化学竞赛分子结构精选PPT.ppt

《化学竞赛分子结构精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学竞赛分子结构精选PPT.ppt（77页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、关于化学竞赛分子结构第1页，讲稿共77张，创作于星期日分子结构分子结构路易斯结构式路易斯结构式杂化轨道理论及构型杂化轨道理论及构型价层电子对互斥与构型价层电子对互斥与构型分子的极性分子的极性共价键参数共价键参数第2页，讲稿共77张，创作于星期日 美国化学家路易斯美国化学家路易斯(G N Lewis)(G N Lewis)在在19161916年提出了共价键年提出了共价键(covalent bond)(covalent bond)的电子理的电子理论：论：认为分子中的原子都有形成稀有气体认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势（八隅律），求得本身的电子结构的趋势（八隅律），求得本身的稳定。而达

2、到这种结构，并非通过电子转稳定。而达到这种结构，并非通过电子转移形成离子键来完成，而是通过共用电子移形成离子键来完成，而是通过共用电子对来实现。对来实现。例如例如:H2通过共用一对电子，每个通过共用一对电子，每个H均成均成为为 He 的电子构型，形成共价键。的电子构型，形成共价键。第3页，讲稿共77张，创作于星期日Lewis1875年年10月月25日日路路易易斯斯出出生生于于美美国国麻麻萨萨诸诸塞塞州州的的西西牛牛顿顿市市。他他从从小小聪聪明明过过人人，在在三三岁岁时时，父父母母就就开开始始在在家家里里让让他他接接受受教教育育。1893年年进进入入著著名名的的哈哈佛佛大大学学学学习习，1896

3、年年获获理理学学士士学学位位，以以后后在在TW理理查查兹兹指指导导下下继继续续研研究究化化学学，于于1899年年24岁时获哲学博士学位。岁时获哲学博士学位。第4页，讲稿共77张，创作于星期日一、路易斯结构式一、路易斯结构式:分子中还存在未用于形成共价键的非键合电子，又称孤对分子中还存在未用于形成共价键的非键合电子，又称孤对电子。电子。添加了孤对电子添加了孤对电子的结构式叫路易斯结构式。如：的结构式叫路易斯结构式。如：H H 或或 HH NN C2H2（HCCH）有些分子可以写出几个式子（都满足有些分子可以写出几个式子（都满足8电子结构），如电子结构），如HOCN，可以写出如下三个式子：可以写出

4、如下三个式子：第5页，讲稿共77张，创作于星期日哪一个更合理？可根据结构式中哪一个更合理？可根据结构式中各原子各原子的的“形式电荷形式电荷”进行判断：进行判断：q=n vn Ln b式中，式中，n v为价电子数为价电子数 n L为孤电子数为孤电子数 n b为成键电子数。为成键电子数。判断原则：判断原则：越接近于零，越稳定。越接近于零，越稳定。所以，稳定性所以，稳定性。第6页，讲稿共77张，创作于星期日练习练习1、写出下列几种物质的、写出下列几种物质的Lewis结构：结构：（1 1）POClPOCl3 3 （2）H2O2（火箭燃料）（火箭燃料）（3）HClO（漂白剂）（漂白剂）（4）C2H6Si

5、Cl2（二甲基二氯硅烷，（二甲基二氯硅烷，硅橡胶的原料）硅橡胶的原料）第7页，讲稿共77张，创作于星期日 Lewis的贡献在于提出了一种不同于离的贡献在于提出了一种不同于离子键的新的键型，解释了子键的新的键型，解释了 X 比较小的元素比较小的元素之间原子的成键事实。但之间原子的成键事实。但Lewis没有说明这没有说明这种键的实质，适应性不强。在解释种键的实质，适应性不强。在解释BCl3,PCl5 等未达到稀有气体结构的分子时，遇等未达到稀有气体结构的分子时，遇到困难。到困难。第8页，讲稿共77张，创作于星期日 1927年英国物理学家海特勒年英国物理学家海特勒(W Heitler)和德和德国物理

6、学家伦敦国物理学家伦敦(F London)成功地成功地用量子力学用量子力学处理处理H2分子的结构分子的结构。二、价键理论二、价键理论第9页，讲稿共77张，创作于星期日氢分子的形成氢分子的形成 当当具具有有自自旋旋状状态态反反平平行行的的未未成成对对电电子子的的两两个个氢氢原原子子相相互互靠靠近近时时，它它们们之之间间产产生生了了强强烈烈的的吸吸引引作作用用，形形成成了了共共价价键键,从从而而形形成成了了稳稳定定的的氢氢分子。分子。第10页，讲稿共77张，创作于星期日量子力学从理论上解释了共价键形成原因：量子力学从理论上解释了共价键形成原因：当核外电子自旋平行的两个氢原子靠近时，两核当核外电子自

7、旋平行的两个氢原子靠近时，两核间电子云密度小，系统能量间电子云密度小，系统能量E E 始终高于两个孤立氢始终高于两个孤立氢原子的能量之和原子的能量之和E Ea a+E Eb b，称为称为推斥态推斥态，不能形成，不能形成H H2 2分子。分子。若电子自旋反平行的两个氢原子靠近时，两核间若电子自旋反平行的两个氢原子靠近时，两核间的电子云密度大，系统的能量的电子云密度大，系统的能量E E 逐渐降低，并低于逐渐降低，并低于两个孤立氢原子的能量之和，称为两个孤立氢原子的能量之和，称为吸引态吸引态。当两个氢原子的核间距当两个氢原子的核间距L L=74 pm74 pm时，其能量达到时，其能量达到最最低低点点

8、，E Es s=436 436 kJkJ molmol 1 1，两两个个氢氢原原子子之之间间形形成成了了稳稳定定的共价键，形成了氢分子。的共价键，形成了氢分子。第11页，讲稿共77张，创作于星期日自旋方向相同自旋方向相同 自旋方向相反自旋方向相反第12页，讲稿共77张，创作于星期日量子力学对氢分子结构的处理阐明了量子力学对氢分子结构的处理阐明了共价键的共价键的本质是电性的本质是电性的。由于两个氢原子的由于两个氢原子的1s原子轨道互相叠加，两个原子轨道互相叠加，两个 1s 都都是正值，叠加后使核间的电子云密度加大，这叫是正值，叠加后使核间的电子云密度加大，这叫做原子轨道的重叠，在两个原子之间出现

9、了一个做原子轨道的重叠，在两个原子之间出现了一个电子云密度较大的区域。电子云密度较大的区域。一方面降低了两核间的正电排斥，另一方面又增一方面降低了两核间的正电排斥，另一方面又增强了两核对电子云密度大的区域的吸引，这都有强了两核对电子云密度大的区域的吸引，这都有利于体系势能的降低，有利于形成稳定的化学键。利于体系势能的降低，有利于形成稳定的化学键。第13页，讲稿共77张，创作于星期日 1931年美国化学家鲍林和斯莱特将其处理年美国化学家鲍林和斯莱特将其处理H2分子的方法推广应用于其他分子系统而分子的方法推广应用于其他分子系统而发展成为价键理论发展成为价键理论(valence bond theor

10、y)，简称简称VB法法或或电子配对法电子配对法。第14页，讲稿共77张，创作于星期日鲍林鲍林 Linus Pouling 美国化学家。美国化学家。19011901年年2 2月月2828日出生于日出生于一个药剂师家中。自幼对父亲在药一个药剂师家中。自幼对父亲在药房配药发生兴趣。在中学时代他就房配药发生兴趣。在中学时代他就喜欢做化学实验。由于化学成绩优喜欢做化学实验。由于化学成绩优秀，老师破格让他做高一级的化学秀，老师破格让他做高一级的化学实验并参加老师的研究工作。实验并参加老师的研究工作。19221922年毕业于俄勒冈州立大学化工系，年毕业于俄勒冈州立大学化工系，加州理工学院攻读化学。加州理工学

11、院攻读化学。19251925年获年获博士位，曾到欧洲各国作访问学者。博士位，曾到欧洲各国作访问学者。19271927年回到加州大学理工学院，年回到加州大学理工学院，19311931年升任教授。年升任教授。19691969年任斯坦福年任斯坦福大学化学教授一职直到退休。大学化学教授一职直到退休。19741974年任该校荣誉教授。年任该校荣誉教授。第15页，讲稿共77张，创作于星期日2、VB法基本要点法基本要点*自自旋旋相相反反的的未未成成对对电电子子相相互互配配对对时时，因因其其波波函函数数符符号号相相同同，此时系统的能量最低，可以形成稳定的共价键。此时系统的能量最低，可以形成稳定的共价键。*若若

12、AB两两原原子子各各有有一一未未成成对对电电子子且且自自旋旋反反平平行行，则则互互相相配配对对构构成成共共价价单单键键，如如HH单单键键。如如果果A、B两两原原子子各各有有两两个个或或三三个个未未成成对对电电子子，则则在在两两个个原原子子间间可可以以形形成成共共价价双双键键或或共共价价三三键键。如如NN分分子子以以三三键键结结合合，因因为为每每个个N原子有原子有3个未成对的个未成对的2p电子。电子。*若若原原子子A有有能能量量合合适适的的空空轨轨道道，原原子子B有有孤孤电电子子对对，原原子子B的的孤孤电电子子对对所所占占据据的的原原子子轨轨道道和和原原子子A的的空空轨轨道道能能有有效效地地重重

13、叠叠，则则原原子子B的的孤孤电电子子对对可可以以与与原原子子A共共享享，这这样样形形成成的的共共价键称为价键称为共价配键共价配键，以符号，以符号AB表示。表示。第16页，讲稿共77张，创作于星期日1、共价键的形成、共价键的形成 A、B 两原子各有一个成单电子，当两原子各有一个成单电子，当 A、B 相互接近时，两电子以自旋相反的方式相互接近时，两电子以自旋相反的方式结成电子对，即两个电子所在的原子轨道结成电子对，即两个电子所在的原子轨道能相互重叠，则体系能量降低，形成化学能相互重叠，则体系能量降低，形成化学键，亦即一对电子则形成一个共价键。键，亦即一对电子则形成一个共价键。形成的共价键越多，则体

14、系能量越低，形形成的共价键越多，则体系能量越低，形成的分子越稳定。因此，各原子中的未成成的分子越稳定。因此，各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键。对电子尽可能多地形成共价键。第17页，讲稿共77张，创作于星期日例如：例如：H2 中，可形成一个共价键；中，可形成一个共价键；HCl 分分子中，也形成一个共价键。子中，也形成一个共价键。N2 分子怎样呢分子怎样呢?已知已知N 原子的电子结构为：原子的电子结构为：2s22p3 每个每个N原子有三个单电子，所以形成原子有三个单电子，所以形成 N2 分子时，分子时，N 与与N 原子之间可形成三个共价键。原子之间可形成三个共价键。第18页，讲稿共77张，

15、创作于星期日 形成形成CO分子时，与分子时，与 N2 相仿，同样用了三对电子，相仿，同样用了三对电子，形成三个共价键。不同之处是，其中一对电子在形成形成三个共价键。不同之处是，其中一对电子在形成共价键时具有特殊性。即共价键时具有特殊性。即C 和和 O各出一个各出一个 2p 轨道重轨道重叠，而其中的电子是由叠，而其中的电子是由O单独提供的。这样的共价键单独提供的。这样的共价键称为共价配位键。于是，称为共价配位键。于是，CO 可表示成：可表示成：配位键形成条件：一种原子中有孤对电子，而另配位键形成条件：一种原子中有孤对电子，而另一原子中有可与孤对电子所在轨道相互重叠的空轨一原子中有可与孤对电子所在

16、轨道相互重叠的空轨道。在配位化合物中，经常见到配位键。道。在配位化合物中，经常见到配位键。:C O:第19页，讲稿共77张，创作于星期日2 2、共价键的特征、共价键的特征1.有饱和性有饱和性未成对电子决定未成对电子决定2.有方向性有方向性电子云重叠最大的方电子云重叠最大的方向即共价键的方向。向即共价键的方向。第20页，讲稿共77张，创作于星期日 饱和性饱和性 共共价价键键的的饱饱和和性性是是指指每每个个原原子子的的成成键键总总数数或或以以单单键键相相连连的的原原子子数数目目是是一一定定的的。因因为为共共价价键键的的本本质质是是原原子子轨轨道道的的重重叠叠和和共共用用电电子子对对的的形形成成，而

17、而每每个个原原子子的的未未成成对对电电子子数数是是一定的，所以形成共用电子对的数目也就一定。一定的，所以形成共用电子对的数目也就一定。例如例如:两两个个H原原子子的的未未成成对对电电子子配配对对形形成成H2分分子子后后，如如有有第第三三个个H原子接近该原子接近该H2分子，则不能形成分子，则不能形成H3分子。分子。第21页，讲稿共77张，创作于星期日方向性方向性 根根据据最最大大重重叠叠原原理理，在在形形成成共共价价键键时时，原原子子间间总总是是尽尽可可能能的的沿沿着着原原子子轨轨道道最最大大重重叠叠的的方方向向成成键键。成成键键电电子子的的原原子子轨轨道道重重叠叠程程度度愈愈高高，电电子子在在

18、两两核核间间出出现现的的概概率率密密度也愈大，形成的共价键就越稳固。度也愈大，形成的共价键就越稳固。第22页，讲稿共77张，创作于星期日共价键有两种共价键有两种键和键和键，按对称性匹配原则键，按对称性匹配原则处理。处理。3、共价键的类型、共价键的类型第23页，讲稿共77张，创作于星期日1)头碰头键 肩并肩键2)键的重叠程度不及键，键能较小，键的活泼性较大。3)所有共价单键均为键，共价双键中有一个键和一个键。4)普通键和键为定域键，多个原子间构成的大键为离域键。3、共价键的类型、共价键的类型第24页，讲稿共77张，创作于星期日1 1、形成条件、形成条件 原原子子必必须须在在同同一一平平面面上上，

19、每每个个原原子子可可提提供供一一个个P P轨轨道并且相互平行。道并且相互平行。PP电子数目小于电子数目小于P P轨道数目的二倍。轨道数目的二倍。2 2、类型、类型 离离域域键键可可用用符符号号 表表示示，其其中中n n表表示示相相互互平平行行的的P P轨轨道道数数目目，m m表表示示离离域域键键中中电电子子的的数数目目，根根据据n n和和m m的大小关系，离域的大小关系，离域键可分为三种类型。键可分为三种类型。形成离域形成离域键的条件与类型键的条件与类型第25页，讲稿共77张，创作于星期日正正常常离离域域键键，m m=n n，即即参参加加共共轭轭的的P P轨轨道道数目与数目与P P电子数相等。

20、电子数相等。多多电电子子离离域域键键，mn，P电电子子数数大大于于P轨轨道道数数（但但小小于于2倍倍P轨道数）轨道数）双双键键邻邻接接带带有有孤孤对对电电子子的的O，N，P，Cl，S等等原原子子时时，常形成多电子离域大常形成多电子离域大键。键。缺电子离域缺电子离域键，键，mn，P电子数小于电子数小于P轨道数。轨道数。第26页，讲稿共77张，创作于星期日化合物分子中的离域化合物分子中的离域键键（1）苯）苯C6H6分子中，每个分子中，每个C原子均采用原子均采用sp2杂化，杂化，在生成的在生成的3个个sp2杂化轨道中，杂化轨道中，2个与相邻的个与相邻的C原子原子形成形成sp2-sp2 CC键，生成键

21、，生成C的六元环，还有的六元环，还有1个个sp2杂化轨道与杂化轨道与H原子的原子的s轨道生成轨道生成sp2s CH 键，键，C、H原子都在同一平面上，每个原子都在同一平面上，每个C原子上未杂化的原子上未杂化的p轨道与分子平面垂直相互重叠，形成一个大轨道与分子平面垂直相互重叠，形成一个大 键，键，记作记作 。第27页，讲稿共77张，创作于星期日（2）在）在CO3 2-离子中，中心离子中，中心C原子用原子用sp2杂杂化轨道与化轨道与3个个O原子结合，四个原子在同一原子结合，四个原子在同一平面上，平面上，C的另一个的另一个p轨道与分子平面垂直，轨道与分子平面垂直，其余三个其余三个O原子也各有一个与分

22、子平面垂直原子也各有一个与分子平面垂直的的p轨道，这四个互相平行的轨道，这四个互相平行的p轨道上共有轨道上共有四个四个p电子，再加上电子，再加上CO3 2-离子中的两个离离子中的两个离子电荷共有子电荷共有6个电子，生成的大个电子，生成的大键记为键记为46。第28页，讲稿共77张，创作于星期日键电子数的判断计算大计算大键里的电子数的方法是：键里的电子数的方法是：(1)确定分子中总价电子数；确定分子中总价电子数；(2)画出分子中的画出分子中的键以及键以及不与不与键键p轨道平行的孤对电子轨道；轨道平行的孤对电子轨道；(3)总电子数减总电子数减去这些去这些键电子和孤对电子，剩余的就是填入大键电子和孤对

23、电子，剩余的就是填入大键键的电子。以碳酸根为例，由价电子对互斥理论，是平的电子。以碳酸根为例，由价电子对互斥理论，是平面三角形，中心面三角形，中心C有三个有三个键，为键，为SP2杂化形式，还有杂化形式，还有一个垂直分子平面的一个垂直分子平面的P轨道，端位的轨道，端位的3个氧原子也各有一个个氧原子也各有一个垂直于分子平面的垂直于分子平面的P轨道，总的价电子数为轨道，总的价电子数为24，因此，因此4个个平行平行P轨道共有轨道共有246346个电子，所以碳酸根离子个电子，所以碳酸根离子为为4中心中心6电子的大电子的大键键。每个原子把成键电子去掉剩下的贡献到离域键里，最每个原子把成键电子去掉剩下的贡献

24、到离域键里，最多多2个个 第29页，讲稿共77张，创作于星期日想一想：想一想：第30页，讲稿共77张，创作于星期日练一练练一练N2O4存在着存在着()A、一个、一个 B、二个、二个C、一个、一个 D、二个、二个 ClO2分子中含分子中含35，NO3-、SO3、BF3中都含中都含46。还有一些化合物分子中存在多个大还有一些化合物分子中存在多个大键，如键，如BeCl2和和CO2中都含二个中都含二个34，乙硼烷，乙硼烷B2H6分子中含二个分子中含二个32。第31页，讲稿共77张，创作于星期日（1）键能）键能AB(g)=A(g)+B(g)H=EAB=DAB 对于双原子分子，解离能对于双原子分子，解离能

25、DAB等于键能等于键能EAB，但对于，但对于多原子分子，则要注意解离能与键能的区别与联系，多原子分子，则要注意解离能与键能的区别与联系，如如NH3：NH3(g)=H(g)+NH2(g)D1=435.1 kJmol-1NH2(g)=H(g)+NH(g)D2=397.5 kJmol-1NH(g)=H(g)+N(g)D3=338.9 kJmol-1三个三个D值不同，而且：值不同，而且：E=（D1+D2+D3）/3=390.5 kJmol-1。另外，。另外，E可以表示键的强度，可以表示键的强度，E越大，则键越大，则键越强。越强。4、共价键的键参数第32页，讲稿共77张，创作于星期日（2 2）键长键长

26、键键长长(bond length)两两原原子子间间形形成成稳稳定定的的共共价价键键时时所所保保持持着着一一定定的的平平衡衡距距离离，符符号号l，单位单位m或或pm。在在不不同同分分子子中中，两两原原子子间间形形成成相相同同类类型型的的化化学学键键时时，键键长长相相近近，它它们们的的平平均均值值，即即为为共共价价键键长数据。键键长数据。键键长长数数据据越越大大，表表明明两两原原子子间间的的平平衡衡距距离离越越远远，原原子子间间相相互互结结合合的的能能力力越越弱弱。如如HF，HCl，HBr，HI 的的键键长长依依次次增增长长，键键的强度依次减弱，热稳定性逐个下降的强度依次减弱，热稳定性逐个下降第3

27、3页，讲稿共77张，创作于星期日某些键能和键长的数据(298.15K)第34页，讲稿共77张，创作于星期日（3 3）键角键角键键角角（bond angle）:分分子子中中相相邻邻的的共共价价键键之之间间的的夹夹角角称称为键角。为键角。知知道道了了某某分分子子内内全全部部化化学学键键的的键键长长和和键键角角的的数数据据，便可确定这些分子的几何构型便可确定这些分子的几何构型。一些分子的化学键的键长、键角和几何构型一些分子的化学键的键长、键角和几何构型分子分子键长键长l/pm 键角键角 分子构型分子构型NO2 120 134V型型(或角型或角型)CO2 116.2 180 直线型直线型NH3 100

28、.8 107.3 三角锥型三角锥型CCl4 177 109.5 正四面体型正四面体型第35页，讲稿共77张，创作于星期日三、三、杂化轨道理论杂化轨道理论根根据据价价键键理理论论，共共价价键键是是成成键键原原子子通通过过电电子子配配对对形形成成的的。例例如如H H2 2O O分分子子的的空空间间构构型型，根根据据价价键键理理论论两两个个HOHO键键的的夹夹角角应应该该是是90,90,但但实实测测结结果果是是104.5104.5。又又如如C C原原子子，其其价价电电子子构构型型为为2s2s2 22p2p2 2，按按电电子子配配对对法法，只只能能形形成成两两个个共共价价键键，且且键键角角应应为为90

29、90，显显然然，与与实实验事实不符。验事实不符。鲍鲍林林（L.PaulingL.Pauling）和和斯斯莱莱特特(J.C.Slater)(J.C.Slater)于于19311931年年提出了杂化轨道理论。提出了杂化轨道理论。第36页，讲稿共77张，创作于星期日1 1）杂化轨道理论要点杂化轨道理论要点*在在原原子子间间相相互互作作用用形形成成分分子子的的过过程程中中，同同一一原原子子中中能能量量相相近近的的不不同同类类型型的的原原子子轨轨道道(即即波波函函数数)可可以以相相互互叠叠加加，重重新新组组成成同同等等数数目目、能能量量完完全全相相等等且且成成键键能能力力更更强强的的新新的的原原子子轨轨

30、道道，这这些些新新的的原原子子轨轨道道称称为为杂杂化化轨轨道道(hybrid(hybrid orbital)orbital)。杂杂化化轨轨道道的的形形成成过过程程称称为为杂杂化化(hybridization)(hybridization)。*定定义义同同一一原原子子中中能能量量相相近近的的原原子子轨轨道道组组合合成成新新的的轨道的过程。轨道的过程。第37页，讲稿共77张，创作于星期日杂杂化化轨轨道道在在某某些些方方向向上上的的角角度度分分布布更更集集中中，因因而而杂杂化化轨轨道道比比未未杂杂化化的的原原子子轨轨道道成成键键能能力力强强，使使形形成成的的共共价价键键更更加稳定。加稳定。不不同同类

31、类型型的的杂杂化化轨轨道道有有不不同同的的空空间间取取向向，从从而而决决定定了了共价型多原子分子或离子的不同的空间构型。共价型多原子分子或离子的不同的空间构型。没有参与杂化的轨道仍保持原有的形状。没有参与杂化的轨道仍保持原有的形状。第38页，讲稿共77张，创作于星期日2 2）杂化轨道的种类）杂化轨道的种类 （1）按参加杂化的轨道分类）按参加杂化的轨道分类sp 型：型：sp3 杂化、杂化、sp2杂化和杂化和sp杂化杂化spd型：型：sp3d杂化、杂化、sp3d2杂化杂化（2）按杂化轨道能量是否一致分类）按杂化轨道能量是否一致分类等性杂化，等性杂化，不等性杂化。不等性杂化。第39页，讲稿共77张，

32、创作于星期日杂化轨道的类型杂化轨道的类型（1 1）spsp杂化杂化 由由同同一一原原子子的的一一个个n ns s轨轨道道和和一一个个n np p轨轨道道线线性性组组合合得得到到的的两两个个杂化轨道称为杂化轨道称为spsp杂化轨道。杂化轨道。每每个个杂杂化化轨轨道道都都包包含含着着1/21/2的的s s成成分分和和1/21/2的的p p成成分分，两两个个杂杂化轨道的夹角为化轨道的夹角为180 180 。例例如如，实实验验测测得得BeClBeCl2 2是是直直线线型型共共价价分分子子，BeBe原原子子位位于于分分子子的的中中心心位位置置，可可见见BeBe原原子子应应以以两两个个能能量量相相等等成成

33、键键方方向向相相反反的的轨轨道道与与ClCl原原子子成成键键，这这两两个个轨轨道道就就是是spsp杂杂化化轨轨道。道。第40页，讲稿共77张，创作于星期日（2 2）spsp2 2杂化杂化spsp2 2杂杂化化是是一一个个n ns s原原子子轨轨道道与与两两个个n np p原原子子轨轨道道的的杂杂化化，每每个个杂杂化化轨轨道道都都含含1/31/3的的s s成成分分和和2/32/3的的p p成成分分，轨轨道道夹夹角角为为120120，轨轨道道的的伸伸展展方方向向指指向向平平面面三三角角形形的三个顶点。的三个顶点。BFBF3 3为为典典型型例例子子。硼硼原原子子的的电电子子层层结结构构为为1s1s2

34、 22s2s2 22p2p1 1，为为了了形形成成3 3个个 键键，硼硼的的1 1个个2s2s电电子子要要先先激激发发到到2p2p的的空轨道上去，然后经空轨道上去，然后经spsp2 2杂化形成三个杂化形成三个spsp2 2杂化轨道。杂化轨道。第41页，讲稿共77张，创作于星期日第42页，讲稿共77张，创作于星期日（3 3）spsp3 3杂化杂化spsp3 3杂杂化化是是由由一一个个n ns s原原子子轨轨道道和和三三个个n np p原原子子轨轨道道参参与与杂杂化化的的过过程程。CHCH4 4中中碳碳原原子子的的杂杂化化就就属属此种杂化。此种杂化。碳碳原原子子：2s2s2 22p2p2 2，碳碳

35、原原子子也也经经历历激激发发、杂杂化化过过程程，形形成成了了4 4个个spsp3 3杂杂化化轨轨道道：每每一一个个spsp3 3杂杂化化轨轨道道都都含含有有1/41/4的的s s成成分分和和3/43/4的的p p成成分分，轨轨道道之间的夹角为之间的夹角为109.5109.5。第43页，讲稿共77张，创作于星期日第44页，讲稿共77张，创作于星期日C C原子不同杂化轨道的特点：原子不同杂化轨道的特点：1.1.所用所用p轨道数目不同：轨道数目不同：1)1)（1 1）S Sp 3 3杂化动用了杂化动用了3 3个个p轨道，甲烷的四个键完全相同，轨道，甲烷的四个键完全相同，均为均为键。键。2)2)（2

36、2）S Sp 2 2杂化的用了杂化的用了2 2个个p轨道，轨道，形成形成键，另一个键，另一个以原来的以原来的p轨道与另一个轨道与另一个C C原子的相同原子的相同p轨道交叠，形成轨道交叠，形成一个一个键。键。1.1.（3 3）S Sp杂化的用了杂化的用了1 1个个P P轨道，另两个以原来的轨道，另两个以原来的p轨轨道与另一个道与另一个C C原子的相同原子的相同p轨道交叠形成两个相对较轨道交叠形成两个相对较弱的弱的键。键。第45页，讲稿共77张，创作于星期日2、立体结构不同、立体结构不同：1.（1）、）、Sp 3杂化的呈正四面体结构。杂化的呈正四面体结构。2.（2）、）、Sp 2杂化的呈平面型结构

37、。杂化的呈平面型结构。3.（3）、）、Sp杂化的呈线性结构。杂化的呈线性结构。4.电负性大小顺序为：电负性大小顺序为：第46页，讲稿共77张，创作于星期日3、键长键角不同键长键角不同不但单双键的键长不同，而且不但单双键的键长不同，而且C-H键长也不同。键长也不同。键角与杂化轨道形式直接相关。键角与杂化轨道形式直接相关。第47页，讲稿共77张，创作于星期日分子分子模型模型杂化杂化类型类型形状形状键角键角键长键长C-C(nm)乙烷乙烷SP3四面体四面体109o280.154乙烯乙烯SP2平面三平面三角形角形120o0.134乙炔乙炔SP线形线形180o0.121第48页，讲稿共77张，创作于星期日

38、问题问题1：指出分子中各个碳原子的杂化轨道类型：指出分子中各个碳原子的杂化轨道类型：Sp 2Sp 2Sp 3Sp第49页，讲稿共77张，创作于星期日（4 4）不等性杂化）不等性杂化 等性杂化等性杂化形成能量相等、空间分布对称的杂化轨形成能量相等、空间分布对称的杂化轨道的过程，相应的轨道为道的过程，相应的轨道为等性杂化轨道等性杂化轨道。参与杂化的每。参与杂化的每个原子轨道均有未成对的单电子的体系一般进行等性杂个原子轨道均有未成对的单电子的体系一般进行等性杂化。化。不等性杂化不等性杂化形成能量相等、空间分布不完全对称的形成能量相等、空间分布不完全对称的杂化轨道的过程，对应轨道为杂化轨道的过程，对应

39、轨道为不等性杂化轨道不等性杂化轨道。参与。参与杂化的原子轨道除有未成对的单电子原子轨道外还有成杂化的原子轨道除有未成对的单电子原子轨道外还有成对电子的原子轨道的体系进行不等性杂化。如对电子的原子轨道的体系进行不等性杂化。如N N，O O等原等原子等。子等。第50页，讲稿共77张，创作于星期日氮原子的价电子层结构为氮原子的价电子层结构为2s2s2 22p2p3 3，在形成，在形成NHNH3 3分子时，分子时，氮的氮的2s2s和和2p2p轨道首先进行轨道首先进行spsp3 3杂化。因为杂化。因为2s2s轨道上有一对轨道上有一对孤电子对孤电子对,由于含孤电子对的杂化轨道对成键轨道的斥力较由于含孤电子

40、对的杂化轨道对成键轨道的斥力较大，使成键轨道受到挤压，成键后键角小于大，使成键轨道受到挤压，成键后键角小于109.5109.5，分子，分子呈三角锥形。呈三角锥形。氨分子的空间结构图 第51页，讲稿共77张，创作于星期日水分子的空间结构图水分子的空间结构图第52页，讲稿共77张，创作于星期日3）各种杂化轨道在空间的几何分布 杂化类型杂化类型 sp3 sp2 sp立体构型立体构型 正四面体正四面体 正三角形正三角形 直线形直线形杂化类型杂化类型 sp3d或或dsp3 sp3d2或或d2sp3立体构型立体构型 三角双锥体三角双锥体 正八面体正八面体第53页，讲稿共77张，创作于星期日4）用杂化轨道理

41、论解释构型（1）sp 杂化杂化BeCl2分子，直线形，用杂化轨道理论分析分子，直线形，用杂化轨道理论分析其成键情况，说明直线形的原因。其成键情况，说明直线形的原因。Be：1s22s22p0 sp 杂化杂化:2 条条sp杂化轨道是直线形分布，分别与杂化轨道是直线形分布，分别与 2 个个 Cl 的的3p轨道成键，故分子为直线形。轨道成键，故分子为直线形。第54页，讲稿共77张，创作于星期日乙炔乙炔sp杂化，杂化，sp-1s，sp-sp均为均为键。键。C中中未杂化的未杂化的p与另一与另一C中未杂化的中未杂化的p沿纸面方向沿纸面方向形成形成键；而键；而p 与与p沿与纸面垂直的方向形沿与纸面垂直的方向形

42、成成键。键。第55页，讲稿共77张，创作于星期日二氧化碳，直线形，二氧化碳，直线形，C发生发生sp杂化，杂化，C 与与 O 之间之间 sp-2px 两个键，所以两个键，所以 成直线形。成直线形。C中未杂化的中未杂化的py与两侧与两侧 O 的两个的两个py沿纸面方沿纸面方向成大向成大键，键，C 中未杂化的中未杂化的pz与两侧与两侧 O 的的pz沿垂直于纸面的方向成沿垂直于纸面的方向成键，故键，故 CO2 中，中，C、O之间有离域之间有离域键（两个键（两个34大大键）。键）。第56页，讲稿共77张，创作于星期日（2）sp2杂化杂化BCl3 平面三角形构型，平面三角形构型，B的的 3 个个sp2杂化

43、轨道呈三角形杂化轨道呈三角形分布，分别与分布，分别与 3 个个 Cl 的的 3p 成成键，分子构型为三键，分子构型为三角形。属于角形。属于sp2杂化。杂化。第57页，讲稿共77张，创作于星期日乙烯乙烯 C发生发生sp2杂化，杂化，sp2杂化轨道与杂化轨道与sp2杂杂化轨道形成化轨道形成1个个CC 键，键，sp2杂化轨道与杂化轨道与H的的1s轨道形成轨道形成4个个CH 键；未杂化的键；未杂化的p轨轨道之间形成道之间形成键，故分子中有碳碳双键存在。键，故分子中有碳碳双键存在。第58页，讲稿共77张，创作于星期日（3）sp3杂化杂化甲烷甲烷 C发生发生sp3杂化，杂化，4个轨道呈正四面体个轨道呈正四

44、面体分布，分布，4个个sp3杂化轨道分别与杂化轨道分别与4个个H的的1s轨轨道形成道形成键，因没有未杂化的电子（轨道），键，因没有未杂化的电子（轨道），故故CH4分子中无双键。分子中无双键。第59页，讲稿共77张，创作于星期日（4）s-p-d 杂化PCl5 三角双锥，P：1s22s22p63s23p33d 0 5个个sp3d 杂化轨道呈三角双锥形分布，分别与杂化轨道呈三角双锥形分布，分别与 5 个个Cl 的的 3p成成键。空间图形为：键。空间图形为：第60页，讲稿共77张，创作于星期日（5）不等性杂化）不等性杂化H2O O发生发生sp3不等性杂化：不等性杂化：两个含单电子的两个含单电子的sp3

45、杂化轨道与杂化轨道与2个个H的的1s轨道形成轨道形成键，含孤电子对的两个键，含孤电子对的两个sp3杂化轨道不成键，故水呈杂化轨道不成键，故水呈V形结构。水分子中的形结构。水分子中的OH键的夹角本应为键的夹角本应为10928，但由于孤电子对的斥力，但由于孤电子对的斥力，键角变小，为键角变小，为10445。第61页，讲稿共77张，创作于星期日NH3 N发生发生sp3不等性杂化：不等性杂化：单电子占据的单电子占据的sp3杂化轨道分别与杂化轨道分别与 H 的的1s成成键，孤对电子占据的键，孤对电子占据的sp3单独占据四面体单独占据四面体的一个顶角。由于孤对电子的影响，的一个顶角。由于孤对电子的影响，H

46、NH键的键角小于键的键角小于10928，为，为10718。第62页，讲稿共77张，创作于星期日在等性杂化中由分子构型（与电子对构型在等性杂化中由分子构型（与电子对构型一致）可以直接看出杂化方式。但在不等一致）可以直接看出杂化方式。但在不等性杂化中，分子结构当然与杂化方式有关，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。但要知道孤电子对数，方可确定分子构型。关键是电子对构型可以直接标志杂化方式，关键是电子对构型可以直接标志杂化方式，故故电子对构型电子对构型非常重要。不等性杂化与配非常重要。不等性杂化与配体数小于对数是对应的。有未参加杂化的体数小于对数是对应的。有未

47、参加杂化的电子，一般形成电子，一般形成键或大键或大键。键。第63页，讲稿共77张，创作于星期日练习：练习：BF3的几何构型为平面正三角形，而的几何构型为平面正三角形，而NF3却是三却是三角锥形，试用杂化轨道理论加以说明。角锥形，试用杂化轨道理论加以说明。在在BF3中中B原子以三个原子以三个sp2杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个F原子的原子的2P轨道形成轨道形成3个个sp2 p键，键，B原子的三个原子的三个sp2杂化轨道是杂化轨道是等性杂化轨道，其空间构型为平面正三角形，所以等性杂化轨道，其空间构型为平面正三角形，所以BF3的几何构型亦为正三角形。的几何构型亦为正三角形。而在而在NF3中，中

48、，N原子形成原子形成4个个sp3杂化轨道，其中有一个杂杂化轨道，其中有一个杂化轨道已排布化轨道已排布2个电子（孤电子对），能量稍低，另外个电子（孤电子对），能量稍低，另外3个个杂化轨道仅排杂化轨道仅排1个电子，能量稍高。个电子，能量稍高。N原子用这三个能量相原子用这三个能量相等的、各排布有等的、各排布有1个电子的个电子的sp3杂化轨道分别与杂化轨道分别与3个个F原子原子的的2p轨道形成轨道形成3个个sp3 p键。由于孤电子对对成键电子键。由于孤电子对对成键电子对的排斥作用，致使对的排斥作用，致使sp3 p键间的夹角小于键间的夹角小于109 28（实（实为为102.5）NF3分子的几何构型为三角

49、锥形。分子的几何构型为三角锥形。第64页，讲稿共77张，创作于星期日四、价层电子对互斥理论四、价层电子对互斥理论(VSEPR理论理论)(Valence Shell Electron Pair Repulsion)预测简单无机小分子的空间构型的方法预测简单无机小分子的空间构型的方法 1.理论基本要点理论基本要点 1)1)在共价分子在共价分子(或离子或离子)中，中心原子价电子层中的电子对中，中心原子价电子层中的电子对(包括包括成键电子对和未成键的孤电子对成键电子对和未成键的孤电子对)倾向于尽可能地远离，以使彼倾向于尽可能地远离，以使彼此间相互排斥作用为最小。此间相互排斥作用为最小。第65页，讲稿共

50、77张，创作于星期日2)把分子中中心原子的价电子层视为一个球面。因而把分子中中心原子的价电子层视为一个球面。因而价电子层中的电子对按能量最低原理排布在球面，从价电子层中的电子对按能量最低原理排布在球面，从而决定分子的空间构型。而决定分子的空间构型。3)不同的电子对之间的斥力大小顺序为：不同的电子对之间的斥力大小顺序为：孤对电子对与孤对电子对间斥力孤对与键对间孤对电子对与孤对电子对间斥力孤对与键对间键对与键对间；键对与键对间；第66页，讲稿共77张，创作于星期日中心原子价电子对排布方式中心原子价电子对排布方式价电子对数价电子对数对数对数 2 3 4 5 6价电子对排布方式价电子对排布方式 直线形