《共价键与分子的空间构型》课件1

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1、第2节 共价键与分子的空间构型,学习目标 1.了解轨道杂化的基本思想,能用杂化轨道理论判断简单分子共价键的形成和空间构型。 2.结合实例说明等电子原理的应用。 3.学会判断简单分子的极性情况,知道分子的立体构型与分子极性的关系。 Zxxk,课堂互动讲练,知能优化训练,课前自主学案,探究整合应用,第2节,课前自主学案,一、一些典型分子的空间构型 1甲烷分子的空间构型 (1)杂化原子轨道(杂化轨道) 杂化:原子在组合成分子的过程中原子内部_的原子轨道重新组合形成一组能量相等的新轨道的过程。 杂化轨道:杂化后形成的新的_的原子轨道。,能量相近,能量相同,甲烷中碳原子的杂化轨道: 碳原子中能量相近的一

2、个_轨道和_轨道重新组成新的轨道,称为sp3杂化,形成的四个能量相同的杂化轨道称为_。 (2)杂化轨道的类型及典例学科网,2s,三个2p,sp3杂化轨道,直线形,平面三角形,四面体形,2.苯环的结构与大键 苯环上,碳原子以sp2杂化,每个碳原子的两个sp2杂化轨道上的电子分别与邻近两个碳原子的杂化轨道上的电子配对形成键,六个碳原子形成正六边形的碳环,另外一个sp2杂化轨道上的电子与H原子的_电子配对形成键,同时,六个碳原子上剩余的_轨道,以“_”的形式形成多原子、多电子的大键。,1s,2p,肩并肩,思考感悟 1(1)2s轨道与3p轨道能否形成杂化轨道? (2)用杂化轨道理论分析NH3呈三角锥形

3、的原因。 【提示】 (1)不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与3p不在同一能级组,能量相差较大。,(2)NH3分子中的N原子价电子排布为 ,1个2s轨道与3个2p轨道杂化后,形成4个sp3杂化轨道,其中3个杂化轨道中是单电子,分别与3个H原子的1s轨道形成键,另1个杂化轨道中是成对电子,不形成共价键。sp3杂化轨道应为正四面体构型,但由于孤电子对不形成化学键,它对成键电子对有较强的排斥作用,使三个NH键的键角变小,成为三角锥形的构型。,二、分子的空间构型与分子性质 1分子的对称性 (1)对称分子 依据_的旋转或借助_的反映能够复原的分子。 分子的许多性质如极性、旋光性及化学性质

4、等都与分子的对称性有关。,对称轴,对称面,(2)手性分子 手性:一种分子和它在镜中的像,就如人的左手和右手,相似而不完全相同,即它们不能_。 手性分子:具有_的分子。手性分子和它的镜像分子构成一对异构体,分别用D和L标记。 2分子的极性 (1)极性分子:分子内存在正、负两极的分子。 (2)非极性分子:分子内没有正、负两极的分子。,重叠,手性,(3)分子的极性判断 双原子分子的极性 a相同原子构成的单质分子,分子的正、负电荷重心重合,为_分子。 b不同元素原子构成的双原子分子,分子的正、负电荷重心不重合,为_分子。,非极性,极性,多原子分子的极性 a如果形成分子的所有键均为非极性键,分子的正、负

5、电荷重心重合,为_分子。 b如果形成分子的化学键为极性键,若分子空间构型为对称结构,则为_分子,如CO2;若分子空间构型为非对称结构,则为_分子,如H2O。,非极性,非极性,极性,思考感悟 2键的极性与分子的极性有何关系? 【提示】 键的极性与分子的对称性共同决定着分子的极性。非极性键形成非极性分子,极性键可能形成极性分子也可能形成非极性分子。,1在 分子中,羰基碳原子与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为( ) Asp2杂化;sp2杂化 Bsp3杂化;sp3杂化 Csp2杂化;sp3杂化 Dsp1杂化;sp3杂化 解析:选C。羰基上的碳原子共形成3个键,为sp2杂化,两侧甲基中的碳原子共形

6、成4个键,为sp3杂化。,2下列说法正确的是( ) A由极性键构成的分子都是极性分子 B含非极性键的分子一定是非极性分子 C极性分子一定含有极性键,非极性分子一定含有非极性键 D以极性键结合的双原子分子,一定是极性分子,解析:选D。由极性键构成的分子若空间构型均匀对称,则分子是非极性分子,A项说法错误;含非极性键的分子也可能含有极性键,分子也可能是极性分子,如CH3CH2OH等,B项说法不正确;CO2是由极性键形成的非极性分子,C项说法错误;以极性键结合的双原子分子都是极性分子,D项说法正确。,3在形成氨气分子时,氮原子中的原子轨道发生sp3杂化生成4个_杂化轨道,生成的4个杂化轨道中,只有_

7、个含有未成对电子,所以只能与_个氢原子形成共价键,又因为4个sp3杂化轨道其中一个轨道含有一对_,所以氨气分子中的键角与甲烷不同。 解析:NH3中N原子为sp3杂化,形成4个sp3杂化轨道,但NH3分子空间构型不是正四面体形,而是三角锥形,是因为氮原子形成NH3时仍有一对孤电子对。 答案:sp3 3 3 孤对电子,课堂互动讲练,1杂化类型的判断 因为杂化轨道只能用于形成键或者用来容纳孤电子对,而两个原子之间只能形成一个键,故有下列关系: 杂化轨道数中心原子孤电子对数中心原子结合的原子数,再由杂化轨道数判断杂化类型。例如:,2.共价键全部为键的分子构型与杂化类型,3.含键和键的分子构型和杂化类型

8、,特别提醒:(1)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同,中心原子杂化类型相同时孤电子对越多,键角越小。例如,NH3中的氮原子与CH4中的碳原子均为sp3杂化,但键角分别为107.3和109.5。 (2)杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。 (3)杂化轨道也符合价层电子对互斥模型,应尽量占据整个空间,使它们之间的排斥力最小。,已知:红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物PCl3和PCl5,氮与氢也可形成两种化合物NH3和NH5。PCl5分子中,P原子的一个3s轨道、三个3p轨道和一个3d轨道发生杂化形成5个 sp3d杂化轨道,PCl5分子呈三角双锥形( )。 (1)NH3、PCl3

9、和PCl5分子中,所有原子的最外层电子数都是8个的是_(填分子式),该分子的形状是_。,(2)有同学认为,NH5与PCl5类似,N原子的一个2s轨道、三个2p轨道和一个2d轨道可能发生sp3d杂化。请你对该同学的观点进行评价_。 (3)经测定,NH5中存在离子键,N原子最外层电子数是8,所有氢原子的最外层电子数都是2,则NH5的电子式是_。,【解析】 写出NH3、PCl3和PCl5分子的电子式不难发现,氢原子是2e稳定,氯原子是8e稳定,在PCl3中磷原子外围是8e,PCl5中磷原子外围是10e,所有原子的最外层电子数都是8个的只有PCl3,联想到氨分子的空间构型,PCl3分子的形状是三角锥形

10、。要满足N原子最外层电子数是8,所有氢原子的最外层电子数都是2,则NH5的电子式必须是,【答案】 (1)PCl3 三角锥形 (2)不对,因为N原子没有2d轨道 (3),【规律方法】 (1)杂化轨道成键时,要满足化学键间最小排斥原理,键与键间排斥力的大小决定键的方向,即决定杂化轨道间的夹角,键角越大,化学键之间的排斥力越小。 (2)sp1杂化和sp2杂化的两种形式中,原子还有未参与杂化的p轨道,可用于形成键,而杂化轨道只能用于形成键或者用来容纳未参与成键的孤对电子。,变式训练1 指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间构型。 (1)CO2分子中的C为_杂化,分子的结构式为_,空间构型为_;

11、 (2)CH2O中的C为_杂化,分子的结构式为_,空间构型为_;,(3)CH4分子中的C为_杂化,分子的结构式为_,空间构型为_; (4)H2S分子中的S为_杂化,分子的结构式为_,空间构型为_。,解析:杂化轨道所用原子轨道的能量相近,且杂化轨道只能用于形成键,剩余的p轨道还可以形成键。杂化轨道类型决定了分子(或离子)的空间构型,如sp2杂化轨道的键角为120,空间构型为平面三角形。因此,也可根据分子的空间构型确定分子(或离子)中杂化轨道的类型,如CO2为直线形分子,因此分子中杂化轨道类型为sp1杂化。,答案:,1确定中心原子A的价电子对数目 中心原子A的价电子数与配体X提供共用的电子数之和的

12、一半,即为中心原子A的价电子对数目。计算时注意: (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提供所有的6个价电子。,(2)如果讨论的是离子,则应加上或减去与离子电荷相应的电子数。如PO中P原子价电子数应加上3,而NH中N原子的价电子数应减去1。 (3)如果价电子数出现奇数,可把这个单电子当作电子对看待。 2确定价电子对的空间构型 由于价电子对之间的相互排斥作用,它们趋向于尽可能的相互远离。价电子对的空间构型与价电子对数目的关系如下表:,3.分子空间构型确定 根据分子中成键电子对数和孤电子对数,可以确定相应的较稳定的分子几何构型,如下表:,元素X和Y属于同一主族

13、。负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体,其中X的质量分数为88.9%;元素X和元素Y可以形成两种化合物,在这两种化合物中,X的质量分数分别为50%和60%。 (1)确定X、Y两种元素在周期表中的位置。 (2)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中,写出X质量分数为50%的化合物的化学式_;该分子的中心原子以sp2杂化,是_分子,分子构型为_。,(3)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式_;该分子的中心原子以sp2杂化,是_分子,分子构型为_。 (4)由元素氢、X、Y三种元素形成的化合物常见的有两种,其水溶液均呈酸性,试分别写出其分子式_、_,并比较酸性强弱:_。 (5)由氢元素

14、与X元素形成的化合物中,含有非极性键的是_(写分子式),分子构型为V形的是_(写分子式)。,【答案】 (1)X:第2周期、A族;Y:第3周期,A族。 (2)SO2 极性 V形 (3)SO3 非极性 平面三角形 (4)H2SO3 H2SO4 H2SO4H2SO3 (5)H2O2 H2O,【规律方法】 判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法 (1)根据杂化轨道的空间分布构型判断 若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形,则分子的中心原子发生sp3杂化。 若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则分子的中心原子发生sp2杂化。 若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则分子的中心原子发生sp1杂化。,(2)根据杂化轨道之间的夹角判断 若杂化轨道之间的夹角为109.5,则分子的中心原子发生sp3杂化;若杂化轨道之间的夹角为120,则分子的中心原子发生sp2杂化;若杂化轨道之间的夹角为180,则分子的中心原子发生sp1杂化。,变式训练2 用价电子对互斥理论推测下列分子的空间构型。 (1)BeCl2 (2)

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