专题四专题四 分子空间结构与物质性质分子空间结构与物质性质第一单元第一单元 分子构型与物质的性质分子构型与物质的性质分子的空间构型分子的空间构型复习回顾复习回顾共价键共价键键键键键键参数键参数键能键能键长键长键角键角衡量化学键的强弱衡量化学键的强弱描述分子的立体结构的重要因素描述分子的立体结构的重要因素成键方式成键方式 “头碰头头碰头”,呈轴对称呈轴对称成键方式成键方式 “肩并肩肩并肩”,呈镜像对呈镜像对称称形形色色的分子形形色色的分子O2HClH2OCO2C2H2CH2OCOCl2NH3P4CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OHC60C20C40C70问题问题 C C原子与原子与H H原子结合形成的分子为什么是原子结合形成的分子为什么是CHCH4 4，而不是，而不是CHCH2 2或或CHCH3 3？CHCH4 4分子为什么具有正分子为什么具有正四面体的空间构型（键长、键能相同，键角四面体的空间构型（键长、键能相同，键角相同为相同为1092810928）？）？2s 2px 2py 2pz问题：2s 2p2s 2p2s 2p2s 2px x x x 2p 2p 2p 2py y y y 2p 2p 2p 2pz z z z C为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，1.杂化轨道理论简介杂化轨道理论简介2s2pC的基态的基态2s2p激发态激发态正四面体形正四面体形sp3 杂化态杂化态CHHHH10928激发激发它它的的要要点点是是：当当碳碳原原子子与与4个个氢氢原原子子形形成成甲甲烷烷分分子子时时，碳碳原原子子的的2s轨轨道道和和3个个2p轨轨道道会会发发生生混混杂杂，混混杂杂时时保保持持轨轨道道总总数数不不变变，得得到到4个个能能量量相相等等、成成分分相相同同的的sp3杂杂化化轨轨道道，夹夹角角109 28 ，表表示示这这4个个轨轨道道是是由由1个个s轨轨道道和和3个个p轨道杂化形成的如下图所示：轨道杂化形成的如下图所示：等性等性sp3 杂化杂化 原原子子形形成成分分子子时时，同同一一个个原原子子中中能能量量相相近近的的一一个个 ns 轨轨道道与与三三个个 np 轨轨道道进进行行混混合合组组成成四四个个新新的的原原子子轨轨道道称称为为 sp3 杂化轨道。杂化轨道。SP2等性等性sp2 杂化杂化 同同一一个个原原子子的的一一个个 ns 轨轨道道与与两两个个 np 轨轨道道进进行行杂杂化化组组合合为为 sp2 杂杂化化轨轨道道。sp2 杂杂化化轨轨道道间间的的夹夹角角是是120，分子的几何构型为平面正三角形。，分子的几何构型为平面正三角形。2s2pB的基态的基态2p2s激发态激发态正三角形正三角形sp2 杂化态杂化态BF3分子形成分子形成BFFF激发激发120碳的碳的sp2杂化轨道杂化轨道spsp2 2杂杂化化：三三个个夹夹角角为为120120的的平平面面三角形杂化轨道三角形杂化轨道。 同同一一原原子子中中 ns-np 杂杂化化成成新新轨轨道道：一一个个 s 轨轨道道和一个和一个 p 轨道杂化组合成两个新的轨道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。杂化轨道。BeCl2分子形成分子形成激发激发2s2pBe基态基态2s2p激发态激发态杂化杂化直线形直线形sp杂化态杂化态键合键合直线形直线形化合态化合态Cl Be Cl180 等性等性sp 杂化杂化碳的碳的sp杂化轨道杂化轨道spsp杂杂化化：夹夹角角为为180180的的直直线线形形杂杂化轨道。化轨道。 根根据据以以下下事事实实总总结结：如如何何判判断断一一个个化化合合物的中心原子的杂化类型？物的中心原子的杂化类型？CCsp3sp2spCCCC1、看看中中心心原原子子有有没没有有形形成成双双键键或或叁叁键键，如如果果有有1个个叁叁键键，则则其其中中有有2个个键键，用用去去了了2个个p轨轨道道，形形成成的的是是sp杂杂化化；如如果果有有1个个双双键键则则其其中中有有1个个键键，形形成成的的是是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。杂化。2、没有填充电子的空轨道、没有填充电子的空轨道一般一般不参与杂化不参与杂化.一般方法一般方法2杂化的分类杂化的分类: 由原子轨道组合成一组简并杂化轨道的杂化由原子轨道组合成一组简并杂化轨道的杂化过程称为过程称为等性杂化等性杂化。完全由一组具有未成对电子。完全由一组具有未成对电子的原子轨道或空轨道参与的杂化都是等性杂化。的原子轨道或空轨道参与的杂化都是等性杂化。 如果杂化后所得到的一组杂化轨道并不完全如果杂化后所得到的一组杂化轨道并不完全简并，则称为简并，则称为不等性杂化不等性杂化。有孤对电子参与的杂。有孤对电子参与的杂化都是不等性杂化。化都是不等性杂化。 应该指出，等性杂化并不表示形成的共价键应该指出，等性杂化并不表示形成的共价键等同。例如，等同。例如，CHCl3 为变形四面体，分子中三个为变形四面体，分子中三个 键与键与 键并不等同，但键并不等同，但 C 采取的杂化采取的杂化方式仍是方式仍是 sp3 等性杂化。等性杂化。 基态基态N的最外层电子构型为的最外层电子构型为 2s22p3，在，在H影响影响下，下，N 的一个的一个2s轨道和三个轨道和三个2p 轨道进行轨道进行sp3 不等性不等性杂化，形成四个杂化，形成四个sp3 杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个sp3杂化轨杂化轨道中各有一个未成对电子，另一个道中各有一个未成对电子，另一个sp3 杂化轨道被杂化轨道被孤对电子所占据。孤对电子所占据。 N 用三个各含一个未成对电子用三个各含一个未成对电子的的sp3 杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个H 的的1s 轨道重叠，形成轨道重叠，形成三个三个 键。由于孤对电子的电子云密集在键。由于孤对电子的电子云密集在N 的的周围，对三个周围，对三个 键的电子云有比较大的排斥作键的电子云有比较大的排斥作用，使用，使 键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到 ，因此，因此NH3 的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。NH3 的空间构型 基态基态O 的最外层电子构型为的最外层电子构型为2s22p4，在，在 H 的的影响下，影响下，O 采用采用sp3 不等性杂化，形成四个不等性杂化，形成四个sp3 杂杂化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占据。据。O 用两个各含有一个未成对电子的用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨杂化轨道分别与两个道分别与两个H 的的 1s 轨道重叠，形成两个轨道重叠，形成两个 键。由于键。由于O的两对孤对电子对两个的两对孤对电子对两个 键的成键键的成键电子有更大的排斥作用，使电子有更大的排斥作用，使 键之间的键角被键之间的键角被压缩到压缩到 ，因此因此 H2O 的空间构型为角型。的空间构型为角型。 的空间构型杂化类型杂化类型 sp sp2sp3杂化轨道排杂化轨道排布布 直线直线形形 三角三角形形 四四 面面 体体杂化轨道中杂化轨道中孤对电子数孤对电子数 分子空间构分子空间构型型 直线直线形形 三角三角形形 正四面正四面体体 三角锥三角锥形形 角角 形形 实实 例例 BeCl2BF3CCl4NH3H2O键键 角角 180 120 0 0 0 1 2几种常见的杂化轨道类型几种常见的杂化轨道类型 共价分子的几何外形取决于分共价分子的几何外形取决于分子子价层电子对数目和类型价层电子对数目和类型。分子的。分子的价电子对（包括成键电子对和孤电价电子对（包括成键电子对和孤电子对）由于子对）由于相互排斥相互排斥作用作用, ,而趋向尽而趋向尽可能可能远离远离以以减小斥力减小斥力而采取而采取对称对称的的空间构型。空间构型。价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论3、确定分子空间构型的简易方法：、确定分子空间构型的简易方法： 利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构型的步骤如下：空间构型的步骤如下： （1 1）确定中心原子的价层电子对数：）确定中心原子的价层电子对数： 价层电子对数（中心原子的价电子数价层电子对数（中心原子的价电子数 配位原子提供的电子数配位原子提供的电子数离子电荷数离子电荷数 )/2)/2式中：中心原子的价电子数式中：中心原子的价电子数=主族序数主族序数 例如：例如：B：3，C：4，N：5，O：6，X：7，稀有气体：，稀有气体：8 配位原子提供的价电子数：配位原子提供的价电子数： H与卤素：与卤素：1，O与与S为为0 N原子做配位原子时为原子做配位原子时为-1当中心原子的价电子数为奇数时要加当中心原子的价电子数为奇数时要加1 例如：例如：SO42- VP=(6+0+2)/2=4 价层电子对价层电子对数数 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6电子对排布电子对排布方式方式 直线直线形形平面三角平面三角形形 四面四面体体 三角三角锥锥 八面八面体体二、价层电子对互斥理论的应用实例 在CH4 中，C 有4个电子，4个H 提供4个电子，C 的价层电子总数为8个，价层电子对为4对 。C 的价层电子对的排布为正四面体，由于价层电子对全部是成键电子对，因此 CH4 的空间构型为正四面体。（一） CH4 的空间构型（二） 的空间构型 在 中，Cl 有7个价电子，不提供电子，再加上得到的1个电子，价层电子总数为个，价层电子对为4对。Cl的价层电子对的排布为四面体，四面体的 3 个顶角被3个O占据，余下的一个顶角被孤对电子占据，因此 为三角锥形。（三） PCl5 的空间构型 在 PCl5 中，P 有5个价电子，5 个Cl分别提供1个电子，中心原子共有5对价层电子对，价层电子对的空间排布方式为三角双锥，由于中心原子的价层电子对全部是成键电子对，因此PCl5 的空间构型为三角双锥形。 利用价层电子对互斥理论，可以预测大多数主族元素的原子所形成的共价化合物分子或离子的空间构型。中心原子的价层电子对的排布和 ABn 型共价分子的构型价层电子对排布 成键电子对数孤对电子对数分子类型 电子对的排布方式 分子构型 实 例直线形 23平面三角形2 0 AB2直线形HgCl23 0 AB32 1 AB2价层电子对数平面三角形 BF3角形PbCl2价层电子对数 价层电子对排成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排布分子构型 实 例布方式 4四面体4 0 AB43 1 AB32 2 AB2正四面体 CH4三角锥形 NH3角形H2O价层电子对数 价层电子对排成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排分子构型 实 例布布方式体5三角双锥50 AB54 1 AB43 2 AB32 3 AB2三角双锥 PCl5变形四面 SF4T形 ClF3直线形价层电子对数 价层电子对排成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排分子构型 实 例布布方式形6八面体60 AB651 AB542 AB4正八面体 SF6四方锥形IF5平面正方1、写出、写出HCN分子和分子和CH2O分子的结构式。分子的结构式。2对对HCN分子和分子和CH2O分子的立体结构进行预测。分子的立体结构进行预测。 3写写出出HCN分分子子和和CH2O分分子子的的中中心心原原子子的的杂杂化化类型。类型。4分析分析HCN分子和分子和CH2O分子中的分子中的键。键。直线形直线形 平面三角形平面三角形sp杂化杂化 sp2杂化杂化2个个键键1个个键键1 1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是型相同的是 ( ) ( )A ACOCO2 2与与SOSO2 2 B BCHCH4 4与与NHNH3 3 C CBeClBeCl2 2与与BFBF3 3 D DC C2 2H H2 2与与C C2 2H H4 4B B课堂堂练习2 2、对对SOSO2 2与与COCO2 2说法正确的是说法正确的是( )( )A.A.都是直线形结构都是直线形结构B.B.中心原子都采取中心原子都采取spsp杂化轨道杂化轨道C.SC.S原子和原子和C C原子上都没有孤对电子原子上都没有孤对电子D.SOD.SO2 2为为V V形结构，形结构， CO CO2 2为直线形结构为直线形结构D课堂堂练习课堂堂练习3 3、指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，、指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。并预测分子的几何构型。 (1)PCl (1)PCl3 3 (2)BCl (2)BCl3 3 (3)CS (3)CS2 2