分子的立体构型.doc

知识要点 一、常见多原子分子的立体构造： 原子数目一样的分子的立体构造不一定一样 CH4 NH3CH2OCO2 H2O 原子数目化学式分子构造键角中心原子3CO2 直线形180°无孤对电子H2OV形105°有孤对电子4CH2O平面三角形120°无孤对电子NH3 三角锥形107°有孤对电子5CH4 正四面体形109°28无孤对电子【小结】同为三原子分子或四原子分子，分子的空间构型不同。所以多原子分子的立体构造不但与所连原子数目有关，还与其他因素比方中心原子是否有孤对电子及孤对电子的数目有关二、价层电子对互斥模型： 用中心原子是否有孤对电子及孤对电子的数目，预测分子的立体构造价层电子对互斥模型认为分子的立体构造是由于分子中的价电子对成键电子对与孤对电子对相互排斥的结果。中心原子价层电子对包括成键电子对与未成键的孤对电子对的互相排斥作用，使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型，即分子尽可能采取对称的空间构型这种模型把分子分为两类：1、中心原子上的价电子都用于形成共价键中心原子无孤对电子中心原子无孤对电子，分子中存在成键电子对与成键电子对间的相互排斥，且作用力一样，分子的空间构型以中心原子为中心呈对称分布。如CO2、CH2O、CH4、HCN等分子。它们的立体构造可用中心原子周围的原子数来预测：ABn立体构造范例n=2直线形CO2 n=3平面三角形CH2On=4正四面体形CH4 2、中心原子上有孤对电子未用于形成共价键的电子对的分子。中心原子上有孤对电子，分子中存在成键电子对与成键电子对间的相互排斥、成键电子对与孤对电子对间的相互排斥、孤对电子对与孤对电子对间的相互排斥。孤对电子要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，使分子呈现不同的立体构型如H2O与NH3，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，中心原子周围的键+孤对电子数=4，所以NH3与H2O的VSEPR理想模型都是四面体形。因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角锥形。【小结】电子对的空间构型VSEPR理想模型与分子的空间构型存在差异的原因是由于孤对电子没有参与成键,且孤对电子比照成键电子对更靠近原子核，它对相邻成键电子对的排斥作用较大，要使电子对相互排斥最小，那么H2O 、NH3 、CH4分子相应的键角必然逐渐变大。三、杂化轨道理论： 能量相近的原子轨道重新组合1、杂化的概念： 在形成多原子分子的过程中，中心原子的假设干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。特点：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。2、甲烷分子的杂化轨道的形成：sp3杂化甲烷分子的立体构型：空间正四面体，分子中的CH键是等同的，键角是109°28 中心原子价电子构型 C：2s22p2 碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道与1个球形的2s轨道，用它跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。鲍林提出杂化轨道理论：形成甲烷分子时，中心原子碳的2s与2px、2py、2pz四条原子轨道发生混杂，形成一组新的轨道，即四个一样的sp3杂化轨道，夹角109°28。这些sp3杂化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个CH键，因此呈正四面体的分子构型。 3、其他形式的杂化：根据参与杂化的s轨道与p轨道的数目，除了有sp3杂化轨道外，还有sp2 杂化与sp杂化，sp2 杂化轨道表示由一个s轨道与两个p轨道杂化形成的，sp杂化轨道表示由一个s轨道与一个p轨道杂化形成的碳原子的 sp2 杂化以乙烯为例 乙烯的中心原子C在轨道杂化时，有1个p轨道未参与杂化，只是的s轨道与2个p轨道发生杂化，形成3个一样的sp2杂化轨道，sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点，杂化轨道间夹角为120°。杂化轨道与2个H原子与另外一个C原子形成2个CH键与1个CC键，未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面，与另外的C原子形成CC p键。碳原子的 sp杂化以乙炔为例 乙炔的中心原子C在轨道杂化时，有2个p轨道未参与杂化，只是的s与1个p轨道发生杂化，形成2个一样的sp杂化轨道，杂化轨道间夹角为180°。杂化轨道与1个H原子与另外一个C原子形成1个CH键与1个CC键，未杂化2个p轨道垂直于sp杂化轨道所在平面，与另外的C原子形成2个CC p键。【小结】杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，从而使它与其它原子的原子轨道重叠的程度更大，形成的共价键更结实。四、配合物理论简介1、配位键概念：由一个原子单方向提供共用电子对给另一原子共用所形成的共价键。CuSO4 CuCl2·2H2OCuBr2 NaClK2SO4 KBr固体颜色白色绿色深褐色白色白色白色溶液颜色天蓝色天蓝色天蓝色无色无色无色前三种溶液呈天蓝色原因就是Cu2+在水溶液中与水分子通过配位键结合成四水合铜离子。其中Cu2+为承受电子对的一方，H2O为提供电子对的一方。表示方法A B电子对给予体 电子对承受体形成条件：其中一个原子必须提供孤对电子。另一原子必须有承受孤对电子的轨道。常见的含有配位键的分子或离子的形成过程：H3O+ NH4+ 注意：在NH4+中，虽然有一个NH键形成过程与其它3个NH键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全一样。2、配位化合物概念：金属离子或原子与某些分子或离子以配位键结合而形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。配合物的组成 常见配合物的生成 A 向硫酸铜溶液里逐滴参加氨水，先形成难溶的氢氧化铜沉淀，继续滴加难溶物溶解，得到深蓝色的透明溶液 实验中发生的两个反响的离子方程式 蓝色沉淀 深蓝色溶液氢氧化铜与足量氨水反响后溶解是因为生成Cu(NH3)42+ B向盛有氯化铁溶液的试管中滴加1滴硫氰化钾溶液 血红色【小结】形成配位化合物时某些性质发生改变，比方颜色、溶解度等。配位键的强度有大有小，因而有的配位化合物很稳定，有的很不稳定。方法指导 一、价层电子对互斥模型小结1、同为三原子分子或四原子分子，其分子空间构型不同，是由于分子中的成键电子对及中心原子上的孤对电子对相互排斥，结果趋向尽可能彼此远离，以减小斥力。排斥力：孤对电子对与孤对电子对孤对电子对与成键电子对成键电子对与成键电子对例如：H2O与NH3中心原子上分别有2对与1对孤对电子，跟中心原子周围的键加起来都是4，它们相互排斥形成四面体。由于分子的中心原子上未成键的孤对电子对对成键电子对之间的排斥力较强，所以使H2O分子中2个OH键与NH3分子中3个NH键的空间分布发生一点变化，它们的键角从109°28分别被压缩到105°与107°。2、应用VSEPR理论判断分子或离子的构型对于一个ABn型的共价型分子，中心原子A周围电子对排布的几何形状，主要取决于中心原子A的价电子层中的电子对数成键电子对数+孤对电子数，这些电子对的位置倾向于别离得尽可能远，使它们之间的斥力最小。根据中心原子的孤对电子对的数目及中心原子结合的原子的数目确定。假设中心原子周围的原子数与孤对电子对数之与分别为2、3、4，那么VSEPR理想模型注：与分子的立体构造不同分别是直线形、平面形、四面体形，由于孤对电子对成键电子的斥力影响较大，所以含有孤对电子对的分子中键角比理想模型的键角要小一些。例如：NH3与H2O的VSEPR理想模型都是四面体形109°28，但分子的立体构造分别是三角锥形107°、V形105° 二、杂化轨道与分子的立体构造1、判断杂化轨道的数目与杂化方式中心原子的孤对电子对数与相连的其他原子数之与，就是杂化轨道数。例如：NH3中心原子N上有一对孤对电子，所以杂化轨道数为1+3=4，即N原子采用sp3杂化；BeCl2中心原子Be上没有孤对电子，所以杂化轨道数为0+2=2，即Be原子采用sp杂化；H2O中心原子O上有2对孤对电子，所以杂化轨道数为2+2=4，即O原子采用sp3杂化2、分子的立体构造三种杂化轨道的轨道形状，sp杂化夹角为180°的直线型杂化轨道，例如BeCl2、C2H2；sp2 杂化轨道为120°的平面三角形，例如BF3、C2H4；sp3杂化轨道为109°28的正四面体构型，例如CH4、CCl4中心原子孤对电子数化学式杂化轨道数杂化轨道类型分子构造0CH4 0+4sp3 正四面体形C2H4 0+3sp2 平面三角形BF3 0+3sp2 平面三角形CH2O0+3sp2 平面三角形C2H2 0+2sp直线形CO2 0+2sp直线形1SO2 1+2sp2 V形2H2O2+2sp3 V形三、微粒的空间构型小结1、直线形： ClBeCl、OCO、CS2、C2H2等，中心原子的电子云以sp杂化成键。2、V形： H2O、H2S、NH2-是中学比拟常见的，中心原子周围有四对电子，电子对的构型必然是四面体形，这样微粒的空间构型就是V形了；SO2、O3这些是中学中不常见的，中心原子均是以sp2杂化的形式成键的。3、三角锥形： NH3、NF3、H3O+、PCl3等，中心原子都有1对孤对电子，以sp3杂化成键，电子对的构型为四面体形，微粒构型为三角锥形。4、平面三角形： BF3，CH3+，中心原子以sp2杂化形式成键，中心原子周围的电子对数目为3，所以电子对的空间构型是平面三角形，这样微粒的空间构型就是平面三角形，键角为120°5、四面体形： 、正四面体形：P4是空心正四面体，有六条化学键，键角为60°、CH4、CCl4、NH4+、是顶点原子与中心原子成有中心的正四面体，中心原子一定以sp3杂化成键，键角一定是109°28 、四面体：与正四面体CH4相似，只是顶点的原子有不同，但是属于一类，如：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。键角与109°28相近四、配位化合物小结Cu(NH3)4SO4硫酸化四氨合铜Cu中心原子 NH3配位体 N配位原子 4配位数1、中心离子或原子(也称形成体)：有空轨道主要是一些过渡金属，如铁、钴、镍、铜、银、金、铂等金属元素的离子；或是具有高氧化数的非金属元素，硼，硅、磷等，如NaBF4 中的B、K2SiF6中的Si与NH4PF6中的P；或是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2、配位体与配位原子：有孤对电子常见的配位体：含氮配位体NH3；含硫配位体SCN-；含卤素配位体 F-、Cl-、Br-、I-；含碳配位体CN-、CO；含氧配位体H2O、OH-等3、配位数：与中心离子直接以配位键结合的配位原子个数例：AlF63- 配位数6 、 Cu(NH3)4SO4 配位数4 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。中心离子半径越大，其周围可容纳配体就越多，配位数越大。4、配合物的命名：关键在于配合物内界即配离子的命名。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“合字中心离子的名称中心离子的化合价。：配位阴离子配合物-配位阴离子“酸外界K2SiF6 六氟合硅酸钾KPtCl5(NH3)五氯·一氨合铂酸钾Na3AlF6六氟合铝酸三钠：配位阳离子配合物 “某化某或“某酸某 Co(NH3)6Br3三溴化六氨合钴Cu(NH3)4Cl2二氯化四氨合铜：中性配合物PtCl2(NH3)2二氯·二氨合铂Ni(CO)4四羰基合镍经典例题 例题1、用价层电子对互斥模型推测以下分子或离子的空间构型。BeCl2_SCl2_SO32-_SF6_思路点拨：VSEPR模型预测分子立体构造方法：首先确定中心原子的价层电子对数，然后确定中心原子有无孤对电子，再结合实际例子分析。假设中心原子周围的原子数与孤对电子对数之与分别为2、3、4，那么VSEPR理想模型注：与分子的立体构造不同分别是直线形、平面形、四面体形，再判断分子或离子的空间构型解析：BeCl2分子中心原子Be，孤对电子数+结合的原子数=0+2=2，VSEPR理想模型为直线形，无孤对电子，VSEPR理想模型就是其空间构型，所以BeCl2分子为直线形。SCl2分子中心原子S，孤对电子数+结合的原子数=2+2=4，VSEPR理想模型为四面体形，有2对孤对电子，所以SCl2分子空间构型为V形。SO32-离子中心原子S，孤对电子数+结合的原子数=1+3=4，VSEPR理想模型为四面体形，有1对孤对电子，SO32-离子空间构型为三角锥形。SF6分子中心原子S，孤对电子数+结合的原子数=0+6=6，VSEPR理想模型为八面体形，无孤对电子，VSEPR理想模型就是其空间构型，所以SF6分子为正八面体形【答案】直线形 V形 三角锥形 正八面体形总结升华：对于一个ABn型的共价型分子，中心原子A周围电子对排布的几何形状，主要取决于中心原子A的价电子层中的电子对数成键电子对数+孤对电子数，这些电子对的位置倾向于别离得尽可能远，使它们之间的斥力最小。由于孤对电子对成键电子的斥力影响较大，所以含有孤对电子对的分子中键角比理想模型的键角要小一些举一反三：【变式训练】填写下表中各分子或离子的中心原子的孤对电子对数及结合的原子数，据此应用VSEPR理论判断各分子或离子的构型化学式中心原子含有孤对电子对数中心原子结合的原子数空间构型H2SNH2 BF3 CHCl3 SiF4 【答案】化学式中心原子含有孤对电子对数中心原子结合的原子数空间构型H2S22V形NH2- 22V形BF3 03平面三角形CHCl3 04四面体SiF4 04正四面体 例题2、应用杂化轨道理论判断多原子分子的杂化方式及立体构造化学式中心原子孤对电子对数杂化轨道数杂化轨道类型分子构造PO43- SO3 NCl3 HCNSO2 思路点拨：首先判断杂化轨道的数目，中心原子的孤对电子对数与相连的其他原子数之与，就是杂化轨道数；然后得出杂化轨道的类型；三种杂化轨道的轨道形状，sp杂化的直线形杂化轨道，sp2 杂化的平面三角形，sp3杂化的四面体构形解析：比方CH4分子中心原子C，其杂化轨道数=孤对电子对数+其相连的其他原子数=0+4=4，有4个杂化轨道，即sp3杂化，正四面体形【答案】化学式中心原子孤对电子对数杂化轨道数杂化轨道类型分子构造PO43- 04sp3 正四面体形SO3 03sp2 平面三角形NCl3 14sp3 三角锥形HCN02sp 直线形SO2 22sp3 V形总结升华：杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤对电子，杂化轨道理论的主要应用是能够更好解释分子的立体构造，而不是预测分子的立体构造举一反三：【变式训练1】为什么NH3分子的键角既不是90°也不是109°28而是107°？解析：因为NH3分子其中心原子不是单纯用2p轨道与H原子轨道成键，所以键角不是90°；N原子在成键的同时进展了sp3杂化,用其中3个含未成对电子的杂化轨道与3个H原子的1s轨道成键，1个含孤对电子的杂化轨道对成键电子对的排斥的结果使键角不是109°28，而是107°。【变式训练2】以下常见分子的中心原子的杂化轨道类型是sp3的是： A、NH4+ B、CH4 C、SO2 D、CO2【答案】B例题三：在Co(NH3)63+中，与中心离子形成形成配位键的原子是 A、N原子 B、H原子 C、Co原子 D、N、H两种原子同时思路点拨：此题考察对配合物组成的知识的理解。Co(NH3)63+离子中，Co为中心原子；NH3称作配位体；N称作配位原子；6称作配位数【答案】A总结升华：注意记忆配位化合物各组成局部的名称，知道常见的能形成配位键的原子或离子以及以配位键成键的微粒的颜色、常见方程式的书写等。【变式训练】对于配合物Co(NH3)5ClCl2的名称正确的选项是 A氯化氯氨合钴 B氯化氯氨合钴 C氯化一氯氨合钴 D二氯化一氯五氨合钴解析：此题考察配位化合物的命名，记忆命名顺序。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化合价。【答案】D第 19 页