偏O原子，由于分子是原子，由于分子是V V形形构型构型，两个，两个O-H键的极性不键的极性不能抵消（能抵消（F合合0），），整个整个分子电荷分布不均匀，是分子电荷分布不均匀，是极极性分子性分子现在学习的是第48页，共55页HHHNBF3：NH3：12010718 三角锥型三角锥型,不对称，键的极性不对称，键的极性不能抵消，是极性分子。不能抵消，是极性分子。F1F2F3F平面三角形，对称，平面三角形，对称，键的极性互相抵消（键的极性互相抵消（F合合=0），是非极性，是非极性分子。分子。现在学习的是第49页，共55页CHHHH109.5正正四面体型四面体型，对称结构，对称结构，C-H键的极性互键的极性互相抵消（相抵消（F合合=0），是，是非极性分子。非极性分子。现在学习的是第50页，共55页n n只含有非极性键的单质分子是非极性只含有非极性键的单质分子是非极性分子。分子。n n含有极性键的双原子化合物分子都是含有极性键的双原子化合物分子都是极性分子。极性分子。n n含有极性键的多原子分子，空间结构含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；空间结构不对称对称的是非极性分子；空间结构不对称的为极性分子。的为极性分子。小结：小结：现在学习的是第52页，共55页巩固练习：1、下列叙述正确的是（）：1.1.凡是含有极性键的分子一定是极性分子。凡是含有极性键的分子一定是极性分子。2.2.极性分子中一定含有极性键。极性分子中一定含有极性键。3.3.非极性分子中一定含有非极性键。非极性分子中一定含有非极性键。4.4.非极性分子中一定不含有极性键。非极性分子中一定不含有极性键。5.5.极性分子中一定不含有非极性键。极性分子中一定不含有非极性键。6.6.凡是含有极性键的一定是极性分子。凡是含有极性键的一定是极性分子。7.7.非金属元素之间一定形成共价键。非金属元素之间一定形成共价键。8.8.离子化合物中一定不含有共价键。离子化合物中一定不含有共价键。2现在学习的是第53页，共55页相似相溶原理相似相溶原理思考题：思考题：水是极性溶剂，四氯化碳是非极性溶剂，试判水是极性溶剂，四氯化碳是非极性溶剂，试判断构成下列物质的分子是否是极性分子，并分析断构成下列物质的分子是否是极性分子，并分析这些物质在水和四氯化碳中的溶解性。这些物质在水和四氯化碳中的溶解性。碘单质、氨气、甲烷、氟化氢碘单质、氨气、甲烷、氟化氢研究分子极性的实际意义研究分子极性的实际意义 极性分子的溶质易溶于极性溶剂，非极性极性分子的溶质易溶于极性溶剂，非极性分子的溶质易溶于非极性溶剂中。分子的溶质易溶于非极性溶剂中。现在学习的是第54页，共55页分子的极性对物质熔沸点的影响分子的极性对物质熔沸点的影响n极性分子的分子间作用力一般较大，熔沸点较高。如：CO高于N2现在学习的是第55页，共55页