分子的立体结构

1s2
H原子轨道排布图
1s1
C
C
按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C — H单键 都应该是σ键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3 个相互垂直的2p 轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4 个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型 的甲烷分子
如何才能使CH４分子中的 原子轨道？ C原子与四个H原子形成完 伸展方向？ 全等同的四个共价键呢？
1.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（C ） 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 D 2.用价层电子对互斥模型判断SO3的分子构型 ＿＿ A、正四面体形 B、V形 C、三角锥形 D、平面三角形
二、价层互斥理论
2.价层电子对（σ键电子对和未成键的孤对电子对）
代表 物 H2O 电子式 H :O:H : : : : 中心原子结合 σ键电子 孤对电 价层电 原子数 对 子对 子对数
2
2
2
4
H : N :H H H CH4 H : C : H H CO2 :O::C::O:
NH3
3
4
3
4
1
0
4
4
价层电子对数 =δ键个数+中心原子上的孤对电子对个数 δ键电子对数 = 与中心原子结合的原子数
: : :
2
2
0
2
:
孤电子对的计算 =½ （a-xb)
分子或 中心原 离子 子
H2O SO2 NH4+ CO32O S N
5-1=4 4 1 0
a
x
b
中心原子 上的孤电 子对数
6
2
1
2
6
2
2
1
C
4+2=6 3 2 0
第二节
分子的立体构型
第二课时——杂化理论
价层电子对互斥模型 （VSEPR模型）
1、要点：中心原子价电子层电子对（包括＿＿ ＿ 成键 电子对和 未成键 的孤对电子 对）的互相 排斥 作用，使分子的几何构型 总是采取电子对相互 排斥最小 的那种构型， 即分子尽可能采取对称的空间构型。
应用：可用来预测分子的立体结构
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-SP3σ键，从而构成一 个正四面体构型的分子。
二、杂化轨道理论简介 —解释分子的立体构型
1、杂化轨道的概念 在形成多原子分子的过程中，中 心原子的若干不同类型能量相近的原子 轨道间通过相互的混杂后，形成相同数 量的几个能量与形状都相同的新轨道。
中心原子上的孤电子对数 =½ （a-xb)
a:
对于原子：为中心原子的最外层电子数
(对于阳离子：a为中心原子的 最外层电子数减去离 子的电荷数；对于阴离子： a为中心原子的最外层 电子数加上离子的电荷数） x 为与中心原子结合的原子数 b 为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数 (H为1，其他原子为“8-该原子的最外层电子数”）
中心原子 无孤对电 CH2O 子 CH4
中心原子 有孤对电 子 H 2O
CO2
0 0
0 2
AB2 AB3
AB4 AB2
NH3
3
1
AB3
活动：请根据价层电子对互斥理论分析CH4 的立体构型
1.写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么 碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？
C原子轨道排布图
2p2 2s2
直线形
直线形
CO3 SO2
2-
O
3
0
O
平面三角形 平面三角形 O
O S O
C
2
1
平面三角形
V形
二、价层互斥理论
4.价电子对的空间构型即VSEPR模型应用
分子或 离子
σ键电子对
数
孤电子对 数
VSEPR模 分子的立体 型及名称 构型及名称
H
CH4
NH3
4
0
正四面体
H
C
H
H 正四面体
3 H2O
1
N
正四面体
科学视野—分子的立体结构是怎样测定的？
测分子体结构：红外光谱仪→吸收峰→分析。
思考并填写下列表格：
代表物 电子式 .. .. CO2 O C O .. .. H CH2O .. H C CH4 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. O .. 结构式 中心原子结 中心原子孤 空间构型 合的原子数 对电子对数
O =C =O
H H C= O H H C H H O H H
2
3
0
0
直线形
平面三角形 正四面体形
H .. H C. H . H .. H O H .. .. H N H .. H
4
0
H2O
2
2
V形
NH3
H N H H
3
1
三角锥形
一、形形色色的分子
三原子分子
直线 V
形，如CO2 形，如H20
分子
表 的立 格 一 四原子分子
平面三角 形，如HCHO、BF3
体结
三角锥
形，如NH3
构
五原子分子——— 最常见的是正四面体 形，如CH
4
★☆★通过填表，你能发现什么问题？
同为三原子分子，CO2 和 H2O 分子的空间结构却不 同，什么原因？
同为四原子分子，CH2O与 NH3 分子的的空 间结构也不同，什么原因？
二、价层互斥理论
为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论
2p
C：2s22p2
2s
3
激发
2p
2s
sp3
sp 杂化
由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与 形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为 sp3杂化 轨道。
为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥 最小，4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型?
1、三原子分子立体结构
CO2
直线形
H2O
V形 105°
180°
一、形形色色的分子
2、四原子分子立体结构
HCHO
平面三角形
NH3
三角锥形
120°
107°
一、形形色色的分子
3、五原子分子立体结构
ห้องสมุดไป่ตู้
正四面体
CH4
4、其它
P4
正四面体
C2H2
直线形 180°
60°
CH3CH2OH
CH3COOH
C6H6
二、价层互斥理论
剖析内容
排斥力最小
对ABn型的分子或离子，中心原子A价层电子对 （包括成键σ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 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。
A
二、价层互斥理论
3.价电子对的空间构型即VSEPR模型
0 AB3
平面三角形 V形
BF3
2 1 AB2
SO2
价 VSEPR 层 模型 电 子 对 数
成键 电子 对数
孤对 电子 对数
分 子 类 型
实 例
电子对的排布 模型 分子构型
4
正 四 面 体
4
0
AB4 AB3
正四面体
CH4
3
1
三角锥形
NH3
2
2
AB2
V形
H2O
注：价层电子对互斥模型对少 数化合物判断不准，不能适用 于过渡金属化合物，除非金属 具有全满、半满或全空的d轨道
2.要点： （1）参与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）； （2）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；但杂化轨道改变了原子 轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠； （3）杂化前后原子轨道为使相互间排斥力最小，故在 空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同； （4）杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳参与成 键的孤对电子，不能形成π键；未参与杂化的P轨道 可用于形成π键。
sp杂化轨道的形成过程
z z 180° z z
y x x
y x
y x
y
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。
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°，呈直线型
例如：
Sp 杂化 —— BeCl2分子的形成
（2）当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与 成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、 成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子构型。 电子对之间斥力大小顺序如下：孤电子对-孤电子对 ＞孤电子对-成键电子＞成键电子-成键电子
2.成键σ键电子对和未成键的孤对电子对
价层电子对数 =δ键个数+中心原子上的孤对电子对个数 δ键电子对数 = 与中心原子结合的原子数
H H
三角锥形
O H
H
2
2
正四面体
H
V形
应用反馈:
化学式
中心原子 孤对电子数
中心原子结 合的原子数
空间构型
直线形 HCN 0 2 利用价层电子对互斥理论时， 形 1 2 V SO2 首先要根据原子的最外层电子 型 2 2 V NH2－ 0 平面三角形 3 BF3 数，判断中心原子上有没有孤 3 三角锥形 1 H3对电子，然后再根据中心原子 O+ 正四面体 0 4 SiCl4 结合的原子的数目，就可以判 四面体 0 4 CHCl3 NH4 SO42－
断分子的空间构型 + 0
0
4 4
正四面体 正四面体
ABn 型分子的VSEPR模型和立体结构
价 成 孤 层 VSEPR 键 对 分子 电子对的排 电 电 电 类型 布模型 立体结构 子 模型 子 子 对 对 对 数 数 数
2 直线 2 形 平面 3 3 三角 形 实 例
0 AB2
直线形
CO2、cs2
1.内容
对ABn型的分子或离子，中心原子A价层电子对 （包括成键σ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 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。 （1）当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价 电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。
电子对数目：2 VSEPR模型： 直线
3
平面三角形
4
正四面体
二、价层互斥理论
中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间，并与成 4. VSEPR模型应用——预测分子立体构型 键电子对互相排斥。推测分子的立体模型必须略去 VSEPR模型中的孤电子对 分子或 σ键电子对 孤电子对 VSEPR模 分子的立体 离子 数 型及名称 构型及名称 数 CO2 O O C 2 0
第二节
分子的立体构型
第一课时 ——价层互斥理论
复习回顾
σ键 共价键
成键方式 “头碰头”,呈轴对称
π键
键能 键参数
成键方式 “肩并肩”,呈镜像对称
键长
衡量化学键稳定性
键角 描述分子的立体结构的重要因素
活动：
1、利用几何知识分析一下，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？分别 是什么？
利用价层电子对互斥理论时，首 先要根据原子的最外层电子数，判
断中心原子上有没有孤对电子，然
后再根据中心原子结合的原子的数
目，就可以判断分子的空间构型
价层电子对互斥模型
代表 物
中心原 孤对电 子结合 子的对 的原子 数 数 2 3
4 2
分子 类型
空间构型 直线形 平面三角形 正四面体 V 形 三角锥形
O2
HCl
活动：
2、利用几何知识分析一下，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？
在多原子构成的分子中，由于原子间排 列的空间顺序不一样，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
课堂练习：
1、多原子分子的立体结构有多种，三原子分子的立体结构有＿＿ ＿直线 形和 V 形，大多数四原子分子采取 平面三角 形和 ＿ 三角锥 形两种立体结构，五原子分子的立体结构中最常见的是 ＿＿ 正四面体 形。 D 2 、下列分子或离子中，不含有孤对电子的是 ＿＿＿ A、H2O、B、H3O+、C、NH3、D、NH4+ 3 、下列分子①BCl3、②CCl4、③H2S、④CS2中,其键角由小到大 ③②① 的顺序为＿＿＿ ④ 4、以下分子或离子的结构为正四面体，且键角为109°28′ 的是＿ C ＿＿＿ ①CH4 ②NH4+ ③CH3Cl ④P4 ⑤SO42A、①②③ B、①②④ C、①②⑤ D、①④⑤
C8H8
CH3OH
C60
C20
C40
C70
科学视野—分子的立体结构是怎样测定的？
肉眼不能看到分子，那么，科学家是怎样知道分子的 形状的呢?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。