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1、高二化学高二化学选修选修3物质结构与性质物质结构与性质第二章第二章 分子结构与性质分子结构与性质第二节第二节分子的立体结构分子的立体结构（第一课时）（第一课时）复复 习习 回回 顾顾共价键共价键键键键键键参数键参数键能键能键长键长键角键角衡量化学键稳定性衡量化学键稳定性描述分子的立体结构的重要因素描述分子的立体结构的重要因素成键方式成键方式 “头碰头头碰头”,呈轴对称呈轴对称成键方式成键方式 “肩并肩肩并肩”,呈镜像对称呈镜像对称一、形形色色的分子一、形形色色的分子O2HClH2OCO21、双原子分子（直线型）、双原子分子（直线型）2 2、三原子分子立体结构（有直线形和、三原子分子立体结构（有
2、直线形和V V形）形）、四四原原子子分分子子立立体体结结构构（直直线线形形、平平面面三三角形、三角锥形、正四面体）角形、三角锥形、正四面体）（平面三角形，三角锥形）（平面三角形，三角锥形）C2H2CH2OCOCl2NH3P4、五原子分子立体结构、五原子分子立体结构最常见的是正四面体最常见的是正四面体CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH5 5、其它：、其它：C60C20C40C70资料卡片：资料卡片：形形色色的分子形形色色的分子分子世界如此形形色色，异彩纷呈，分子世界如此形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。美不胜收，常使人流连忘返。那么分子结构又是怎么测定的呢
3、那么分子结构又是怎么测定的呢早早年年的的科科学学家家主主要要靠靠对对物物质质的的宏宏观观性性质质进进行行系系统统总总结结得得出出规规律律后后进进行行推推测测，如如今今，科科学学家家已已经经创创造造了了许许许许多多多多测测定分子结构的现代仪器，定分子结构的现代仪器，红外光谱红外光谱就是其中的一种。就是其中的一种。分分子子中中的的原原子子不不是是固固定定不不动动的的，而而是是不不断断地地振振动动着着的的。所所谓谓分分子子立立体体结结构构其其实实只只是是分分子子中中的的原原子子处处于于平平衡衡位位置置时时的的模模型型。当当一一束束红红外外线线透透过过分分子子时时，分分子子会会吸吸收收跟跟它它的的某某
4、些些化化学学键键的的振振动动频频率率相相同同的的红红外外线线，再再记记录录到到图图谱谱上上呈呈现现吸吸收收峰峰。通通过过计计算算机机模模拟拟，可可以以得得知知各各吸吸收收峰峰是是由由哪哪一一个个化化学学键键、哪哪种种振振动动方方式式引引起起的的，综综合合这这些些信信息息，可可分分析析出出分子的立体结构。分子的立体结构。科学视野科学视野分子的立体结构是怎样测定的分子的立体结构是怎样测定的？（指导阅读（指导阅读P39P39）测分子体结构：红外光谱仪测分子体结构：红外光谱仪吸收峰吸收峰分析。分析。 同为三原子分子，同为三原子分子，CO2 和和 H2O 分子的空间结分子的空间结构却不同，什么原因？构却
5、不同，什么原因？直线形直线形V形形 同为四原子分子，同为四原子分子，CH2O与与 NH3 分子的的空分子的的空间结构也不同，什么原因？间结构也不同，什么原因？三角锥形三角锥形平面三角形平面三角形二、价层电子对互斥（二、价层电子对互斥（VSEPRVSEPR）理论）理论 （ Valence Shell Electron Pair Repulsion ） 共价分子中，中心原子周围电子对排布的共价分子中，中心原子周围电子对排布的几何几何构型构型主要主要取决于中心原子取决于中心原子的的价层电子价层电子对的数对的数目。目。价层电子对价层电子对各自占据的位置倾各自占据的位置倾向于彼此分向于彼此分离得尽可能离
6、得尽可能的远，此时电子对的远，此时电子对之间的之间的斥力最小斥力最小，整个，整个分子最稳定分子最稳定。 1 1、理论要点、理论要点 价层电子对包括价层电子对包括成键的成键的电子对电子对和和孤电子对孤电子对不包括不包括成键的成键的电子对电子对 ！ 2 2、价层电子对数计算、价层电子对数计算 确定中心原子价层电子对数目确定中心原子价层电子对数目 价层电价层电子对数子对数 配位原子数孤电子对数配位原子数孤电子对数 键电子对数孤电子对数键电子对数孤电子对数 分子中分子中a为中心原子的价电子数为中心原子的价电子数 ，x为配为配原子数，原子数，b为配原子达稳定结构所需的电子数为配原子达稳定结构所需的电子数
7、 阳离子中，阳离子中，a为中心原子价电子数减去离为中心原子价电子数减去离子所带电荷数子所带电荷数， 阴离子中，阴离子中，a为中心原子价电为中心原子价电子数加上离子所带电荷数。子数加上离子所带电荷数。孤电子对数（孤电子对数（a-xb）/2化学式化学式 价层电价层电子对数子对数 结合的原结合的原子数子数孤对电子孤对电子对数对数HCNSO2NH2BF3H3O+SiCl4CHCl3NH4+SO420 1 2 0 1 0 0 0 2 2 2 3 3 4 4 4 0 4 2 34 3 4 4 4 4 4 化学式化学式 价层电价层电子对数子对数 结合的原结合的原子数子数孤对电子孤对电子对数对数H2OSO3N
8、H3CO2SF4SF6PCl5PCl3CH42 0 1 0 1 0 0 1 2 3 3 2 4 6 5 3 0 4 4 34 2 5 6 5 4 4 确定价层电子对构型确定价层电子对构型 价层电子价层电子对数目对数目23456价层电子价层电子对构型对构型直直线线平面平面三角型三角型正四正四面体面体三角三角双锥双锥正八正八面体面体注意：孤对电子的存在会改变键合电子对注意：孤对电子的存在会改变键合电子对 的分布方向，从而改变化合物的键角的分布方向，从而改变化合物的键角3 3、确定分子构型、确定分子构型 在价层电子对构型的基础上，去掉孤电子对在价层电子对构型的基础上，去掉孤电子对由真实原子形成的构型
9、由真实原子形成的构型 分子分子或离子或离子价层电价层电子对数子对数VSEPR模型名称模型名称孤电子孤电子对数对数分子或离子分子或离子立方体构型立方体构型H2O4四面体2V形CO22直线形0直线形SO23平面三角形1V形NH34四面体1三角锥形CO323平面三角形0平面三角形SO33平面三角形0平面三角形CH44正四面体形0正四面体形SiCl44正四面体形0正四面体形中心原子中心原子代表物代表物中心原子中心原子结合的原子数结合的原子数分子分子类型类型空间构型空间构型无孤对电子无孤对电子CO22AB2CH2O3AB3CH44AB4有孤对电子有孤对电子H2O2AB2NH33AB3直线形直线形平面三角
10、形平面三角形正四面体正四面体V 形形三角锥形三角锥形小结小结:价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型应用反馈应用反馈:化学式化学式 中心原子中心原子 孤对电子数孤对电子数中心原子结中心原子结合的原子数合的原子数空间构型空间构型HCNSO2NH2BF3H3O+SiCl4CHCl3NH4+0120100022233444直线形直线形 V 形形V形形平面三角形平面三角形三角锥形三角锥形四面体四面体正四面体正四面体正四面体正四面体ABn型分子空间构型快速判断方法：型分子空间构型快速判断方法：1、n=2时，中心原子无孤对电子的是直线形，中心原时，中心原子无孤对电子的是直线形，中心原 子有孤对电子为子有孤对
11、电子为V形，如形，如CO2直线形，直线形，H2O为为V形。形。2、n=3时，中心原子无孤对电子的为平面三角形，有时，中心原子无孤对电子的为平面三角形，有 孤对电子的为三角锥形。孤对电子的为三角锥形。BF3为平面三角形，为平面三角形，H3O+ 三角锥形。三角锥形。3、n=4时，为正四面体。时，为正四面体。1.下列物质中分子立体结构与水分子相似的是下列物质中分子立体结构与水分子相似的是 ACO2 BH2S CPCl3 DSiCl42.下列分子立体结构其中属于直线型分子的是下列分子立体结构其中属于直线型分子的是 AH2O BCO2 CC2H2 DP4 B BC 3.若若ABn型分子的中心原子型分子的
12、中心原子A上没有未用于形上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模型，下列说法正确的（型，下列说法正确的（ ）A.若若n=2，则分子的立体构型为，则分子的立体构型为V形形 B.若若n=3，则分子的立体构型为三角锥形，则分子的立体构型为三角锥形 C.若若n=4，则分子的立体构型为正四面体形，则分子的立体构型为正四面体形 D.以上说法都不正确以上说法都不正确课堂练习课堂练习C美国著名化学家鲍林（美国著名化学家鲍林（L.Pauling, 19011994）教授具有独特的化学想象力：只要）教授具有独特的化学想象力：只要给他物质的分子式，他就能通过给他
13、物质的分子式，他就能通过“毛估毛估”法，大体上想象出这种物质的分子结构模法，大体上想象出这种物质的分子结构模型。请你根据价层电子对互斥理论，型。请你根据价层电子对互斥理论，“毛毛估估”出下列分子的空间构型。出下列分子的空间构型。PCl5 PCl3 SO3 SiCl4 课堂练习课堂练习三角双锥形三角双锥形三角锥形三角锥形平面三角形平面三角形正四面体正四面体【选修【选修3物质结构与性质】物质结构与性质】第第 二二 章分子结构与性质章分子结构与性质第二节第二节 分子的立体结构分子的立体结构课时课时2 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值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子
14、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个C H的键的键长相同、长相同、键能相同及键能相同及HC H的键的键角为角为109 28。因。因为按照我们已经学过的价键理论，甲烷的为按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个个C H单键都应该单键都应该是是键，然而，碳原子的键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是个价层原子轨道是3个相互垂直的个相互垂直的2p轨轨道和道和1个球形的个球形的2s轨道，用它们跟轨道，用它们跟4个氢原子的个氢原子的1s原子轨道重叠，原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。不可能得到四面体构型的甲烷分子。碳
15、原子碳原子:为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，杂化轨道理论杂化轨道理论杂化：原子内部杂化：原子内部能量相近能量相近的原子轨道，的原子轨道，在外界条件影响下重新组合的过程叫在外界条件影响下重新组合的过程叫原子轨道的杂化原子轨道的杂化杂化轨道：原子轨道组合杂化后形成杂化轨道：原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道的一组新轨道杂化轨道类型：杂化轨道类型：sp、sp2、sp3、sp3d2杂化结果：重新分配能量和空间方向，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组成数目相等成键能力更强的原子轨道道杂化轨道用于容纳杂化轨道用于容纳键和
16、孤对电子键和孤对电子学习价层电子互斥理论知道学习价层电子互斥理论知道: NH3和和H2O的模型和甲烷分子一样的模型和甲烷分子一样,也也是正四面体的是正四面体的,因此它们的中心原子也是因此它们的中心原子也是sp3杂化杂化的的.不同的是不同的是NH3和和H2O的中心原子的的中心原子的4个杂化轨道分别用于个杂化轨道分别用于键和孤对电子对，这样键和孤对电子对，这样的的4个杂化轨道显然有差别个杂化轨道显然有差别sp 杂化杂化 同一原子中同一原子中 ns-np 杂化成新轨道；一个杂化成新轨道；一个 s 轨道和一个轨道和一个 p 轨轨道杂化组合成两个新的道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。杂化轨道。例例：
17、BeCl2分子形成分子形成激发激发2s2pBe基态基态2s2p激发态激发态杂化杂化键合键合直线形直线形sp杂化态杂化态直线形直线形化合态化合态Cl Be Cl180 除除sp3杂化轨道外，还有杂化轨道外，还有sp杂化轨道和杂化轨道和sp2杂化轨道。杂化轨道。sp杂化轨道由杂化轨道由1个个s轨道和轨道和1个个p轨道杂化而得；轨道杂化而得；sp2杂化轨道由杂化轨道由1个个s轨道和轨道和2个个p轨道杂化而得，轨道杂化而得，碳的sp杂化轨道sp杂化：夹角为杂化：夹角为180的直线形杂化轨道。的直线形杂化轨道。乙炔的成键sp2 杂化杂化sp2 杂化轨道间的夹角是杂化轨道间的夹角是120度，分子的几何构型
18、为平面正三角形度，分子的几何构型为平面正三角形2s2pB的基态的基态2s2p激发态激发态正三角形正三角形sp2 杂化态杂化态例：例：BF3分子形成分子形成BFFFClBCl1200Cl碳的sp2杂化轨道sp2杂化：三个夹角为杂化：三个夹角为120的平面三角形杂化轨道的平面三角形杂化轨道。思考题：根据以下事实总结：如何判断一个思考题：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？化合物的中心原子的杂化类型？已知：杂化轨道只用于形成已知：杂化轨道只用于形成键或者用来容纳孤对电子键或者用来容纳孤对电子杂化轨道数杂化轨道数0+2=2SP直线形直线形0+3=3SP2平面三角形平面三角形0+4
19、=4SP3正四面体形正四面体形1+2=3SP2V形形1+3=4SP3三角锥形三角锥形2+2=4SP3V形形代表物代表物杂化轨道数杂化轨道数 杂化轨道类型杂化轨道类型 分子结构分子结构CO2CH2OCH4SO2NH3H2O结合上述信息完成下表：结合上述信息完成下表：中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数例题三：对例题三：对SO2与与CO2说法正确的是说法正确的是( ) A都是直线形结构都是直线形结构 B中心原子都采取中心原子都采取sp杂化轨道杂化轨道 C S原子和原子和C原子上都没有孤对电子原子上都没有孤对电子 D SO2为为V形结构，形结构， CO2为
20、直线形结构为直线形结构D天蓝色天蓝色天蓝色天蓝色天蓝色天蓝色无色无色无色无色无色无色配合物理论简介：配合物理论简介：实验实验2-1 固体颜色固体颜色溶液颜色溶液颜色CuSO4CuCl2.2H2OCuBr2NaClK2SO4KBr白色白色绿色绿色深褐色深褐色白色白色白色白色白色白色思考：前三种溶液呈天蓝色大概与什么物质有关？依据是什么思考：前三种溶液呈天蓝色大概与什么物质有关？依据是什么？CuOH2H2OH2OH2O2+配位化合物，简称配合物，通常是由中心离配位化合物，简称配合物，通常是由中心离子（或原子）子（或原子） 与配位体与配位体(某些分子或阴离子某些分子或阴离子) 以配位键的形式结合而成
21、的复杂离子或分子。以配位键的形式结合而成的复杂离子或分子。2+CuNH3H3NNH3NH3实验实验2-2 已知氢氧化铜与足量氨水反已知氢氧化铜与足量氨水反应后溶解是因为生成应后溶解是因为生成Cu(NH3)42+ ，其结构简式为：其结构简式为：试写出实验中发生的两个反应的离试写出实验中发生的两个反应的离子方程式？子方程式？Cu 2+ +2NH3 .H2O Cu（OH）2 +2 NH4 + Cu（OH）2 + 4NH3 . H2O Cu(NH3) 42+ +2OH+4H2O蓝色沉淀蓝色沉淀深蓝色溶深蓝色溶液液实验实验2-3Fe 3+ +SCN Fe (SCN) 2+ 硫氰酸根硫氰酸根血红血红色色由
22、于该离子的颜由于该离子的颜色极似血液，常色极似血液，常被用于电影特技被用于电影特技和魔术表演。和魔术表演。练习书写：向硝酸银溶液中逐渐滴加氨水的离子方程式配合物理论简介配合物理论简介一、配合物的组成一、配合物的组成 1. 1. 中心离子或中心离子或原子原子( (也称形成体也称形成体) ) 有空轨道有空轨道 n 主主要要是是一一些些过过渡渡金金属属，如如铁铁、钴钴、镍镍、铜铜、银、金、铂等金银、金、铂等金 属元素的离子；属元素的离子；n 或是具有高氧化数的非金属元素，硼，硅、磷或是具有高氧化数的非金属元素，硼，硅、磷等，如等，如NaBF4 中的中的B()、K2SiF6中的中的Si()和和NH4P
23、F6中的中的P()；n 或是不带电荷的中性原子，如或是不带电荷的中性原子，如Ni(CO)4, Fe(CO)5中的中的Ni, Fe都是中性原子，都是中性原子，n 碱金属、碱土金属等可作为螯合物的形成体。碱金属、碱土金属等可作为螯合物的形成体。 Cu(NH3)4SO4中，中，NH3是配位体，是配位体，N为配位原子。为配位原子。2. 配位体和配位原子配位体和配位原子 有孤对电子有孤对电子a. 单齿配位体单齿配位体(一个配位体中只有一个配位原子一个配位体中只有一个配位原子)含氮配位体含氮配位体 NH3 , NCS - ;含硫配位体含硫配位体 SCN- ;含卤素配位体含卤素配位体 F- , Cl- ,
24、Br- , I- ; 含碳配位体含碳配位体 CN- , CO 含氧配位体含氧配位体 H2O, OH- ，羧酸，醇，醚等，羧酸，醇，醚等b. 多齿配位体多齿配位体(有两个或两个以上的配位原子有两个或两个以上的配位原子) 乙二胺乙二胺 NH2一一CH2一一CH2一一NH2 简写为简写为en， 乙二胺四乙酸根（乙二胺四乙酸根（EDTA）等。）等。 3 3配位数配位数与中心离子直接以配位键结合的配位原子个数。与中心离子直接以配位键结合的配位原子个数。例：例：AlF63- 配位数配位数6 、 Cu(NH3)4SO4 配位数配位数4 、 Co(NH3)2(en)2(NO3)3 配位数配位数6 *中心离子的电荷高，对配位体的吸引力较强，有中心离子的电荷高，对配位体的吸引力较强，有利于形成配位数较高的配合物。利于形成配位数较高的配合物。 常见的配位数与中心离子的电荷数有如下的关系：常见的配位数与中心离子的电荷数有如下的关系： 中心离子的电荷：中心离子的电荷：+1 +2 +3 +4 常见的配位数：常见的配位数： 2 4(或或6) 6(或或4) 6(或或8)*中心离子半径越大，其周围可容纳配体就越多，中心离子半径越大，其周围可容纳配体就越多，配位数越大。配位数越大。
