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1、物质结构与性质教学问题再认识,内容要求： 1.可围绕物质结构与性质教学中存在的各种教学问题展开，2.提出课堂教学中的一些真实问题，并提供若干可供参考的解决策略。,一、开设物质结构与性质模块的目的二、物质结构的层次和核心概念 三、可供激活学生认知结构的几张图片 四、分子空间结构的推测,福建建阳一中 李益平 2012.8.19,1.了解人类探索物质结构的意义和基本方法; 2.研究物质构成的奥秘; 3.认识物质结构与性质之间的关系; 4.提高分析问题和解决问题的能力。,模块的内容及标准与以往课程相比发生了很大的变化,一些结构化学的学科核心概念如:4 个量子数、原子轨道、电离能、电负性、晶格能、原子
2、的堆积方式等在新课标或教材中出现。,一.开设物质结构与性质模块的目的,在此过程中需要解决3 个问题: 一是新物质的性能和结构, 二是如何选择一条最优的合成路线, 三是这条合成线路的产率有多大。,化学的主要任务之一是： 发现和制造各种具有特定性质的新物质。,因此,首先要知道该新物质的结构。 研究结构的理论就是结构化学。,该模块将为学生在研究微观物质时，提供思想及方法导引，为学生打下研究微观物质初步基础，也可以说是现代化学乃至现代自然科学的共同基础。 该模块的目标不仅只是让学生掌握几个有关结构化学的知识点，关键重在培养学生的辨证唯物主义思想与科学思维方法，重在使学生初步建立起与现代化学以至现代科学
3、相适应的微观物质研究的科学思想。,二、物质结构的层次和核心概念,1.物质结构的四个层次 （1）原子结构层次 （2）分子结构层次 （3）晶体结构层次 （4）超分子层次 2.物质结构与性质模块的核心概念 （1）原子结构：原子轨道 电子排布 元素周期系 原子参数 （2）分子结构：价键轨道 立体构型 杂化 键参数 （3）晶体结构：晶胞 原子堆积 晶体分类 晶格能 （4）超分子层次：分子间作用 离子键和配位键 配合物,山东科技版高中化学选修教材物质结构与性质模块,要求学生应当形成的认识主要两个层面：即结构层面和性质层面的认识，这两个层面之间的密切关系是结构决定性质，性质反映结构。 教材对于这两部分内容的
4、编排划分为3部分，各部分自成体系，又和其他两部分紧密相关。 第一章“原子结构”； 第二章“微粒间的相互作用”； 第三章“物质的聚集状态与物质性质”。,原子结构的量子力学模型,元素性质(电离能、电负性),核外电子排布与元素周期表,第一章 原子结构,最外层电子数=主族序数 核外电子层数=周期序数,最外层电子数及电子层数,对事物初步认识,模型改进,定性到定量,现象到本质,本章的内容与化学2（必修）的关系,概念发展,第一章从氢原子光谱入手，揭示了氢原子结构的秘密，提出量子化思想，再从复杂光谱入手，揭示多电子原子的原子结构。展现了原子结构发现过程中科学家杰出的成就和科学思想！令人叹为观止！,20世纪人类
5、最伟大的学术思想，现广泛应用各门学科，成为现代自然科学的基础！,从现象到本质，由光谱入手，分析氢原子光谱是线状光谱的原因，揭示原子结构的秘密。,氢原子光谱是线状光谱,证明了在原子世界中物理量的变化是不连续的、量子化的。每一条谱线标志一定的能量,这些能量就验证了量子数n 的正确性。 电子跃迁遵循角量子数差为1规则 , 实际上就表明l 量子数的存在。在外磁场下同一条线可以分裂成多条谱线,多条谱线的分裂是由于m 量子数的存在而造成的。 在用非常精细的高级光谱仪还可以看到更细致的分裂,而更细致的分裂是由于自旋量子数ms造成的。 原子在一定状态下的四个量子数n、l、m、ms 是客观存在的,不是虚有的,也
6、不是捉摸不定的,本身就是客观存在的量,是被光谱实验证实了的。 人们用量子数描述原子中电子的运动状态是自然的,就相当于衡量跑步一样,我跑百米的时间是25 秒左右,年轻人是14 秒或15 秒,运动健将是10 秒左右。,用某个状态函数来表述原子、分子中单个电子的运动状态就称为原子轨道。这种运动状态的物理量-能量、角动量用量子数来标志的。 这种运动状态表示了粒子的真实存在，实际上也表征着它本身具有的物理量,如能量、角动量等。 在氢原子当中, 4 个量子数是: 1. n(主量子数)-氢原子中电子的能量 2.l (角量子数)-总角动量及电子轨道形状 3.m(磁量子数)-总角动量在磁场上的分量 4.ms (
7、自旋量子数) -自旋的角动量 除了自旋量子数ms 以外,其他量子数首先都是从 解氢原子状态方程获得的.这些量子数后来都被实验一一所证实,这些实验包括原子吸收、发射光谱等。,用能量、角动量等来标志原子、分子中电子的运动,则它的运动跟宏观物体运动必然不同。 宏观物体运动的物理量变化是一点一点的、连续不断的。比如人跑步不可能一下子就能跑到每秒10 米,是一点一点加速起来的。 在原子和分子中电子就不一样,运动从一种状态进入到另外一种状态,物理量的变化是不连续的。就像人下台阶似的,从这个台阶下到第二个台阶,中间是停不住的。这种运动称为是量子化的。 人们把原子和分子中这种不连续变化的物理量的最小单位叫做量
8、子。 在原子和分子的物理世界中, 与一般宏观世界不同之处就是运动的变化是不连续的、量子化的。量子化是原子、分子等微观世界的本质特征之一。,有了“量子数”就能让学生科学的认识能级和原子轨道概念。 同一能层的电子，能量可能不同，还可以把它们分成能级。就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶级一样。 核外电子的运动状态遵循能量最低原理，核外电子按能级排布，能量相近的原子轨道归为一个能级组。元素周期表的周期的划分是按能级组划分的。确定了能级概念，才能体现元素周期表的周期的划分与核外电子排布的内在关系。否则，学生难以理解元素周期表中周期形成的实质。,1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s,4p,4d,4f,5
9、s,5p,5d,5f,K,L,M,N,O,6s,7p,P,Q,6p,6d,7s,1H 1s1 2He 1s2 3Li 1s22s1 4Be 1s22s2 5B 1s22s22p1,能 级 s p d f 电子数 2 6 10 14,能 层 K L M N O P Q 能级数 1 2 3 4 5 6 7,能级顺序,原子结构层次,原子结构包括核外电子结构和元素周期系两个层次。 核外电子结构指基态原子的电子组态，在中学称为电子排布，有两个层次：电子排布式和电子排布图（或叫轨道表示式）。强调基态原子是因为原子处于激发态电子排布就有无限多的可能性。 提出原子线状光谱有助于建立基态原子的概念，也可懂得什么
10、叫激发态。 为得到电子组态，首先要确立能层和能级的概念。 要理解基态原子的核外电子排布，就必须建立原子轨道和自旋的概念，以及核外电子排布三原理。最后是原子结构与周期系的关系以及原子参数。,第一章“原子结构”要求学生能够初步自觉地采取量子力学的认识方式，去修正以往确立的有形轨道、圆周运动等模式，并意识到电子的运动不是完全无序的，而是有一定规律可循的。标志单电子的运动状态的物理量能量、角动量是用量子数来标志的。这些量子数中，除了自旋量子数外，都是从量子力学的方程解出来的，但是后来都被实验一一证实。 要让学生体会到元素周期表不是事实的罗列，而是原子结构内在规律的外在表现。因此通过建立原子轨道模型，有
11、利于学生对元素周期表、元素周期律的再认识。 对于元素性质的理解，要求学生由宏观到微观、从定性到定量认识元素的化合价、电离能、电负性、等的变化规律。 要求学生从更高的视角重新建立和理解原子结构、元素周期表和元素性质三者的关系，能用“位、构、性”三者的关系解释、解决相关问题。,教材从量子力学模型引导学生认识原子内部的结构，分析原子结构、原子核外电子排布规律和元素周期表的内在联系。 学生经常把单质的性质误认为是元素的性质，还有些学生将原子结构、元素在周期表中的位置误认为是对元素性质的描述。教学中要注意纠偏。 教材集中讨论了将电子得失能力定量化的两个标度电离能和电负性等，进一步推出： 元素性质的周期性
12、变化是原子核外电子排布的周期性变化导致的。,微粒间的相互作用,第一节 共价键模型 第二节 共价键与分子的立体构型,第三节 离子键、配位键与金属键,第四节 分子间作用力与物质性质,第二章 化学键与分子间作用力,微 粒 间 的 相 互 作 用,化学2(必修）,本模块选修教材,范德华力、氢键及其对性质的影响,本章的内容与化学2（必修）的关系,分子结构层次,狭义的分子是指有限原子以共价键结合形成的原子集合。 广义的分子是指物质结构的一个层次。在常温下，除稀有气体原子外，其他原子都以相互结合的方式存在，这就是广义分子的层次。 在中学化学中只讨论狭义分子。所有狭义分子都是以共价键结合的分子。 离子键和金属
13、键都被纳入到晶体里了，因为只有在晶体里才有离子键和金属键。 分子结构人教版的尝试是：共价键-VSEPR-杂化-配合物-分子间力-氢键。杂化的基础是分子的立体结构，不知道分子的立体结构就无法确定杂化类型。VSEPR是无需分子的结构式为基础的。,第二章化学键与分子间作用力内容包括共价键模型；共价键与分子的立体构型；离子键、配位键、金属键；分子间作用力与物质性质。 有关化学键的内容，共价键的问题讨论较多，既指出了共价键的分类、各种键参数，又对形成分子的构型进行了充分的讨论。 而分子间相互作用是一类弱相互作用，存在于分子之间。,从必修到选修，从定性到定量，将分子稳定性用键能数据定量化。,1、共价键的形
14、成（以H2为例分析） 当R RR0 过程中，两个H原子从远处彼此接近，电子在两核间出现机会较多，即电子密度较大，E降低； 当RR0 时，能量出现最低 值-436，原子间的吸引和排斥力达到平衡，使H2达到稳定状态；,现代价键理论,共价键是由不同原子的电子云重叠形成的, 当R进一步减小时，原子核之间的斥力迅速增大，使体系的能量迅速升高，这种排斥作用又使两个H原子回到原来的位置。 结果：稳定态的H2分子中的两个原子在平衡距离R0附近振动。R0为H2的平衡核间距，等于H2的共价键的键长： RR00.074 nm,R0 核间距R,-436,第二章教材中强调的“高概率地出现在两个原子核之间的电子与两原子核
15、间的电性作用是共价键的本质”意味着要求学生用量子力学的认识方式来认识共价键的本质。 用“现代价键理论” 的观点去审视成键的电子对（ 键、键），不用“定域”而是用“概率”的观点来分析有关问题。 从价键理论理解化学键会更加直观。原来通过原子轨道的相互重叠，使那些自旋相反的电子配对成键。这就是共价键的实质。因此进一步理解共价键的方向性和饱和性就容易了。,原子轨道与化学键的关系,价键理论认为,在分子中原子的原子轨道是不变的,未成对的电子在原子轨道上运动,之所以能形成化学键是因为不同原子的原子轨道相互重叠,是那些自旋相反的2个电子在此运动的结果,这是价键理论的基本思想。 学生构建好原子轨道的概念, 就很
16、容易理解原子结构和元素周期律的关系。 有了这个思想之后,才解释了一些分子的饱和性和方向性. 例如：氧原子跟2个氢原子结合达饱和且夹角104.5 ， 从电子在原子轨道上运动不变的思想出发,鲍林才提出了杂化轨道理论。 按照原来的原子轨道,碳原子形成甲烷,3个2p 轨道和1s 轨道性能是不一样的,不可能形成4 个相同的键。为此鲍林提出, s 轨道和p 轨道互相混合后形成4 个性状完全相同的新的轨道,这样就解释了甲烷分子的结构。 原子轨道在分子轨道理论中也起着重要作用。,杂化轨道,如果 H2O 和 NH3 分子中的 OH 键和 NH 键是由 H 原子的 1s 轨道与 O 原子和 N 原子中单电子占据的
17、2p 轨道重叠形成的，HOH 和 HNH 键角应为 90；事实上, 上述两个键角各自都远大于90。, 成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的价电子轨道杂化轨道,1. 基本要点,轨道成分变了,总之，杂化后的轨道,轨道的能量变了,轨道的形状变了,结果当然是更有利于成键！,变了, 杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改变, 杂化前后轨道数目不变,2. 杂化形式, sp3杂化,BCl3 中共 价键的形成,基态硼原子的结构,杂化轨道, sp2杂化, sp杂化,H2O中O原子采取 sp3 不等性杂化,sp3 杂化,H2O的共价键形成,杂化轨道,基态氧原子的 结 构,NH3中N 原子采取 sp3 不等性杂
18、化,基态氮原子的 结 构,NH3中共价键形成,杂化轨道,试用杂化轨道理论解释下面问题：, NH3、H2O 的键角为什么比 CH4 小？CO2 的键角为 何是180？ 乙烯为何取120 的键角？, 在 BCl3 和 NCl3 分子中，中心原子的氧化数和配体 数都相同，为什么两者的空间分子结构却不同？,还是杂化形式不同,杂化形式不同,在结构模块中没有讲分子轨道理论,只讲了杂化轨道理论(属于价键理论) 。虽然价键理论自身有很多缺陷,但这个理论确确实实为化学的发展起过很重要作用,它解释了很多化合物的构型,解释了共价键的饱和性、方向性,推动了化学的发展,我们应该尊重历史。 之所以介绍这个理论,还因为它比
19、较直观,较易被学生理解接受,老师也比较好讲。此外,教材中虽然没讲分子轨道理论,但是一些概念如键、键等键型是按照分子轨道理论的结果表述的,这对学生以后再学习和从事相关工作都是有益的。,第二章第1节共价键模型 有些物质的性质用电子配对成键无法解释，例如氧气分子的顺磁性。“学海无涯”通过利用分子轨道理论解释氧气分子的顺磁性，可以开阔学生的视野，了解物质的形成是复杂的，避免认识的僵化。,同样在第二章第3节离子键、配位键和金属键 “学海无涯”通过对物质导电性的介绍，简单涉及 了离子的极化理论和金属的能带理论，这是对 离子键和金属键理论的补充，也极大的丰富了 学生的知识面，开阔了学生的视野。,学生通过化学
20、键理论的学习建立这样的观念:人们对事物的认识总是在不断探索前进的,即使今天认为分子轨道理论比较好,但也不是终极的理论,随着人类社会的发展、认识世界工具的改进,人们对事物本质的认识会更深入。 事物都是在发展的,真理总是相对的,只有不断地追求和探索才能把握事物的本质, 只有那些肯于攀登、不畏艰难的人才能达到光辉的顶峰。,学习“化学键”和“分子间作用力” 要求学生能意识到诸如二氧化碳分子、水分子中的原子间的化学键和它们的分子间的分子间作用力在强度上不同，相互作用的微粒也不同。,第四节 物质的其他聚集状态,第二节 金属晶体与离子晶体,第三节 原子晶体与分子晶体,第三章 物质的聚集状态与物质性质,3.晶
21、体结构层次,晶体结构的基础是对晶胞的认识。 四类晶体是按化学键的晶体分类。 分子晶体应该首先讨论。 原子晶体是广义的分子层次。 金属晶体要讨论金属键与金属性质的关系。 金属堆积同时也是离子晶体的基础。 离子晶体的知识体系也是重要的。,堆积方式和晶胞又是什么关系呢?,晶胞在晶体的各个部位都一样,整个晶体可以看作是无数个晶胞组合而成的。对晶胞的认识就等于对晶体的认识, 。 一般情况下,不同的堆积方式决定了不同的晶胞。 研究晶体结构与性质时, 常常抽出晶胞来讨论。,组成晶体的微粒在三维空间是按照一定几何规则重复排列的。认识晶体的时候只要把其中一部分认识清楚就行了,如果取出最简单的一小块能把整个晶体的
22、性质表现出来,这个最小的单元就是晶胞。,晶胞误区 晶胞是描述晶体微观结构的基本单位。分析一个晶胞中原子的排列，就等于分析了整块晶体。整块晶体可视作成千上万个晶胞“无隙并置”地堆积而成。 所谓“无隙”，指晶胞与晶胞总是共面共顶角共棱地比邻，晶胞间不留任何空隙；所谓“并置”，是指从一个晶胞到另一个晶胞，无须转动，是简单平移，或者说，晶体是由许许多多方向完全一致的晶胞在晶体微观空间的任何一个方向上平行地排列着的，晶体中不存在取向不同的晶胞。,晶胞具有平移性，因而，观察一个晶胞，绝对不能把它当作游离孤立的几何体，而需“想见”它的上下左右前后都有共面共顶共棱的完全等同的晶胞与之比邻。晶胞的平移性决定了：
23、晶胞的顶角、平行面、平行棱一定是等同的。由此就不难判断如图1中的实线小立方体就不是“氯化钠晶胞”和“金刚石晶胞”，十分明显，它们的顶角不等同。 反之，其8倍体积的虚线大立方体才分别是氯化钠和金刚石的晶胞，其上下左右前后都有等同比邻晶胞。,第三章教材内容主要是围绕晶体这种聚集状态展开的，又不仅仅局限于这一种聚集状态。 教材这样编排，旨在帮助学生形成： 微粒微粒间的相互作用物质的聚集状态 3个层次的认识，而不是把物质的聚集形式仅仅局限于晶体一种。 物质的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间的相互作用、微粒聚集程度的不同而有所不同。,仅从构成物质的微粒结构和微粒间的相互作用这2 个层面去认识和理解物
24、质的结构是不够全面的。,对物质结构的认识, 可以在不同的层面进行,而物质的聚集状态就是一个重要的层面。 对气态物质来说, 从分子水平去认识气体就可以了; 在液相,如果它能离解成离子,那么从离子这个层面认识就可以了; 对固体来说,比如铁,除了从铁原子本身的结构外,还应该从这块铁的构成层面来认识。,对于固体来说,其构成一是靠原子、离子或分子之间的相互作用,另外还有几何因素在控制，即堆积方式的问题。 除了金属键的作用,相同的金属原子(如铁原子、钾原子) ,形成固体时其原子堆积越紧密, 结合力就越大,能量降低就越多,结构就越稳固。 即使是紧密堆积,也有不同的情况,有些是立方紧密堆积（如Ca、Cu、Au
25、、Al、Ag等）,有些就可能是六方的紧密堆积 (如Mg、Zn、Ti）等。 ,这样就构成了各种各样不同的堆积方式,导致不同堆积方式的同种物质的性质不一样。,对于离子化合物来说,像氯化钠,其中的钠离子和氯离子是靠离子键作用连结在一起的。每个钠离子周围有6个氯离子,每个氯离子周围有6个钠离子,这里也有堆积的方式问题。 NaCl晶体中,带负电的Cl-较大,带正电Na+的较小,为了尽量使两者紧密结合,肯定是大的离子中间有小的空隙,小的离子会从空隙钻进去,这样能量就降低了,作用力就大。即NaCl 晶体中的离子堆积方式跟Cl- 和Na+大小的比值直接相关。,也就是说，堆积方式也是认识晶体结构的一个 要素,它
26、主要与构成物质的微粒大小及相互作用相关。,将离子键的强弱，离子化合物的熔点、稳定性用晶格能数据定量化。,几类其他聚集状态的物质介绍了等离子体、非晶体、液晶和纳米尺度的聚集体等简单概念和应用。本节内容在课标中并没有要求，教材增加了这部分内容的目的是: 1.让学生认识到晶体只是物质的聚集状态中的一种聚集状态，在重点认识了晶体这种聚集状态的物质后，使学生能全面扩展和认识物质的聚集状态； 通过本节的学习有利于学生了解不同类型的物质结构，形成完整的知识体系，初步建立唯物辩证的结构观。 2.研究等离子体、非晶体、液晶和纳米材料等，是现代科技的前沿。这些词汇也已成为大众科学词汇，出现在报纸、电视及其他多种媒
27、体中，教材介绍这类的聚集状态物质，不仅体现着现代化学发展的时代特点，还起着提升公民的科学素养的作用。,几类其他聚集状态的物质？,三、可供激活学生认知结构的几张图片,理解微粒间作用力类型、堆积方式与物质性质的关系,从结构角度说明 离子晶体、分子晶体、 原子晶体、金属晶体 在物理性质上的差别,通过上述图示的激活，学生只能意识到分子晶体是分子通 过分子间作用力尽量紧密堆积形成的，而原子晶体是原子通过 共价键结合非紧密堆积而形成的。要想深入理解两种晶体性质 的差异问题，还必须了解两种作用力的区别，这就必须要进一 步激活分子间作用力和共价键的有关内容，示意如下：,通过上述图示的激活，学生只能意识到分子晶
28、体是分子通 过分子间作用力尽量紧密堆积形成的，而原子晶体是原子通过 共价键结合非紧密堆积而形成的。要想深入理解两种晶体性质 的差异问题，还必须了解两种作用力的区别，这就必须要进一 步激活分子间作用力和共价键的有关内容，示意如下：,四、分子空间结构的推测,实验测出，SO3分子是呈平面结构的，OSO 的夹角等于120，而 SO32离子却是呈三角锥体， 硫是锥顶，三个氧原子是三个锥角，象一架撑开的 照相用的三角架。又例如SO2的三个原子不在 一条直线上，而CO2却是直线分子等等。,1.价层电子对互斥模型VSEPR,中心原子没有孤对电子时，VSEPR模型 = 分子立体结构模型,中心原子有孤对电子时，V
29、SEPR模型 分子立体结构模型,价层电子对的定义中心原子周围的-轨道的电子对数,确定中心原子的孤对电子数,中心原子的总电子数 第七主族(F、Cl、Br、I） 7e 第六主族(O、S、Se、Te） 6e 第五主族（N、P、As、Sb、Bi) 5e 第四主族（C、Si、Ge、Sn、Pb) 4e 第三主族（B、Al、Ga、In、Tl) 3e 第二主族（Be、Mg、Ca） 2e 正或负离子要减去或加上离子电荷绝对值。 中心原子与端位原子键合消耗的电子数等于端位原子能够接收的电子数。 端位原子 H1 X 1 O2 N3 P3 C4 总之= 8-族序数,= 族序数,中心原子上的孤对电子数的确定,1。中心原
30、子的价电子总数=中心原子族序数 2。中心原子与一个端位原子形成共价键用去的电子数 = 端位原子能够接收的电子数8-端位原子族序数（H=1例外) 3。若是负离子，在中心原子价电子总数上加负电荷数 4。若是正离子，在中心原子价电子总数上减正电荷数 5。剩余的电子数除以二等于中心原子上的孤电子对数,举例： SO3 SO2 O3 N3- H3O+ CO32- SO42-,杂化轨道模型,VSEPR AY2 AY3 AY4 杂化轨道 sp sp2 sp3 AY3 有 AX3Eo AX2E1 例 CH2O SO3 CO32- SO2 O3 NO2 AY4 有 AX4Eo AX3E1 AX2E2 例 CH4
31、NH4+ SO42- NH3 SO32- H3O+ H2O,AXnEm = AYn+m,用以判断共价分子几何形状的 价层电子对互斥理论 VSEPR, 分子或离子的空间构型与中心原子的 价层电子对数目有关,VP = BP + LP,价层 成键 孤对, 价层电子对尽可能远离, 以使斥力最小,LP-LP LP-BP BP-BP, 根据 VP 和 LP 的数目, 可以推测出分子的空间构型,1. 基本要点,2. 分子形状的确定方法,例：XeF2 2+(8-21)/2 = 5 XeF4 4+(8-41)/2 = 6 XeOF4 5+(8-12-41)/2 = 6 XeO2F2 4+(8-22-21)/2
32、= 5, 确定电子对的空间排布方式, 确定孤对电子数和分子空间构型,LP=0 分子的空间构型=电子对的空间构型,BeH2,BF3,CH4,PC15,SF6,VP= 1/2(2+2)=2 LP = 0,VP=1/2 (3+3)=3 LP = 0,VP= 1/2(4+4)=4 LP = 0,VP= 1/2(5+5)=5 LP = 0,VP=1/2(6+6)=6 LP = 0,总电子 电子对 成键 孤 对 分子构型 实例 对数 理想构型 电子对 电子对,2 2 0,3 3 0,3 1,总电子 电子对 成键 孤 对 分子构型 实例 对数 理想构型 电子对 电子对,4 4 0,3 1,2 2,5 5 0
33、,4 1,3 2,2 3,孤对电子优先代替平伏位置上的原子和相关键对电子,6 6 0,5 1,4 2,第二对孤对电子优先代替第一对孤对电子反位的原子和相关键对电子,2.等电子原理的应用： 具有相同原子数（或重原子数）的分子或离子，如果有相同的电子数（或价电子数），则具有相同的结构特点。等电子体的结构相似、物理性质相近。如 直线型： CO、N2、C22-、C2H2 （2原子10 电子）； 直线型： CO2、N2O、C3H4 （ 3原子16 电子）； 角 形： O3、SO2、NO2- （ 3原子18电子），； 三角形： NO3-、CO32-、BO33-、SO3（ 4原子24电子） 固体等电子体：金
34、刚石、AlP、Si、AgI（2原子8电子） 正四面体构型：SiCl4与SiO44-、SO42- (5原子32电子,)。 正四面体构型：NH4+与CH4 、BH4- （5原子8电子,)。,下面这些等电子体的分类中，通过理论计算和实验测定，不仅空间构型相似，而且键长、键角、偶极矩等参数都表现出相似之处。,（1）二原子10电子： 最熟知的就是N2和CO。 同属于这类的还有C22（乙炔基）、C2H2、NO（亚硝酰基）、CN（氰离子）。 它们的分子中都有1个键和2个键。显然，两个原子组成的分子或离子，它们的分子构型必然是直线型的，,（2）三原子16电子： CO2、N2O、N3、CNO、NCO、SCN气
35、态BeCl2、C3H4（丙二烯）等等。 CO2是直线型分子，是一个非极性分子。按照 等电子原理，与CO2同为等电子体的其它分子或离子 的空间构型也应该是直线型。 实验证明，事实与推测一样，中心原子上没有孤 对电子而取sp杂化轨道形成分子的骨架，键角为 180，分子里有两套 大 键。 有一竞赛模拟题曾问过N3的空间构型和结构式、 N原子的杂化方式和成键方式，当我们知道N3与 CO2分子互为等电子体，答案很快就可以出来了：直 线型； ；sp杂化；两个键和两个 键。,（3）三原子18电子 常见的有NO2、O3、SO2。它们都是折线构型。 中心原子N、O、S以sp2杂化轨道分别与2个O原子形 成2个键
36、，另有一个 键。键角因受孤对电子的斥 力而小于120。其中臭氧分子是单质分子中唯一的 极性分子。 （4）四原子24电子： 主要有NO3、BO32、BF3、CO32、CS32、 SO3等。均为平面三角形。其中B、C、N、S原子均 以sp3轨道分别与三个相邻原子结合，此外还有强度 不同的。,（5）五原子32电子： 主要有CX4、CXnY4n（X、Y均为卤素）、B(OH)4、 BF4、B(OH)nF4n，其中CX4、BF4、B(OH)4是四面体构 型。中心原子B、C均以sp3杂化轨道分别与四个相邻原子成4 个键。 （6）六原子30电子的等电子体： 最典型的有苯(C6H6)和环硼氮烷(B3N3H6)，它们不仅结构 相似而且物理性质相近（如下表）。所以称后者为“无机苯” 可认为是苯分子中的6个C被3个B、3个N原子的相间取代物。,谢谢！ 敬请指教！,