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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载选修三其次章第 2 节 分子的立体构型第 2 节 分子的立体构型一、常见分子的空间构型1.双原子分子都是直线形,如:HCl 、NO 、O2、N2 等;2.三原子分子有直线形,如 CO2、CS2等;仍有“V” 形,如 H 2O、 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 NH 3、 PH3 等;也有正四周体,如 P4;4.五原子分子有正四周体,如 CH 4、CCl4等,也有不规章四周体,如 CH3Cl 、CH2Cl 2、CHCl 3;另外乙烯分子和苯分子都是平面形分子
2、;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、理论模型包括成键电子对和孤电子对,由于相互排斥作用,而趋向尽可能彼此远离以减小分子中的价电子对斥力,分子尽可能实行对称的空间构型;2、用价层电子对互斥理论推断分子或离子的空间构型的一般步骤:1确定中心原子A 价层电子对数目0,如在CO 2法 1体会总结中心原子的价层电子对数=1 (中心离子价电子数 2+配对原子供应电子总数)对于 AB m 型分子 A 为中心原子, B 为配位原子 ,运算方法如下:n中心原子的价电子数每个配位原子供应的
3、价电子数m2留意:氧族元素的氧做中心时:价电子数为6, 如 H 2O,H2S;做配体时 :供应电子数为中;假如争论的是离子,就应加上或减去与离子电荷相应的电子数;如 PO3 4中 P 原子价层电子数5+(0 4) +3 = 8;NH 4中 N 原子的价层电子数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 1 7+ (5 1) = 6 对2N H 4 价层电子对数为 1 5+(4 1) 1 = 4 对23 1PO 4 价层电子对数为 5+ (0 4) +3 = 4 对2NO 2 价层电子对数为 15+0 = 2.5 3 对2法 2. 确定中心原子 A
4、价层电子对数目- 普遍规章正八面体(初步判定)正四周体正四周体 平面三角形中心原子 A 价层电子对数目 =成键电子对数 +孤对电子数 VP = BP + LP VP 是价层电子对,BP 是成键电子对(BOND ),LP 是孤对电子对(LONE PAIR )VP = BP + LP =与中心原子成键的原子数 +中心原子的孤对电子对数 LP =配位原子数 +LP 名师归纳总结 Lp = 1 中心原子价电子数配位原子未成对电子数之和 2 四方锥第 1 页,共 10 页IF 5Lp=175 1 = 1 构型由八面体2NH 4Lp =1(51)( 4 1) = 0 正四周体2PO3 4Lp =1(5+3
5、)( 4 2) = 0 正四周体2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载V 形-SO2Lp =1(6+2)( 4 2) = 0 正四周体42NO 2Lp =1 5( 2 2) = 211 构型由三角形2SO2 3Lp =1(6+2)( 3 2) = 1 构型由四周体三角锥2法 3:由 Lewis 结构式或结构式直接写出,双键、三键都是1 对电子-ClCl Cl+ClClCl5 PClCl4 PCl ClCl ClPClClClClPPClCl4 ClClClClClClCl ClClClVP: 4 6 2确定价层电子对的空间构型价层电子
6、对数目2 3 4 5 6 价层电子对构型直线形三角形四周体三角双锥八面体3分子空间构型确定 价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型,而分子的空间构型指的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,两者的构型一样;当中心原子有孤对电子时,两者的构型不一样;电子对数中心原子杂电子对的空成键电子孤电子电子对的分子的实 例目化类型间构型对数对 数排列方式空间构型2 sp 直 线2 0 直 线BeCl2 CO 2 3 2 sp三角形3 0 三角形BF3 SO3 2 1 V 形SnBr2PbCl2 4 3 sp四周体4 0 四周体CH 4 CCl 4 3 1 三角锥NH 3 P
7、Cl 3 2 2 V 形H2O3、理论要点:AD m 型分子的空间构型总是实行A 的价层电子对相互斥力最小的那种几何构型;分子构型与价层电子对数有关(包括成键电子对和孤电子对);分子中如有重键(双、叁键)均视为一个电子对;电子对的斥力次序:名师归纳总结 孤电子对孤电子对孤电子对键对键对键对第 2 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载由于三键、双键比单键包含的电子数多,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的定性说明 由于键合电子对受到左
8、右两端带正电原子核的吸引,孤对电子对较 “胖” ,占据较大的空间,而键合电子对较而孤对电子对只受到一端原子核吸引,相比之下,“ 瘦”,占据较小的空间;这样就说明了斥力大小的次序: 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、NH 3、H2O 中的键角 HAH 分别为 109.5 、 107.3 、104.5 ;类似地,重键较单键占据较大的空间,故有斥力大小的次序:单键 t-tt-dd-dd-ss-st- 叁键, d-双键, s-又如, SO2Cl 2 分子属 AX 4L0=AY 4,因 S=O 键是双键, S-Cl 键是单键,据次序有:OSO10928ClS
9、Cl OSCl109 28;此外,键的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:NH 3、PH3、AsH 3 分子中的键角 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 分子中的键角 AOA 依次为 104.5 、102;据此,可说明以下键角变化:NO 2 +、NO 2、NO 2-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 , 用以判定分子
10、的几何构型 . 分子 ABn 中, A 为中心 , B 为配体 , B 均与 A 有键联关系 . 本节争论的 AB n 型分子中 , A 为主族元素的原子 . 1. 理论要点 考虑分子构型时, 只考虑原子 A,B 的位置, 不考虑电子、AB n 型分子的几何构型取决于中心 A 的价层中电子 对电子等;以上三种情形中,孤对电子只有一种位置考虑;对的排斥作用 . 分子的构型总是实行电子对排斥力平稳的 孤对电子的位置如有两种或两种以上的位置可供考虑,就形式 . 要挑选斥力易于平稳位置,而斥力大小和两种因素有关:1 中心价层电子对总数和对数 a 角度小,电对距离近,斥力大;a 中心原子价层电子 总数等
11、于中心 A 的价电子数 s + p b 角度相同时, 孤对 孤对的斥力最大;由于负电集中,孤加上配体在成键过程中供应的电子数 , 如 CCl 4 4 + 14 对成键斥力次之,而 成键电对成键电对之间斥力最小,因= 8 有配体原子核去分散电对的负电性;于是,要防止的是斥力大b 氧族元素的氧族做中心时 : 价电子数为 6, 如 H 2O, 的情形在 90 的方向上;H 2S; 做配体时 : 供应电子数为 0, 如在 CO 2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5 2 电子对和电子对空间构型的关系电子对相互
12、排斥,在空间达到平稳取向. 90 的分布: 名师归纳总结 孤对孤对0 0 1 第 3 页,共 10 页孤对成键6 4 3 成键成键0 2 2 乙种稳固,称“ T” 字型- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载3 分子的几何构型与电子对构型的关系 例 1. 利用价层电子对互斥理论判定以下分子和离子的几何构如配体数和电子对数相一样,各电子对均为成键电对,型(总数、对数、电子对构型和分子构型 : 就分子构型和电子对构型一样;配体数不行能大于电子对 AlCl 3 H 2S SO 3 2-NH 4+ NO 2 IF 3数 . 当配体数少于电子对数
13、时,一部分电子对成为成键电 解题思路 : 依据价层电子对互斥理论 , 运算单电子个数 , 价层电对,另一部分电子成为孤对电子,确定出孤对电子的位置,子对数 , 孤对电子对数 , 进而判定分子的构型 留意 : 必需考虑分子构型才能确定;离子的价态 . 电子对数 配体数 孤电对数 电对构型 分子构型电子对构型是特别重要的结构因素,要留意!价层电子对数和配体数是否相等也是特别重要的;2. 影响键角的因素 3. 多重键的处理1 孤对电子的影响 某配体(非 VIA 族)与中心之间有双键和三键时,价层电孤对电子的负电集中, 可以排斥其余成键电对, 使键角变小,子对数减 1 或 2 ;NH 3 4 对 电对
14、构型四周体,分子构型三角锥;键角 如乙烯 H 2C=CH 2 以左碳为中心HNH 为 107 ,这是由于孤对电子对 N H 成键电 电子总数 4 x 2 8 , 4 对, 减 1, 3 对 ,为三配对的排斥,使 109 28 变小 , 成为 107 ;体,呈平面三角形:2 中心电负性的影响键角依次减小,如何说明?名师归纳总结 3 配体电负性的影响不供应共用电子, 是由于 O, S 等可通过键, 反馈键或大键, 将供应的电子又重新得回; 另外 , 端基氧或硫 , 形成的双键 , 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 的价电子计入其中, 如在H 2CO 3中
15、, C 为中心 , 价电子为4C + 2X1O = 6, 价电对= 3, 电子对构型和分子构型一样, 为三面体 : 第 4 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载中心相同,配体电负性大时,电对距离中心远,键角可以小些,故有:名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载【练习】1用价层电子对互斥理论猜测 H2S 和 BF 3的立体结构,两个结论都正确选项 A 直线形;三角锥形 BV 形;三角锥形C直线形;平面三角形 DV 形;平面
16、三角形2以下分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 A CO 2与 SO2 BCH 4与 NH3 CBeCl2与 BF3 DC2H 4与 C2H231某校化学课外活动小组的同学对 AB 3型分子或离子的空间构型提出了两种看法,你认为是哪两种?如两个 A B 键均是极性键且极性相同,它们分子的极性是怎样的?举例说明;2参照上题,你认为 AB 4型分子或离子的空间构型有几种?如每个 AB 键都是极性键且极性相同;它们分子的极性是怎样的?举例说明;【自测】1.在以下分子中,电子总数最少的是 A.H 2S BO2 CCO D NO 2.在以下的分子或离子中,空间结构的几何外形不是三角锥形的是 A.NF
17、 3 BCH 3 CCO 2 DH3O3.有关甲醛分子的说法正确选项 A.C 原子采纳 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 可以猜测很多分子或离子的空间构型,有时也能用来估计键角大小,下列判定正确选项 A.SO 2、CS2、HI 都是直线形的分子 C.COCl 2、BF3、SO3都是平面三角形的分子B.BF 3 键角为 120,SnBr 2 键角大于 120D.PCl 3、 NH 3、PCl5 都是三角锥形的分子5.苯分子 C6H6为平面正六边形结构,以下有关苯分子的说法错误选项2 A. 苯分子中的中
18、心原子 C 的 杂化方法 为 sp B.苯分子内的共价键键角为 120C.苯分子中的共价键的键长均相等D.苯分子的化学键是单、双键相交替的结构6.以下分子的中键角最大的是 C.H 2O DCH2CH2A.CO 2BNH 37.对 SO3的说法正确选项 A. 结构与 NH 3相像 B结构与 SO2 相像 C.结构与 BF 3 相像8.在 SO2分子中,分子的空间结构为 V 形, S 原子采纳 sp 2 杂化,那么D结构与 P4 相像 SO2 的键角 A. 等于 120B大于 120C.小于 120D等于 180NCl 3 9.三氯化氮 NCl 3是一种淡黄色的油状液体,测得其分子具有三角锥形结构
19、;就下面对于的描述不正确选项 A. 它是一种 极性 分子Cl结合B.它的挥发性比PBr3要大NCl 3 对光也敏锐C.它仍可以再以配位键与D.已知 NBr 3 对光敏锐,所以10.试用杂化轨道理论说明以下分子或离子的立体构型;1SiF 4正四周体形 2BCl 3平面三角形 名师归纳总结 3NF 3三角锥形,键角为102sp 2 杂化的是 4 个 CH 键【课后作业】1以下分子中,中心原子采纳A SO2BH2O CNH 3DCHBrClF 2以下推断正确选项 A BF3是三角锥形分子BNH4的电子式:,离子呈平面形结构CCH4分子中的 4 个 CH 键都是氢原子的1s 轨道与碳原子的p 轨道形成
20、的sp 键DCH 4分子中的碳原子以4 个四周体形轨道分别与4 个氢原子的1s 轨道重叠,形成第 6 页,共 10 页3以下分子中,键角最大的是 A H 2S BH 2O CCCl 4DNH 34中心原子实行平面三角形的是 A NH 3BBCl 3CPCl 3DH2O 5以下各组离子中因有协作离子生成而不能大量共存的是 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载A K、Na、 Cl、NO3 BMg 2、 Ca 2、SO 24、OHCFe 2、Fe 3、H、NO 3 DBa 2、Fe 3、Cl、 SCN6以下离子中的中心原子实行不等性杂化的
21、是 A H 3O BNH 4 CPCl 6 DBI 47以下各种说法中正确选项 A 极性键只能形成极性分子 BCO 2中碳原子是 sp 2 杂化C形成配位键的条件是一方有空轨道,另一方有孤对电子D共价键形成的条件是成键原子必需有未成对电子8以下关于原子轨道的说法正确选项 A 凡中心原子实行 sp 3 杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四周体BCH4分子中的 sp 3 杂化轨道是由 4 个 H 原子的 1s 轨道和 C 原子的 2p 轨道混合起来而形成的Csp 3 杂化轨道是由同一原子中能量相近的 s 轨道和 p 轨道混合起来形成的一组能量相等的新轨道D凡 AB 3型的共价化合物,其中心原子 A
22、 均实行 sp 3 杂化轨道成键9乙炔分子中的碳原子实行的杂化轨道是 A sp 杂化 Bsp 2 杂化 C.sp 3 杂化 D无法确定10H 2S 分子中共价键键角接近 90,说明分子的空间立体结构为 _;CO2分子中的共价键键角为 180,说明分子的空间立体结构为 _;NH 3 分子中共价键键角为 107,说明分子的空间立体结构为 _;11在形成氨气分子时,氮原子中的原子轨道发生 sp 3 杂化生成 4 个_,生成的 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,又由于 4 个 sp 3 杂化轨道有一个有 _,所以氨气分子中的键角与甲烷不同;选修三其次章其次节
23、 分子的立体构型【练习】 1 D 2 B 3 1平面正三角形,如 BF 3、SO3、NO3、 CO 23等,这类分子或离子是非极性的;2三角锥形,如 NH 3、NCl 3、PCl 3、PH3、SO 3、ClO 3等,这类分子或离子是极性的;2正四周体构型,如 CCl 4、CH4、SiH4、 SiF4、SiCl4、NH 4、SO2 4、ClO 4等,这类分子或离子是非极性的;平面四边形构型,如 PtCl 4,也是非极性的;【自测】1.C 2. C 3. C 4.C 5. D 6. A 7. C 8. C 9. C 【课后作业】1D 2D 3C 4B 5D 6A 7C 8C 9A 10V 形 直线
24、形 三角锥形11sp 3 杂化轨道 3 3 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;但应留意,原子轨道的杂化,只有在形成分子的过程中才会发生,而孤立的原子是不行能发生杂化的;同时只有能量相近的原子轨道 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,它是不能发生杂化的;杂化:成键过程是由如干个能量相近的轨道经叠加、混合、重新调整电子云空间舒展方向,安排能量 形成新的杂化轨道过程;2、理论要点:成键原子中几个能量相近的轨道杂化成新的杂化轨道;参与杂化的原子轨道数 = 杂化后的杂化轨道数;总能量不变;杂化时轨道上的
25、成对电子被激发到空轨道上成为单电子,需要的能量可以由成键时释放的能量补 偿;3、杂化轨道的种类(1)按参与杂化的轨道分类s p 型: sp 杂化、 sp 2 杂化和 sp 3 杂化s pd 型: sp 3 d 杂化、sp 3 d 2 杂化(2)按杂化轨道能量是否一样分类 等性杂化 , 如 C 的 sp3杂化:名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4 个 sp3 杂化轨道能量一样;优秀学习资料欢迎下载形成 3 个能量相等的 sp2杂化轨道,属于等性杂化;判定是否是等性杂化,要看各条杂化轨道的能量是否相等,不看未参与杂化的
26、轨道的能量;4、各种杂化轨道在空间的几何分布 3 2 杂化类型 sp spspsp 3d 或 dsp 3sp 3d 2 或 d2sp 3立体构型正四周体正三角形直线形三角双锥体正八面体杂化轨道成键时,要满意化学键间最小排斥原理,键与键间排斥力大小打算于键的方向,即打算于杂 化轨道间的夹角;由于键角越大化学键之间的排斥力越小,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 sp 2 杂化来说, 当键角为 120时,其排斥力最小, 所以 sp 2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
27、同,故杂化轨道的类型与分子的空间构型有关;5、用杂化轨道理论说明构型(1)sp 杂化BeCl 2分子,直线形,用杂化轨道理论分析其成键情形,说明直线形的缘由;Be: 1s 22s 22p 0sp 杂化 : 2 条 sp 杂化轨道是直线形分布,分别与2 个 Cl 的 3p 轨道成键,故分子为直线形;sp 杂化, sp-1s,sp-sp 均为 键; C 中未杂化的 p y与另一 C 中未杂化的 p y 沿纸面方向形成 键;而p z 与 p z沿与纸面垂直的方向形成 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;名师归纳总结 C 中
28、未杂化的py与两侧O 的两个 py 沿纸面方向成大 键, C 中未杂化的pz 与两侧O 的 pz 沿垂直于纸面的方向成 键,故CO2 中, C、O 之间有离域 键(两个4 3大 键);第 8 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - (2)sp 2杂化优秀学习资料欢迎下载3 个 Cl 的 3p 成 键,分子构B 的 3 个 sp 2 杂化轨道呈三角形分布,分别与BCl 3 平面三角形构型,型为三角形;属于 sp 2 杂化;乙烯C 发生 sp 2 杂化, sp 2 杂化轨道与sp 2 杂化轨道形成1 个 CC 键, sp 2 杂化轨道与H 的 1
29、s 轨道形成 4 个 CH 键;未杂化的p 轨道之间形成 键,故分子中有碳碳双键存在;4 个 H 的 1s 轨道形成 (3)sp 3杂化甲烷 C 发生 sp 3 杂化, 4 个轨道呈正四周体分布,4 个 sp 3 杂化轨道分别与键,因没有未杂化的电子(轨道),故 CH4 分子中无双键;(4)不等性杂化H 2O O 发生 sp 3 不等性杂化:两个含单电子的sp 3 杂化轨道与2 个 H 的 1s 轨道形成 键,含孤电子对的两个sp 3杂化轨道不成键,故水呈 V 形结构;水分子中的OH 键的夹角本应为109 28 ,但由于孤电子对的斥力,键角变小,为 10445 ;NH 3 N 发生 sp 3
30、不等性杂化:单电子占据的sp 3 杂化轨道分别与H 的 1s 成 键,孤对电子占据的sp 3 单独占据四周体的一个顶角;由于孤对电子的影响,HNH 键的键角小于109 28,为 107 18;在等性杂化中由分子构型(与电子对构型一样)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,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,故电子对构型特别重要;不等性杂化与配体数小于对数是对应的;有未参与杂化的电子,一般形成 键或大 键;四、等电子原理体会总结早在 1919 年,人们在争论一些双原子分子时,发觉结构相同的分子具有很多相像的物理性质,如 CO和
31、 N 2 分子具有 14 个电子( 10 个价电子),它们的物理性质比较见下表:名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载CO和 N2的物理性质CO 相对分熔点 /沸点 /T 临界 / P 临界 /V 临界 /1/gL1子质量1.01 10Pa mLmol28 199 191.5 140 34.5 93 1.250 N228 209.0 195.8 46.8 33.5 90 1.251 依据等电子原理,我们可以依据已知一些分子结构估计出另一些与它等电子的分子空间构型名师归纳总结 类型实例CO + O2NO+2 C2CNNO 2 + N3CN 2 2 SCN-第 10 页,共 10 页二原子 10 电子N2二原子 11 电子 NO 三原子 16 电子CO2CS2 N 2O NCO三原子 18 电子O3 SO2 NOCl NO 3 CO 3 2 SO3CCl 4 SiF 4 SO4 2SF6 PF6 SiF6 2PO43四原子 24 电子五原子 32 电子七原子 48 电子- - - - - - -
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