《分子的立体构型》课件.ppt
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1、三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型)一、形形色色的分子一、形形色色的分子第二节第二节 分子的立体结构分子的立体结构四、配合物理论简介四、配合物理论简介目目 录录分子的立体结构多种多样分子的立体结构多种多样红外光谱仪:测分子立体结构红外光谱仪:测分子立体结构无孤对电子分子的立体结构无孤对电子分子的立体结构与与VSEPR模型模型相同相同有孤对电子有孤对电子分子的立体结构分子的立体结构为为VSEPR模型模型去掉孤对电子占去掉孤对电子占据位置后的据位置后的立体结构立体结构学学.科科.网网spsp3 3杂化杂化spsp2 2杂化杂
2、化spsp杂化杂化配位健配位健一种特殊的共价键一种特殊的共价键配位化合物,含配位键的复杂离子或分子配位化合物,含配位键的复杂离子或分子复盐、混盐、配合物盐复盐、混盐、配合物盐教学目标教学目标、认识共价分子的多样性和复杂性;、认识共价分子的多样性和复杂性;、初步认识价层电子对互斥模型;、初步认识价层电子对互斥模型;、能用、能用VSEPRVSEPR模型预测简单分子或离子的立体结构;模型预测简单分子或离子的立体结构;、培养学生严谨认真的科学态度和空间想象能力。、培养学生严谨认真的科学态度和空间想象能力。、认识杂化轨道理论的要点、认识杂化轨道理论的要点、进一步了解有机化合物中碳的成键特征、进一步了解有
3、机化合物中碳的成键特征、能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型、能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型、配位键、配位化合物的概念、配位键、配位化合物的概念、配位键、配位化合物的表示方法配位键、配位化合物的表示方法 1010、采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学、采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学 教学重点:教学重点: 分子的立体结构;利用价层电子对互斥模型预分子的立体结构;利用价层电子对互斥模型预测分子的立体结构;杂化轨道理论的要点;配测分子的立体结构;杂化轨道理论的要点;配位键、配位化合物的概念位键、配位化合物的概念 教学难点:教学难点: 分子的立体结构,杂化轨
4、道理论;配位键、配分子的立体结构,杂化轨道理论;配位键、配位化合物的概念位化合物的概念复习回顾复习回顾共价键共价键键键键键键参数键参数键能键能键长键长键角键角衡量共价键的稳定性衡量共价键的稳定性学学.科科.网网描述分子的立体结构的重要因素描述分子的立体结构的重要因素成键方式成键方式 “头碰头头碰头”, ,呈轴对称呈轴对称成键方式成键方式 “肩并肩肩并肩”, ,呈镜像对称呈镜像对称一、形形色色的分子一、形形色色的分子O2HClH2OCO2C2H2NH3CH2OP4一、形形色色的分子一、形形色色的分子CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH一、形形色色的分子一、形形色色的分子
5、C60C20C40C70一、形形色色的分子一、形形色色的分子 写出写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的电子等分子的电子式、结构式及分子的空间结构:式、结构式及分子的空间结构:O C O: : :H O H:H N H:H: H C H:O:H C H:HHO=C=OH-O-HH-N-H-HH-C-H=OH-C-H-HH无无有有有有无无无无直线形直线形V 形形三角三角锥锥 形形 平面平面三角形三角形正四正四面体面体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?测分子立体结构:测分子立体结构:红外光谱仪红外光谱仪吸收峰吸收峰分析。分析。分子中的原子不是固定
6、不动的,而是不断地振分子中的原子不是固定不动的,而是不断地振动着的。所谓分子立体结构其实只是分子中的原动着的。所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。当一束红外线透过分子处于平衡位置时的模型。当一束红外线透过分子时,分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率子时,分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线,再记录到图谱上呈现吸收峰。通相同的红外线,再记录到图谱上呈现吸收峰。通过计算机模拟,可以得知各吸收峰是由哪一个化过计算机模拟,可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的,综合这些信息,可学键、哪种振动方式引起的,综合这些信息,可分析出分子的立体结构。分析出分子的立
7、体结构。思考:思考: 同为三原子分子,同为三原子分子,CO2 和和 H2O 分子的分子的空间结构却不同,为什么?空间结构却不同,为什么?同为四原子分子,同为四原子分子,CH2O与与 NH3 分子的空间结分子的空间结构也不同,为什么?构也不同,为什么?二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型)价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论可判断可判断二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型)1 1、要点:、要点:对对ABn型的分子或离子,中心原子型的分子或离子,中心原子A价层电子对价层电子对(包括用于形成共价键的共用电(包括用于形成共价键的共用电子对
8、和没有成键的孤对电子)之间子对和没有成键的孤对电子)之间存在排斥力存在排斥力,将使分子中的原子处于将使分子中的原子处于尽可能远的相对位置尽可能远的相对位置上,上,以使彼此之间斥力最小,分子体系能量最低。以使彼此之间斥力最小,分子体系能量最低。预测分子结构的简单理论预测分子结构的简单理论对称分布对称分布( (原子的位置对称分布原子的位置对称分布) )VSEPR模型模型价层电子对数求算方法:价层电子对数求算方法:对于对于ABABn n分子,分子,成键电子对数成键电子对数=n=n孤对电子对数孤对电子对数= =(原子价电子数(原子价电子数离子电荷离子电荷数数 | |化合价化合价| |n n)价层电子对
9、数价层电子对数= =成键电子对数成键电子对数+ +孤对电子对数孤对电子对数( (双键、叁键均按单键计算双键、叁键均按单键计算) )二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型)价层电子对互斥理论时,首先价层电子对互斥理论时,首先求算价层电子对求算价层电子对数,数,确定确定VSEPR模型。模型。然后再根据中心原子上有然后再根据中心原子上有没有孤对电子,就可以没有孤对电子,就可以判断分子的空间构型判断分子的空间构型二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型)无孤对电子无孤对电子分子立体结构分子立体结构与与VSEPR模型相同模型相同有有孤对电子孤对电
10、子分子立体结构分子立体结构为为VSEPR模型略模型略去孤对电子占据位置后的立体结构去孤对电子占据位置后的立体结构2、价层电子对互斥模型把分子分成两类:、价层电子对互斥模型把分子分成两类:(1)中心原子上的价电子都用于成键中心原子上的价电子都用于成键( (无孤对电子无孤对电子) ) 在这类分子中,由于价层电子对之间的相互在这类分子中,由于价层电子对之间的相互排斥作用,它们趋向于尽可能的相互远离,成排斥作用,它们趋向于尽可能的相互远离,成键原子的几何构型总是采取电子对排斥最小的键原子的几何构型总是采取电子对排斥最小的那种结构。它们的立体结构可用中心原子周围那种结构。它们的立体结构可用中心原子周围的
11、原子数来预测。的原子数来预测。二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型)无孤对电子无孤对电子分子立体结构分子立体结构与与VSEPR模型相同模型相同直线形直线形平面三角形平面三角形正四面体正四面体 BeCl2BF3CH4、CCl4二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型)三角双锥三角双锥 正八面体正八面体 PCl5SF6二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型)(2 2)中心原子上有孤对电子的分子)中心原子上有孤对电子的分子 孤对电子也要占据中心原子周围孤对电子也要占据中心原子周围的空间,并参与互相排斥的空间,并
12、参与互相排斥二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型) 分子立体结构分子立体结构为为VSEPR模型略去模型略去孤对电子占据位置后的孤对电子占据位置后的立体结构立体结构V V型型三角三角锥形锥形V V型型PbCl2 NH3H2O略去略去1对孤对电子占据位置后的立体结构为对孤对电子占据位置后的立体结构为V型型略去略去1对孤对电子占据位置后的立体结构为三角锥对孤对电子占据位置后的立体结构为三角锥形形略去略去2对孤对电子占据位置后的立体结构对孤对电子占据位置后的立体结构V型型计算计算:CO2、SO2、SO3 、SO32-、 SO42-价层价层电子对数、成键电子对数、孤对电子
13、对数,电子对数、成键电子对数、孤对电子对数,并预测分子立体结构并预测分子立体结构二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型)详见表一详见表一220213330直线形直线形V V型型平面三平面三角形角形表一表一无孤对电子无孤对电子与与VSEPR模型相同模型相同为平面三角形为平面三角形无孤对电子无孤对电子与与VSEPR模型相同为模型相同为直线形直线形略去略去1对孤对电子占据位置后的立体结构为对孤对电子占据位置后的立体结构为V型型134440三角锥三角锥正四面体正四面体 表一表一无孤对电子无孤对电子与与VSEPR模型相同为模型相同为正四面体正四面体略去略去1对孤对电子占据位
14、置后的立体结构为三角锥对孤对电子占据位置后的立体结构为三角锥形形232 0 AB2直线形直线形HgCl23 0 AB32 1 AB2平面三角形平面三角形 BF3V形形SO2二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型)44 0 AB43 1 AB32 2 AB2正四面体正四面体 CH4三角锥形三角锥形 NH3形形H2O二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型)3I5三三角角双双锥锥50 AB54 1 AB43 2 AB32 3 AB2三角三角双锥双锥 变形四变形四面体面体T T形形直线直线形形仅作了解仅作了解PCl5SF4ClF34ICl6八
15、八面面体体60 AB651 AB542 AB4四方四方锥形锥形IF5平面平面正方正方形形仅作了解仅作了解SF6八八面面体体注:价层电子对互斥模型对少数化注:价层电子对互斥模型对少数化合物判断不准,不能适用于过渡金合物判断不准,不能适用于过渡金属化合物,除非金属具有全满、半属化合物,除非金属具有全满、半满或全空的满或全空的d d轨道轨道二、价层电子对互斥理论(二、价层电子对互斥理论(VSEPR模型)模型)C. .H. .H. .HH. . .N. . . .HHHC HHHHOHHCHHO= =N HHHC = =O= =O23423000O. .HH. . . .21HH. .C. . .O.
16、 . . .C. . . . .OO.代表物代表物思考并填写下列表格:思考并填写下列表格:电子式电子式结构式结构式中心原子结中心原子结合的原子数合的原子数中心原子中心原子孤孤对电子对电子对数对数CO2CH2OCH4H2ONH3VR模型模型立体结构立体结构应用反馈应用反馈:0120100022233444直线形直线形 V 形形V 型型平面三角形平面三角形三角锥形三角锥形四面体四面体正四面体正四面体正四面体正四面体PO4304正四面体正四面体思考与交流思考与交流:P381、下列物质中,分子的立体结构与水分子相、下列物质中,分子的立体结构与水分子相似的是似的是 ( )A、CO2 B、H2S C、PC
17、l3 D、SiCl4B2、下列分子的立体结构,其中属于直线型分子、下列分子的立体结构,其中属于直线型分子的是的是 ( )A、H2O B、CO2 C、C2H2 D、P4BC3 3、为了解释和预测分子的空间构型,科学家在归纳了、为了解释和预测分子的空间构型,科学家在归纳了许多已知的分子空间构型的基础上,提出了一种十分许多已知的分子空间构型的基础上,提出了一种十分简单的理论模型简单的理论模型价层电子对互斥模型。这种模型把价层电子对互斥模型。这种模型把分子分成两类:一类是分子分成两类:一类是 ;另一类是;另一类是是是 。BFBF3 3和和NFNF3 3都是四个原子的分都是四个原子的分 子,子,BFBF
18、3 3的的中心原子是中心原子是 ,NFNF3 3的中心原子是的中心原子是 ;BFBF3 3分子的立体构型是平面三角形,而分子的立体构型是平面三角形,而NFNF3 3分子的立体构分子的立体构型是三角锥形的原因是型是三角锥形的原因是 。 无孤对电子无孤对电子有孤对电子有孤对电子无孤对电子无孤对电子有孤对电子有孤对电子略去略去1对孤对电子占据位置对孤对电子占据位置后的立体结构为三角锥形后的立体结构为三角锥形 值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化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,合物分子的空间构形,却无法解释许多深层次的问题,如无法解释甲烷中四
19、个如无法解释甲烷中四个 C- -H的键长、键能相同及的键长、键能相同及H- -C- -H的键角为的键角为109 28。因为按照我们已经学过的价。因为按照我们已经学过的价键理论,甲烷的键理论,甲烷的4个个C- -H单键都应该是单键都应该是键,然而,碳键,然而,碳原子的原子的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原子轨道原子轨道重叠,不可能得到四面体构型的甲烷分子。重叠,不可能得到四面体构型的甲烷分子。三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介为了解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论,为
20、了解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论,2 2s s2 2p pC C的基态的基态2s2p激发态激发态正四面体形正四面体形sp3 杂化态杂化态CHHHH10928激发激发(1)(1)要点:要点:当碳原子与当碳原子与4 4个氢原子形成甲烷分子时,碳原个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的子的2s2s轨道和轨道和3 3个个2p2p轨道会发生轨道会发生混杂混杂,混杂混杂时保持轨道时保持轨道总数不变,得到总数不变,得到4 4个个能量相等、成分相同能量相等、成分相同的的spsp3 3杂化轨道,杂化轨道,夹角夹角109 109 28 28 ,表示这,表示这4 4个轨道是由个轨道是由1 1个个s s轨道和轨道和3
21、 3个个p p轨道杂化形成的如下图所示:轨道杂化形成的如下图所示:三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介 杂化:杂化:原子内部原子内部能量相近能量相近的原子轨道,在外界的原子轨道,在外界条件影响下重新组合的过程叫原子轨道的杂化条件影响下重新组合的过程叫原子轨道的杂化 杂化轨道:杂化轨道:原子轨道组合杂化后形成的一组新原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道轨道 杂化轨道类型:杂化轨道类型:spsp、spsp2 2、spsp3 3等等 杂化结果:重新分配能量和空间方向,组成数目杂化结果:重新分配能量和空间方向,组成数目相等成键能力更强的原子轨道相等成键能力更强
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