《分子的立体构型》课件资料.ppt
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1、分子的立体构型课件三、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s
2、psp2 2杂化杂化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:
3、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。分分子子中中的的原原子子不不是是固固定定不不动动的的,而而是是不不断断地地振振动动着着的的。所所谓谓分分子子立立体体结结构构其其实实只只是是分分子子中中的的原原子子处处于于平平衡衡位位置置时时的的模模型型。当当一一束束红
4、红外外线线透透过过分分子子时时,分分子子会会吸吸收收跟跟它它的的某某些些化化学学键键的的振振动动频频率率相相同同的的红红外外线线,再再记记录录到到图图谱谱上上呈呈现现吸吸收收峰峰。通通过过计计算算机机模模拟拟,可可以以得得知知各各吸吸收收峰峰是是由由哪哪一一个个化化学学键键、哪哪种种振振动动方方式式引引起起的的,综综合合这这些些信信息息,可可分析出分子的立体结构。分析出分子的立体结构。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
5、,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
6、,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|nn)价层电子对数价层电子对数=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
7、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
8、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
9、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
10、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形对孤对电子占据位置后的立体结构为三角锥形略去略去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
11、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对孤对电子占据位置后的立体结构为三角锥形对孤对电子占据位置后的立体结构为三角锥形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
12、 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)5三三角角双双锥锥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PCl5SF4ClF36八八面面体体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
13、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.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
14、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、PCl3 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,提出了一种十分简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单的理论模型价层电子
15、对互斥模型。这种模型把分子价层电子对互斥模型。这种模型把分子分成两类:一类是分成两类:一类是 ;另一类是是;另一类是是 。BFBF3 3和和NFNF3 3都是四个原子的分都是四个原子的分 子,子,BFBF3 3的中心原子是的中心原子是 ,NFNF3 3的中心原子是的中心原子是 ;BFBF3 3分子的立体构型是分子的立体构型是平面三角形,而平面三角形,而NFNF3 3分子的立体构型是三角锥形的原因分子的立体构型是三角锥形的原因是是 。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
16、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
17、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)要要点点:当当碳碳原原子子与与4 4个个氢氢原原子子形形成成甲甲烷烷分分子子时时,碳碳原原子子的的2s2s轨轨道道和和3 3个个2p2p轨轨道道会会发发生生混混杂杂,混混杂杂时时保保持持轨轨道道总总数数不不变变,得得到到4 4个个能
18、能量量相相等等、成成分分相相同同的的spsp3 3杂杂化化轨轨道道,夹夹角角109 109 28 28,表表示示这这4 4个个轨轨道道是是由由1 1个个s s轨轨道道和和3 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,在外界条的原子轨道,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轨原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道道杂化轨道类型:杂化轨道类型:sps
19、p、spsp2 2、spsp3 3等等杂化结果:重新分配能量和空间方向,组成数目相杂化结果: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等成键能力更强的原子轨道杂化轨道用于形成杂化轨道用于形成键和容纳孤对电子键和容纳孤对电子(2)(2)几个概念几个概念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s sp3 杂化态杂化态CHHHH10928激发激发sp3杂化杂化三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介sp3杂化杂化spsp 杂杂化化:夹夹角角为为1092810928的的正正四四面面体体形形四四个个杂杂化化轨道轨道。碳的碳的sp2杂化轨道杂化轨道
20、spsp2 2杂杂化化:三三个个夹夹角角为为120120的的平平面面三角形杂化轨道三角形杂化轨道。sp2杂化杂化C2H4sp2杂化杂化三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介spsp杂化:夹角为杂化:夹角为180180的直线形杂化轨道。的直线形杂化轨道。sp杂化杂化三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介乙炔的成键乙炔的成键三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介大大 键键 C6H6sp杂化杂化三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介 基基态态N的的最最外外层层电电子子构构型型为为 2s22p3,在在H影影响响下下,N 的的一一个个2s轨轨道道和和三三个个2p 轨轨道道进进行行sp3 不不等等
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