分子构型与物质的性质 (苏教版选修3)

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1、4.14.1 分子构型与物质的性质分子构型与物质的性质 学案（苏教版选修学案（苏教版选修 3 3） 背景链接背景链接 现代化学键理论现代化学键理论随着 20 世纪以来各种物理实验方法的发展，人们对电子、原子等微观粒子运动 规律的认识不断深入。1990 年普朗克提出能量量子理论，冲破了经典物理学中能量 连续变化的框框。1911 年卢瑟福提出了行星绕日的原子模型。在这些实验和理论的 基础上，1913 年玻尔提出著名的原子结构模型，它能很好地解释氢原子定态结构和 光谱，但在研究多电子原子或分子时，得不到满意解释。1923 年德布罗意对光具有 波粒二象性的假设，于 1927 年被戴维森电子衍射实验证实

2、。1926 年薛定谔提出了 波动方程，将电子波动性用函数来描写。1927 年海特勒与伦敦在解薛定谔方程式时， 经假设、光谱证明：H2中的两个电子是自旋反平行的一对，两个氢原子结合成稳定 的氢分子，是由于电子分布主要集中在两个原子核之间；从而产生了新的化学键概 念。为了阐明共价键的形成，20 世纪 30 年代初期建立两种化学键理论：一种是价 键理论，另一种是分子轨道理论。 知识链接知识链接 1.化学键 相邻的原子之间强烈的相互作用。 （1）原子是广义上的原子，既包括中性原子，也包括带电原子或原子团。 （2）相邻原子间的相互作用。物质内不相邻的原子间也有相互作用，它们之间的相 互作用不是化学键。

3、（3）原子间强烈的相互作用。如果物质内相邻的两个原子间的作用很弱，如氦气中 相邻的氦原子之间的作用，就不是化学键。 2.共价键 原子之间通过共用电子对所形成的相互作用。 （1）共用电子对：共用电子对可以是两原子共同提供的，也可以是某原子单方面提 供的，可位于两原子中间，也可以产生偏向和偏离。 （2）共价键可以存在于单质分子中，如 H2中；但单质分子中不一定存在共价键， 如 He 分子中，共价键还要存在于化合物分子之中，如 HCl 中。 （3）共价化合物中一定有共价键，离子化合物中可能存在共价键（如 NH4Cl） ，也 可能不存在共价键（如 NaCl） 。 酸不论强弱，分子中只存在共价键，不存在

4、离子键。 3.非极性键和极性键 （1）非极性键：共用电子对不偏向任何一个成键原子而形成的共价键。 同种元素原子间的共价键通常是非极性键。非极性键可能存在于单质分子、化合物 分子、离子化合物中。 （2）极性键：共用电子对偏向（或偏离）某个成键原子而形成的共价键。 不同种元素原子间的共价键通常是极性键。疏导引导疏导引导 知识点 1：分子的空间构型 1.杂化和杂化轨道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 轨道混合起来，重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形 成的新轨道就称为杂化轨道。 2.杂化过程及杂化轨道类型 （1）杂化过程 杂化轨道理论认为在形

5、成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。 （2）杂化轨道的类型 对于非过渡元素，由于 ns、np 能级比较接近，往往采用 sp 型杂化。对于过渡元素， （n-1）d、ns、np 能级比较接近，常常采用 dsp 型杂化。sp 型杂化，又分为 sp 杂化、 sp2杂化、sp3杂化。dsp 型杂化分为 dsp2、dsp3、d2sp2等。 3.典型分子的杂化过程及立体构型 （1）sp 型杂化：一个 ns 轨道和一个 np 轨道间的杂化，杂化后得到两个 sp 杂化轨 道，且杂化轨道间的夹角是 180，呈直线形。如 BeCl2、CHCH 分子的形成。BeCl2:Be 原子的电子排布为 1s22s2，

6、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 电子可以进入 2p 轨道，经过杂化形成 2 个 sp 杂化轨 道，与氯原子的具有一个单电子的 3p 轨道重叠形成两个 键。由于杂化轨道间的夹 角为 180，所以形成的 BeCl2分子的空间结构是直线形的。请参看过程图：Be 原子 sp 杂化过程两个 sp 杂化轨道 BeCl2分子中 键CHCH：碳原子的电子排布为 1s22s22p2，在形成 CHCH 分子时，碳原子 2s 轨道 上的一个电子受激发跃迁到 2p 空轨道，一个 2s 轨道和一个 2p 轨道杂化形成 2 个 sp 杂化轨道，且各有一个单电子，呈直线形；

7、剩余的 2 个各具有 1 个电子的 2p 轨道未 参加杂化，则垂直于两个 sp 杂化轨道形成的直线，每个碳原子的两个 sp 杂化轨道 分别与一个氢原子的 1s 轨道形成 1 个 键，各自剩余的 1 个 sp 杂化轨道相互形成 一个 键，而各自没有参与杂化的 2 个 2p 轨道以垂直于前面 3 个 键所在的直线 “肩并肩”形成 2 个 键，从而形成 CHCH 分子。分子中的键角为 180，呈直线形。 见下图：C 原子 sp 杂化过程乙炔分子中的 键 乙炔分子中的 键 （2）sp2型杂化：一个 ns 轨道和两个 np 轨道间的杂化，杂化后得到三个 sp2杂化轨 道，且杂化轨道间的夹角是 120，呈

8、平面三角形。如 BF3、C2H4分子的形成。BF3：B 原子的电子排布为 1s22s22p1。在形成 BF3分子时，B 原子 2s 轨道上的一 个受到激发跃迁到 2p 空轨道上，1 个 2s 轨道和 2 个 2p 轨道杂化，得到 3 个 sp2杂 化轨道，且各有一个未成键电子，分别与氟原子的 2p 轨道重叠形成三个 键。从而 形成了 BF3分子，分子中的键为 120，呈平面三角形。见下图:B 原子 sp2杂化过程三个 sp2杂化轨道 BF3分子中的 键C2H4：在 C2H4分子的形成过程中，每个碳原子 2s 轨道中的 1 个电子吸收能量跃 迁到 2p 空轨道上，1 个 2s 轨道和 2 个 2

9、p 轨道杂化，形成能量相等、成分相同的 3 个 sp2杂化轨道，且各有一个未成键电子，呈正三角形；剩余的 1 个 2p 轨道未参加 杂化且垂直于这个三角形，每个碳原子的 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，而各自 没有参与杂化的 1 个 2p 从垂直于 5 个 键所在的平面“肩并肩”形成一个 键，从而 形成 C2H4分子，分子中键角约为 120。如下图：C 原子 sp2杂化过程三个 sp2杂化轨道 C2H4分子中的 键 C2H4分子中的 键 （3）sp3型杂化：一个 ns 轨道和三个 np 轨道

10、间的杂化，杂化后得到四个 sp3杂化轨 道，且轨道间的夹角是 109.5,呈正四面体型，如 CH4分子的形成。在 CH4分子的形 成过程中，碳原子 2s 轨道中的 1 个电子吸收能量跃迁到 2p 空轨道上，1 个 2s 轨道 和 3 个 2p 轨道杂化，形成 4 个 sp3杂化轨道，且各有一个未成键电子，在空间呈正 四面体型，4 个 sp3杂化轨道分别与 H 原子的 1s 轨道重叠形成 4 个相同的 键，从 而形成了键角为 109.5，空间构型为正四面体型的 CH4分子。如下图：C 原子 SP3杂化过程四个 sp3杂化轨道 CH4分子中的 键 （4）苯分子的杂化过程及立体构型C6H6：苯分子形

11、成过程中，每个碳原子 2s 轨道上的 1 个电子吸收能量跃迁到 2p 空轨道上，1 个 2s 轨道和 2 个 2p 轨道杂化形成 3 个 sp2杂化轨道，剩余的 1 个 2p 轨道未参加杂化，这样，每个碳原子的两个 sp2杂化轨道上的电子分别与邻近的两个 碳原子的 sp2杂化轨道上的电子配对形成 键，于是六个碳原子组成一个正六边形的 碳环；每个碳原子的另一个 sp2杂化轨道上的电子分别与一个氢原子的 1s 电子配对 形成 键。与此同时，未参加杂化的 2p 轨道均含有一个未成对电子，这六个碳原子 的 2p 轨道相互平行，它们以“肩并肩”的方式相互重叠，形成含有六个电子，属于六 个原子的 键。这样

12、，就形成了键角为 120呈平面正六边形的苯分子。见下图：苯分子中的 键 苯分子中碳原子的 2p 轨道 知识点 2：确定分子空间构型的方法（了解） 1.价电子对互斥理论为了预测分子和离子的立体构型，提出了价电子对互斥理论，其基本观点是： 分子中的价电子对（包括成键电子对和孤对电子）由于相互排斥作用，尽可能趋向 彼此远离。若 n 个价电子对全部是成单键的电子对，为使价电子对之间的斥力最小，就要 求尽可能采取对称的结构。因此，当 n=2、3、4、5、6 时，分子构型分别为直线形、 三角形、正四面体、三角双锥和正八面体。对于 ABm型分子（A 是中心原子，B 是 配位原子） ，分子的价电子对数可以通过

13、下式确定：n=其中，中心2m电子数每个配位原子提供的价中心原子的价电子数原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子各提 供 1 个价电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算。当价电子对包含 m 个孤电子对，而且成键电子对中也有多重键时，由于它们之 间的斥力不同，会对分子的构型产生影响。通常，斥力大小顺序可定性地表示为： 叁键叁键叁键双键双键双键双键单键单键单键。 孤电子对孤电子对孤电子对成键电子对成键电子对成键电子对。 例如 CH4、NH3、H2O 这三种分子的 m+n=4，因此应该按四面体方向排布价电子对， 但由于孤电子对排斥力大，使得 NH3分子中的键角为 107.

14、3，H2O 分子中的键角为 104.5。 2.等电子原理电子总数或价电子总数相同且原子总数相同的分子或离子具有相同的结构特征。 几种常见的等电子体： (1)二原子 10 电子：N2、CO、NO+、CN-微粒中都含共价键。(2)三原子 16 电子：CO2、BeCl2、SCN-、都是直线形。 3N（3）四原子 24 电子：、BF3都是平面三角形。 3NO2 3CO（4）五原子 8 电子：CH4、SiH4都是正四面体型。 4NH知识点 3：关于分子极性的判断规则 1.双原子分子是否有极性与化学键是否有极性一致 (1)由非极性键结合的双原子分子是非极性分子。 （2）由极性键结合而成的双原子分子是极性分

15、子。 2.多原子分子是否有极性，与原子结构和分子空间构型有关 (1)常见的多原子分子，若中心原子的价电子全部参与成键，形成的分子空间构型往 往是对称的，该分子是非极性分子，如 CO2、CS2、BF3、CH4、CCl4、C2H2、C2H4、C6H6等。 (2)若中心原子有不参与成键的电子，形成的分子空间构型往往是不对称的，其分子 是极性分子，如 H2O、H2S、SO2、NH3等。(3)空间结构对称，但化学键不等性的分子也是极性分子，如 CH3Cl、等。活学巧用活学巧用 1.下列关于杂化轨道说法错误的是（ ） A.所有原子轨道都参与杂化 B.同一原子中能量相近的原子轨道 参与杂化 C.杂化轨道能量

16、集中，有利于牢固成键 D.杂化轨道中一定有一个电子 解析：解析：参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如 1s 与 2s、2p 能量相差太大 不能形成杂化轨道。即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故 A 错 B 对；杂化 轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云重叠程度更大，形 成牢固的化学键，故 C 对；并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道 （如一些配位化合物的形成） ；也可以有一对孤对电子（如 NH3、H2O 的形成） ，故 D 错。 答案：答案：AD 2.s 轨道和 p 轨道杂化的类型不可能有（ ） A.sp 杂化 B.sp2杂化 C.sp3杂化 D.sp4杂化 解析：解析：n