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1、专题四专题四 分子空间结构与物质性质分子空间结构与物质性质第一单元第一单元 分子构型与物质的性质分子构型与物质的性质分子的空间构型分子的空间构型 C C原子与原子与H H原子结合形成的分子为什么是原子结合形成的分子为什么是CHCH4 4，而不是，而不是CHCH2 2或或CHCH3 3？CHCH4 4分子为什么具有分子为什么具有正四面体的空间构型（键长、键能相同，正四面体的空间构型（键长、键能相同，键角相同为键角相同为1091092828）？）？2s 2px 2py 2pzC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，1.杂化轨道理论简介杂化轨道理论简介2
2、s2pC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激发激发在同一个原子中在同一个原子中的不同类型的几个原子的不同类型的几个原子轨道（轨道（S S、P P）可以相互叠加而组成）可以相互叠加而组成的的的杂化原子轨道的杂化原子轨道杂化轨道理论杂化轨道理论sp2 杂化杂化sp 杂化杂化sp3 杂化杂化杂化轨道夹角杂化轨道夹角杂化轨道杂化轨道空间取向空间取向 180 120 109.5 直线直线正四面体正四面体 平面平面 三角形三角形2s2pB的基态的基态2p2s激发态激发态正三角形正三角形sp2 杂化态杂化态BF3分子形成过程分子形成过程BFFF激发激
3、发120BeCl2分子形成过程分子形成过程激发激发2s2pBe基态基态2s2p激发态激发态杂化杂化直线形直线形sp杂化态杂化态键合键合直线形直线形化合态化合态Cl Be Cl180 请用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔请用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况分子的成键情况?用杂化轨道理论解释苯分子的成键情况？用杂化轨道理论解释苯分子的成键情况？【例题选讲】例例1：根据乙烯、乙炔分子的结构，试用杂化轨道：根据乙烯、乙炔分子的结构，试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。乙烯中碳以乙烯中碳以sp2杂化，杂化，C=C中一中一个个 和一个和一个乙炔中碳以乙炔中碳以
4、sp杂杂化，化，C=C中一个中一个和两个和两个例例2：试用杂化轨理论解释石墨、苯的结构：试用杂化轨理论解释石墨、苯的结构 CC CCCCHHHHHH石墨晶体 苯的结构苯的结构 sp sp2 2杂化杂化 sp sp2 2杂化杂化 SPSP型的三种杂化型的三种杂化杂化类型杂化类型SPSPSPSP2 2SPSP3 3参与杂化的参与杂化的原子轨道原子轨道杂化轨道数杂化轨道数杂化轨道间杂化轨道间夹角夹角空间构型空间构型实实 例例1个个S 1个个P1个个S 3个个P1个个S 2个个P2个个SP3个个SP24个个SP3180120109.5直线形直线形正三角形正三角形正四面体正四面体BeCl2 C2H2BF
5、3 C2H4CH4 CCl4小结小结2.推断分子或离子的空间构型的具体步骤：推断分子或离子的空间构型的具体步骤：确定中心原子的价层电子对数，确定中心原子的价层电子对数，以以AXm为例为例 (A中心原子中心原子,X配位原子配位原子) ：原则：原则：A A的价电子数的价电子数 = =主族序数；主族序数；配体配体X：H H和卤素每个原子各提供一个价电和卤素每个原子各提供一个价电子子, , ；正离子应减去电荷数正离子应减去电荷数, ,负离子应加上电荷数。负离子应加上电荷数。n=1/2A的价电子数的价电子数+X提供的价电子数提供的价电子数m 离子电荷数离子电荷数( )负负 正正1.ABm型分子型分子的价
6、电子对数的价电子对数n的确定的确定=2中心原子中心原子A的价电子数的价电子数+配位原子配位原子B提供的价电子数提供的价电子数m（1）对于主族元素，）对于主族元素，中心原子价电子数中心原子价电子数=最外层电子数最外层电子数，配，配位原子中氢或卤素原子提供价电子数为位原子中氢或卤素原子提供价电子数为1;（2）O、S作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为子时价电子数为6；（3）离子的价电子对数计算）离子的价电子对数计算NH4+ ： SO42- ：如：如：PCl3 中中； 42315= =+ += =n42145= =- -+ += =n42
7、206= =+ + += =nnA的价电子对数的价电子对数234A的杂化轨道数的杂化轨道数234杂化类型杂化类型spsp2sp3A的价电子空间构型的价电子空间构型 直线型直线型平面三角形平面三角形正四面体正四面体对于对于ABmABm型分子或离子，其型分子或离子，其中心原子中心原子A A的杂化轨道的杂化轨道数恰好与数恰好与A A的价电子对数相等的价电子对数相等。2.2.推断分子空间构型的具体步骤：推断分子空间构型的具体步骤：分分子子中心原中心原子的价子的价电子对电子对数数中心原子中心原子的杂化轨的杂化轨道类型道类型SiCl4CS2BF3PCl3OF2SO2423443正四面体正四面体0正四面体正
8、四面体SP3直线直线直线直线0SPSP3SP2SP3SP2平面三角形平面三角形2平面三角形平面三角形正四面体正四面体正四面体正四面体平面三角形平面三角形011三角锥三角锥V形形V形形课堂练习课堂练习电子对的电子对的空间排布空间排布中心原子的中心原子的孤对电子对孤对电子对分子的空间分子的空间构型构型确定中心原子的孤对电子对数，推断分子确定中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型。的空间构型。 孤对电子孤对电子=0:分子的空间构型分子的空间构型=电子对的空间构型电子对的空间构型2BeHn= (2+2)=2 直线形直线形213BFn= (3+3)=3 平面三角形平面三角形214CHn= (4+4)
9、=4 四面体四面体21例如：例如：3NH18107HNH=杂化3sp2ps2N：2s22p330104HOH =OH2杂化3sp2ps23spO：2s22p4孤对电子孤对电子0 ：分子的空间构型不同于电：分子的空间构型不同于电子对的空间构型。子对的空间构型。3411 2SnCl2平面三角形平面三角形 V形形NH3四面体四面体 三角锥三角锥H2O四面体四面体 V形形n孤对孤对电子电子电子对的电子对的空间构型空间构型分子的分子的空间构型空间构型例例（3）判断共价分子结构的实例）判断共价分子结构的实例 例例 1 利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的
10、几何 构型。要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型构型。要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型 。 AlCl3 H2S SO32 - NH4 + NO2 解：总数解：总数 对数对数电子对构型电子对构型 6 8 8 8 5 3 4 4 4 3 三角形三角形 正四面体正四面体 正四面体正四面体 正四面体正四面体 三角形三角形 分子构型分子构型 三角形三角形 V字构型字构型 三角锥三角锥 正四面体正四面体 V字形字形 AlClClClSOOONHHHHNOOSHH例例3：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表物质
11、物质价电价电子对子对数数中心原中心原子杂化子杂化轨道类型轨道类型杂化轨道杂化轨道/电子对空电子对空间构型间构型轨道轨道夹角夹角分子空分子空间构型间构型键角键角气态气态BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2ONH3PCl322344444spspspspspsp2 2spsp3 3直线形直线形直线形直线形平面三角形平面三角形正四正四面体面体180180120109.5直线形直线形直线形直线形平面三平面三角形角形正四正四面体面体V形形三角三角锥形锥形180180120109.5109.5104.5107.3107.3课堂练习课堂练习代表代表物物中心原子中心原子结合的原子数结合的原子数分子分子类型
12、类型空间构型空间构型中心原子中心原子无孤对电子无孤对电子CO22AB2CH2O3AB3CH44AB4中心原子中心原子有孤对电子有孤对电子H2O2AB2NH33AB3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:具有相同的通式具有相同的通式ABm，而且价电子总数和原子数目，而且价电子总数和原子数目相等的分子或离子具有相同的结构特征相等的分子或离子具有相同的结构特征,这个原理称为这个原理称为“等电等电子体原理子体原理”。这里的。这里的“结构特征结构特征”的概念既包括分子的立体的概念既包括分子的立体结构，又包括化学键的类型，但键角并不一定相等，除非键结构，又包括化
13、学键的类型，但键角并不一定相等，除非键角为角为180 或或90 等特定的角度。等特定的角度。（1）CO2、CNS、NO2+、N3具有相同的通式具有相同的通式AX2，价电子总数价电子总数16，具有相同的结构，具有相同的结构直线型分子，中心原子上直线型分子，中心原子上没有孤对电子而取没有孤对电子而取sp杂化轨道，形成直线形杂化轨道，形成直线形s s-骨架，键角为骨架，键角为180 。等电子体原理等电子体原理（2）CO32、NO3、SO3等离子或分子具有相同的通等离子或分子具有相同的通式式AX3,总价电子数总价电子数24，有相同的结构，有相同的结构平面三角形分子平面三角形分子,中中心原子上没有孤对电
14、子而取心原子上没有孤对电子而取sp2杂化轨道形成分子的杂化轨道形成分子的s s-骨架。骨架。（3 3）S SO2、O3、NO2等离子或分子，等离子或分子，AX2，18e，中心，中心原子取原子取sp2杂化形式，杂化形式，VSEPR理想模型为平面三角形，中心理想模型为平面三角形，中心原子上有原子上有1对孤对电子对孤对电子(处于分子平面上处于分子平面上)，分子立体结构为，分子立体结构为V型型(或角型、折线型或角型、折线型) 。（4）SO42、PO43等离子具有等离子具有AX4的通式的通式,总价电子数总价电子数32，中心原子有，中心原子有4个个s s-键，故取键，故取sp3杂化形式，呈正四面体立杂化形
15、式，呈正四面体立体结构；体结构； （5）PO33、SO32、ClO3等离子具有等离子具有AX3的通式，总的通式，总价电子数价电子数26，中心原子有，中心原子有4个个s s-轨道轨道(3个个s s-键和键和1对占据对占据s s-轨轨道的孤对电子道的孤对电子)，VSEPR理想模型为四面体，理想模型为四面体，(不计孤对电不计孤对电子的子的)分子立体结构为三角锥体，中心原子取分子立体结构为三角锥体，中心原子取sp3杂化形式，杂化形式，没有没有p-pp p键或键或p-p大大 键，它们的路易斯结构式里的重键是键，它们的路易斯结构式里的重键是d-p大大 键。键。1 1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类下列分
16、子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是型相同的是 ( )( )A ACOCO2 2与与SOSO2 2 B BCHCH4 4与与NHNH3 3 C CBeClBeCl2 2与与BFBF3 3 D DC C2 2H H2 2与与C C2 2H H4 4B B2 2、对对SOSO2 2与与COCO2 2说法正确的是说法正确的是( )( )A.A.都是直线形结构都是直线形结构B.B.中心原子都采取中心原子都采取spsp杂化轨道杂化轨道C.SC.S原子和原子和C C原子上都没有孤对电子原子上都没有孤对电子D.SOD.SO2 2为为V V形结构，形结构， COCO2 2为直线形结构为直线形结构D3 3、指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。并预测分子的几何构型。 (1)PCl(1)PCl3 3 (2)BCl (2)BCl3 3 (3)CS (3)CS2 2