形形色色的分子形形色色的分子O2HClH2OCO21 1C2H2CH2OCOCl2NH3P42 2CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH3 3第第2节节 共价键与分子的空间构型共价键与分子的空间构型第第1课时课时4 4CH4分子的空间构型分子的空间构型109.55 5问题组一：问题组一：请写出请写出C原子的价电子轨道表示式。原子的价电子轨道表示式。根据共价键的饱和性推测根据共价键的饱和性推测C和和H应该形成几个应该形成几个共价键？共价键？实际上实际上C和和H形成了形成了4个个共价键，那么共价键，那么C原子应原子应该有几个未成对的电子？根据所学知识怎样才能该有几个未成对的电子？根据所学知识怎样才能使使C原子具有这些未成对的电子？原子具有这些未成对的电子？一、甲烷中碳原子的杂化一、甲烷中碳原子的杂化6根据共价键的方向性，根据共价键的方向性，CH4中的中的4个个CH键键的夹角是完全相同的吗？的夹角是完全相同的吗？71.sp38 8【交流讨论】【交流讨论】 C原子中哪些原子轨道参与了杂化？原子中哪些原子轨道参与了杂化？这些原子轨道为什么可以进行杂化？这些原子轨道为什么可以进行杂化？轨道杂化后在数目、形状、伸展方向、能量轨道杂化后在数目、形状、伸展方向、能量上是否发生变化？上是否发生变化？轨道杂化的结果是什么？轨道杂化的结果是什么？为什么为什么4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点？面体的四个顶点？ 【交流讨论】【交流讨论】甲烷的正四面体构型是怎样形成甲烷的正四面体构型是怎样形成的呢？的呢？9 由由1个个s轨道和轨道和3个个p轨道轨道混杂混杂并重新组合成并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。个能量与形状完全相同的轨道。 由于每个轨道中都含有由于每个轨道中都含有1/41/4的的s s轨道成分和轨道成分和3/43/4的的p p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为轨道成分，因此我们把这种轨道称之为 spsp3 3杂化轨道。杂化轨道。1010基本要点：基本要点：在形成分子时，由于原子的相在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道。这道混合起来，重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫做原子轨道的杂种轨道重新组合的过程叫做原子轨道的杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。杂化前后轨道数目不变。杂化前后轨道数目不变。杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。杂化轨道1111 为为了了四四个个杂杂化化轨轨道道在在空空间间尽尽可可能能远远离离，使使轨轨道道间间的的排排斥斥最最小小，4 4个个杂杂化化轨轨道道的的伸伸展展方方向向分分别别指指向向正正四四面面体体的的四四个个顶顶点点。1212 四个四个H原子分别以原子分别以4个个s轨道与轨道与C原子上的四原子上的四个个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性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质、能量和键角都完全相同的S-SP3键，形成键，形成一个正四面体构型的分子。一个正四面体构型的分子。 109.513132.sp21414【问题探究】【问题探究】哪些原子轨道参与了杂化？哪些原子轨道参与了杂化？轨道杂化后在数目、形状、伸展方向、能量上轨道杂化后在数目、形状、伸展方向、能量上是否发生变化？是否发生变化？轨道杂化的结果是什么？轨道杂化的结果是什么？为什么为什么3个杂化轨道的伸展方向分别指向平面个杂化轨道的伸展方向分别指向平面三角形的三个顶点？三角形的三个顶点？二、三氟化硼中硼原子的杂化二、三氟化硼中硼原子的杂化15spsp2 2杂杂化化轨轨道道 1616 乙烯中的在轨道杂化时，乙烯中的在轨道杂化时，有一个有一个轨道未参与杂化，轨道未参与杂化，只是的只是的s与两与两个个p轨道发生杂化，形成三个相同的轨道发生杂化，形成三个相同的sp2杂化轨道，三个杂化轨道，三个sp2杂化轨道分别指杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。向平面三角形的三个顶点。未杂化未杂化p轨轨道垂直于道垂直于sp2杂化轨道所在平面。杂化轨道所在平面。杂化杂化轨道间夹角为轨道间夹角为120。1717乙烯分子中键的形成18183.sp1919spsp杂杂化化轨轨道道 两个碳原子的两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成杂化轨道沿各自对称轴形成sp-sp 键，另两个键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个轨道重叠形成两个sp-s 键，两个键，两个py轨道轨道和两个和两个pz轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的P-P 键，形键，形成乙炔分子。成乙炔分子。 2020杂化类型杂化类型spsp1 1spsp2 2spsp3 3参与杂化参与杂化的原子轨的原子轨道道1 1个个s + 1s + 1个个p p1 1个个s + 2s + 2个个p p1 1个个s + 3s + 3个个p p杂化轨道杂化轨道数数2 2个个spsp杂化轨杂化轨道道3 3个个spsp2 2杂化轨杂化轨道道4 4个个spsp3 3杂化轨杂化轨道道杂化轨道杂化轨道间夹角间夹角180180o o120120o o109.5109.5o o空间构型空间构型直直 线线正三角形正三角形正四面体正四面体实实 例例BeClBeCl2 2，C C2 2H H2 2BFBF3 3, BCl, BCl3 3CHCH4 4，CClCCl4 4sp型的三种杂化型的三种杂化2121n n根据共价键的方向性，NH3中的3个NH键的夹角应为多少？n n实验测得氨分子中NH键的键角为1073，构型如图，试解释其中的原因。n n氮原子是否应该发生杂化？22222323 基态基态基态基态N N的最外层电子构型为的最外层电子构型为的最外层电子构型为的最外层电子构型为 2s2s2 22p2p3 3，在，在，在，在HH影响影响影响影响下，下，下，下，N N 的一个的一个的一个的一个2s2s轨道和三个轨道和三个轨道和三个轨道和三个2p 2p 轨道进行轨道进行轨道进行轨道进行spsp3 3 不等性不等性不等性不等性杂化，形成四个杂化，形成四个杂化，形成四个杂化，形成四个spsp3 3 杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个spsp3 3杂化轨杂化轨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spsp3 3 杂化轨道被杂化轨道被杂化轨道被杂化轨道被孤对电子所占据。孤对电子所占据。孤对电子所占据。孤对电子所占据。 N 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的的spsp3 3 杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个H H 的的的的1s 1s 轨道重叠，形成轨道重叠，形成轨道重叠，形成轨道重叠，形成三个三个三个三个 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 N 的的的的周围，对三个周围，对三个周围，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，使用，使用，使 键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到 ，因此，因此，因此，因此NHNH3 3 的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。2424NH3 的空间构型2525n n根据共价键的方向性H2O中的2个OH键的夹角应为多少？n n实验测得水分子中OH键的键角为104.5，构型如图，试解释其中的原因。26262727 基态基态O O 的最外层电子构型为的最外层电子构型为2s2s2 22p2p4 4，在，在 H H 的的影响下，影响下，O O 采用采用spsp3 3 不等性杂化，形成四个不等性杂化，形成四个spsp3 3 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 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spsp3 3杂化轨杂化轨道分别与两个道分别与两个H H 的的 1s 1s 轨道重叠，形成两个轨道重叠，形成两个 键。由于键。由于O 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 H H2 2O O 的空间构型为的空间构型为V V形形( (角形角形) )。 2828的空间构型2929苯（苯（C6H6）3030大 键 C6H63131杂化轨道理论解释苯分子的结构：杂化轨道理论解释苯分子的结构：C为为SP2杂化杂化所有原子（所有原子（12个）处于同一平面个）处于同一平面分子中分子中6个碳原子未杂化的个碳原子未杂化的2P轨道轨道上的未成对电子重叠结果形成了上的未成对电子重叠结果形成了一个闭合的、环状的大一个闭合的、环状的大键键形成的形成的电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面，一电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面，一个位于平面下面，经能量计算，这是一个很稳定的体系。个位于平面下面，经能量计算，这是一个很稳定的体系。 C-C (sp2-sp2 ) ; C-H (sp2-s )3232C6H6的大键（离域键）33330 0 0 1 2几种常见的杂化轨道类型3434 共价分子的几何外形取决于分子共价分子的几何外形取决于分子价价层电子对数目和类型层电子对数目和类型。分子的价电子对。分子的价电子对（包括成键电子对和孤电子对）由于（包括成键电子对和孤电子对）由于相相互排斥互排斥作用作用, ,而趋向尽可能而趋向尽可能远离远离以以减小斥减小斥力力而采取而采取对称对称的空间构型。的空间构型。价层电子对互斥理论（价层电子对互斥理论（VSEPRVSEPR法）法）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：3535 利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构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：型的步骤如下：型的步骤如下：型的步骤如下： （1 1 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：）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离子电荷数离子电荷数 )/2)/2)/2)/2n n式中：中心原子的价电子数式中：中心原子的价电子数式中：中心原子的价电子数式中：中心原子的价电子数= =主族序数主族序数主族序数主族序数n n 例如：例如：例如：例如：B B：3 3，C C：4 4，N N：5 5，OO：6 6，X X：7 7，稀有气，稀有气，稀有气，稀有气体：体：体：体：8 8n n 配位原子提供的价电子数：配位原子提供的价电子数：配位原子提供的价电子数：配位原子提供的价电子数：n n H H与卤素：与卤素：与卤素：与卤素：1 1，OO与与与与S S为为为为0 0。 n n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 1n n 例如：例如：例如：例如：SOSO4 42-2- 价电子对数价电子对数价电子对数价电子对数=(6+0+2)/2=4=(6+0+2)/2=43636（2 2）. .根据分子的价电子对数确定分根据分子的价电子对数确定分子的空间构型子的空间构型 价层电价层电子对数子对数 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6电子对电子对排布方排布方式式 直直线线形形平面平面三角三角形形 四四面面体体 三三角角双双锥锥 八八面面体体3737(3)、价层电子对互斥理论的应用实例、价层电子对互斥理论的应用实例 在在CHCH4 4 中，中，C C 有有4 4个电子，个电子，4 4个个H H 提供提供4 4个电个电子，子，C C 的价层电子总数为的价层电子总数为8 8个，价层电子对为个，价层电子对为4 4对对 。C C 的价层电子对的排布为正四面体，由于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，因此价层电子对全部是成键电子对，因此 CH CH4 4 的空的空间构型为正四面体。间构型为正四面体。CH4 的空间构型3838 的空间构型的空间构型 在在 中，中，Cl Cl 有有7 7个价电子，不提供电个价电子，不提供电子，再加上得到的子，再加上得到的1 1个电子，价层电子总数为个电子，价层电子总数为个，价层电子对为个，价层电子对为4 4对。对。ClCl的价层电子对的排布的价层电子对的排布为四面体，四面体的为四面体，四面体的 3 3 个顶角被个顶角被3 3个个O O占据，余占据，余下的一个顶角被孤对电子占据，因此下的一个顶角被孤对电子占据，因此 为三为三角锥形。角锥形。3939 PCl5 的空间构型的空间构型 在在 PCl PCl5 5 中，中，P P 有有5 5个价电子，个价电子，5 5 个个ClCl分别提分别提供供1 1个电子，中心原子共有个电子，中心原子共有5 5对价层电子对，价对价层电子对，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，因此心原子的价层电子对全部是成键电子对，因此PClPCl5 5 的空间构型为三角双锥形。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。离子的空间构型。40404.等电子原理等电子原理 具有相同价电子数和相同原子数的分子具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。或离子具有相同的结构特征。 符合等电子原理的分子或离子互为等电符合等电子原理的分子或离子互为等电子体。子体。等电子原理的某些应用：等电子原理的某些应用：（1）判断一些简单分子或离子的立体构型：等电子体）判断一些简单分子或离子的立体构型：等电子体一般有相同的立体构型。一般有相同的立体构型。（2）制造新材料方面的应用。）制造新材料方面的应用。等电子体有相似的性质。等电子体有相似的性质。4141 根据等电子原理，判断根据等电子原理，判断下列各组分子属下列各组分子属于等电子体的是（于等电子体的是（ ） A、H2O、H2S B、HF、NH3 C、CO、CO2 D、NO2、SO2A4242在短周期元素组成的物质中，与在短周期元素组成的物质中，与NO2互为互为等电子体的分子有：等电子体的分子有： 、 。3个原子个原子H HeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl ArO3 各原子最外层电各原子最外层电子数之和为子数之和为18SO2 4343课堂练习课堂练习 写出下列分子的的杂化轨道类型及空间构型写出下列分子的的杂化轨道类型及空间构型 NH3、BeCl2、PCl3、BF3、CS2 H2O、Cl2O 、SiCl4、CH3F、NI344441 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 B45452 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， COCO2 2为直线形结构为直线形结构D4646