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1、选修三:物质结构与性质选修三:物质结构与性质 第二章第二章 分子结构与性质分子结构与性质 221221分子的立体构型分子的立体构型 一、形形色色的分子 O2 HCl H2O CO2 1、双原子分子(直线型) 2、三原子分子立体结构(有直线形和V形) 、四原子分子立体结构(直线形、平面三 角形、三角锥形、正四面体) (平面三角形,三角锥形) C2H2 CH2O COCl2 NH3P4 、五原子分子立体结构 最常见的是正四面体 CH4 C60 C20C40C70 资料卡片:形形色色的分子 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。 那么分子结构又是怎么测定的呢 测分子体结构:红外
2、光谱仪吸收峰分析。 科学视野分子的立体结构是怎样测定的? 同为三原子分子,CO2 和 H2O 分子的空间结 构却不同,什么原因? 直线形 V形 同为四原子分子,CH2O与 NH3 分子的的空 间结构也不同,什么原因? 三角锥形 平面三角形 1、要点:对ABn型的分子或离子, 分子或离子的空间构型取决于中心原子A周围 的价层电子对数。 价层电子对尽可能彼此远离,使它们之间的斥 力最小,分子体系能量最低。 价层电子对数通常采取斥力最小对称分布: 2对:直线型;3对:平面三角形;4对:四面体 ;5对:三角双锥;6对:双四棱锥(八面体) 。 二、价层电子对互斥理论 (VSEPR模型) 预测分子结构的简
3、单理论 二、价层电子对互斥理论 (VSEPR模型) 预测分子结构的简单理论 2、分子构型预测举例 (1)基本概念:(以氨分子为例说明) H NH3 H N H 中心原子配位原子 配位数 孤电子对 键电子对键电子对键电子对 写出结构式,该原子连接两个或两个以上原子,就属于中心原子,该原子只连一个原子,就不 是中心原子。如有机物中氢肯定不是中心原子,它只能形成一个键,永远在端点上。一个分子中可 能有多个中心原子,如甲醇中,碳、氧均可看作中心原子。 2.价层电子对数的计算 价层电子对数 = 键电子对数+中心原子上的孤电子对数 键电子对数 = 键个数= 与中心原子结合的原子数 中心原子上的孤电子对数
4、=(a-xb) 配位原子 价层电层电 子对对是指分子的中心原子上的电电子 对对,包括 键电键电 子对对和中心原子上的孤电电子对对 (不包括 键电键电 子对对)。 式中 a 为为中心原子的价电电子数,对对于主族 元素来说说,价电电子数等于原子的最外层电层电 子数; X 为为与中心原子结结合的原子数;(称“配位原子”或 “端位原子”) b 为为与中心原子结结合的原子最多能接受的电电子数 ,H 为为 1 ,其它原子等于“8该该原子的价电电子数” 。 对对于阳离子来说说,a 为为中心原子的价电电 子数减去离子的电电荷数,x 和 b 的计计算方法 不变变; 对对于阴离子来说说,a 为为中心原子的价电电
5、子数加上离子的电电荷数( 绝对值绝对值 ),x 和 b 的计计算方法也不变变。 表 24 几种分子或离子的中心原子上的孤电电子对对数 分子或离子中心原子axb中心原子上的孤电电子对对数 SO2S6221 NHN5 1 = 4410 COC4 + 2 = 6320 分子或 离子 中心原子 a x b中心原子上的 孤电电子对对数 SO2 NH4+ CO32- 分子或 离子 中心原子 a x b中心原子上的 孤电电子对对数 SO2 NH4+ CO32- 表 24 几种分子或离子的中心原子上的孤电子对数 S 6221 N 5-1=4 41 0 C 4+2=6 320 中心原子上的孤电子对数 =(a-x
6、b) 思考与交流 1.以S和P为例,说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定 它的价电子数? 对主族元素来说,其价电子数与其族序数相当。S是第三周期 A族的元素,其价电子数为6;P是第三周期A族的元素, 其价电子数为5; 2.以N 和CI为例,说明如何根据主族元素在周期表中的位置确 定它最多能接受的电子数? N为第二周期A族的元素,其价电子数为5,故其最多能接 受的电子数为3;CI第三周期A族的元素,其价电子数为7 ;故其最多能接受的电子数为1; 计算时应注意: (1)氧族元素原子作为配位原子时,可认为不提供电子, 但作为中心原子时可认为它所提供所有的6个价电子。 (2) 如果讨论的是离子,则
7、应加上或减去与离子电荷相 应的电子数。如PO43-中P原子价层电子数就加上3,而 NH4 中N原子的价层电子数应减去1 (3) 如果价层电子数出现奇数电子,可把这个单电子当 作电子对来看待 价层电子对数计算方法 对于ABm型分子(A为中心原子,B为配位原子),分子的价电子对数 可以通过下式确定: n = 确定价层电子对的空间构型 分子空间构型确定 中心原子上有孤对电子(未用于形成共价键的电子对)的分子。 价层电子对数目与价层电子对构型关系 价层电层电 子对对数目23456 价层电层电 子对对构型 直线线三角形四面体三角双锥锥八面体 一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键. 路易斯结构式 图图
8、215 H2O、NH3的VSEPR模型和立体构性 下表(表 2 5 )列举举了应应用价层电层电 子对对互斥 理论对论对 几种分子或离子的立体构型的推测测。 路易斯结构式 分子或离子 中心原子上的 孤电电子对对数 分子或离子的 价层电层电 子对对对对 数 VSEPR 模型 CO202 SO213 分子或离子 VSEPR 模型名称 分子或离子 的立体构型 分子或离子的 立体构型名称 CO2直线线形直线线形 SO2平面三角形V形 注意: VSEPR模型与分子空间构型并不一致。当中心原子 上无孤电子对数时,则两者相一致。当中心原子上 有孤电子对数时,则两者不一致。分子的空间构型 从略去VSEPR模型中
9、的中心原子上的孤电子对去判 断; 3、确定分子的立体结构步骤小结: (1)先确定中心原子的价层电子对数 价层电子对数= 键电子对数+孤电子对数 (2)确定含孤电子对的VSEPR模型的立体结构 价层电子对数 n与VSEPR模型的立体结构的关系 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 直线型 平面三角形 四面体 三角双锥体 八面体 (3)略去VSEPR模型中心原子上的孤电子对,便得到了实际 的立体结构 中心原子上的孤电子对数 (a-xb)/2 思考与交流:教材 P39 确定 BF3 、NH 和 SO 的 VSEPR 模型 和它们的立体构型。 BF3 :AY3 型,VSEPR 模型为平面三角形, 分
10、子构型为平面三角形; NH :AY4 型, VSEPR 模型为正四面体 形,离子构型为正四面体形; SO :AY4 (AX3E)型, VSEPR 模型为 四面体形,离子构型为三角锥形。 总结: 中心原子中心原子代表物代表物 中心原子中心原子 结合原子数结合原子数 价层电子价层电子 对数对数 VSEPRVSEPR模模 型型 分子立体构分子立体构 型型 无无 孤对电子孤对电子 COCO 2 22 2 BFBF 3 33 3 CHCH 4 44 4 有有 孤对电子孤对电子 HH 2 2 OO 2 2 NHNH 3 3 3 3 直线形直线形 平面三角形平面三角形 正四面体形正四面体形 V V 形形 三
11、角锥形三角锥形 直线形直线形 平面三角形平面三角形 正四面体形正四面体形 四面体形 四面体形 2 2 3 3 4 4 4 4 4 4 (1)如果中心原子无孤电子对,则分子立体构型与VSEPR模型相同 课堂练习 1.下列物质中,分子的立体结构与水分子 相似的是 ( ) A.CO2 B.H2S C.PCl3 D.SiCl4 2.下列分子的立体结构,其中属于直线型 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上没有未用于形 成共价键的孤对电子,运用价层电子对互斥模 型,下列说法正确的( ) A.若n=2,则分子的立体构型为V形 B.若n=3,则分子的立体构型为三角锥形 C.若n=4,则分子的立体构型为正四面体形 D.以上说法都不正确 课堂练习 C