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1、第二节 分子的立体构型,第二章 分子结构与性质,所谓“分子的立体构型”指多原子构成的共价分子中的原子的空间关系问题。,在O2、HCl这样的双原子分子中不存在分子的立体结构问题。,O2,HCl,一、形形色色的分子,H2O,CO2,C2H2,CH2O,COCl2,NH3,P4,CH4,CH3CH2OH,CH3COOH,C6H6,C8H8,CH3OH,C60,C20,C40,C70,科学视野 分子立体构型的测定,测分子立体结构：红外光谱仪吸收峰分析,写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的电子式、结构式及分子的空间构型：,O=C=O,H-O-H,直线形,V 形,三角锥形,平面三角形,正四
2、面体,同为三原子分子，CO2 和 H2O 分子的空间结构却不同，什么原因？,思考:,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？,思考:,三角锥形,平面三角形,分析CO2 、 H2O、NH3 、CH2O、CH4电子式的中心原子价层电子的成对情况。 (成键电子对和孤对电子),直线形,平面三角形,正四面体,V 形,三角锥形,小结:,孤对电子对分子立体结构影响较大。,中心原子的电子对和孤对电子对会影响分子的空间构型. 电子对和孤对电子统称价层电子对（分子中心原子上得电子对）,二、价层电子对互斥理论,价层电子对相互排斥的结果决定了分子的立体结构,键电子对数等于中
3、心原子结合的原子数。,价层电子对互斥模型又称VSEPR模型，可用来预测分子的立体结构,ABn,中心原子上的孤电子对数的确定方法：,中心原子上的孤电子对数=1/2（a-xb） （a为中心原子的价电子数，x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。）,对于阳离子来说，a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数。,对于阴离子来说，a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数。,练习,判断下列微粒的价层电子对数。 （1）CH4 H2O NH3 （2）CO2 SO2 BF3 （3）CCl4 H3O+ NH4+ （4）CO32- PCl5 NO2_ （5）NO3- SO42- SF6,4
4、 4 4,2 3 3,4 4 4,3 5 3,3 4 6,熟悉的分子可不用计算,2,电子对数目与立体 结构,4,3,5,6,电子对数目与立体 结构,价层电子对互斥 （VSEPR）模型：,2 3 4 5 6 直线形 平面三角形 正四面体 三角双锥体 正八面体,价层电子对互斥 （VSEPR）模型：,1、价层电子对数：2,直线型,例：CO2,分子类型： AB2,CH2O,2、价层电子对数：3,分子类型： AB3,例：BF3,平面三角形,中心原子上无孤对电子的分子： VSEPR模型就是其分子的立体结构。,3、价层电子对数：4,例;CH4,AB4,分子类型,正四面体,4、价层电子对数：5 双三角锥,5、
5、价层电子对数：6 八面体,中心原子上存在孤对电子的分子： 先由价层电子对数得出价层电子对互斥模型，然后略去孤对电子在价层电子对互斥模型占有的空间，剩下的就是分子的立体结构。,1、价层电子对数：2,直线型,CO2,分子类型： AB2,CH2O,2、价层电子对数：3,分子类型： AB3,BF3,平面三角形,3、价层电子对数：4,三角锥形,角形,正四面体,AB3,AB2,成键电 子对数,孤对电 子对数,4,0,3,1,2,2,正四面体,NH3 的空间构型,4、价层电子对数：5,三角双锥,变形四面体,T 形,直线形,三角双锥,5、价层电子对数：6,八面体,平面正方形,八面体,四方锥形,直线形,四面体,
6、正四面体,直线形,形,三角 锥形,平面 三角形,正四 面体,四面体,平面三角形,2,2,3,3,4,中心原子 所含孤对 电子对数,0,2,1,0,0,应用反馈:,0,1,2,0,1,0,0,0,2,2,2,3,3,4,4,4,直线形,V 形,V形,平面三角形,三角锥形,四面体,正四面体,正四面体,思考与交流,1、甲烷分子呈正四面体结构，它的四个C-H键的键长相同，键角都是10928 ，四个C-H键的性质完全相同,2、根据价键理论，甲烷形成四个C-H键都应该是键，然而C原子最外层的四个电子分别2个在球形2S轨道、2个在相互垂直2P轨道上，用它们跟4个氢原子的1S原子轨道重叠，不可能形成四面体构型
7、的甲烷分子,如何解决上列一对矛盾？,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。,为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂 化轨道理论,三、杂化轨道理论简介-鲍林,1、杂化：杂化是指在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合成一组新的原子轨道。这种重新组合的过程叫做杂化，所形成的新的轨道称为杂化轨道。,2、杂化的过程：杂化轨道理论认为原子在形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。,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。,CH4分子的形成过程：,碳原
8、子2s轨道中的一个电子吸收能量跃迁到2p轨道上，这个过程称为激发。但此时各个轨道的能量并不完全相同，于是一个2s轨道和三个2p轨道“混杂”起来，形成能量相等，成份相同的四个sp3杂化轨道，然后四个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使四个sp3杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的四个顶点，碳原子四个sp3杂化轨道分别与四个氢原子的1s轨道形成四个相同的sp3键，从而形成CH4分子。由于四个C-H键完全相同，所以形成的CH4分子为正四面体，键角为10928 ,(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子。 (2) 参加杂化的各原子轨道能量要相近（同一能级组或相近能级组的轨道）。 (3) 杂化轨道的能量、
9、形状完全相同。 (4) 杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目；杂化后原子轨道方向改变，杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠 (5) 杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性（以减小化学键之间的排斥力）。 (6)分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。,3.杂化轨道理论的要点,常见的sp3杂化-四面体形,在学习价层电子对互斥模型时我们知道，H2O和NH3的VSEPR模型跟甲烷一样，也是四面体的，,你还能说出哪些分子的中心原子采取的是sp3杂化？,NH3 、H2O 、 CX4 、 H2S 、CH2X2等，也就是当中心原子价层电子对数为4时，这个中心原子就进行了sp3杂化
10、，烷烃和其它化合物分子中的饱和碳原子均为sp3杂化。,因此它们的中心原子也是采取sp3杂化的。所不同的是，水分子的氧原子的sp3杂化轨道有2个孤对电子占据的，而氨分子的氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤对电子占据。,4、杂化轨道的类型,（1） sp杂化： sp杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道组合而成的。sp杂化轨道的夹角是180，呈直线形。例如，气态的BeCl2分子的结构。Be原子的电子层结构是1s22s2，从表面上看Be原子似乎不能形成共价键，但是在激发状态下，Be的一个2s电子进入2p轨道，经过杂化形成两个sp杂化轨道，与氯原子中的3p轨道重叠形成两个sp-p 键。由于杂化轨道间的夹角
11、为180，所以形成的BeCl2分子的空间结构是直线形的。,Be原子sp杂化轨道形成过程,Be原子基态,激发态,杂化态,sp杂化是一个s轨道和一个p轨道组合而成的，每个sp杂化轨道含有（1/2）s和（1/2）p的成分，杂化轨道间的夹角为180，呈直线型。,为什么铍原子的四个电子不单独分占四个轨道，进而形成四个杂化轨道呢？这是因为组成杂化轨道的原子轨道，要求能量相差不能太大。2s轨道和2p 轨道在能量上是比较接近的，而2s、2p 和1s相比能量相差较大，不易形成杂化轨道。,你还能说出哪些分子的中心原子采取的是sp杂化？,CO2 、C2H2等，也就是当中心原子价层电子对数为2时，这个中心原子就进行了
12、sp杂化,（2） sp2杂化： sp2杂化轨道是由一个ns轨道和两个np轨道组合而成的。sp2杂化轨道的夹角是120，呈平面三角形。例如，BF3分子的结构，B原子的电子层结构是1s22s22pX1，当硼与氟反应时，B的一个2s电子激发到一个空的2p轨道中，使B原子的电子层结构变为1s22s12pX12pY1。B原子的2s轨道和两个2p轨道杂化组合成三个sp2杂化轨道，B原子三个sp2杂化轨道分别与氟原子的各一个2p轨道重叠形成三个sp2-p键。由于三个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角为120，所以形成的BF3分子的空间结构是平面三角形。,sp2杂化是一个s轨道和两个p轨道组合而成的，每个s
13、p2杂化轨道含有（1/3）s和（2/3）p的成分，杂化轨道间的夹角为120，呈平面三角形。如BF3分子,你还能说出哪些分子的中心原子采取的是sp2杂化？,CH2O、 C2H4 、SO2等，也就是当中心原子价层电子对数为3时，这个中心原子就进行了sp2杂化,5.三种sp杂化轨道类型的比较,1个s + 2个p,1个 s + 1个p,1个s + 3个p,2个sp杂化轨道,3个sp2 杂化轨道,4个sp3 杂化轨道,180,120,10928,直线形,平面三角形,正四面体形,BeCl2,BF3,CH4,6、几点说明,（1）杂化轨道只用于形成键或者用来容纳未 参与成键的孤对电子。 （2）未参与杂化的p轨
14、道，可用于形成键 （3）有几个原子轨道参与杂化，就形成几个杂 化轨道 （4）利用中心原子杂化轨道类型可直接判断分 子的立体结构,杂化轨道的电子云一头大，一头小，成键时利用大的一头，可以使电子云重叠程度更大，从而形成稳定的化学键。即杂化轨道增强了成键能力 .,科学探究,用杂化轨道理论探究氰化氢（HCN）分子和甲醛（CH2O）分子的结构,路易斯结构式：,立体结构,sp杂化,sp2杂化,用杂化轨道理论分析下列物质的杂化类型、成键情况和分子的空间构型。 （1）CH2CH2 （2）CHCH,提醒：杂化轨道只能用于形成键或容纳孤对电子，剩余的未杂化p轨道还可形成键。,应用反馈,C原子在形成乙烯分子时，碳原
15、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1个2p轨道则垂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。,C原子在形成乙炔分子时发生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。,注意：杂化轨道一般形成键，没有杂化的
16、p轨道形成键。,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=价层电子对数,例题,1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 A、CO2与SO2 B、CH4与NH3 C、 BeCl2与BF3 D、C2H4与C2H2,2、为什么CH4、NH3与H2O分子中中心原子的杂化轨道的类型都是sp3杂化，但三者的空间构型却大不相同？,CH4、NH3与H2O分子中中心原子的杂化轨道的类型都是sp3杂化，为四面体。其中CH4中四个H占据四个顶点，而NH3与H2O中分别有一对和两对孤对电子占据了四面体的顶点，所以,B,3、BF3是平面三角形，但NF3却是三角锥形，试用杂化轨道理论加以说明。,在BF3中B原子以三个sp2杂化轨道分别与三个F原子的2p轨道形成三个sp2-p 键。由于三个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角为120，所以形成的BF3分子的空间结构是平面三角形。,而NF3中N原子形成四个sp3杂化轨道，其中有一个杂化轨道被一对孤对电子占据，其余三个杂化轨道分别与三个
