三原子分子立体结构教学提纲.ppt
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1、三原子分子立体结构三原子分子立体结构复复习习回回顾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化学键稳定性衡量化学键稳定性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O2HClH2OCO21、双原子分子(直线型)、双原子分子(直线型)2 2、三原子分子立体结构(有直线形和、三原子分子立体结构(有直线形和V V形)形)、四四原原子子分分子子立立体体结结构构(直直线线形形、平平面面三三角形、三角锥形、正四面体)角形、三角锥形、正四
2、面体)(平面三角形,三角锥形)(平面三角形,三角锥形)C2H2CH2OCOCl2NH3P4、五原子分子立体结构、五原子分子立体结构最常见的是正四面体最常见的是正四面体CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH5 5、其它:、其它:C60C20C40C70资料卡片:资料卡片:形形色色的分子形形色色的分子分子世界如此形形色色,异彩纷呈,分子世界如此形形色色,异彩纷呈,美不胜收,常使人流连忘返。美不胜收,常使人流连忘返。那么分子结构又是怎么测定的呢那么分子结构又是怎么测定的呢早早年年的的科科学学家家主主要要靠靠对对物物质质的的宏宏观观性性质质进进行行系系统统总总结结得得出出规规律
3、律后后进进行行推推测测,如如今今,科科学学家家已已经经创创造造了了许许许许多多多多测测定分子结构的现代仪器,定分子结构的现代仪器,红外光谱红外光谱就是其中的一种。就是其中的一种。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
4、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,可可分分析析出出分子的立体结构。分子的立体结构。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?(指导阅读(指导阅读P39P39)测分子体结构:红外光谱仪测分子体结构:红外光谱仪吸收峰吸收峰分析。分析。同为三原子分子,同为三原子分子,CO2和和H2O分子的空间结分子的空间结构却不同,什么原因?构却不同,什么原因?直线形直线形V形形同为四原子分子,同为四原子分子,CH2O与与NH3分子的的空分子的的空间结构也不同,什么原因?间结构也不同,
5、什么原因?三角锥形三角锥形平面三角形平面三角形写出写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的电子式、等分子的电子式、结构式及分子的空间构型:结构式及分子的空间构型:OCO:HOH:HNH:H:HCH:HHO=C=OH-O-HH-N-H-HH-C-H=OH-C-H-HH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正四面体四面体HH.C.O.中心原子:中心原子:对对ABn型分子,型分子,B围绕围绕A成键,则成键,则A为为中心原子中心原子,n值值为中心原子结合的原子数。为中心原子结合的原子数。分析分析CO2,H2O,NH3,CH2O,CH4电子电子式的中心原子价电子层电子的成键
6、情况。式的中心原子价电子层电子的成键情况。孤对电子:孤对电子:未用于形成共价键的电子对未用于形成共价键的电子对结论结论:成键电子对和孤对电子对会影响分子成键电子对和孤对电子对会影响分子的空间构型的空间构型.直线形直线形平面三角形平面三角形正四面体正四面体V形形三角锥形三角锥形小结小结:孤对电子对分子立体结构影响较大。孤对电子对分子立体结构影响较大。二、价层电子互斥模型二、价层电子互斥模型(VSEPR)(VSEPR)、VSEPR模型的要点是模型的要点是:(1)用通式用通式ABnEm来表示所有只含一个来表示所有只含一个中心原子的分子或离子的组成,式中中心原子的分子或离子的组成,式中A表示表示中心原
7、子中心原子,B表示配位原子表示配位原子(也叫端位原子也叫端位原子),下下标标n表示配位原子的个数表示配位原子的个数,E表示中心原子上表示中心原子上的的孤对电子对孤对电子对,下标下标m是电子对数。已知分子是电子对数。已知分子或离子的组成和原子的排列顺序时或离子的组成和原子的排列顺序时,m值可用值可用下式确定下式确定:m=(A的族价的族价-X的化合价的化合价X的个数的个数-离子的电离子的电荷数荷数)/2孤对电子孤对电子指成对但不成键指成对但不成键的价电子的价电子例:例:NH3中心原子上的孤电子对数 (531)112中心原子上的孤电子对数 (621)212H2O中心原子上的孤电子对数 (331)01
8、2BF3练习练习中心原子上的孤电子对数 (441)012CH4练习练习CO2中心原子上的孤电子对数 (422)012SO2中心原子上的孤电子对数 (622)112PCl5中心原子上的孤电子对数 (551)012SF6中心原子上的孤电子对数 (661)012中心原子上的孤电子对数 (41113)012HCN练习练习NH4+中心原子上的孤电子对数 (5141)012H3O+中心原子上的孤电子对数 (6131)112CO32-中心原子上的孤电子对数 (4232)012SO42-中心原子上的孤电子对数 (6242)012(2)通式通式ABnEm里的里的(n+m)的数目称为的数目称为价层电价层电子对子对
9、数数,令令n+m=z,则可将通式则可将通式ABnEm改写成另改写成另一种通式一种通式AYz;VSEPR模型认为,分子中的价层模型认为,分子中的价层电子对总是尽可能地互斥,均匀地分布在分子中,电子对总是尽可能地互斥,均匀地分布在分子中,因此,因此,z的数目决定了一个分子或离子中的价层的数目决定了一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布电子对在空间的分布(与分子立体构型不同与分子立体构型不同),由此由此可以画出可以画出VSEPR理想模型理想模型:z23456模型模型平面三平面三角形角形直线形直线形正四正四面体面体三角双三角双锥体锥体正八正八面体面体2电子对数电子对数目与立体目与立体结构结构4356
10、电子对数电子对数目与立体目与立体结构结构2 2、价层电子对互斥、价层电子对互斥(VSEPRVSEPR)模型:模型:一一个个分分子子或或离离子子中中的的价价层层电电子子对对在在空空间间的的分分布布(即含孤对电子的(即含孤对电子的VSEPRVSEPR模型)模型)2 2 3 4 3 4 5 65 6 直线形直线形 平面三角形平面三角形 正四面体正四面体 三角双锥体三角双锥体 正八面体正八面体(1 1)对)对ABABm m型分子,若中心原子型分子,若中心原子A A的价层电子对只有成的价层电子对只有成键电子对(即中心原子的价电子都用于形成共价键),键电子对(即中心原子的价电子都用于形成共价键),则价层电
11、子对的相对位置就是分子的构型则价层电子对的相对位置就是分子的构型。CHCH4 4COCO2 2化学式化学式结构式结构式VSEPRVSEPR模型模型分子立体结构分子立体结构 (2 2)若中心原子)若中心原子A A的价层电子对包括成键电子对和孤的价层电子对包括成键电子对和孤对电子(中心原子上有孤对电子),则价层电子对的对电子(中心原子上有孤对电子),则价层电子对的相对位置不是分子的构型,相对位置不是分子的构型,如:如:NHNH3 3 H H2 2OO化学式化学式结构式结构式VSEPRVSEPR模型模型分子立体结构分子立体结构四面四面体形体形四面四面体形体形三角三角锥形锥形V型型思考与交流思考与交流
12、041330021、用、用VSEPR模型预测,下列分子的立体结构与模型预测,下列分子的立体结构与水分子相似的是水分子相似的是()A、OF2B、H2SC、BeCl2D、CO22、下列分子的立体结构,其中不属于直线型分、下列分子的立体结构,其中不属于直线型分子的是子的是()A、BeCl2B、CO2C、C2H2D、P43、下列分子中,各原子均处于同一平面上的是、下列分子中,各原子均处于同一平面上的是()A、NH3B、CCl4C、H2OD、CH2O巩固练习巩固练习CDDAB4 4、多核离子所带电荷可以认为是中心原子得到多核离子所带电荷可以认为是中心原子得到或失去电子导致,根据或失去电子导致,根据VSE
13、PRVSEPR模型,下列离子中模型,下列离子中所有原子都在同一平面的一组是(所有原子都在同一平面的一组是()A、NO2-和和NH2-B、H3O+和和ClO3-C、NO3-和和CO32-D、PO43-和和SO42-AC5 5、下列分子中的下列分子中的VSEPRVSEPR模型与分子结构模型相模型与分子结构模型相同的是(同的是()A、CO2 B、H2O C、NH3 D、CH4AD6 6、用用VSEPRVSEPR模型理论推断,下列微粒为正四面模型理论推断,下列微粒为正四面体结构的是(体结构的是()A、SO2 B、O3 C、NO3-D、SO42-D(1)(1)完成下表:完成下表:小小 结结物质物质中心原
14、子的孤对电子数中心原子的孤对电子数VSEPRVSEPR模型模型分子结构模型分子结构模型H H2 2O OSOSO2 2SOSO3 3PClPCl3 32 2四面体形四面体形V V形形1 1平面三角形平面三角形V V形形0 0平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形1 1四面体形四面体形三角锥形三角锥形(2)(2)对于对于ABmABm型分子空间构型:型分子空间构型:m m值值中心原子上无孤对电子中心原子上无孤对电子2 23 3中心原子上有一对孤对电子中心原子上有一对孤对电子直线形直线形平面三角形平面三角形V V形形三角锥形三角锥形(3)(3)根据分子中心原子的成键电子对数和孤对电根据分子中心原子
15、的成键电子对数和孤对电子数可以确定较稳定的分子的几何构型:子数可以确定较稳定的分子的几何构型:小小 结结中心原子的中心原子的电子对总数电子对总数实例实例分子空间构型分子空间构型成键电成键电子对数子对数孤对电子数孤对电子数2 23 34 42 23 34 43 32 20 0直线形直线形BeClBeCl2 20 0平面三角形平面三角形BFBF3 3、CHCH2 2O O0 0正四面体形正四面体形CHCH4 4、SIClSICl4 41 1三角锥形三角锥形NHNH3 3、PClPCl3 32 2H H2 2O O、H H2 2S SV V形形直线形直线形平面三角形平面三角形正四面体正四面体V形形三
16、角锥形三角锥形小结小结:价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型问题:按照价键理论,问题:按照价键理论,C C的价态应为多少?的价态应为多少?一个一个C C原子可以和几个氢原子结合形成分子?原子可以和几个氢原子结合形成分子?2s2pC的价电子排布图:的价电子排布图:思考:思考:价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空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,如无法解释间构形,却无法解释许多深层次的问题,如无法解释甲烷中四个甲烷中四个C-HC-H的键长、键能相同及的键长、键能相同及H-C-HH-C-H的键角为的键角为109109 2828。因为按照我们已经学过的价键
17、理论,甲烷。因为按照我们已经学过的价键理论,甲烷的的4 4个个C-HC-H单键单键都应该是都应该是键键,然而,碳原子的,然而,碳原子的4 4个价层个价层原子轨道是原子轨道是3 3个相互垂直的个相互垂直的2p2p轨道和轨道和1 1个球形的个球形的2s2s轨道,轨道,用它们跟用它们跟4 4个氢原子的个氢原子的1s1s原子轨道重叠,原子轨道重叠,不可能得到四不可能得到四面体构型的甲烷分子面体构型的甲烷分子。这是为什么呢?这是为什么呢?基态基态激发态激发态 C C原子的价电子在一定的能量下发生电子跃迁,原子的价电子在一定的能量下发生电子跃迁,由基态变成激发态。由基态变成激发态。2s2p2s2p三、杂化
18、轨道理论简介三、杂化轨道理论简介为了补充价键理论的不足,鲍林为了补充价键理论的不足,鲍林PaulingPauling在价键理论基在价键理论基础上于础上于19311931年提出了年提出了“杂化轨道理论杂化轨道理论”。尽管电子从基态跃迁到激发态需要一定的能量,尽管电子从基态跃迁到激发态需要一定的能量,但其激发后能形成但其激发后能形成4个共价键比电子不激发只形个共价键比电子不激发只形成两个成两个CH键放出的能量要大得多,这些能量键放出的能量要大得多,这些能量足以补偿电子激发所足以补偿电子激发所 需的能量而有余,因此,需的能量而有余,因此,C与与H形成化合物时生成形成化合物时生成CH4而不是而不是CH
19、2。轨道的杂化更有利于轨道之间的重叠成键。轨道的杂化更有利于轨道之间的重叠成键。因为杂化后电子云分布更为集中,可使成键的因为杂化后电子云分布更为集中,可使成键的原子轨道间的重叠部分增大,成键能力增强,原子轨道间的重叠部分增大,成键能力增强,因此因此C与与H原子能结合成稳定的原子能结合成稳定的CH4。三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介C C原子基态原子的电子排布图:原子基态原子的电子排布图:杂化与杂化轨道杂化与杂化轨道杂化是指在形成分子时,由于原子间的相杂化是指在形成分子时,由于原子间的相互影响,若干不同类型而能量相近的原子互影响,若干不同类型而能量相近的原子轨道混合起来,重新组合成一组新
20、轨道的轨道混合起来,重新组合成一组新轨道的过程。所形成的新轨道称为杂化轨道。过程。所形成的新轨道称为杂化轨道。孤立的原子不可能发生杂化,只有在形成孤立的原子不可能发生杂化,只有在形成分子的过程中才会发生。分子的过程中才会发生。在杂化前后,原子轨道的数目保持不变。在杂化前后,原子轨道的数目保持不变。条件不同,杂化轨道类型可能不同。条件不同,杂化轨道类型可能不同。(1)杂化杂化 杂化轨道是由一个杂化轨道是由一个S轨道与三个轨道与三个P轨道进行重新的杂化组合,形成四个轨道进行重新的杂化组合,形成四个能量相等的能量相等的 杂化轨道。每个轨道杂化轨道。每个轨道由由1/4 S成份,成份,3/4 P成份组成
21、。它的立成份组成。它的立体形状是正四面体。体形状是正四面体。C原子位于四面体原子位于四面体的中心,四个轨道分别指向四面体的的中心,四个轨道分别指向四面体的每个顶点,轨道间夹角是每个顶点,轨道间夹角是109o28。SP3杂化轨道杂化轨道spsp3 3杂化轨道的形成过程杂化轨道的形成过程xyzxyz zxyzxyz10928CH4分子的空间结构分子的空间结构(正四面体正四面体)(2)SP2杂化轨道杂化轨道 杂化轨道是由一个杂化轨道是由一个S轨道和两个轨道和两个P轨道杂化而形成的三个轨道。每个轨道杂化而形成的三个轨道。每个轨道有轨道有1/3 S成份,成份,2/3 P成份。三个成份。三个轨道在同一平面
22、。轨道间夹角为轨道在同一平面。轨道间夹角为120o。碳原子还剩有一个碳原子还剩有一个P轨道,这个轨道,这个P轨轨道正好与三个道正好与三个 杂化轨道形成的杂化轨道形成的平面垂直。平面垂直。C C原子基态原子的电子排布图:原子基态原子的电子排布图:spsp2 2杂化轨道的形成过程杂化轨道的形成过程SP2杂化杂化spsp2 2杂化轨道的形成过程杂化轨道的形成过程xyzxyz zxyzxyz120杂化轨道杂化轨道在乙烯分子中,碳原子采取在乙烯分子中,碳原子采取sp2杂化。每个杂化。每个碳原子另有一个碳原子另有一个p轨道不参与杂化;轨道不参与杂化;杂化的三个轨道,形成杂化的三个轨道,形成键,未杂化的键,
23、未杂化的p轨轨道道“肩并肩肩并肩”重叠形成重叠形成键。键。乙烯分子中有乙烯分子中有1个个C-C键,键,4个个C-H键,还键,还有有1个个键。键。双键双键=1+1乙烯的乙烯的sp2杂化图解杂化图解苯环的结构苯环的结构平面正六边形,离域大平面正六边形,离域大键。键。1.苯环中的碳均是以苯环中的碳均是以sp2杂化成夹角为杂化成夹角为1200三三个个sp2杂化轨道杂化轨道.2.苯环中六个碳之间形成苯环中六个碳之间形成6个个键键,每个碳与氢每个碳与氢形成形成1个个键键.3.苯环中六个碳中未杂化的苯环中六个碳中未杂化的P轨道彼此形成一轨道彼此形成一个个大大键键.4.形成形成大大键键比一般的比一般的键更稳定
24、键更稳定,因此苯环因此苯环体现特殊的稳定性体现特殊的稳定性 苯中的碳原子取苯中的碳原子取sp2杂化,每个碳原子尚余一个杂化,每个碳原子尚余一个未参与杂化的未参与杂化的p轨道,垂直于分子平面而相互平行。轨道,垂直于分子平面而相互平行。由于每个碳原子的左右两个相邻的碳原子没有什由于每个碳原子的左右两个相邻的碳原子没有什么区别么区别,认为中心的碳原子的未参与杂化的认为中心的碳原子的未参与杂化的p轨道中的轨道中的电子电子只与左邻只与左邻的碳原子上的平行的碳原子上的平行p轨道中的一个电子轨道中的一个电子形成形成p键键而不与右邻而不与右邻的形成的形成p键或者相反显然是键或者相反显然是不符合不符合逻辑的逻辑
25、的。所以我们认为所有所以我们认为所有6个平行个平行p轨道总共轨道总共6个电子个电子在在一起形成了一起形成了弥散弥散在整个苯环的在整个苯环的6个碳原子上下形成了个碳原子上下形成了一个一个p-p离域大离域大 键键,符号,符号 66。用用p-p大大 键键(有机化学有机化学中的中的共轭体系共轭体系)的概念苯的结构式写成如下右图更的概念苯的结构式写成如下右图更好。后者已经被好。后者已经被广泛应用广泛应用。离域离域键键是由三个或三个以上原子形成的是由三个或三个以上原子形成的 键,而不同于两原子间的键,而不同于两原子间的 键。在三个或键。在三个或三个以上用三个以上用s s键联结起来的原子之间,如能键联结起来
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- 三原 分子 立体 结构 教学 提纲
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