《分子的立體結(jié)構(gòu)》PPT課件.ppt

第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第二節(jié) 分子的立體結(jié)構(gòu) 復(fù) 習(xí) 回 顧 共價鍵 鍵 鍵 鍵參數(shù) 鍵能 鍵長 鍵角 衡量化學(xué)鍵穩(wěn)定性 描述分子的立體結(jié)構(gòu)的重要因素 成鍵方式 “ 頭碰頭 ” ,呈軸對稱 成鍵方式 “ 肩并肩 ” ,呈鏡像對稱 一、形形色色的分子 O2 HCl H2O CO2 1、雙原子分子（直線型） 2、 三原子分子立體結(jié)構(gòu) （ 有直線形和 V形 ） 、 四原子分子立體結(jié)構(gòu) （ 直線形 、 平面三 角形 、 三角錐形 、 正四面體 ） （平面三角形，三角錐形） C2H2 CH2O COCl 2 NH3 P4 、 五原子分子立體結(jié)構(gòu) 最常見的是正四面體 CH4 CH3CH2OH CH3COOH C6H6 C8H8 CH3OH 5、 其它： C60 C20 C40 C70 資料卡片： 形形色色的分子 分子世界如此形形色色，異彩紛呈， 美不勝收，常使人流連忘返。 那么分子結(jié)構(gòu)又是怎么測定的呢 早年的科學(xué)家主要靠對物質(zhì)的 宏觀性質(zhì) 進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得 出規(guī)律后進(jìn)行推測 ， 如今 ， 科學(xué)家已經(jīng)創(chuàng)造了許許多多測 定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器 ， 紅外光譜 就是其中的一種 。 分子中的原子 不是 固定不動的 ， 而是不斷地 振動 著的 。 所謂分子立體結(jié)構(gòu)其實只是分子中的原子處于 平衡位置 時 的模型 。 當(dāng)一束紅外線透過分子時 ， 分子會吸收跟它的某 些化學(xué)鍵的振動頻率相同的紅外線 ， 再記錄到圖譜上呈現(xiàn) 吸收峰 。 通過計算機模擬 ， 可以得知各吸收峰是由哪一個 化學(xué)鍵 、 哪種振動方式引起的 ， 綜合這些信息 ， 可分析出 分子的立體結(jié)構(gòu) 。 科學(xué)視野 分子的立體結(jié)構(gòu)是怎樣測定的 ？ （指導(dǎo)閱讀 P39） 測分子體結(jié)構(gòu)：紅外光譜儀 吸收峰 分析 。 同為三原子分子， CO2 和 H2O 分子的空間結(jié) 構(gòu)卻不同，什么原因？ 直線形 V形 同為四原子分子， CH2O與 NH3 分子的的空 間結(jié)構(gòu)也不同，什么原因？ 三角錐形 平面三角形 二、價層電子對互斥模型 1、 一類是中心原子上的 價電子都用于形成共 價鍵 ， 如 CO2、 CH2O、 CH4等分子中的碳原 子 ， 它們的立體結(jié)構(gòu)可用中心原子周圍的原子 數(shù) n來預(yù)測 ， 概括如下： ABn 立體結(jié)構(gòu) 范例 n=2 直線形 CO2、 CS2 n=3 平面三角形 CH2O、 BF3 n=4 正四面體形 CH4、 CCl4 n=5 三角雙錐形 PCl5 n=6 正八面體形 SCl6 分子 CO2 CH2O CH4 電子式 結(jié)構(gòu)式 中心原子 有無 孤對電子 空間結(jié)構(gòu) O C O : : : : : : : : : H C H : H H O=C=O H-C-H = O H-C-H - - H H 無 無 無 直線形 平面 三角形 正 四面體 : : H C H : O: : : 2、 另一類是中心原子上有 孤對電子 (未用于形成共價鍵 的電子對 )的分子 。 ABn 立體結(jié)構(gòu) 范例 n=2 V形 H2O n=3 三角錐形 NH3 原因： 中心原子上的孤對電子也要 占據(jù)中心原子 周圍的空間 ，并參與互相排斥。例如， H2O和 NH3的中心原子分別有 2對和 l對孤對電子，跟 中心原子周圍的 鍵加起來都是 4，它們相互排 斥，形成四面體，因而 H2O分子呈 V形， NH3分 子呈三角錐形。 中心原子 代表物 中心原子 結(jié)合的原子數(shù) 分子類型 空間構(gòu)型 無孤對電子 CO2 2 AB2 CH2O 3 AB3 CH4 4 AB4 有孤對電子 H2O 2 AB2 NH3 3 AB3 直線形 平面三角形 正四面體 V 形 三角錐形 小結(jié) : 價層電子對互斥模型 應(yīng)用反饋 : 化學(xué)式 中心原子 孤對電子數(shù) 中心原子結(jié)合的原子數(shù) 空間構(gòu)型 HCN SO2 NH2 BF3 H3O+ SiCl4 CHCl3 NH4+ 0 1 2 0 1 0 0 0 2 2 2 3 3 4 4 4 直線形 V 形 V形 平面三角形 三角錐形 四面體 正四面體 正四面體 課堂練習(xí) 1.下列物質(zhì)中，分子的立體結(jié)構(gòu)與水分子 相似的是 （ ） A.CO2 B.H2S C.PCl3 D.SiCl4 2.下列分子的立體結(jié)構(gòu)，其中屬于直線型 分子的是 （ ） A.H2O B.CO2 C.C2H2 D.P4 B BC 3.若 ABn型分子的中心原子 A上沒有未用于形 成共價鍵的孤對電子，運用價層電子對互斥模 型，下列說法正確的（ ） A.若 n=2，則分子的立體構(gòu)型為 V形 B.若 n=3，則分子的立體構(gòu)型為三角錐形 C.若 n=4，則分子的立體構(gòu)型為正四面體形 D.以上說法都不正確 課堂練習(xí) C 美國著名化學(xué)家鮑林（ L.Pauling, 1901 1994）教授具有獨特的化學(xué)想象力：只要 給他物質(zhì)的分子式，他就能通過“毛估” 法，大體上想象出這種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)模 型。請你根據(jù)價層電子對互斥理論，“毛 估”出下列分子的空間構(gòu)型。 PCl5 PCl3 SO3 SiCl4 課堂練習(xí) 三角雙錐形 三角錐形 平面三角形 正四面體 值得注意的是價層電子對互斥模型只能解釋化合物分子 的空間構(gòu)形，卻無法解釋許多深層次的問題，如無法解釋甲 烷中四個 C-H的鍵長、鍵能相同及 H C H的鍵角為 109 28。因為按照我們已經(jīng)學(xué)過的價鍵理論，甲烷的 4個 C H單鍵都應(yīng)該是 鍵，然而，碳原子的 4個價層原子軌道是 3 個相互垂直的 2p軌道和 1個球形的 2s軌道，用它們跟 4個氫原 子的 1s原子軌道重疊，不可能得到四面體構(gòu)型的甲烷分子。 碳原子 : 為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論， 雜化軌道理論 雜化：原子內(nèi)部 能量相近 的原子軌 道，在外界條件影響下重新組合的 過程叫原子軌道的雜化 雜化軌道：原子軌道組合雜化后形成的一組新軌道 雜化軌道類型： sp、 sp2、 sp3、 sp3d2 雜化結(jié)果：重新分配能量和空間方 向，組成數(shù)目相等成鍵能力更強的 原子軌道 雜化軌道用于容納 鍵和孤對電子 學(xué)習(xí)價層電子互斥理論知道 : NH3和 H2O的模型和甲烷分子一樣 ,也 是正四面體的 ,因此它們的中心原子也是 sp3雜化 的 .不同的是 NH3和 H2O的中心原子的 4個雜化軌道分別用于 鍵和孤對電子對，這樣的 4個雜化軌道顯然有差別 sp 雜化 同一原子中 ns-np 雜化成新軌道；一個 s 軌道和一個 p 軌 道雜化組合成兩個新的 sp 雜化軌道。 例 ： BeCl2分子形成 激發(fā) 2s 2p Be基態(tài) 2s 2p 激發(fā)態(tài) 雜化 鍵合 直線形 sp雜化態(tài) 直線形 化合態(tài) Cl Be Cl 180 除 sp3雜化軌道外，還有 sp雜化軌道和 sp2雜化軌道。 sp 雜化軌道由 1個 s軌道和 1個 p軌道雜化而得； sp2雜化軌道由 1 個 s軌道和 2個 p軌道雜化而得， 碳的 sp雜化軌道 sp雜化：夾角為 180 的直線形雜化軌道 。 乙炔的成鍵 sp2 雜化 sp2 雜化軌道間的夾角是 120度，分子的幾何構(gòu)型為平面正三角形 2s 2p B的基態(tài) 2s 2p 激發(fā)態(tài) 正三角形 sp2 雜化態(tài) 例： BF3分子形成 B F F F Cl B Cl 1200 Cl 碳的 sp2雜化軌道 sp2雜化：三個夾角為 120 的平面三角形雜化軌道 。 思考題：根據(jù)以下事實總結(jié)：如何判斷一個 化合物的中心原子的雜化類型？ 已知：雜化軌道只用于形成 鍵或者用來容納孤對電子 雜化軌道數(shù) 0+2=2 SP 直線形 0+3=3 SP2 平面三角形 0+4=4 SP3 正四面體形 1+2=3 SP2 V形 1+3=4 SP3 三角錐形 2+2=4 SP3 V形 代表物 雜化軌道數(shù) 雜化軌道類型 分子結(jié)構(gòu) CO2 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O 結(jié)合上述信息完成下表： 中心原子孤對電子對數(shù)中心原子結(jié)合的原子數(shù) 練習(xí)：在學(xué)習(xí)價層電子對互斥模型和雜化軌道理論的基礎(chǔ)上 描述化合物中每個化學(xué)鍵是怎樣形成的？ C原子發(fā)生 SP雜化生成了兩個 SP軌道分別與兩個 O原子 的一個 P軌道形成兩個 鍵； C原子剩余的兩個 P軌道分 別與兩個 O原子剩余的 1個 P軌道形成兩個 鍵。 2 H2O O原子發(fā)生 SP3雜化生成了四個 SP3雜化軌道，其 中的兩個分別與兩個 H原子的 S軌道形成兩個 鍵； O原子剩余的兩個 SP3雜化軌道分別被兩對孤對電 子占據(jù)。 1 CO2 O： 1S22S 2P O C O 提示： C： 1S22S 2P 激發(fā) C： 1S22S 2P SP雜化 探究練習(xí) 1、 寫出 HCN分子和 CH20分子的路易斯結(jié)構(gòu)式 。 2 用 VSEPR模型對 HCN分子和 CH2O分子的立體結(jié)構(gòu) 進(jìn)行預(yù)測 (用立體結(jié)構(gòu)模型表示 ) 3 寫出 HCN分子和 CH20分子的中心原子的雜化類型 。 4 分析 HCN分子和 CH2O分子中的 鍵 。 例題三：對 SO2與 CO2說法正確的是 ( ) A都是直線形結(jié)構(gòu) B中心原子都采取 sp雜化軌道 C S原子和 C原子上都沒有孤對電子 D SO2為 V形結(jié)構(gòu)， CO2為直線形結(jié)構(gòu) D 例題五：寫出下列分子的路易斯結(jié)構(gòu)式 (是用短線表示 鍵合電子 ,小黑點表示未鍵合的價電子的結(jié)構(gòu)式 )并指出 中心原子可能采用的雜化軌道類型，并預(yù)測分子的幾 何構(gòu)型。 (1)PCI3 (2)BCl3 (3)CS2 (4) C12O (1) PCI3： SP3 三角錐形 . . P CI CI 解析： . . . . . . . . . CI . . . . . CI . . . (2)BCl3 ： SP2 平面三角形 B CI . . . . . . Cl . . . . . (3)CS2 ： SP 直線形 C = S = S . . . . . . . . (4) C12O： SP3 V形 O . . . . Cl . . . . . CI . . . . . 乙炔的成鍵 C2H4(sp2雜化） 大 鍵 C6H6 C6H6的大 鍵（離域鍵） 作業(yè)： 1、整理學(xué)案。 2 、完成課后習(xí)題 例題一：下列分子中的中心原子雜化軌道 的類型相同的是 ( ) A CO2與 SO2 B CH4與 NH3 C BeCl2與 BF3 D C2H2與 C2H4 例題二：對 SO2與 CO2說法正確的是 ( ) A都是直線形結(jié)構(gòu) B中心原子都采取 sp雜化軌道 C S原子和 C原子上都沒有孤對電子 D SO2為 V形結(jié)構(gòu)， CO2為直線形結(jié) 構(gòu) D 例題三：寫出下列分子的路易斯結(jié)構(gòu)式 (是 用短線表示鍵合電子 ,小黑點表示未鍵合的 價電子的結(jié)構(gòu)式 )并指出中心原子可能采用 的雜化軌道類型，并預(yù)測分子的幾何構(gòu)型。 (1)PCl3 (2)BCl3 (3)CS2 (4) C12O (1) PCl3： SP3 三角錐形 . . P CI CI 解析： . . . . . . . . . CI . . . . . CI . . . (2)BCl3 ： SP2 平面三角形 B CI . . . . . . Cl . . . . . (3)CS2 ： SP 直線形 C = S = S . . . . . . . . (4) C12O： SP3 V形 O . . . . Cl . . . . . CI . . . . . 天藍(lán)色 天藍(lán)色 天藍(lán)色 無色 無色 無色 配合物理論簡介： 實驗 2-1 固體顏色 溶液顏色 CuSO4 CuCl2.2H2O CuBr2 NaCl K2SO4 KBr 白色 綠色 深褐色 白色 白色 白色 思考：前三種溶液呈天藍(lán)色大概與什么物質(zhì)有關(guān)？依據(jù)是什么？ Cu OH2 H2O H2O H2O 2+ 配位化合物，簡稱配合物，通常是由中心離 子（或原子） 與配位體 (某些分子或陰離子 ) 以配位鍵的形式結(jié)合而成的復(fù)雜離子或分子。 2+ Cu NH3 H3N NH3 NH3 實驗 2-2 已知氫氧化銅與足量氨水反 應(yīng)后溶解是因為生成 Cu(NH3)42+ ， 其結(jié)構(gòu)簡式為： 試寫出實驗中發(fā)生的兩個反應(yīng)的離 子方程式？ Cu 2+ +2NH3 .H2O Cu（ OH） 2 +2 NH4 + Cu（ OH） 2 + 4NH3 . H2O Cu(NH3) 42+ +2OH +4H2O 藍(lán)色沉淀 深藍(lán)色溶 液 實驗 2-3 Fe 3+ +SCN Fe (SCN) 2+ 硫氰酸根 血紅 色 由于該離子的顏 色極似血液，常 被用于電影特技 和魔術(shù)表演。 練習(xí)書寫： 向硝酸銀溶液中逐漸滴加氨水的離子方程式 配合物理論簡介 一、配合物的組成 1. 中心離子或 原子 (也稱形成體 ) 有空軌道 主要是一些 過渡金屬 ， 如鐵 、 鈷 、 鎳 、 銅 、 銀 、 金 、 鉑等金 屬元素的離子； 或是具有高氧化數(shù)的非金屬元素，硼，硅、磷 等，如 NaBF4 中的 B( )、 K2SiF6中的 Si( ) 和 NH4PF6中的 P( )； 或是不帶電荷的中性原子，如 Ni(CO)4, Fe(CO)5 中的 Ni, Fe都是中性原子， 堿金屬、堿土金屬等可作為螯合物的形成體。 Cu(NH3)4SO4中， NH3是配位體， N為配位原子。 2. 配位體和配位原子 有孤對電子 a. 單齒配位體 (一個配位體中只有一個配位原子 ) 含氮配位體 NH3 , NCS - ;含硫配位體 SCN- ; 含鹵素配位體 F- , Cl- , Br- , I- ; 含碳配位體 CN- , CO 含氧配位體 H2O, OH- ，羧酸，醇，醚等 b. 多齒配位體 (有兩個或兩個以上的配位原子 ) 乙二胺 NH2一 CH2一 CH2一 NH2 簡寫為 en， 乙二胺四乙酸根（ EDTA）等。 3配位數(shù) 與中心離子直接以配位鍵結(jié)合的配位原子個數(shù)。 例： AlF63- 配位數(shù) 6 、 Cu(NH3)4SO4 配位數(shù) 4 、 Co(NH3)2(en)2(NO3)3 配位數(shù) 6 *中心離子的電荷高，對配位體的吸引力較強，有 利于形成配位數(shù)較高的配合物。 常見的配位數(shù)與中心離子的電荷數(shù)有如下的關(guān)系： 中心離子的電荷： +1 +2 +3 +4 常見的配位數(shù)： 2 4(或 6) 6(或 4) 6(或 8) *中心離子半徑越大，其周圍可容納配體就越多， 配位數(shù)越大。 AlF63- AlCl4- BF4- AgI2- AgI42- 從這些配離子你看出配位數(shù)有什么規(guī)律？ 4. 配離子的電荷 配離子的電荷等于中心離子電荷與配位體總電 荷的代數(shù)和。 如 K2PtCl4 8.1.2 配位化合物的命名 配位數(shù) 配位體名稱 合 中心離子 (用羅馬數(shù) 字表示氧化數(shù) )， 用二、三、四等數(shù)字表示配位體數(shù)。不同配位名 稱之間用圓點“ ”分開。 陰離子次序為：簡單 離子 復(fù)雜離子 有機酸根離子。 中性分子次序為： NH3 H2O 有機分子。 1配位陰離子配合物 -配位陰離子 “ 酸 ” 外 界 2配位陽離子配合物 “ 某化某 ” 或 “ 某酸 某 ” 3中性配合物 K2SiF6 六氟合硅 ( )酸 鉀 KPtCl5(NH3) 五氯 一氨合鉑 ( )酸 鉀 Co(NH3)6Br3 三溴 化 六氨合鈷 ( ) Co(NH3)2(en)2(NO3)3 硝 酸 二氨 二（乙二胺） 合鈷（ ） PtCl2(NH3)2 二氯 二氨合鉑 ( ) Ni(CO)4 四羰基合鎳 (0) 配合物的鹽與復(fù)鹽的比較 復(fù)鹽 , 能電離出兩種或兩種以上陽離子的鹽如明礬 KAl(SO4)212H2O、光鹵石 KCl MgCl2 6H2O等，僅在 固態(tài)時穩(wěn)定存在，一旦溶于水，幾乎全部解離成各組分 離子： KAl(SO4)212H2O (溶于水 ) K + +Al3+ 2SO42- +12 H2O KCl MgCl2 6H2O (溶于水 ) K + +Mg2+ + 3Cl- + 6H2O 配合物鹽，是在配合物的溶液或晶體中，十分明確地存 在著 含有配位鍵的、能獨立存在的復(fù)雜組成的離子： Cu(NH3)4SO4H 2O Cu(NH 3)42+ + SO42- + H2O 形成配合物時性質(zhì)的改變 1、顏色的改變 Fe3+ + nNCS- = Fe(NCS)n(n-3)- 2、溶解度的改變： AgCl HCl AgCl2- + H+ AgCl + 2NH3 = Ag(NH3)2+ + Cl- Au + HNO3 + 4HCl = HAuCl4 + NO + 2H2O 3Pt + 4HNO3 + 18HCl = 3H2PtCl6 + 4NO + 8H2O 例題一：下列分子或離子中都存在著配位鍵的是 ( ) A NH3、 H2O B NH4 + 、 H3O+ C N2、 HClO D Cu(NH3) 42+ 、 PCI3 B 例題二：下列各種說法中錯誤的是（ ） A、形成配位鍵的條件是一方有空軌道一方有孤 對電子。 B、配位鍵是一種特殊的共價鍵。 C、配位化合物中的配體可以是分子也可以是陰 離子。 D、共價鍵的形成條件是成鍵原子必須有未成對 電子。 D