物质结构与性质全套课件(第二章分子结构与性质)

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(1)结构式为
的有机物,在PMR谱上
观察峰给出的强度之比为

(2)某含氧有机物,它的相对分子质量为46.0,碳
的质量分数为52.2%,氢的质量分数为13.0%,PMR
中只有一个信号,请写出其结构简式

(3)实践中可根据PMR谱上观察到氢原子给出的峰
值情况,确定有机物的结构。如分子式为C3H6O2的链 状有机物,有PMR谱上峰给出的稳定强度仅有四种,
CH3OH
资料卡片: 形形色色的分子 C60
C20
C40
C70
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
科学视野—分子的立体结构是怎样测定的?
(指导阅读P39)
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。
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
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
课堂练习
▪ 美国著名化学家鲍林(L.Pauling, 1901— 1994)教授具有独特的化学想象力:只要
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σ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。
小结:
价层电子对互斥模型
中心原子 无孤对电子
代表物
CO2 CH2O CH4
中心原子 结合的原子数
2 3 4
分子解离能 (kJ/mol)
分子的 价电子
总数
CO -205.05 -190.49 2.3 mL
1075
10
N2 -210.00 -195.81 1.6 mL
946
10
例举一些常见的等电子体:
N2 SO2
SO3 C6H6
CO C22- CN-
O3
NO2-
NO3- SiO32-
B3N3H6
NO2 CO2
第二章 分子结构与性质
20世纪初,在原子结构理论的基础上, 建立了化学键的电子理论。共价键是 现代化学键的理论核心.
知识回顾
定义: 原子之间通过共用电子对所形成的相互作
用,叫做共价键。
成键元素: 非金属与非金属 类型: 共价键 极性共价键
非极性共价键
本质: 原子间的静电作用
存在: 不仅存在于非金属单质和共价化合
CO2 180°
CH4 109°28’
CH3-CH3分子结构
7
3
分子中最多几个原子共面,几个共线?最少呢?
三、等电子体原理
等电子体:原子总数、价电子总数相同的分子
等电子体原理:原子总数、价电子总数相同 的分子具有相似的化学键特征,它们的许多 性质相近。
分子
熔点/℃ 沸点/℃
水中溶解度 (室温)
H-H N三N H-Cl H-O-H H-F
2.共价键的特征.
(1)共价键具有饱和性. 自旋方向相反的未成对电子配对形成共价键后, 就不能再和其他原子中的未成对电子配对.所以 每个原子所能形成共价键的数目取决于该原子中 的未成对电子的数目.这就是共价键的饱和性.
(2)共价键具有方向性. 当原子通过原子轨道重叠形成共价键时,两原子 轨道重叠的越多,两核间电子云越密集,形成的 共价键就越牢固,这称为原子轨道的最大重叠原 理.因此,共价键具有方向性.
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)
O2 H2O
HCl CO2
3、四原子分子立体结构(直线形、平面三 角形、三角锥形、正四面体)
C2H2
CH2O
COCl2
NH3
P4
4、五原子分子立体结构 最常见的是正四面体
CH4
5、其它:
CH3CH2OH
CH3COOH
C6H6
C8H8
键能: 气态基态原子形成1mol化学键 释放的最低能量
键长: 形成共价键的两个原子之间的核 间距
键长与键能的关系?
键长越短,往往键能越大,共价键越稳定。
键角:在原子数超过2的分子中,两个共价 键之间的夹角
思考与交流
• 试利用键能数据进行计算,1 mol H2分别跟1mol Cl2、1 mol Br2(g)反应,分别生成2 mol HCl分 子和2 mol HBr分子,哪一个反应释放的能量更 多?如何用计算结果说明HCl分子和HBr分子哪个 更容易发生热分解反应生成相应的单质?
测分子体结构:红外光谱仪→吸收峰→分析。
直线形 V形
同为三原子分子,CO2 和 H2O 分子的空间结 构却不同,什么原因?
平面三角形 三角锥形
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、价层电子对互斥模型
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
σ
N
N
πy
πz
N≡N分子结构
N2
3.共价键的类型.
σ键电:“子头云碰形头状”呈轴对称 s-s σ键 (如H2)
形成σ键的电子 称为σ电子。 Nhomakorabeas-p σ键 (如HCl)
p-p σ键 (如Cl2)
π键:“肩并肩” 电子云形状呈镜像对称
科学探究
2、键的类型与成键原子电负性的关系:
原子
Na Cl H Cl C O
价键理论的要点
1.电子配对原理
两原子各自提供1 个自旋方向相反 的电子彼此配对。
2.最大重叠原理
现代物质结构理论认为: 共价键的形成是 由于成键原子电子云的重叠. 两个原子轨道重叠部分越大,两核间电 子的概率密度越大,形成的共价键越牢
固,分子越稳定。——方向性
用电子云来描述共价键的形成过程
1、H2分子的形成过程(s-sσ键)
分子类 型
空间构型
AB2
直线形
AB3 平面三角形
AB4 正四面体
H2O
2
AB2
V形
有孤对电子 NH3
3
AB3 三角锥形
化学式
HCN SO2 NH2- BF3 H3O+ SiCl4 CHCl3 NH4+
应用反馈:
中心原子 孤对电子数
0 1 2
0
1 0 0 0
中心原子结合 的原子数
2 2 2
3 3
4 4 4
键特点:两个原子轨道以平行或“肩并肩”
方式重叠;原子重叠的部分分别位于两原子
核构成平面的两侧,如果以它们之间包含原
子核的平面为镜面,它们互为镜像,称为镜
像对称
由于键重叠程度要比键小,所以
形成π键 的电子称
键的强度要比键大。
为π电子。
σ键与π键的对比
键型
σ键
π键
项目
成键方向
沿轴方向 “头碰头” 平行或 “肩并肩”
=
:O: :
CH2O
: H:C :H
O H-C-H

平面 三角形
:: --
CH4
H H:C :H
H H H-C-H H

正 四面体
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。
ABn n=2
n=3
立体结构 V形 三角锥形
范例
H2O NH3
原因: 中心原子上的孤对电子也要占据中心原子
乙烷:7个σ键 乙烯 :5个σ键一个π键 乙炔:3个σ键两个π键
课堂反馈
1、σ键与π键的形成方式有何不同,有何形象的比喻? 2、σ键与π键在对称上有何不同? 3、σ键与π键谁更牢固? 4、形成共价键的电子云是指成对电子还是未成对电子? 5、哪些共价键是σ键,哪些共价键是π键?
二、键参数:键长、键能、键角
电子云形状
轴对称
镜像对称
牢固程度 成键判断规律
σ键强度大, 不容易断裂
π键强度较小, 容易断裂
共价单键是σ键,共价双键中一个是σ键, 另一个是π键,共价三键中一个是σ键, 另两个为π键
•以上原子轨道相互重叠形成的σ键和π键 ,总称价键轨道
科学探究 1、N2中p-pσ键和p-pπ键的形成过程
πz
πy
数n来预测,概括如下:
ABn 立体结构 n=2 直线形
n=3 平面三角形
n=4 四面体形 n=5 三角双锥形 n=6 八面体形
范例
CO2、 CS2 CH2O、BF3 CH4、 CCl4 PCl5 SCl6
分子
电子式
: :
CO2
:O::C::O:
结构式
中心原子 有无孤对电子
空间结构
O=C=O
无 直线形
H
H
H
H
σ键的特征:以形成化学键的两原子核的 连线做为轴旋转操作,共价键电子云的
图形不变,称为轴对称。
2.H-Cl的s-p σ键的形成
H Cl
H-Cl
Cl
3.Cl-Cl的p-p σ键的形成
Cl
Cl
Cl
小结: σ键成键方式 “头碰头”
S-S重叠
S-P重叠
P-P重叠
用电子云来描述共价键的形成过程
4、p-pπ键形成过程 “肩并肩”
• N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强,从键能的 角度应如何理解这一化学事实?
• 通过上例子,你认为键长、键能对分子的化学性 质有什么影响?
汇报
1 、 形 成 2 mo1HCl 释 放 能 量 : 2×431.8 kJ - (436.0kJ+242.7kJ)= 184.9 kJ
形 成 2 mo1HBr 释 放 能 量 : 2×366kJ - (436.0kJ+193.7kJ)= 102.97kJ
-NO2 N2O CS2
AlO2-
NH3 H3O+
CH4 NH4+
例题: 2002年诺贝尔化学奖表彰的是在“看清”生物大 分子真面目方面的科技成果,一项是美国科学家约 翰·芬恩与日本科学家田中耕一“发明了对生物大 分子的质谱分析法”;另一项是瑞士科学家库尔 特·维特里希“发明了利用核磁共振技术测定溶液 中生物大分子三维结构的方法”。质子核磁共振 (PMR)是研究有机物结构的有力手段之一,在 所有研究的化合物分子中,每一结构中的等性氢原 子在PMR中都给出了相应的峰(信号),谱中峰 的强度与结构中的等性H原子个成正比。例如乙醛 的结构简式为CH3—CHO,在PMR中有两个信号, 其强度之比为3:1。
物中,也存在于有些离子化合物中
表示方法: 用电子式表示
第一节 共价键
1.共价键的形成.(以氢分子的形成为例)
问题与讨论
用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成过程
按共价键的共用电子对理论,有没有可能存在 H3 、Cl3 、H2Cl分子?为什么?
共价键具有饱和性 H2 N2 HCl H2O HF 等均以共价键形成分子
空间构型
直线形 V形 V形
平面三角形 三角锥形
正四面体 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 ( B)
A.CO2 B.H2S C.PCl3 D.SiCl4 2.下列分子的立体结构,其中属于直线型分子的是
( B)C A.H2O B.CO2 C.C2H2 D.P4
课堂练习
电负性 0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.5
电负性之差 (绝对值)
2.1
0.9
1.0
结论:当原子的电负性相差很大,化学反应形成的 电子对不会被共用,形成的将是 离子键;而 共键价 是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。
科学探究
3、乙烷、乙烯、乙炔分子中的共价键分
别是由几个σ键和几个π键组成。
HCl释放能量比HBr释放能量多,因而生成的HCl 更稳定,即HBr更容易发生热分解生成相应的单质.
2、键能大小是:F-H>O-H>N-H 3、键长越长,键能越小,键越易断裂,化学性 质越活泼。如 键长I-H>Br-H>Cl-H>F-H
H2O 105° NH3 107°
CH2=CH2分子结构
CH≡CH分子结构
其对应的全部结构,它们分别为:①3∶3 ②3∶2∶1
③3∶1∶1∶1 ④2∶2∶1∶1,请分别推断出结构简式

②③ ④

第二节 分子立体结构
复习回顾
共价键
σ键 成键方式 “头碰头”,呈轴对称 π键 成键方式 “肩并肩”,呈镜像对称
键参数
键能
衡量化学键稳定性
键长 键角 描述分子的立体结构的重要因素
一、形形色色的分子
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。
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 ▪ PCl3 ▪ SO3 ▪ SiCl4
三角双锥形
三角锥形 平面三角形 正四面体
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 C---H的键长、键能相同及H—C —H的键角为109
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