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1、第二节 分子的立体构型,第二课时,【选修3物质结构与性质】,第二章分子结构与性质,值得注意的是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，如无法解释甲烷中四个 C H的键长、键能相同及HC H的键角为109 28。因为按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C H单键都应该是键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。,碳原子:,为了解释像甲烷等分子的立体结构，鲍林提出了杂化轨道理论。,如果C原子就以个轨道和个轨道上的单电子，分别与四个原子的轨道上的单电子重叠
2、成键，所形成的四个共价键能否完全相同？这与CH分子的实际情况是否吻合？,思考,看看杂化轨道理论的解释：,由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道。,要点：,1个S轨道和3个P轨道,基态原子,激发态原子,4个相同的SP3杂化轨道,混杂,杂化轨道理论,杂化：原子内部能量相近的原子轨道，在外界条件影响下重新组合的过程叫原子轨道的杂化. 杂化轨道：原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道. 杂化轨道类型：sp、sp2、sp3、sp3d2等. 杂化结果：重新分配能量和空间方向，组成数目相等成键能力更强的原子轨道. 杂化轨道用于容纳键和孤对电子.
3、 杂化轨道理论认为：在分子形成过程中，通常存在激发、杂化、轨道重叠等过程。,杂化前后轨道数目不变。,杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。,电子云一头大、一头小，成键时重叠程度更大。,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，4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。,四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的S-SP3键，从而构成一个正四面体构型的分子。,sp3 杂化,原子形成分子时，同一个原子中能量相近的一个 ns 轨道与三个 np 轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为 sp3 杂化轨道。,sp3杂化轨道特点
4、：四个sp3轨道在空间均匀分布，轨道间夹角109.5,BF3是平面三角形构型， 分子中键角均为120o；气态BeCl2是直线型分子构型，分子中键角为180o 。试用杂化轨道理论加以说明。,交流讨论,BF3分子的空间构型,BF3分子的中心原子是B，其价层电子排布为2s22px1 。在形成BF3分子的过程中，B原子的2s轨道上的1个电子被激发到2p空轨道，价层电子排布为2s12px12py1 ，1个2s轨道和2个2p轨道进行sp2杂化，形成夹角均为1200的3个完全等同的SP2杂化轨道。其形成过程可表示为：,理论分析：B原子的三个SP2杂化轨道分别与3个F原子含有单电子的2p轨道重叠，形成3个sp
5、2-p的键。故BF3 分子的空间构型是平面正三角形。,实验测定：BF3分子中有3个完全等同的B-F键，键角为1200 ，分子的空间构型为平面正三角形。,同一个原子的一个 ns 轨道与两个 np 轨道进行杂化组合为 sp2 杂化轨道。sp2 杂化轨道间的夹角是120，分子的几何构型为平面正三角形。,sp2杂化轨道特点：3个sp2杂化轨道在一个平面内均匀分布，轨道间夹角120,sp2杂化,BeCl2分子的形成和空间构型,Be原子的价层电子排布为2s2 。在形成BeCl2 分子的过程中，Be原子的1个2s电子被激发到2p空轨道，价层电子排布变为为2s1 2px1 。这2个含有单电子的2s轨道和2px
6、轨道进行sp杂化，组成夹角为1800 的2个能量相同的sp杂化轨道，其形成过程可表示为：,理论分析：Be原子上的两个SP杂化轨道分别与2个Cl原子中含有单电子的3p轨道重叠，形成2个spp的键，所以BeCl2分子的空间构型为直线。,实验测定：BeCl2分子中有2个完全等同的BeCl键，键角为1800 ，分子的空间构型为直线。,同一原子中 ns-np 杂化成新轨道：一个 s 轨道和一个 p 轨道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。,sp杂化,sp杂化轨道特点：2个sp杂化轨道在一条直线上，轨道间夹角180,学习价层电子互斥理论知道: NH3和H2O的模型和甲烷分子一样,也是正四面体的,因此它们的
7、中心原子也是sp3杂化的.不同的是NH3和H2O的中心原子的4个杂化轨道分别用于键和孤对电子对，这样的4个杂化轨道显然有差别,除sp3杂化轨道外，还有sp杂化轨道和sp2杂化轨道。sp杂化轨道由1个s轨道和1个p轨道杂化而得；sp2杂化轨道由1个s轨道和2个p轨道杂化而得，,试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况,交流讨论,C原子在形成C2H4分子时，碳原子的2s轨道与2个2p轨道发生杂化，形成3个sp2杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原子的1s轨道形成2个相同的键，各自剩余的1个sp2杂化轨道相互形成一个键，各自没有杂化的l个2p轨道则垂
8、直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成键。所以，在乙烯分子中双键由一个键和一个键构成。,碳的sp2杂化轨道,sp2杂化：三个夹角为120的平面三角形杂化轨道。,C2H4(sp2杂化）,C原子在形成C2H2分子时发生sp杂化，两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成键。各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个键，两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。,碳的sp杂化轨道,sp杂化：夹角为180的直线形杂化轨道。,乙炔的成键,sp2 杂化,sp2 杂化轨道间的夹角是120度，分子的几何构型为平面正三角形,例：,BF3分子形成,Cl,
9、思考题：根据以下事实总结：如何判断一个 化合物的中心原子的杂化类型？,练学习价层电子对互斥模型和杂化轨道理论的基础上描述化合物中每个化学键是怎样形成的？,C原子发生SP杂化生成了两个SP轨道分别与两个O原子的一个P轨道形成两个键； C原子剩余的两个P轨道分别与两个O原子剩余的1个P轨道形成两个键。,2 H2O,O原子发生SP3杂化生成了四个SP3杂化轨道，其中的两个分别与两个H原子的S轨道形成两个键； O原子剩余的两个SP3杂化轨道分别被两对孤对电子占据。,1CO2,探究练习,1、写出HCN分子和CH20分子的路易斯结构式。 2用VSEPR模型对HCN分子和CH2O分子的立体结构进行预测(用立
10、体结构模型表示) 3写出HCN分子和CH20分子的中心原子的杂化类型。 4分析HCN分子和CH2O分子中的键。,例题五：写出下列分子的路易斯结构式(是用短线表示键合电子,小黑点表示未键合的价电子的结构式)并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。 (1)PCI3 (2)BCl3 (3)CS2 (4) C12O,大 键 C6H6,C6H6的大键（离域键）,杂化类型,参加杂化的轨道,杂化轨道数,分子空间构型,实 例,价层电子对数,s+p,s+(2)p,s+(3)p,2,4,3,四面体,2,3,4,sp,sp2,sp3,小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型,杂化轨道间的夹角,直线形
11、,三角形,三角锥,V型,109.5,已知：杂化轨道只用于形成键或者用来容纳孤对电子,中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数,判断分子或离子中心原子的杂化类型的一般方法：,1.对主族元素来说，中心原子的杂化轨道数= 价层电子数=键电子对数+孤电子对数 规律：当中心原子的价层电子对数为4时，其杂化 类型为SP3杂化，当中心原子的价层电子对数为3 时，其杂化类型为SP2杂化，当中心原子的价层电 子对数为2时，其杂化类型为SP杂化。,2.通过看中心原子有没有形成双键或三键来判断中心原子的杂化类型。 规律：如果有1个三键或两个双键，则其中有2个键，用去2个P轨道，形成的是SP杂化；如果有1个双键则其中必有1个键，用去1个P轨道，形成的是SP2杂化；如果全部是单键，则形成SP3杂化。,例1：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( ) ACO2与SO2 BCH4与NH3 CBeCl2与BF3 DC2H 2与C2H4,B,例2：对SO2与CO2说法正确的是( ) A都是直线形结构 B中心原子都采取sp杂化轨道 C S原子和C原子上都没有孤对电子 D SO2为V形结构， CO2为直线形结构,D,课堂练习,课堂练习,例3：写出下列分子的路易斯结构式并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。 (1) PCl3 (2)BCl3 (3)CS2 (4) C12O,
