中学物理 分子构型与物质的性质 课件

3
4
杂化轨道类型
sp
sp2
sp3
几何构型 直线形 平面三角形 正四面体
3、价电子对数计算
(适用于ABm型分子：A是中心原子，B是配位原子)
n= 中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×m
2 注：
⑴ 中心原子的价电子数=中心原子的最外层电子数
⑵ 配位原子提供的电子数：
卤素原子、H：1；
O、S：0；
2s
2p
激发 2s
2p
正四面体形
杂化
C的基态
H
C H
H
激发态
109.5°
H
sp3 杂化态 成键 正四面体形
一、杂化轨道理论
1、杂化 原子内部能量相近的原子轨道，在外界条件影响 下重新组合的过程
2、杂化轨道 原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道
3、常见杂化类型 sp3、sp2、sp杂化
⑴sp3杂化
同一层上的1个 s 轨道与3个 p 轨道间的杂化称为 sp3 杂化，其杂化所生成的杂化轨道，叫做 sp3杂化轨道。 sp3杂化轨道间夹角为109.5，分子的几何构型为正四面体。
知识回顾
σ键 “头碰头”
共价键
(按成键方式) π键 “肩并肩”
一般，共价键数=未成对电子数
键参数
键能 键长
衡量化学键的强弱
键角 描述分子的立体结构的 重要因素
形形色色的分子
直线型
O2
HCl
V形
CO2
C2H2
H2O
平面正六边形
平面三角形
三角锥形 NH3
正四面体
CH4
P4
由分子构成的物质，其性质主要由分子的 组成和结构决定。分子的结构可以通过X射线 衍射、电子衍射等实验手段进行测定，也可以 根据相关的理论进行解释或预测。分子结构对 物质的极性、磁性、旋光性、溶解性、化学反 应活泼性等都有很大的影响。
120°
z
z
z
z
y
y
y
y
x
x
x
x
BeCl2分子形成
在形成气态BeCl2分子的过程中，Be原子的2s轨道上的一个电 子进入2p空轨道。这样1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量
相等、成分相同的2个sp杂化轨道，轨道间夹角180，这2个sp杂化 轨道分别与2个Cl原子的3p轨道重叠形成2个相同的σ键，从而形成 BeCl2分子，因此BeCl2分子具有直线形结构，如下图所示：
2s
2p
激发 2s
2p
直线形 杂化
Be基态
激发态
空轨道未
sp杂化态 参与杂化 成键
180
直线形
Cl Be Cl
空轨道不 参与杂化
⑶sp杂化
同一层上的1个 s 轨道与1个 p 轨道进行杂化组合为2 个新的原子轨道称为sp 杂化轨道。sp 杂化轨道间的夹角为 180°，分子的几何构型为直线形。
z
z
180°
⑶ 对于阳离子，价电子数要减去阳离子的电荷数
对于阴离子，价电子数要加上阴离子的电荷数
例 CH4
价电子对数= 4 4 1 4
2
NH4+
价电子对数= 5 4 1-1 4
2
正四面体 正四面体
练习
化学式
CS2 BF3 SO2 CHCl3 NH4+ SO42H3O+ H2S
☆ 孤对电子对数=价电子对数- 配位原子数
注：杂化轨道一般形成σ键，π键是由没有杂化的p轨道形成。
小结 杂化轨道类型与分子的空间构型
杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的轨道
1个s、1个p 1个s、2个p 1个s、3个p
形成的杂化 轨道数目 杂化轨道空间构型
2 直线形
3
4
平面三角形 正四面体
键角 实例
180°
120°
109.5
BeCl2、CH≡CH BF3、CH2=CH2 CH4、CCl4
4、规律
③ 若中心原子有孤电子对，分子的空间构型≠电子对的几何构型 例如 NH3有1对孤电子对，分子空间构型为三角锥型 H2O有2对孤电子对，分子空间构型为V形
若中心原子无孤电子对，分子的空间构型=电子对的几何构型
④ 价电子对之间的斥力大小顺序为： 孤电子对与孤电子对之间的斥力 > 孤电子对与成键电子对 之间的斥力 > 成键电子对和成键电子对之间的斥力。
价电子 中心原子孤 中心原子的 价电子对的 分子的
对数 对电子数 杂化类型 几何构型
空间构型
2
0
sp
直线形
直线形
3
0
sp2 平面三角形 平面三角形
3
1
4
0
sp2 平面三角形 V 形
sp3
正四面体 四面体
4
0
sp3
正四面体 正四面体
4
0
4
1
sp3
正四面体 正四面体
sp3
正四面体 三角锥形
4
2
sp3
正四面体 V 形
2、等电子体：满足等电子原理的分子或离子
3、应用： ⑴判断一些简单分子或离子的立体构型。 ⑵制造新材料等方面也有重要应用。 4、等电子体的寻找： ⑴同周期等量替换。 ⑵同族替换。
5、常见的等电子体
粒子 等电 子体
空间 构型
N2 CO C22CN-
直线
N2O SO2
CO2、CS2 O3
N3-
NO2-
（用于解释分子构型）
⑤ 空轨道一般不参与成键
轨道空间伸展方向发生变化
请用杂化轨道理论分析乙烷、乙烯和乙炔 分子的成键情况。
C2H6分子形成
C原子在形成乙烷分子时，每个碳原子的1个2s 轨道与3个2p轨道发生sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道， 伸向空间正四面体的四个顶点。
2s
2p 激发 2s
2p
6、下列分子的中心原子形成sp2杂化轨道的是
A.H2O B.NH3 C.C2H4
sp3
sp3
C
D.CH4
sp3
7、下列分子的空间构型为平面三角形的是( C)
A.H2O B. C2H4 C.BCl3 D.PCl3
V形
平面形
三角锥
B
三、等电子原理
1、概念：具有①相同价电子数和②相同原子数的 分子或离子具有相同的结构特征，相似的性质
C 原子总数是3，价电子总数是5+6 × 2 + 1=18 D 原子总数是2，价电子总数是4+ 5+ 1=10 价电子数=最外层电子数
课本72页
【实验1】在培养皿中加入少量四氯化碳,用滴管滴一 滴水(也可滴一滴加过红墨水的水)于培养皿中,将摩 擦带电的玻璃棒或塑料棒接近水滴,观察水滴的运动。
正四面体形
杂化
C的基态
激发态
sp3 杂化态
109.5
每个C原子的3个sp3杂化轨道分别与3个H原子的 1s轨道形成3个相同的C—Hσ键。两个C各自剩余的1 个sp3杂化轨道相互重叠形成1个C—Cσ键。
H
H H
注：杂化轨道一般形成σ键。
C2H4分子形成
C原子在形成乙烯分子时，每个碳原子的1个2s 轨道与2个2p轨道发生sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道， 伸向平面正三角形的三个顶点。
1、S原子与H原子结合形成的分子为什么是H2S， 而不是H3S或H4S？
H2S的分子结构模型
3s 3p S的基态
共价键具有饱和性，S原子最外层有两个未成对电子，故只可
与两个H原子结合形成两对共用电子对，形成H2S分子，而不会 形成H3S或H4S
2s 2p C的基态
CH4的分子结构模型
2、① C原子最外层也只有两个未成对电子，按共 价键理论，也只能与两个H原子结合形成的 是CH2分子，而实事却是CH4 分子，为什么？
z
z
y
y
y
y
x
x
x
x
一、杂化轨道理论
4、杂化结果
轨道能量发生变化
① 同一原子中能量相近的原子轨道重新组合，
形成新的杂化轨道，能量相同。
轨道数目不变
② 有几个轨道参加杂化，就能组合成几个杂化轨道。
③ 杂化轨道的形状发生了变化，更有利于轨道形状发生变化 有效地重叠，成键能力更强。
④ 杂化轨道的伸展方向发生变 化，杂化轨道在空间力求最 大夹角（排斥力最小）。
z
z
z
z
109.5°
y
y
y
y
x
x
x
x
正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3 杂化轨道形成共 价键，如CCl4、NH4+等。金刚石中的碳原子，晶体硅和石英（SiO2）晶 体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。
BF3是平面三角形构型， 分子中键角为120； 气态BeCl2是直线型分子构型，分子中键角为180 。 试用杂化轨道理论加以说明。
2s 2p B的基态
2s 2p Be的基态
BF3分子形成
在形成BF3分子的过程中，B原子的2s轨道上的1个电子进入 2p空轨道。这样1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成能量相 等、成分相同的3个sp2杂化轨道。轨道间夹角120，这3个sp2杂 化轨道分别与3个F原子的2p轨道重叠形成3个相同的σ键，从而 形成BF3分子，因此BF3分子具有平面正三角形结构，如下图所示：
2s
2p
激发 2s
2p
正三角形
杂化
C的基态
激发态
sp2 杂化态
每个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σ键，每个C各自剩余的1个sp2杂化轨道相互重叠 形成1个σ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π键。所以，在乙烯分子 中双键由一个σ键和一个π键构成。
107.3°
孤对电子对的排斥作用
104.5°
sp3
C
sp2
sp3
4、下列分子中，是正四面体形的是（ B ）
A.BrC≡CBr 直线形B.SiCl4
C. CH3Cl 四面体D.NH3
三角锥
5、下列分子中，分子空间构型为三角锥形的是
B
A.CS2 B.PCl3 C.BBr3 D.C2H6
直线形
平面三角形
BeCl2
直线 V形
NO3-
CO32BF3 SO3
SO32-
ClO3PO33-
亚磷酸根
平面三 三角 角形 锥形
CH4 NH4+、 SiH4
正四 面体
原子总数是3，价电子总数是18
1、下列分子或离子中，与O3互为等电子 体的是（ AC ）
A、SO2 B、N2 C、NO2- D、 CN-
A 原子总数是3，价电子总数是6+6 × 2=18 B 原子总数是2，价电子总数是5 × 2=10
⑤ 孤电子对越多，键角越小。 例如CH4、NH3和H2O分子中键角依次减小。
疑难突破
CH4、NH3、H2O的价电子对都是4对，而分子空间构 型却完全不同？
分子 价电子对数 价电子对空间构型
CH4 4
正四面体
NH3 4
正四面体
H2O 4
正四面体
孤对电子对数
0
1
2
分子空间构型 正四面体 三角锥形
V形
109.5°
注：杂化轨道一般形成σ键，π键是由没有杂化的p轨道形成。
C2H2分子形成
C原子在形成乙炔分子时，每个碳原子的2s轨道 与1个2p轨道发生sp杂化，形成2个sp杂化轨道，形 成直线型。
2s
2p
激发 2s
wenku.baidu.com
2p
杂化 直线形
C的基态
激发态
sp杂化态
每个碳原子1个sp杂化轨道与1个氢原子的1s轨道 结合形成1个C—Hσ键。各自剩余的1个sp杂化轨道相互 形成1个C—Cσ键。2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2个C—Cπ键。所以乙炔分子中叁 键由1个σ键和2个π键构成。
观察具有相同价电子对数的分子，你能得出什么结论？
4、规律
① 价电子对数=原子轨道数
② 具有相同价电子对数的分子，中心原子的杂化轨道类型 相同，价电子对分布的几何构型也相同。 所以，可以根据中心原子价电子对数判断杂化轨道的类型
价电子对数
2
3
4
杂化轨道类型 sp
sp2
sp3
杂化轨道空间构型 ＝ 价电子对空间构型
2s
2p
激发 2s
2p
B的基态 F
B F
激发态
120°
F
正三角形 杂化
sp2 杂化态 成键
正三角形
空轨道未 参与杂化
空轨道不 参与成键
⑵sp2杂化
同一层上的1个 s 轨道与2个 p 轨道进行杂化组合为3 个新的原子轨道称为sp2 杂化轨道。sp2 杂化轨道间的夹角 为120°，分子的几何构型为平面正三角形。
单键的C是sp3杂化，双键的C是sp2杂化，叁键的C是sp杂化
二、价电子对互斥模型（ VSEPR模型）
1、内容：分子中的价电子对（包括成键电子对和孤电子对）
由于相互排斥作用，而趋向于尽可能彼此远离以
减小斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。
2、价电子对数与空间构型的关系：
价电子对数 （杂化轨道数）
2
② CH4为什么具有正四面体的空间构型，4个 C-H键长，键能相等，键角都是109.5？
为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论 1954年获诺贝尔化学奖，1962年获诺贝尔和平奖
CH4分子形成
在形成CH4分子的过程中，C原子2s轨道上的一个电子进入2p 空轨道。这样1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来，形成能量相 等、成分相同的4个sp3杂化轨道，指向正四面体的四个顶点，每 个轨道上都有一个未成对电子，分别与4个H原子的1s轨道重叠形 成4个相同的σ键，从而形成CH4分子，键角109.5，如下图所示：
专题4 分子空间结构与物质性质
学习目标
1、初步认识分子空间构型、键角、等电子体、极性分子、 非极性分子、手性分子等概念。
2、了解杂化轨道的类型(sp3、sp2、sp)，并能运用杂化 轨道理论解释分子的空间构型。
3、能根据价层电子对互斥模型判断简单分子或离子的 空间构型。
4、认识分子的空间构型与极性的关系，能运用有关理论 预测分子的极性，理解分子极性对物理性质的影响。