化学选修三第二章第二节分子得立体构型.doc

选修三第二章第2节 分子得立体构型第2节 分子得立体构型一、常见分子得空间构型1、双原子分子都就是直线形,如:HCl、NO、O2、N2 等。2、三原子分子有直线形,如CO2、CS2等;还有“V”形,如H2O、H2S、SO2等。3、四原子分子有平面三角形,如BF3、BCl3、CH2O等;有三角锥形,如NH3、PH3等;也有正四面体,如P4。4、五原子分子有正四面体,如CH4、CCl4等,也有不规则四面体,如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。另外乙烯分子与苯分子都就是平面形分子。二、价层电子对互斥理论(Valance Shell Electron Pair Repulsion Theory)简称VSEPR 适用AD m 型分子1、理论模型分子中得价电子对(包括成键电子对与孤电子对),由于相互排斥作用,而趋向尽可能彼此远离以减小斥力,分子尽可能采取对称得空间构型。2、用价层电子对互斥理论推断分子或离子得空间构型得一般步骤:(1)确定中心原子A价层电子对数目法1.经验总结中心原子得价层电子对数=(中心离子价电子数+配对原子提供电子总数)对于ABm型分子(A为中心原子,B为配位原子),计算方法如下:n注意:氧族元素得氧做中心时:价电子数为 6, 如 H2O,H2S;做配体时:提供电子数为 0,如在 CO2中。如果讨论得就是离子,则应加上或减去与离子电荷相应得电子数。如PO中P原子价层电子数5+(0×4)+3 = 8;NH 中N原子得价层电子数5+(1×4)1 = 8。结果为单电子时视作有一个电子对。例:IF5 价层电子对数为7+(5×1) = 6对 正八面体(初步判断) N H 价层电子对数为5+(4×1)1 = 4对 正四面体PO 价层电子对数为5+(0×4)+3 = 4对 正四面体NO2 价层电子对数为5+0 = 2、53对 平面三角形法2、 确定中心原子A价层电子对数目-普遍规则中心原子A价层电子对数目=成键电子对数+孤对电子数 (VP = BP + LP )VP就是价层电子对,BP就是成键电子对(BOND ),LP就是孤对电子对(LONE PAIR)VP = BP + LP =与中心原子成键得原子数+中心原子得孤对电子对数LP=配位原子数+LPLp = (中心原子价电子数配位原子未成对电子数之与) IF5 Lp=7(5×1) = 1 构型由八面体四方锥NH Lp =(51)(4×1) = 0 正四面体PO Lp =(5+3)(4×2) = 0 正四面体SO Lp =(6+2)(4×2) = 0 正四面体NO2 Lp =5(2×2) = 1 构型由三角形V形SO Lp =(6+2)(3×2) = 1 构型由四面体三角锥法3:由Lewis结构式或结构式直接写出,双键、三键都就是1对电子 VP: 5 4 4 6 4(2)确定价层电子对得空间构型价层电子对数目23456价层电子对构型直线形三角形四面体三角双锥八面体(3)分子空间构型确定价层电子对互斥模型说明得就是价层电子对得空间构型,而分子得空间构型指得就是成键电子对空间构型,不包括孤对电子。当中心原子无孤对电子时,两者得构型一致;当中心原子有孤对电子时,两者得构型不一致。电子对数 目中心原子杂化类型电子对得空间构型成键电子对数孤电子对 数电子对得排列方式分子得空间构型实 例2sp直 线20直 线BeCl2CO23sp2三角形30三角形BF3SO321V形SnBr2PbCl24sp3四面体40四面体CH4CCl431三角锥NH3PCl322V形H2O3、理论要点:AD m 型分子得空间构型总就是采取A得价层电子对相互斥力最小得那种几何构型;分子构型与价层电子对数有关(包括成键电子对与孤电子对);分子中若有重键(双、叁键)均视为一个电子对;电子对得斥力顺序:孤电子对孤电子对>孤电子对键对>键对键对由于三键、双键比单键包含得电子数多,所以其斥力大小次序为三键>双键>单键。叁键与叁键叁数与双键双键与双键双键与单键单与单键。4、价层电子对斥力作用对键角影响得定性解释由于键合电子对受到左右两端带正电原子核得吸引,而孤对电子对只受到一端原子核吸引,相比之下,孤对电子对较“胖”,占据较大得空间,而键合电子对较“瘦”,占据较小得空间。这样就解释了斥力大小得顺序:孤电子对-孤电子对>孤电子对-键电子对>键电子对-键电子对。如:CH4、NH3、H2O中得键角HAH分别为109、5°、107、3°、104、5°。类似地,重键较单键占据较大得空间,故有斥力大小得顺序:t-t>t-d>d-d>d-s>s-s(t-叁键,d-双键,s-单键)又如,SO2Cl2分子属AX4L0=AY4,因S=O键就是双键,S-Cl键就是单键,据顺序有:OSO>109°28''''ClSCl<OSCl<109°28''''。此外,键得极性对键角也有影响。中心原子电负性较大,成键电子对将偏向中心原子,成键电子对之间斥力增大,键角增大,如:NH3、PH3、AsH3分子中得键角(HAH)依次为107°、93、08°、91、8°配位原子电负性较大,成键电子对将偏离中心原子,成键电子对之间斥力减小,键角减小,如:H2O、OF2分子中得键角(AOA)依次为104、5°、102°。据此,可解释下列键角变化:NO2+、NO2、NO2-键角(ONO)依次为180°、134、3°、115、4°。二、价层电子对互斥理论1940年 Sidgwick 提出价层电子对互斥理论, 用以判断分子得几何构型、 分子 ABn 中, A 为中心, B 为配体, B均与A有键联关系、 本节讨论得 ABn 型分子中, A为主族元素得原子、1、 理论要点ABn 型分子得几何构型取决于中心 A 得价层中电子对得排斥作用、 分子得构型总就是采取电子对排斥力平衡得形式、1) 中心价层电子对总数与对数a)中心原子价层电子 总数等于中心 A 得价电子数(s + p)加上配体在成键过程中提供得电子数, 如 CCl4 4 + 1×4 = 8b)氧族元素得氧族做中心时: 价电子数为 6, 如 H2O, H2S;做配体时:提供电子数为 0, 如在 CO2中、c)处理离子体系时, 要加减离子价d)总数除以 2 ,得电子对数: 总数为奇数时,对数进 1,例如:总数为 9,对数为 52) 电子对与电子对空间构型得关系电子对相互排斥,在空间达到平衡取向、3) 分子得几何构型与电子对构型得关系若配体数与电子对数相一致,各电子对均为成键电对,则分子构型与电子对构型一致。配体数不可能大于电子对数、 当配体数少于电子对数时,一部分电子对成为成键电对,另一部分电子成为孤对电子,确定出孤对电子得位置,分子构型才能确定。电子对数 配体数 孤电对数 电对构型 分子构型考虑分子构型时,只考虑原子 A,B 得位置,不考虑电子、对电子等。以上三种情况中,孤对电子只有一种位置考虑。孤对电子得位置若有两种或两种以上得位置可供考虑,则要选择斥力易于平衡位置,而斥力大小与两种因素有关:a)角度小,电对距离近,斥力大;b)角度相同时,孤对孤对得斥力最大。因为负电集中,孤对成键斥力次之,而成键电对成键电对之间斥力最小,因有配体原子核去分散电对得负电性。于就是,要避免得就是斥力大得情况在 90°得方向上。90 °得分布 :孤对孤对 0 0 1孤对成键 6 4 3成键成键 0 2 2乙种稳定,称 “T”字型例1、 利用价层电子对互斥理论判断下列分子与离子得几何构型(总数、对数、电子对构型与分子构型):AlCl3 H2S SO32- NH4+ NO2 IF3解题思路:根据价层电子对互斥理论, 计算单电子个数, 价层电子对数, 孤对电子对数, 进而判断分子得构型(注意:必须考虑离子得价态!)电子对构型就是十分重要得结构因素,要注意！价层电子对数与配体数就是否相等也就是十分重要得。2、 影响键角得因素1) 孤对电子得影响孤对电子得负电集中,可以排斥其余成键电对,使键角变小,NH3 4对 电对构型四面体,分子构型三角锥。键角HNH 为107°,这就是由于孤对电子对 NH 成键电对得排斥,使109°28变小, 成为107°。2) 中心电负性得影响键角依次减小,如何解释？3) 配体电负性得影响中心相同,配体电负性大时,电对距离中心远,键角可以小些,故有:3、 多重键得处理某配体(非VIA族)与中心之间有双键与三键时,价层电子对数减 1 或 2 。如乙烯 H2C=CH2 以左碳为中心电子总数 4 x 2 8 , 4对, 减 1,3 对,为三配体,呈平面三角形:不提供共用电子, 就是因为O, S 等可通过键, 反馈键或大键, 将提供得电子又重新得回; 另外, 端基氧或硫, 形成得双键, 要求减去一对价电子, 也得到同样结果、非端基氧或硫, 要将O或S得价电子计入其中, 如在H2CO3中, C为中心, 价电子为 4(C) + 2X1(O) = 6, 价电对= 3, 电子对构型与分子构型一致, 为三面体:【练习】1.用价层电子对互斥理论预测H2S与BF3得立体结构,两个结论都正确得就是()A.直线形;三角锥形 B.V形;三角锥形C.直线形;平面三角形 D.V形;平面三角形2.下列分子中得中心原子杂化轨道得类型相同得就是()A.CO2与SO2 B.CH4与NH3 C.BeCl2与BF3 D.C2H4与C2H23.(1)某校化学课外活动小组得同学对AB3型分子或离子得空间构型提出了两种瞧法,您认为就是哪两种？若两个AB键均就是极性键且极性相同,它们分子得极性就是怎样得？举例说明。(2)参照上题,您认为AB4型分子或离子得空间构型有几种？若每个AB键都就是极性键且极性相同。它们分子得极性就是怎样得？举例说明。【自测】1、在下列分子中,电子总数最少得就是()A、H2S B.O2 C.CO D.NO2、在以下得分子或离子中,空间结构得几何形状不就是三角锥形得就是()A、NF3 B.CH C.CO2 D.H3O3、有关甲醛分子得说法正确得就是()A、C原子采用sp杂化 B、甲醛分子为三角锥形结构C、甲醛分子为平面三角形结构 D、在甲醛分子中没有键4、用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子得空间构型,有时也能用来推测键角大小,下列判断正确得就是( )A、SO2、CS2、HI都就是直线形得分子 B、BF3键角为120°,SnBr2键角大于120°C、COCl2、BF3、SO3都就是平面三角形得分子 D、PCl3、NH3、PCl5都就是三角锥形得分子5、苯分子(C6H6)为平面正六边形结构,下列有关苯分子得说法错误得就是()A、苯分子中得中心原子C得杂化方法为sp2 B、苯分子内得共价键键角为120°C、苯分子中得共价键得键长均相等 D、苯分子得化学键就是单、双键相交替得结构6、下列分子得中键角最大得就是()A、CO2 B.NH3 C、H2O D.CH2CH27、对SO3得说法正确得就是()A、结构与NH3相似 B.结构与SO2相似 C、结构与BF3相似 D.结构与P4相似8、在SO2分子中,分子得空间结构为V形,S原子采用sp2杂化,那么SO2得键角()A、等于120° B.大于120° C、小于120° D.等于180°9、三氯化氮(NCl3)就是一种淡黄色得油状液体,测得其分子具有三角锥形结构。则下面对于NCl3得描述不正确得就是()A、它就是一种极性分子 B、它得挥发性比PBr3要大C、它还可以再以配位键与Cl结合 D、已知NBr3对光敏感,所以NCl3对光也敏感10、试用杂化轨道理论说明下列分子或离子得立体构型。(1)SiF4(正四面体形)(2)BCl3(平面三角形)(3)NF3(三角锥形,键角为102°)【课后作业】1.下列分子中,中心原子采用sp2杂化得就是()A.SO2 B.H2O C.NH3 D.CHBrClF2.下列推断正确得就是()A.BF3就是三角锥形分子 B.NH得电子式:,离子呈平面形结构C.CH4分子中得4个CH键都就是氢原子得1s轨道与碳原子得p轨道形成得sp 键D.CH4分子中得碳原子以4个四面体形轨道分别与4个氢原子得1s轨道重叠,形成4个CH 键3.下列分子中,键角最大得就是()A.H2S B.H2O C.CCl4 D.NH34.中心原子采取平面三角形得就是()A.NH3 B.BCl3 C.PCl3 D.H2O5.下列各组离子中因有配合离子生成而不能大量共存得就是()A.K、Na、Cl、NO B.Mg2、Ca2、SO、OHC.Fe2、Fe3、H、NO D.Ba2、Fe3、Cl、SCN6.下列离子中得中心原子采取不等性杂化得就是()A.H3O B.NH C.PCl D.BI7.下列各种说法中正确得就是()A.极性键只能形成极性分子 B.CO2中碳原子就是sp2杂化C.形成配位键得条件就是一方有空轨道,另一方有孤对电子D.共价键形成得条件就是成键原子必须有未成对电子8.下列关于原子轨道得说法正确得就是()A.凡中心原子采取sp3杂化轨道成键得分子其几何构型都就是正四面体B.CH4分子中得sp3杂化轨道就是由4个H原子得1s轨道与C原子得2p轨道混合起来而形成得C.sp3杂化轨道就是由同一原子中能量相近得s轨道与p轨道混合起来形成得一组能量相等得新轨道D.凡AB3型得共价化合物,其中心原子A均采取sp3杂化轨道成键9.乙炔分子中得碳原子采取得杂化轨道就是()A.sp杂化 B.sp2杂化 C、sp3杂化 D.无法确定10.H2S分子中共价键键角接近90°,说明分子得空间立体结构为_;CO2分子中得共价键键角为180°,说明分子得空间立体结构为_;NH3分子中共价键键角为107°,说明分子得空间立体结构为_。11.在形成氨气分子时,氮原子中得原子轨道发生sp3杂化生成4个_,生成得4个杂化轨道中,只有_个含有未成对电子,所以只能与_个氢原子形成共价键,又因为4个sp3杂化轨道有一个有_,所以氨气分子中得键角与甲烷不同。选修三第二章第二节分子得立体构型【练习】1. D 2. B 3. (1)平面正三角形,如BF3、SO3、NO、CO等,这类分子或离子就是非极性得。三角锥形,如NH3、NCl3、PCl3、PH3、SO、ClO等,这类分子或离子就是极性得。(2)正四面体构型,如CCl4、CH4、SiH4、SiF4、SiCl4、NH、SO、ClO等,这类分子或离子就是非极性得。平面四边形构型,如PtCl4,也就是非极性得。【自测】1、C 2、 C 3、 C 4、C 5、 D 6、 A 7、 C 8、 C 9、 C【课后作业】1.D 2.D 3.C 4.B 5.D 6.A 7.C8.C 9.A 10.V形直线形三角锥形 11.sp3杂化轨道33孤对电子三、杂化轨道理论1、杂化轨道理论认为:在形成分子时,通常存在激发、杂化、轨道重叠等过程。但应注意,原子轨道得杂化,只有在形成分子得过程中才会发生,而孤立得原子就是不可能发生杂化得。同时只有能量相近得原子轨道(如2s,2p等)才能发生杂化,而1s轨道与2p轨道由于能量相差较大,它就是不能发生杂化得。杂化:成键过程就是由若干个能量相近得轨道经叠加、混合、重新调整电子云空间伸展方向,分配能量形成新得杂化轨道过程。2、理论要点:成键原子中几个能量相近得轨道杂化成新得杂化轨道;参加杂化得原子轨道数 = 杂化后得杂化轨道数。总能量不变;杂化时轨道上得成对电子被激发到空轨道上成为单电子,需要得能量可以由成键时释放得能量补偿。3、杂化轨道得种类(1)按参加杂化得轨道分类sp 型:sp 杂化、sp杂化与sp杂化spd型:spd杂化、 spd杂化(2)按杂化轨道能量就是否一致分类等性杂化, 如C 得sp杂化:4 个sp杂化轨道能量一致。 形成3个能量相等得sp杂化轨道,属于等性杂化。判断就是否就是等性杂化,要瞧各条杂化轨道得能量就是否相等,不瞧未参加杂化得轨道得能量。 4、各种杂化轨道在空间得几何分布 杂化类型 sp3 sp2 sp sp3d或dsp3 sp3d2或d2sp3 立体构型 正四面体 正三角形 直线形 三角双锥体 正八面体杂化轨道成键时,要满足化学键间最小排斥原理,键与键间排斥力大小决定于键得方向,即决定于杂化轨道间得夹角。由于键角越大化学键之间得排斥力越小,对sp杂化来说,当键角为180°时,其排斥力最小,所以sp杂化轨道成键时分子呈直线形;对sp2杂化来说,当键角为120°时,其排斥力最小,所以sp2杂化轨道成键时,分子呈平面三角形。由于杂化轨道类型不同,杂化轨道夹角也不相同,其成键时键角也就不相同,故杂化轨道得类型与分子得空间构型有关。5、用杂化轨道理论解释构型(1)sp 杂化BeCl2分子,直线形,用杂化轨道理论分析其成键情况,说明直线形得原因。 Be:1s22s22p0 sp 杂化:2 条sp杂化轨道就是直线形分布,分别与 2 个 Cl 得3p轨道成键,故分子为直线形。sp杂化,sp-1s,sp-sp均为键。C中未杂化得p与另一C中未杂化得p沿纸面方向形成键;而p 与p沿与纸面垂直得方向形成键。二氧化碳,直线形,C发生sp杂化,C 与 O 之间 sp-2px 两个键,所以,OCO 成直线形。 C中未杂化得py与两侧 O 得两个py沿纸面方向成大键,C 中未杂化得pz与两侧 O 得pz沿垂直于纸面得方向成键,故 CO2 中,C、O之间有离域键(两个大键)。 (2)sp2杂化BCl3 平面三角形构型,B得 3个sp2杂化轨道呈三角形分布,分别与 3个Cl 得 3p成键,分子构型为三角形。属于sp2杂化。乙烯 C发生sp2杂化,sp2杂化轨道与sp2杂化轨道形成1个CC 键,sp2杂化轨道与H得1s轨道形成4个CH 键;未杂化得p轨道之间形成键,故分子中有碳碳双键存在。 (3)sp3杂化 甲烷 C发生sp3杂化,4个轨道呈正四面体分布,4个sp3杂化轨道分别与4个H得1s轨道形成键,因没有未杂化得电子(轨道),故CH4分子中无双键。(4)不等性杂化H2O O发生sp3不等性杂化:两个含单电子得sp3杂化轨道与2个H得1s轨道形成键,含孤电子对得两个sp3杂化轨道不成键,故水呈V形结构。水分子中得OH键得夹角本应为109°28,但由于孤电子对得斥力,键角变小,为104°45。NH3 N发生sp3不等性杂化:单电子占据得sp3杂化轨道分别与 H 得1s成键,孤对电子占据得sp3单独占据四面体得一个顶角。由于孤对电子得影响,HNH键得键角小于109°28,为107°18。在等性杂化中由分子构型(与电子对构型一致)可以直接瞧出杂化方式。但在不等性杂化中,分子结构当然与杂化方式有关,但要知道孤电子对数,方可确定分子构型。关键就是电子对构型可以直接标志杂化方式,故电子对构型非常重要。不等性杂化与配体数小于对数就是对应得。有未参加杂化得电子,一般形成键或大键。四、等电子原理经验总结早在1919年,人们在研究一些双原子分子时,发现结构相同得分子具有许多相似得物理性质,如CO与N2分子具有14个电子(10个价电子),它们得物理性质比较见下表:CO与N2得物理性质相对分子质量熔点/沸点/T/ P/1、01×10PaV/mL·mol1/g·L1CO28199191、514034、5931、250N228209、0195、846、833、5901、251根据等电子原理,我们可以根据已知一些分子结构推测出另一些与它等电子得分子空间构型类型 实例二原子10电子 N2 CO NO+ C22 CN二原子11电子 NO O2+三原子16电子 CO2 CS2 N2O NCO NO2+ N3 CN22 SCN-三原子18电子 O3 SO2 NOCl四原子24电子 NO3 CO32 SO3五原子32电子 CCl4 SiF4 SO42 PO43七原子48电子 SF6 PF6 SiF62