选修三分子的立体构型.ppt
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1、第二节第二节 分子的立体构型分子的立体构型复复 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O2HClH2OCO2思考思考:在在O2、HCl这样这样的双原子分子中存在的双原子分子中存在分子的立体结构问题分子的立体结构问题吗?何谓吗?何谓“分子的立分子的立体结构体结构”?所谓所谓“分子的立体结分子的立体结构构”指多原子构成的指多原子构成的共价分
2、子中的原子的共价分子中的原子的空间关系问题。空间关系问题。C2H2CH2OCOCl2NH3P4CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OHC60C20C40C70 肉肉眼眼不不能能看看到到分分子子,那那么么,科科学学家家是是怎怎样样知知道道分分子子的的形形状状的的呢呢?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定分分子子结结构构的的现现代代仪仪器器,红红外外光光谱谱就就是是其其中中的的一一种。种。分分子子中中的的原原子子不不是
3、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
4、立体结构是怎样测定的分子的立体结构是怎样测定的?测分子体结构:测分子体结构:红外光谱仪红外光谱仪吸收峰吸收峰分析分析。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?C.H.H.HH.C HHHH40正四面体形正四面体形OHH2O.HH.2V形形.N.HHHN HHH31三角锥形三角锥形CHHO=30平面三角形平面三角形HH.C.O.C=O=O20直线形直线形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空间构型空间构型CO2CH2OCH4H2ONH3
5、形,如形,如CO2 形,如形,如H20 形,如形,如HCHO、BF3 形,如形,如NH3分子分子的立的立体结体结构构最常见的是最常见的是 形,如形,如CH4五原子分子五原子分子 三原子分子三原子分子四原子分子四原子分子一、形形色色的分子一、形形色色的分子表表格格一一直线直线V平面三角平面三角三角锥三角锥正四面体正四面体通过填表,你能发现什么问题?通过填表,你能发现什么问题?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
6、,什么原因?间结构也不同,什么原因?三角锥形三角锥形平面三角形平面三角形原子原子HCNO电子式电子式可形成可形成共用电子对数共用电子对数1)写出写出H、C、N、O原子的电子式:原子的电子式:表格二表格二HO:1234N:C探究:同为三原子分子或四原子分子,分探究:同为三原子分子或四原子分子,分子的空间构型为什么不同?子的空间构型为什么不同?2)写出写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的电等分子的电子式、结构式及分子的空间构型:子式、结构式及分子的空间构型:表格三表格三分子分子CO2H2ONH3CH2OCH4电子式电子式结构式结构式分子的空间构分子的空间构型型O C O:H O H
7、:H N H:H:H C H:HHO=C=OH-O-HH-N-H-HH-C-H=OH-C-H-HH直线形直线形倒倒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.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。孤对电子:孤对电子:未用于形成共价键的电子对,例氮原子和氢原子形成氨分子时,未用于形成共价键的电子对,例氮原子和氢原子形成氨分子时,N提供提供3个未成对电子与个未成对电子与3个个H形成形成3对共用电子对,还有对共用电子对,还有1对电子未与其他对电子未与其他原子共用,这对电子
8、就称为孤对电子原子共用,这对电子就称为孤对电子,例如例如 黑点表示黑点表示中心原子中心原子N与与O的孤对电子,而的孤对电子,而 中心原子中心原子C无孤对电子无孤对电子3)分析分析CO2,H2O,NH3,CH2O,CH4电子式的中心原子价电子层电电子式的中心原子价电子层电子对成键情况。子对成键情况。:H N H:H:H O H:O C O:H C H:HHHH.C.O.分成键电子对和分成键电子对和孤对电子对孤对电子对结论结论:成键电子对和孤对电子对会影响分子的空间构型成键电子对和孤对电子对会影响分子的空间构型中心原子含孤对电中心原子含孤对电子对数子对数代表代表物物中心原子结合的中心原子结合的原子
9、数原子数(n值)值)键角键角分子的空分子的空间构型间构型CO2CH2OCH4H2ONH3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1051071800214)填写孤对电子与分子的空间构型关系,中填写孤对电子与分子的空间构型关系,中心原子结合的原子数心原子结合的原子数(n值)与分子的空间构值)与分子的空间构型关系。型关系。120109282233400O C O:H O H:H N H:HHH.C.O.:H C H:HH中心无孤对电子中心无孤对电子中心存在孤对电子中心存在孤对电子请你试总结分子的空间构型各不同的原因。请你试总结分子的空间构型各不同的原因。总结总结:由
10、于分子中的成键电子对及中心原由于分子中的成键电子对及中心原子上的孤对电子对相互排斥,结果趋向尽可能子上的孤对电子对相互排斥,结果趋向尽可能彼此远离,以减小斥力,从而影响了分子的空彼此远离,以减小斥力,从而影响了分子的空间构型。间构型。1、内容:、内容:中心原子价电子层电子对(包括中心原子价电子层电子对(包括 电子对和电子对和 的孤对电子对)的孤对电子对)的互相的互相 作用,使分子的几何构型总是采作用,使分子的几何构型总是采取电子对相互取电子对相互 的那种构型,即分子的那种构型,即分子尽可能采取对称的空间构型尽可能采取对称的空间构型。(VSEPR模型)模型)成键成键未成键未成键排斥排斥排斥最小排
11、斥最小二、价层电子对互斥模型二、价层电子对互斥模型友情提醒友情提醒价层电子对价层电子对相互排斥作用的大小,决定于电相互排斥作用的大小,决定于电子对之间的夹角和电子对的成键情况。子对之间的夹角和电子对的成键情况。一般规律:一般规律:电子对之间的夹角越小,排斥力越大;电子对之间的夹角越小,排斥力越大;成键电子对受两个原子核的吸引,电子云比较成键电子对受两个原子核的吸引,电子云比较紧缩;孤对电子对只受中心原子的吸引,电子云较紧缩;孤对电子对只受中心原子的吸引,电子云较“肥肥大大”,对邻近电子对的斥力较大。,对邻近电子对的斥力较大。电子对之间斥力大小电子对之间斥力大小的顺序:的顺序:孤对电子对孤对电子
12、对孤对电子对孤对电子对孤对电子对孤对电子对成键成键电子对成键电子对电子对成键电子对成键电子对。成键电子对。三键、双键比单键包含的电子数目多,所以其斥三键、双键比单键包含的电子数目多,所以其斥力大小顺序为:力大小顺序为:三键双键单键三键双键单键只有一种角度,只有一种角度,120。只有一种角度,只有一种角度,10928。5 对电子对电子 三角双锥三角双锥 3 对电子对电子 正三角形正三角形 A 4 对电子对电子 正四面体正四面体A电子对数和电子对空间构型的关系电子对数和电子对空间构型的关系 电子对相互排斥,在空间达到平衡取向。电子对相互排斥,在空间达到平衡取向。2 对电子对电子 直线形直线形 6
13、对电子对电子 正八面体正八面体(3)分子构型与电子对空间构型的关系分子构型与电子对空间构型的关系:分子分子 H2O NH3 CH4构型构型 角形角形 三角锥体三角锥体 正四面体正四面体 电子对数电子对数 配体数配体数 孤电子对数孤电子对数 电子对构型电子对构型 分子构型分子构型 (m)(n)(m n)3 2 1 三角形三角形 “V”字形字形 ABBA 4 3 1 正四面体正四面体 三角锥三角锥 ABBBA 4 2 2 正四面体正四面体 “V”字形字形 AABB 补充说明补充说明对于分子中有双键、叁键等多重键时,对于分子中有双键、叁键等多重键时,使用价层电子对理论判断其分子构型时,双键的两对使用
14、价层电子对理论判断其分子构型时,双键的两对电子和叁键的三对电子只能作为一对电子来处理。或电子和叁键的三对电子只能作为一对电子来处理。或者说在确定中心原子的价电子层电子对总数时,不包者说在确定中心原子的价电子层电子对总数时,不包括括键电子。键电子。二、价层电子对互斥模型二、价层电子对互斥模型 一一类类是是中中心心原原子子上上的的价价电电子子都都用用于于形形成成共共价价键键,如如CO2、CH2O、CH4等等分分子子中中的的碳碳原原子子,它它们们的的立立体体结结构构可可用用中中心心原原子子周周围围的的原原子子数数n来来预预测测,概概括括如下:如下:ABn 立体结构立体结构 范例范例 n=2 直线形直
15、线形 CO2 n=3 平面三角形平面三角形 CH2O n=4 正四面体形正四面体形 CH43、应用:预测分子构型预测分子构型 另另一一类类是是中中心心原原子子上上有有孤孤对对电电子子(未未用用于于形形成成共共价价键键的的电电子子对对)的的分分子子,如如H2O和和NH3,中中心心原原子子上上的的孤孤对对电电子子也也要要占占据据中中心心原原子子周周围围的的空空间间,并并参参与与互互相相排排斥斥。例例如如,H2O和和NH3的的中中心心原原子子分分别别有有2对对和和l对对孤孤对对电电子子,跟跟中中心心原原子子周周围围的的键键加加起起来来都都是是4,它它们们相相互互排排斥斥,形形成成四四面面体体,因因而
16、而H2O分分子子呈呈V形形,NH3分子呈三角锥形。分子呈三角锥形。表格四 项目分子式ABn型分子(n值)VSEPR模型价层电子对的空间构型分子的立体结构模型分子的空间构型CO2H2ONH3CH2OCH4直线形直线形四面体四面体正四面体正四面体直线形直线形形形三角锥形三角锥形平面三角形平面三角形正四面体正四面体四面体四面体平面三角形平面三角形22334中心原子所含孤对电子对数02100分子或离子分子或离子结构式结构式VSEPR模型模型分子或离子的立体结构分子或离子的立体结构HCNNH4+H3O+SO2 BF3N HHHH+H C NBFF FS=O=OOHHH+规律总结规律总结(1)中心原子的价
17、电子都用于成键(无孤对电子),其构型可用 预测;n=2,为 n=3,为 n=4,(2)中心原子有孤对电子,其要占据中心原子周围的空间,并与 ,使分子呈现不同的立体构型。中心原子周围的原子数中心原子周围的原子数n n互相排斥互相排斥直线形直线形平面三角形平面三角形四面体形四面体形课堂练习:课堂练习:1、多原子分子的立体结构有多种,三原子分子的立体结构有、多原子分子的立体结构有多种,三原子分子的立体结构有 形和形和 形,大多数四原子分子采取形,大多数四原子分子采取 形和形和 形两种立体结构,五原子分子的立体结构中最常见的是形两种立体结构,五原子分子的立体结构中最常见的是 形。形。2、下列分子或离子
18、中,不含有孤对电子的是、下列分子或离子中,不含有孤对电子的是 A、H2O、B、H3O+、C、NH3、D、NH4+3、下列分子、下列分子BCl3、CCl4、H2S、CS2中中,其键角由小到其键角由小到大的顺序为大的顺序为 4、以下分子或离子的结构为正四面体,且键角为、以下分子或离子的结构为正四面体,且键角为10928 的是的是 CH4 NH4+CH3Cl P4 SO42-A、B、C、D、5、用价层电子对互斥模型判断、用价层电子对互斥模型判断SO3的分子构型的分子构型 A、正四面体形、正四面体形 B、V形形 C、三角锥形、三角锥形 D、平面三角形、平面三角形直线V平面三角三角锥 DCD正四面体正四
19、面体思考:思考:请根据价层电子对互斥理论请根据价层电子对互斥理论分析分析CH4的立体构型的立体构型1.1.写出碳原子的核外电子写出碳原子的核外电子排布图,思考为什么碳原排布图,思考为什么碳原子与氢原子结合形成子与氢原子结合形成CH4,而不是而不是CH2?问题:问题:按照我们已经学过的价键理论,甲烷的按照我们已经学过的价键理论,甲烷的4个个C H单键单键都应该是都应该是键,然而,碳原子的键,然而,碳原子的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原子轨道重叠,不可能得到四面体构型原子轨
20、道重叠,不可能得到四面体构型的甲烷分子的甲烷分子CC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问题:问题:sp3C:2s22p2 由由1个个s轨道和轨道和3个个p轨道混杂并重新组合成轨道混杂并重新组合成4个能量与形个能量与形状完全相同的轨道。状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨杂化轨道。道。为了四个杂化轨道在空间尽可能远离,使轨道间的排斥为了四个杂化轨道在空间尽可能远离,使轨道间的排斥最小,最小,4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型?四个四个H H原子分别以原子分别以4 4个个s s轨道
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- 选修 三分 立体 构型
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