2.2分子的立体结构.ppt

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1、分子的立体结构 第一课时 价层互斥理论,复 习 回 顾,共价键,键,键,键参数,键能,键长,键角,衡量化学键稳定性,描述分子的立体结构的重要因素,成键方式 “头碰头”,呈轴对称,成键方式 “肩并肩”,呈镜像对称,活动,1、利用几何知识分析：空间分布的两个点是否一定在同一直线？,迁移：两个原子构成的分子，将这2个原子看成两个点，则它们在空间上可能构成几种形状？是什么？,O2,HCl,2、利用几何知识分析：空间分布的三个点是否一定在同一直线上？,迁移：三个原子构成的分子，将这3个原子看成三个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？,CO2,H2O,在多原子构成的分子中，由于原子间排列的空间

2、顺序不一样，使得分子有不同的结构，这就是所谓的分子的立体构型。,一、形形色色的分子,O2,HCl,H2O,CO2,1、双原子分子（直线型）,2、三原子分子立体结构（有直线形和V形）,、四原子分子（有直线形、平面三角形、三角锥形、正四面体）,、五原子分子立体结构,最常见的是正四面体,CH4,CH3CH2OH,CH3COOH,C6H6,C8H8,CH3OH,5、其它：,资料卡片P36,C60,C20,C40,C70,资料卡片：,形形色色的分子,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。 那么分子结构又是怎么测定的呢,？,早年的科学家主要靠对物质的宏观性质进行系统总结得出规律后进行推

3、测，如今，科学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器，红外光谱就是其中的一种。 分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子的立体结构。,科学视野分子的立体结构是怎样测定的？ （指导阅读P39）,测分子结构：红外光谱仪吸收峰分析。,同为三原子分子，CO2 和 H2O 分子的空间结构却不同，什么原因？,直线形,V形,思考,同为四原子分子，

4、CH2O与 NH3 分子的的空间结构也不同，什么原因？,三角锥形,平面三角形,思考,对ABX型的分子或离子，中心原子A价层电子对（包括成键键电子对和未成键的孤对电子对）之间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取价层电子对相互排斥最小的那种构型，以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低，最稳定。,二、价层互斥理论,1.内容,中心原子：对ABX型分子，B围绕A成键，则A为中心原子，X值为中心原子结合的原子数。,孤对电子：未用于形成共价键的电子对,成键电子对和孤对电子对会影响分子的空间构型.,价层电子对（键电子对和未成键的孤对电子对）,H2O,NH3,CO2,CH4,2,3,4,2,2,2,4,3

5、,1,4,4,0,4,2,0,2,2、价层电子对,中心原子上的孤电子对数 =（a-xb),键数 = 与中心原子结合的原子数,X：B原子数,b：B原子达到稳定结构（8或2电子）最多能接受的电子数,a: 原子：中心原子最外层电子数 阳离子：中心原子最外层电子数 - 离子电荷数 阴离子：中心原子最外层电子数+离子电荷数）,可以简单认为中心原子实际最外层电子数，与B原子无关,ABxm-型分子或离子,6,1,5-1=4,0,4+2=6,0,2,2,4,1,3,2,孤电子对的计算,6,2,1,2,=（a-xb),(VSEPR models),3、价层电子对互斥模型,价层电子对 VSEPR模型 2 直线形

6、3 平面三角形 4 正四面体形 5 三角双锥形 6 正八面体形,中心原子的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥。,例：H2O和NH3的中心原子分别有2对和l对孤对电子，跟中心原子周围的键加起来都是4，它们相互排斥，形成四面体，略去VSEPR模型中的孤电子对后，H2O分子呈V形，NH3分子呈三角锥形。,分子构型？,推测分子的立体模型必须略去VSEPR模型中的孤电子对,NH3 的空间构型,H2O 的空间构型,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,小结,3、价层电子对数：4,CH4,三角

7、锥形,H2O,V形,正四面体,NH3,AB4,AB3,AB2,分子类型,成键电 子对数,孤对电 子对数,4,0,3,1,2,2,正四面体,4、价层电子对数：5,PCl5,SF4,ClF3,三角双锥,变形四面体,T 形,直线形,三角双锥,I3-,5、价层电子对数：6,八面体,SF6,平面正方形,八面体,四方锥形,IF5,ICl4_,5. VSEPR模型应用预测分子立体构型,2,3,2,0,0,1,直线形,直线形,平面三角形,平面三角形,V形,平面三角形,4,4,4,0,1,2,正四面体,正四面体,正四面体,三角锥形,正四面体,V形,排斥力：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

8、子对,1、一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键，如CO2、CH2O、CH4等分子中的碳原子，它们的立体结构可用中心原子周围的原子数X来预测，概括如下：（A无孤对电子） ABX 立体结构 范例 X=2 直线形 CO2、 CS2 X=3 平面三角形 CH2O、BF3 X=4 正四面体形 CH4、 CCl4 X=5 三角双锥形 PCl5 X=6 正八面体形 SCl6,小结:,价层电子对互斥模型,VSEPR模型就是其分子的立体结构(即非极性分子),2、另一类是中心原子上有孤对电子(未用于形成共价键的电子对)的分子。（极性分子）,ABX 立体结构 范例 X=2 V形 H2O X=3 三角锥形 NH3

9、,原因： 中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。例如，H2O和NH3的中心原子分别有2对和l对孤对电子，跟中心原子周围的键加起来都是4，它们相互排斥，形成四面体，因而H2O分子呈V形，NH3分子呈三角锥形。,先推出价层电子对互斥模型，再略去孤对电子占有的空间，剩下的就是分子的立体结构。,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,课堂练习,1、下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是 （ ） A.CO2 B.H2S C.PCl3 D.SiCl4 2、下列分子的立体

10、结构，其中属于直线型分子的是 （ ） A.H2O B.CO2 C.C2H2 D.P4,B,BC,3、若ABn型分子的中心原子A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型，下列说法正确的（ ） A.若n=2，则分子的立体构型为V形 B.若n=3，则分子的立体构型为三角锥形 C.若n=4，则分子的立体构型为正四面体形 D.以上说法都不正确,C,4、美国著名化学家鲍林（L.Pauling, 19011994）教授具有独特的化学想象力：只要给他物质的分子式，他就能通过“毛估”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，“毛估”出下列分子的空间构型。 PCl5 PC

11、l3 SO3 SiCl4,三角双锥形,三角锥形,平面三角形,正四面体,第二课时 杂化理论,回顾：写出碳、氢原子的核外电子排布图，根据价键理论，能否形成正四面体构型的甲烷分子？,C,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：有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，不可能形成正四面体构型的甲烷分子。,回顾：根据价层电子对互斥理论分析CH4的立体构型。,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。,如何解决上述矛盾？,问题,价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间

12、构型，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,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。,1、杂化：,2.杂化轨道理论的要点,(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、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

13、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)分子构型主要取决于原子轨道的杂化类型。,杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。,3、杂化的过程,如：CH4原子轨道杂化,杂化轨道 每个轨道的成分 轨道间夹角 ( 键角) sp 1/2 s，1/2 p 180 sp2 1/3 s，2/3 p 120 sp3 1/4 s，3/4p 10928,4、杂化的类型,参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。,(1)等性杂化,180,每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分。两个轨道间的夹角为180，

14、呈直线型,sp 杂化：1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化, 形成2个sp杂化轨道。,sp杂化,Cl,Cl,Be,例如： sp 杂化 BeCl2分子的形成,Be原子：1s22s2 没有单个电子,sp2杂化,120,每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分。 每两个轨道间的夹角为120，呈平面三角形。,sp2杂化：1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化,形成3个sp2 杂化轨道。,例如： sp2 杂化 BF3分子的形成,B： 1s22s22p1没有3个成单电子,sp3杂化,sp3杂化：1个s 轨道与3个p 轨道进行的杂化，形成4个sp3 杂化轨道

15、。,每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道的成分。每两个轨道间的夹角为109.5，空间构型为正四面体型。,例如： sp3 杂化 CH4分子的形成,C： 1s22s22p2没有4个成单电子,四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的s-sp3键，从而构成一个正四面体构型的分子。,O原子：2s22p4 有2个单电子，可形成2个共价键，键角应当是180，但H2O却为V形，为什么?,参与杂化的各原子轨道进行成分上的不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对。,(2)不等性杂化,三种sp杂化轨道类型

16、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,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轨道，可用于形成键,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 。,判断中心原子的杂化类型的一般方法：,(1)对于主族元素来说: 中心原子的杂化轨道数=价层电子对数=键数+孤电子对数 规律： 当中心原子

17、的价层电子对数为4时，其杂化类型为sp3杂化， 当中心原子的价层电子对数为3时，其杂化类型为sp2杂化， 当中心原子的价层电子对数为2时，其杂化类型为sp杂化。,5.杂化类型判断,2,3,4,sp,sp2,sp3,直线型,平面三角形,正四面体,直线型,平面三角形,正四面体,直线型,平面三角形或V形,正四面体三角锥形或V形,ABX型分子或离子杂化轨道类型,2,2,3,4,4,4,4,4,sp,sp,sp2,sp3,直线形,直线形,平面三角形,正四面体,180,180,120,109.5,直线形,直线形,平面三角形,正四面体,V形,三角锥形,180,180,120,109.5,109.5,104.

18、5,107.3,107.3,练习：填写下表,(2)通过看中心原子有没有形成双键或三键来判断中心原子的杂化类型。 规律： 如果有1个三键或两个双键，则其中有2个键，用去2个p轨道，形成的是sp杂化； 如果有1个双键则其中必有1个键，用去1个P轨道，形成的是sp2杂化； 如果全部是单键，则形成sp3杂化。,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,试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况,讨论,C原子在形成乙烯分子时，碳原子的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

19、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l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。,大 键 C6H6,sp2杂化,第三课时 配合物理论,Cu(H2O)42+,SO42 ,天蓝色,天蓝色,天蓝色,无色,无色,无色,Na+

20、,Cl-,K +,Br -,K +,为什么CuSO4 5H2O晶体是蓝色而无水CuSO4 是白色？,Cu2+与H2O是如何结合的呢？,1、在强酸溶液电离的过程中， H2O能与H+结合形成H3O+，请用电子式表示H与O形成H2O的过程，比较H2O和H3O+的电子式，讨论H2O与H+是如何形成H3O+？,+,CuSO45H2O是配合物,为什么CuSO4粉末是白色而CuSO45H2O是蓝色？,四、配合物理论简介,1、配位键,（1）概念：成键的两个原子一方提供孤对电子，一方提供空轨道而形成的共价键,（2）形成条件：一方提供孤对电子，一方提供空轨道。,注意： 配位键是一种特殊的共价键 配位键同样具有饱和

21、性和方向性,（3）配位键的表示方法,请写出NH4+的配位键的表示法？,配体 中心原子,气态氯化铝（Al2Cl6）是具有配位键的化合物，分子中原子间成键关系如图所示，请将下列结构中你认为是配位键的斜线上加上箭头。,巩固练习,在NH3BF3中，何种元素的原子提供孤对电子，何种元素的原子接受孤对电子?写出NH3BF3的结构式,NH3中N原子提供孤对电子,BF3中的B原子提供空轨道接受孤对电子,讨论,2、配位化合物（配合物）,（1）概念：由提供孤对电子对的配体与接受孤对电子对的中心原子以配位键结合形成的化合物。或：金属离子（或原子）与某些分子或离子（称为配体）以配位键结合形成的化合物。,配合物种类已超

22、过数百万；,配位键的强度有大有小，因而有的配合物很稳定，有的不稳定；,许多过渡元素金属离子对多种配体具有很强的结合力，因而过渡金属配合物远比主族金属的配合物多。,3.配合物的组成,天蓝色溶液,蓝色沉淀,深蓝色溶液,除水外，是否有其他电子给予体？,实验22 取实验2-1所得硫酸铜溶液做实验22，根据现象分析溶液成分的变化并说明你的推断依据，写出相关的离子方程式,Cu(OH)2,深蓝色晶体,Cu(NH3) 4 SO4H2O,+乙醇,静置,氨水,产生现象的原因：,Cu2+2NH3H2O=Cu(OH)2+2NH4+,Cu(OH)2+4NH3=Cu(NH3)42+2OH-,深蓝色的晶体: Cu(NH3)

23、4 SO4H2O,蓝色沉淀,深蓝色的透明溶液,深蓝色的晶体,Cu(NH3)42+离子, 中心离子或原子(也称形成体):有空轨道,过渡金属：如铁、钴、镍、铜、银、金、铂等金属元素的离子；也有不带电荷的中性原子，如Ni(CO)4, Fe(CO)5中的Ni, Fe都是中性原子。,具有高氧化数的非金属元素：硼，硅、磷等，如NaBF4 中的B()、K2SiF6中的Si()和NH4PF6中的P()；,碱金属、碱土金属等可作为螯合物的形成体。,配位体和配位原子：有孤对电子,a.单齿配位体(一个配位体中只有一个配位原子)含氮配位体 NH3 , NCS - ;含硫配位体 SCN- ;含卤素配位体 F- , Cl

24、- , Br- , I- ; 含碳配位体 CN- , CO ；含氧配位体 H2O, OH- ，羧酸，醇，醚等,b.多齿配位体(有两个或两个以上的配位原子) 乙二胺 NH2一CH2一CH2一NH2 简写为en,配位原子常是VA、VIA、VIIA主族元素的原子。,配位体是阴离子或中性分子。配位体中直接同中心原子配合的原子叫做配位原子。配位原子是必须含有孤对电子的原子。,配位数：直接同中心原子（或离子）配位的原子（离子或分子）总的数目。一般中心原子（或离子）的配位数为2、4、6、8。,常见的配位数与中心离子的电荷数的关系： 中心离子的电荷：+1 +2 +3 +4 常见的配位数： 2 4(或6) 6(

25、或4) 6(或8),Fe2+,Cu2+,Zn2+,H2O,NH3,CO,Ag+,常见的配位体,常见的中心离子,过渡金属原子或离子,配位数,通常是中心离子化合价的二倍,小结,配合物的盐与复盐的比较,复盐：能电离出两种或两种以上阳离子的盐。仅在固态时稳定存在，一旦溶于水，几乎全部解离成各组分离子。 KAl(SO4)212H2O = K+ +Al3+ 2SO42- +12 H2O KCl MgCl2 6H2O = K+ +Mg2+ + 3Cl- + 6H2O,配合物盐：是在配合物的溶液或晶体中，十分明确地存在着含有配位键的、能独立存在的复杂组成的离子。 Cu(NH3)4SO4H2O = Cu(NH3

26、)42+ + SO42- + H2O,1、下列不属于配合物的是 A.Cu(H2O)4SO4H2O B.Ag(NH3)2OH C.Na2CO310H2O D.NaAl(OH)4 E.NH4Cl F. CuSO45H2O,（C、E）,B,Fe3+3SCN- = Fe(SCN）3 血红色,配位数可为16,Fe3+是如何检验的？,思考,能形成配合物的离子相互不能大量共存,实验2-3:在盛有氯化铁溶液（或任何含有的Fe3+溶液）的试管中滴加硫氰化钾（KSCN）溶液,现象：生成血红色溶液,原因：生成Fe(SCN)n3-n (n=16),作用：检验或鉴定Fe3+，用于电影特技和魔术表演。,配位键的强度有大有

27、小。当遇上配合能力更强的配体时，由一种配离子可能会转变成另一种更稳定的配离子。,在上述血红色溶液中加入NaF溶液：,结论：,配离子中的中心离子（电子对接受体）通常是金属离子，尤其是过渡金属离子；配位体中的配位原子（电子对给予体 ）通常是主族非金属原子。,4.配合物的命名,内界命名顺序：自右向左 配位体数（即配位体右下角的数字）配位体名称“合”字或“络”字中心离子的名称中心离子的化合价(用罗马数字表示）。,用二、三、四等数字表示配位体数。不同配位名称之间用圆点“”分开。 阴离子次序为：简单离子复杂离子有机酸根离子。 中性分子次序为：NH3H2O有机分子。,（1）配位阴离子配合物,（2）配位阳离子

28、配合物,K2SiF6 六氟合硅()酸钾 KPtCl5(NH3) 五氯一氨合铂()酸钾,Co(NH3)6Br3 三溴化六氨合钴() Co(NH3)2(en)2(NO3)3 硝酸二氨二（乙二胺）合钴（）,配位阴离子“酸”外界,“某化某”或“某酸某”,（3）中性配合物,PtCl2(NH3)2 二氯二氨合铂() Ni(CO)4 四羰基合镍(0),Zn(NH3)2SO4内界名称为： ， K3Fe(CN)6内界名称为 ， Zn(NH3)4Cl2 命名为 ， K3Fe(CN)6命名为 ， Cu(NH3)4SO4命名为 ， Ag(NH3)2OH命名为 。,二氨合锌离子(),六氰合铁离子(),二氯化四氨合锌()

29、,六氰合铁()化钾,硫酸四氨合铜(),氢氧化二氨合银（）,写出下列配合物名称：,写出下列配合物（或配离子）的中心离子（或中心原子）、配位体和配位数，并写出名称。,(1) Co(NH3)5H2OCl3 (2) H2PtCl6 (3) PtCl2(NH3)2 (4) NH4SbCl6 (5) Fe3Fe(CN)62,(1) Co3+ NH3、H2O 6 三氯化五氨一水合钴（） (2) Pt4+ Cl 6 六氯合铂（）酸 (3) Pt2+ Cl、 NH3 4 二氯二氨合铂（） (4)Sb5+ Cl 6 六氯合锑（）酸铵 (5)Fe3+ CN- 6 六氰合铁()酸亚铁,形成配合物时性质的改变,1、颜色

30、的改变 Fe3+ + nSCN- = Fe(SCN)n(n-3)-,2、溶解度的改变： AgCl HCl AgCl2- + H+ AgCl + 2NH3 = Ag(NH3)2+ + Cl- Au + HNO3 + 4HCl = HAuCl4 + NO + 2H2O 3Pt + 4HNO3 + 18HCl = 3H2PtCl6 + 4NO + 8H2O,实验探究24,向实验22深蓝色溶液中滴加硫酸，观察实验现象，由此现象变化说明了什么,天蓝色溶液,+硫酸,配位键的稳定性,在晶体、气态或溶液中配离子的存在状态不变化，配位化合物内界和外界为离子键完全电离。,配合物也有异构现象。如Pt（NH3）2Cl

31、2分子有二种结构,配合物具有一定的稳定性，配合物中配位键越强，配合物越稳定。配位原子的电负性越大或配位体的碱性越强，配合物越不稳定。,5. 配合物的性质,配离子在改变条件时可能被破坏。（加强热、形成溶解度很小的沉淀、加入氧化剂和还原剂、加入酸或碱）,人体内血红蛋白是Fe2+卟林配合物， Fe2+与O2结合形成配合物，而CO与血红蛋白中的Fe2+也能生成配合物，根据生活常识，比较说明其配合物的稳定性。若发生CO使人中毒事故，首先该如何处理？还有哪种氧化物也可与血红蛋白中的Fe2+结合？,血红蛋白CO形成的配合物更稳定,发生CO中毒事故，应首先将病人移至通风处，必要时送医院抢救。,NO中毒原理同CO,讨论,6. 配合物的应用,a 在生命体中的应用,b 在医药中的应用,c 配合物与生物固氮,d 在生产生活中的应用,王水溶金,叶绿素,血红蛋白,抗癌药物,酶,维生素B12,钴配合物,含锌的配合物,含锌酶有80多种,固氮酶,照相技术的定影,电解氧化铝的助熔剂Na3AlF6,热水瓶胆镀银,HAuCl4,卟啉配合物叶绿素的结构,叶绿素中心离子： Mg 2+,血红素中心离子： 亚铁离子,维生素B12中心离子： 钴离子,血红素(Fe2+ )结构示意图,O,C,NH3,CH2,Pt2+,第二代铂类抗癌药（碳铂）,固氮酶中FeMo中心结构示意图,