《高中化学 2.2.1一些典型分子的空间型构课件 鲁科版选修3 .ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学 2.2.1一些典型分子的空间型构课件 鲁科版选修3 .ppt（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二节第二节共价键与分子的空间构型共价键与分子的空间构型了解一些常了解一些常见简单分子的空分子的空间立体构型立体构型(如如CH4、NH3、乙醇、乙醇、C2H4等等)了解了解杂化化轨道思想并能用道思想并能用杂化化轨道知道知识解解释一些分子中共一些分子中共价价键形成的原因以及立体构型。形成的原因以及立体构型。了解一些分子在了解一些分子在对称性方面的特点，知道手性化学在称性方面的特点，知道手性化学在现代代化学化学领域、医域、医药的不的不对称合成称合成领域中的重大意域中的重大意义。能能够判断判断简单分子的极性并能运用分子立体构型与分子极分子的极性并能运用分子立体构型与分子极性的关系解决性的关系解决问题
2、。1234键角是指含多个原子的分子中，角是指含多个原子的分子中，_之之间的的夹角；若角；若知道某分子中的知道某分子中的_和和键角，角，该分子的立体构型就基本分子的立体构型就基本确定。确定。指出下列分子中的指出下列分子中的键角和分子的空角和分子的空间构型。构型。(1)CH4(2)P4(3)BCl3(4)CO2(5)O3(6)NH3提示提示(1)CH4：109.5(C原子位于正四面体的中心原子位于正四面体的中心)(2)P4：60，正四面体，正四面体(空心空心)(3)BCl3：120，平面正三角形，平面正三角形(B位于中心位于中心)(4)CO2：180，直线形，直线形(5)O3：120，V形形(6)
3、NH3：107.3，三角锥形。，三角锥形。1键与与键2键长第第1课时课时一些典型分子的空间型构一些典型分子的空间型构共价共价键不不仅决定着原子之决定着原子之间的的结合方式，合方式，还决定着原决定着原子在分子内的子在分子内的_顺序，以及分子的序，以及分子的_结构。构。分子的分子的_结构常称构常称为分子的空分子的空间构型。表示分子空构型。表示分子空间构型的三种模型是构型的三种模型是_模型、模型、_模型、模型、_模型。模型。甲烷分子的形成及空间构型甲烷分子的形成及空间构型碳原子碳原子2s轨道中道中1个个电子吸收能量子吸收能量跃迁到迁到2p空空轨道上，道上，这个个过程称程称为_，但此，但此时各个各个轨
4、道的能量并不完全相同，道的能量并不完全相同，于是于是1个个2s轨道和道和3个个2p轨道重新道重新组合成能量相等、成合成能量相等、成笃学笃学一一一些典型分子的空间构型一些典型分子的空间构型空空间排列排列空空间空空间棍棒棍棒球棍球棍填充填充1激激发道分相同的道分相同的4个原子个原子轨道，道，这种原子内部能量相近的原子种原子内部能量相近的原子轨重新重新组合的合的过程叫原子程叫原子轨道的道的杂化，化，组合成的一合成的一组新的原新的原子子轨道称道称杂化原子化原子轨道，而道，而CH4分子中碳原子的分子中碳原子的杂化化轨道道由一个由一个2s和三个和三个2p轨道重新道重新组合，故称合，故称这种种杂化化为_杂化
5、化轨道，然后道，然后4个个_杂化化轨道上的道上的电子子间相互排斥，使四相互排斥，使四个个杂化化轨道指向空道指向空间距离最距离最远的正四面体的四个的正四面体的四个顶点，碳点，碳原子的原子的4个个_杂化化轨道分道分别与与4个个H原子的原子的1s轨道形成道形成4个个相同的相同的键，从而形成，从而形成CH4分子。由于分子。由于4个个CH键完全相完全相同，所以形成的同，所以形成的CH4分子分子为_形，形，键角是角是109.5。sp3sp3sp3正四面体正四面体杂化轨道理论简述杂化轨道理论简述(1)杂化杂化杂化是指在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同杂化是指在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同
6、类型、能量相近的原子轨道重新组合成能量和成分完全相类型、能量相近的原子轨道重新组合成能量和成分完全相同的一组新的原子轨道。这种原子轨道重新组合的过程叫同的一组新的原子轨道。这种原子轨道重新组合的过程叫做做_，所形成的新的原子轨道就称为，所形成的新的原子轨道就称为_轨道。轨道。(2)杂化的过程杂化的过程杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在激发、杂化和杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道轨道_等过程。如碳原子的基态电子排布为等过程。如碳原子的基态电子排布为1s22s22p2，其其2s能级上的能级上的1个电子跃迁到个电子跃迁到2p能级上则形成能级上则形成2原子原子轨道道杂化化杂化
7、化重叠重叠激激发态1s22s12p3(1s22s12px12py12pz1)，此，此时2s与与2p轨道的能道的能量不相同，然后量不相同，然后1个个2s轨道与道与3个、个、2个或个或1个个2p轨道混合而道混合而形成形成4个、个、3个或个或2个能量相等、成分相同、个能量相等、成分相同、电子云形状子云形状(原原子子轨道的道的电子云子云轮廓廓图)完全相同的新的原子完全相同的新的原子轨道，此道，此过程即程即为原子原子轨道的道的杂化，形成的新的原子化，形成的新的原子轨道分道分别称称为_、_、_杂化化轨道，每个道，每个杂化化轨道中有道中有1个未成个未成对电子且自旋方向平行，再与其他原子中的子且自旋方向平行，
8、再与其他原子中的电子子发生生电子子云重叠而形成云重叠而形成键，可表示如下：，可表示如下：sp3sp2sp1(3)杂化化轨道的分道的分类。对于非于非过渡元素，由于渡元素，由于ns和和np能能级接近，往往采用接近，往往采用sp型型杂化，而化，而sp型型杂化又分化又分为：sp1杂化：一个化：一个_轨道和一个道和一个_轨道道间的的杂化。化。sp2杂化：一个化：一个_轨道和两个道和两个_轨道道间的的杂化。化。sp3杂化：一个化：一个_轨道和三个道和三个_轨道道间的的杂化。化。nsnpnsnpnsnp(4)分子构型与分子构型与杂化化类型的关系型的关系根据根据杂化化轨道理道理论，形成苯分子，形成苯分子时每个
9、碳原子中的原子每个碳原子中的原子轨道道发生生_杂化，形成的化，形成的_杂化化轨道在同一平面道在同一平面内，内，这样，每个碳原子的两个，每个碳原子的两个_杂化化轨道上的道上的电子分子分别与与邻近的两个碳原子的近的两个碳原子的_杂化化轨道上的道上的电子配子配对形成形成笃学二笃学二苯环的结构与大苯环的结构与大键键三个三个sp2sp2sp2sp2键，于是六个碳原子，于是六个碳原子组成一个正六成一个正六边形的碳形的碳环；每个碳原；每个碳原子的另一个子的另一个_杂化化轨道上的道上的电子分子分别与一个与一个氢原子的原子的1s电子配子配对形成形成键。与此同。与此同时，每个碳原子，每个碳原子还有一个与碳有一个与
10、碳环平面垂直的平面垂直的2p(如如2pz)轨道，它道，它们均含有一个未成均含有一个未成对电子。子。这六个碳原子的六个碳原子的2p轨道相互平行，它道相互平行，它们以以“肩并肩肩并肩”的方式的方式相互重叠，从而形成含有六个相互重叠，从而形成含有六个电子、属于六个原子的子、属于六个原子的_键。这种在多原子种在多原子间形成的多形成的多电子的子的_键称称为大大键。所。所以，在苯分子中，整个分子呈平面正六以，在苯分子中，整个分子呈平面正六边形，六个碳碳形，六个碳碳键完全相同，完全相同，键角皆角皆为_。sp2120常常见分子的空分子的空间构型有哪些？构型有哪些？提示提示(1)乙烯分子的形成及空间构型乙烯分子
11、的形成及空间构型在形成乙烯分子时，碳原子采用在形成乙烯分子时，碳原子采用sp2杂化，形成的杂化轨道杂化，形成的杂化轨道夹角为夹角为120，呈平面三角形。两个碳原子各用一个，呈平面三角形。两个碳原子各用一个sp2杂化杂化轨道重叠形成轨道重叠形成键，每个碳原子的另外两个键，每个碳原子的另外两个sp2杂化轨道上杂化轨道上的电子分别与氢原子的的电子分别与氢原子的1s轨道的电子配对形成轨道的电子配对形成键，每个键，每个碳原子剩下的一个未参与杂化的碳原子剩下的一个未参与杂化的2p轨道以轨道以“肩并肩肩并肩”的方式的方式重叠，形成重叠，形成键，因此，碳原子之间以碳碳双键结合。键，因此，碳原子之间以碳碳双键结
12、合。(2)乙炔分子的形成及空间构型乙炔分子的形成及空间构型在形成乙炔分子时，碳原子采用在形成乙炔分子时，碳原子采用sp1杂化，形成两个杂化，形成两个sp1杂杂【慎思慎思1】化轨道，两个化轨道，两个sp1杂化轨道夹角为杂化轨道夹角为180，呈直线形。两个碳，呈直线形。两个碳原子各自以一个原子各自以一个sp1杂化轨道重叠形成杂化轨道重叠形成sp1sp1键，同时键，同时互相垂直的两个互相垂直的两个2p轨道轨道(各有一个未成对电子各有一个未成对电子)互相互相“肩并肩肩并肩”重叠形成两个重叠形成两个pp型型键，因此，碳原子之间以碳碳三键键，因此，碳原子之间以碳碳三键结合。而后，两个碳原子各以一个结合。而
13、后，两个碳原子各以一个sp1杂化轨道与一个氢原杂化轨道与一个氢原子的子的1s轨道重叠形成轨道重叠形成sp1s型型键。乙炔分子为直线形。键。乙炔分子为直线形。(3)氨分子的形成及空间构型氨分子的形成及空间构型形成：在形成氨分子时，氮原子的形成：在形成氨分子时，氮原子的2s和和2p原子轨道发生原子轨道发生了了sp3杂化，生成四个杂化，生成四个sp3杂化轨道。在所生成的四个杂化轨道。在所生成的四个sp3杂杂化轨道中，有三个轨道各含有一个未成对电子，可分别与化轨道中，有三个轨道各含有一个未成对电子，可分别与一个氢原子的一个氢原子的1s电子形成一个电子形成一个键，另一个键，另一个sp3杂化轨道中杂化轨道
14、中已有两个电子已有两个电子(孤对电子孤对电子)，不能再与氢原子形成，不能再与氢原子形成键。所以，键。所以，一个氮原子只能与三个氢原子结合，形成氨分子。一个氮原子只能与三个氢原子结合，形成氨分子。空间构型：因为氮原子的空间构型：因为氮原子的2s和和2p原子轨道发生的是原子轨道发生的是sp3杂杂化，所以四个化，所以四个sp3杂化轨道在空间的分布呈正四面体形。又杂化轨道在空间的分布呈正四面体形。又因四个因四个sp3杂化轨道中的一个轨道已有一对电子，只有另外杂化轨道中的一个轨道已有一对电子，只有另外三个轨道中的未成对电子可以与氢原子的三个轨道中的未成对电子可以与氢原子的1s电子配对成键，电子配对成键，
15、所以形成的氨分子的空间构型与甲烷分子的空间构型不同，所以形成的氨分子的空间构型与甲烷分子的空间构型不同，呈三角锥形。氨分子中存在着未成键的孤对电子，它对成呈三角锥形。氨分子中存在着未成键的孤对电子，它对成键电子对的排斥作用较强，所以使三个键电子对的排斥作用较强，所以使三个NH键的空间分布键的空间分布发生一点变化，它们之间的键角为发生一点变化，它们之间的键角为107.3。2s轨道与道与3p轨道能否形成道能否形成sp2杂化化轨道？道？提示提示不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与与3p不在同一能级组，能量相差较大。不在同一能级组，能量相差
16、较大。【慎思慎思2】如何判断中心原子的如何判断中心原子的杂化化类型？型？提示提示(1)公式公式(2)根据根据n值判断杂化类型值判断杂化类型当当n2时，时，sp1杂化；当杂化；当n3时，时，sp2杂化；当杂化；当n4时，时，sp3杂化。杂化。(1)当电荷数为正值时，公式中取当电荷数为正值时，公式中取“”，当电荷数为负值，当电荷数为负值时，公式中取时，公式中取“”；(2)当配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为零。当配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为零。【慎思慎思3】(1)为何何sp2杂化呈平面三角形？化呈平面三角形？(2)苯分子中的苯分子中的键和和键位置关系有何特点？位置关系有何特点？提
17、示提示(1)sp2杂化是一个杂化是一个ns轨道与轨道与2个个np轨道进行的杂化，轨道进行的杂化，形成形成3个个sp2杂化轨道，杂化轨道也符合价电子对互斥模型，杂化轨道，杂化轨道也符合价电子对互斥模型，应尽量使它们之间的排斥力最小，故形成平面三角形结构。应尽量使它们之间的排斥力最小，故形成平面三角形结构。(2)苯分子中未参与杂化的苯分子中未参与杂化的np轨道与轨道与3个个sp2杂化轨道所在平杂化轨道所在平面垂直，故形成的面垂直，故形成的键和键和键垂直。键垂直。【慎思慎思4】甲烷分子的形成及立体构型甲烷分子的形成及立体构型(1)甲烷分子的立体构型：甲烷分子的立体构型：甲烷甲烷(CH4)分子是规则的
18、正四面体结构，分子中四个分子是规则的正四面体结构，分子中四个CH键的夹角均为键的夹角均为109.5。(2)杂化轨道理论要点：杂化轨道理论要点：原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。组合成杂化轨道。参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。要点一要点一|一些典型分子的立体构型一些典型分子的立体构型1杂化改化改变了原子了原子轨道的形状、方向。道的形状、方向。杂化使原子的成化使原子的成键能力增加。能力增加。如：如：杂化化轨道在角度分布上比道在角度分布上比单纯的的s或或p轨道在某一方向道
19、在某一方向上更集中，例如上更集中，例如s轨道与道与p轨道道杂化后形成的化后形成的杂化化轨道一道一头大一大一头小如小如图，成，成键时根据最大重叠原理，根据最大重叠原理，使它的大使它的大头与其他原子与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的道重叠，重叠程度更大，形成的共价共价键更牢固。更牢固。杂化化轨道道为使相互使相互间的排斥力最小，故在空的排斥力最小，故在空间取最大取最大夹角分布，不同的角分布，不同的杂化化轨道伸展方向不同。在多原子分子中，道伸展方向不同。在多原子分子中，两个化学两个化学键之之间的的夹角叫角叫键角。角。键角与分子的形状角与分子的形状(空空间构型构型)有密切有密切联系。系。特别提醒特
20、别提醒：杂化方式的判断是一个难点，要注意积累经验，：杂化方式的判断是一个难点，要注意积累经验，原子间形成的共价键，既包括原子间形成的共价键，既包括键，也包括键，也包括键及大键及大键。键。根据最大重叠原理，中心原子与每个配位原子之间只能形根据最大重叠原理，中心原子与每个配位原子之间只能形成且必定形成一个成且必定形成一个键。除此之外，其他价电子只能形成键。除此之外，其他价电子只能形成键或大键或大键。键。下列关于下列关于杂化化轨道的道的说法法错误的是的是()。A所有原子所有原子轨道都参与道都参与杂化化B同一原子中能量相近的原子同一原子中能量相近的原子轨道参与道参与杂化化C杂化化轨道能量集中，有利于牢
21、固成道能量集中，有利于牢固成键D杂化化轨道中不一定有一个道中不一定有一个电子子【例例1】解析解析参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与与2s、2p能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量能量相差太大，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，故相近的原子轨道才能参与杂化，故A项错误，项错误，B项正确；项正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，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，故可使电子云重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正项正确；并不是所有的杂化轨道
22、中都会有电子，也可以是空轨确；并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道，也可以有一对孤对电子道，也可以有一对孤对电子(如如NH3、H2O的形成的形成)，故，故D项项正确。正确。答案答案A弄清楚每个原子的价电子数和电子排布式，是分析弄清楚每个原子的价电子数和电子排布式，是分析杂化轨道的基础和前提。弄清楚了原子形成什么杂杂化轨道的基础和前提。弄清楚了原子形成什么杂化轨道，也就知道了分子的空间构型。化轨道，也就知道了分子的空间构型。说明在下列分子中是由哪些明在下列分子中是由哪些轨道或道或杂化化轨道重叠成道重叠成键的：的：IClCH3FCS2答案答案ICl：Cl以一个以一个3p轨道与道与I以一
23、个以一个5p轨道重叠形成一道重叠形成一个共价个共价键；NI3：N原子采取原子采取sp3杂化，除一化，除一对未成未成键电子外的三个子外的三个轨道分道分别与三个与三个I原子的各一个原子的各一个5p轨道成道成键。CH3F：C原子原子sp3杂化成四个化成四个杂化化轨道，其中三个道，其中三个sp3杂化化轨道与三个道与三个H原子的原子的1s轨道重叠形成三个共价道重叠形成三个共价键，另一，另一杂化化轨道与道与F原子的含原子的含单电子的子的2p轨道重叠，形成一个道重叠，形成一个sp3p键。【体验体验1】CS2：C原子的一个原子的一个2s轨道与一个道与一个2p轨道道发生生杂化，形成两化，形成两个成分相同，能量相
24、等的个成分相同，能量相等的sp1杂化化轨道，再与两个道，再与两个S原子中原子中各一个含各一个含单电子的子的3p轨道重叠，形成道重叠，形成sp1p键；C原子原子中剩余下的两个中剩余下的两个2p轨道道(各含一个各含一个电子子)再分再分别与一个与一个S原子原子(共两个共两个)中的另一中的另一3p轨道重叠形成道重叠形成pp键，因此，每一，因此，每一个碳硫双个碳硫双键中含有一个中含有一个键和一个和一个键，为双双键结构。构。在苯分子中，整个分子呈平面正六在苯分子中，整个分子呈平面正六边形、六个碳碳形、六个碳碳键完全完全相同，相同，键角皆角皆为120。正是由于苯分子所具有的。正是由于苯分子所具有的这种种结构
25、构特征，使得它表特征，使得它表现出特殊的出特殊的稳定性，而不像乙定性，而不像乙烯那那样容易容易被酸性高被酸性高锰酸酸钾溶液氧化或使溴的四溶液氧化或使溴的四氯化碳溶液退色。化碳溶液退色。要点二要点二|苯环的结构与大苯环的结构与大键键下列关于苯分子的性下列关于苯分子的性质描述描述错误的是的是()。A苯分子呈平面正六苯分子呈平面正六边形，六个碳碳形，六个碳碳键完全相同，完全相同，键角角皆皆为120B苯分子中的碳原子采取苯分子中的碳原子采取sp2杂化，化，6个碳原子中未参与个碳原子中未参与杂化的化的2p轨道以道以“肩并肩肩并肩”形式形成一个大形式形成一个大键C苯分子中的碳碳苯分子中的碳碳键是介于是介于
26、单键和双和双键之之间的一种特殊的一种特殊类型的型的键D苯能使溴水和酸性苯能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色溶液褪色【例例2】解析解析苯分子中的碳原子采取苯分子中的碳原子采取sp2杂化，六个碳碳键完全相杂化，六个碳碳键完全相同，呈平面正六边形结构，键角皆为同，呈平面正六边形结构，键角皆为120；在苯分子中间；在苯分子中间形成一个六电子的大形成一个六电子的大键，因此苯分子中的碳碳键并不是键，因此苯分子中的碳碳键并不是单、双键交替结构，也就不能使溴水和酸性单、双键交替结构，也就不能使溴水和酸性KMnO4溶液溶液褪色。褪色。答案答案D德国化学家凯库勒研究和提出苯分子的环状结构德国化学家凯库勒研究和提出苯
27、分子的环状结构(1886年年)，成功地提出了重要的结构学说，至今仍，成功地提出了重要的结构学说，至今仍将将称为凯库勒式；美国化学家鲍林于称为凯库勒式；美国化学家鲍林于1931年提出杂化轨道理论，该理论能很好地解释苯年提出杂化轨道理论，该理论能很好地解释苯分子中不存在碳碳双键的结构特征，而这种结构特分子中不存在碳碳双键的结构特征，而这种结构特征决定了苯分子的特殊的稳定性。理论的发展包含征决定了苯分子的特殊的稳定性。理论的发展包含着科学家的艰辛努力，也是科学家对人类和社会进着科学家的艰辛努力，也是科学家对人类和社会进步的突出贡献。步的突出贡献。关于苯分子关于苯分子结构的研究构的研究经历了很了很长时
28、间，著名科学，著名科学家家凯库勒最先提出了勒最先提出了凯库勒勒结构式，并构式，并较好地解好地解释了苯的了苯的一些性一些性质。但随着理。但随着理论研究的不断深入，研究的不断深入，杂化化轨道理道理论可可以更好地来解以更好地来解释苯分子的苯分子的结构和性构和性质。以下有关苯分子。以下有关苯分子结构的构的说法，法，错误的是的是()。A苯分子中每个碳原子的原子苯分子中每个碳原子的原子轨道都道都发生生sp2杂化，形成化，形成夹角角为120的三个的三个sp2杂化化轨道道B每个碳原子的一个每个碳原子的一个sp2杂化化轨道采用道采用“肩并肩肩并肩”的方式重的方式重叠，形成一个大叠，形成一个大键C苯分子中存在苯分
29、子中存在6个个CC键和和6个个CH键D乙乙烷、乙、乙烯、乙炔分子中，碳原子、乙炔分子中，碳原子轨道道杂化方式和苯化方式和苯相同的只有乙相同的只有乙烯【体验体验2】解析解析苯分子中碳原子采取苯分子中碳原子采取sp2杂化，分别与相邻的碳原子杂化，分别与相邻的碳原子及氢原子形成及氢原子形成键，未参与杂化的键，未参与杂化的p轨道轨道“肩并肩肩并肩”形成形成键，键，这种成键方式与乙烯相同。这种成键方式与乙烯相同。答案答案B下列分子的空下列分子的空间构型是正四面体形的是构型是正四面体形的是()。CH4NH3CF4SiH4C2H4CO2ABCD【案例案例1】解析解析C与与Si都是都是ns2np2结构，在参与
30、成键时都是形成了四结构，在参与成键时都是形成了四个个sp3杂化轨道，故它们的空间构型都是正四面体形。杂化轨道，故它们的空间构型都是正四面体形。用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成过程用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成过程答案答案B试用用杂化化轨道理道理论分析分析为什么什么BF3的空的空间构型是平面构型是平面三角形，而三角形，而NF3是三角是三角锥形的？形的？答案答案BF3中中B的价的价电子子结构构为2s22p1，形成分子，形成分子时，进行行sp2杂化，三个化，三个sp2杂化化轨道分道分别与三个与三个F原子的原子的p轨道成道成键，故故BF3分子分子为平面三角形；平面三角形；NF3中的中的N原子价原子价电子子结构构为2s22p3，形成分子，形成分子时，进行行sp3不等性不等性杂化，其中一个化，其中一个sp3杂化化轨道道为孤孤对电子占有，另三个子占有，另三个电子分子分别与与F成成键，故分，故分子子结构构为三角三角锥形。形。【案例案例2】
