高中化學 2.2.1一些典型分子的空間型構課件 魯科版選修3 .ppt

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第二節(jié) 共價鍵與分子的空間構型,了解一些常見簡單分子的空間立體構型(如CH4、 NH3、 、乙醇、C2H4等) 了解雜化軌道思想并能用雜化軌道知識解釋一些分子中共價鍵形成的原因以及立體構型。 了解一些分子在對稱性方面的特點，知道手性化學在現(xiàn)代化學領域、醫(yī)藥的不對稱合成領域中的重大意義。 能夠判斷簡單分子的極性并能運用分子立體構型與分子極性的關系解決問題。,1．,2．,3．,4．,鍵角是指含多個原子的分子中，_______之間的夾角；若知道某分子中的_____和鍵角，該分子的立體構型就基本確定。 指出下列分子中的鍵角和分子的空間構型。 (1)CH4 (2)P4 (3)BCl3 (4)CO2 (5)O3 (6)NH3 提示 (1)CH4：109.5°(C原子位于正四面體的中心) (2)P4：60°，正四面體(空心) (3)BCl3：120°，平面正三角形(B位于中心) (4)CO2：180°，直線形 (5)O3：120°，V形 (6)NH3：107.3°，三角錐形。,1．,鍵與鍵,2．,鍵長,第1課時 一些典型分子的空間型構,共價鍵不僅決定著原子之間的結合方式，還決定著原子在分子內(nèi)的__________順序，以及分子的_____結構。分子的_____結構常稱為分子的空間構型。表示分子空間構型的三種模型是_____模型、_____模型、_____模型。 甲烷分子的形成及空間構型 碳原子2s軌道中1個電子吸收能量躍遷到2p空軌道上，這個過程稱為_____，但此時各個軌道的能量并不完全相同，于是1個2s軌道和3個2p軌道重新組合成能量相等、成,空間排列,空間,空間,棍棒,球棍,填充,1．,激發(fā),道分相同的4個原子軌道，這種原子內(nèi)部能量相近的原子軌重新組合的過程叫原子軌道的雜化，組合成的一組新的原子軌道稱雜化原子軌道，而CH4分子中碳原子的雜化軌道 由一個2s和三個2p軌道重新組合，故稱這種雜化為____雜 化軌道，然后4個____雜化軌道上的電子間相互排斥，使四個雜化軌道指向空間距離最遠的正四面體的四個頂點，碳 原子的4個____雜化軌道分別與4個H原子的1s軌道形成4個相同的σ鍵，從而形成CH4分子。由于4個C—H鍵完全相 同，所以形成的CH4分子為_________形，鍵角是109.5°。,sp3,sp3,sp3,正四面體,雜化軌道理論簡述 (1)雜化 雜化是指在形成分子時，由于原子的相互影響，若干不同類型、能量相近的原子軌道重新組合成能量和成分完全相同的一組新的原子軌道。這種原子軌道重新組合的過程叫做______________，所形成的新的原子軌道就稱為_____ 軌道。 (2)雜化的過程 雜化軌道理論認為在形成分子時，通常存在激發(fā)、雜化和 軌道_____等過程。如碳原子的基態(tài)電子排布為1s22s22p2，其2s能級上的1個電子躍遷到2p能級上則形成,2．,原子軌道雜化,雜化,重疊,激發(fā)態(tài)1s22s12p3(1s22s12px12py12pz1)，此時2s與2p軌道的能量不相同，然后1個2s軌道與3個、2個或1個2p軌道混合而形成4個、3個或2個能量相等、成分相同、電子云形狀(原子軌道的電子云輪廓圖)完全相同的新的原子軌道，此過程即為原子軌道的雜化，形成的新的原子軌道分別稱為____、____、____雜化軌道，每個雜化軌道中有1個未成對電子且自旋方向平行，再與其他原子中的電子發(fā)生電子云重疊而形成σ鍵，可表示如下：,sp3,sp2,sp1,(3)雜化軌道的分類。 對于非過渡元素，由于ns和np能級接近，往往采用sp型雜化，而sp型雜化又分為： ①sp1雜化：一個___軌道和一個___軌道間的雜化。 ②sp2雜化：一個___軌道和兩個___軌道間的雜化。 ③sp3雜化：一個___軌道和三個___軌道間的雜化。,ns,np,ns,np,ns,np,(4)分子構型與雜化類型的關系,根據(jù)雜化軌道理論，形成苯分子時每個碳原子中的原子軌 道發(fā)生___雜化，形成的________雜化軌道在同一平面 內(nèi)，這樣，每個碳原子的兩個___雜化軌道上的電子分別 與鄰近的兩個碳原子的____雜化軌道上的電子配對形成σ,三個sp2,sp2,sp2,sp2,鍵，于是六個碳原子組成一個正六邊形的碳環(huán)；每個碳原子的另一個___雜化軌道上的電子分別與一個氫原子的1s電子配對形成σ鍵。與此同時，每個碳原子還有一個與碳環(huán)平面垂直的2p(如2pz)軌道，它們均含有一個未成對電子。這六個碳原子的2p軌道相互平行，它們以“肩并肩”的方式相互重疊，從而形成含有六個電子、屬于六個原子的___鍵。這種在多原子間形成的多電子的___鍵稱為大π鍵。所以，在苯分子中，整個分子呈平面正六邊形，六個碳碳鍵完全相同，鍵角皆為______。,sp2,π,π,120°,常見分子的空間構型有哪些？ 提示 (1)乙烯分子的形成及空間構型 在形成乙烯分子時，碳原子采用sp2雜化，形成的雜化軌道夾角為120°，呈平面三角形。兩個碳原子各用一個sp2雜化軌道重疊形成σ鍵，每個碳原子的另外兩個sp2雜化軌道上的電子分別與氫原子的1s軌道的電子配對形成σ鍵，每個碳原子剩下的一個未參與雜化的2p軌道以“肩并肩”的方式重疊，形成π鍵，因此，碳原子之間以碳碳雙鍵結合。 (2)乙炔分子的形成及空間構型 在形成乙炔分子時，碳原子采用sp1雜化，形成兩個sp1雜,【慎思1】,化軌道，兩個sp1雜化軌道夾角為180°，呈直線形。兩個碳原子各自以一個sp1雜化軌道重疊形成sp1－sp1σ鍵，同時互相垂直的兩個2p軌道(各有一個未成對電子)互相“肩并肩”重疊形成兩個p－p型π鍵，因此，碳原子之間以碳碳三鍵結合。而后，兩個碳原子各以一個sp1雜化軌道與一個氫原子的1s軌道重疊形成sp1－s型σ鍵。乙炔分子為直線形。 (3)氨分子的形成及空間構型 ①形成：在形成氨分子時，氮原子的2s和2p原子軌道發(fā)生了sp3雜化，生成四個sp3雜化軌道。在所生成的四個sp3雜化軌道中，有三個軌道各含有一個未成對電子，可分別與,一個氫原子的1s電子形成一個σ鍵，另一個sp3雜化軌道中已有兩個電子(孤對電子)，不能再與氫原子形成σ鍵。所以，一個氮原子只能與三個氫原子結合，形成氨分子。 ②空間構型：因為氮原子的2s和2p原子軌道發(fā)生的是sp3雜化，所以四個sp3雜化軌道在空間的分布呈正四面體形。又因四個sp3雜化軌道中的一個軌道已有一對電子，只有另外三個軌道中的未成對電子可以與氫原子的1s電子配對成鍵，所以形成的氨分子的空間構型與甲烷分子的空間構型不同，呈三角錐形。氨分子中存在著未成鍵的孤對電子，它對成鍵電子對的排斥作用較強，所以使三個N—H鍵的空間分布發(fā)生一點變化，它們之間的鍵角為107.3°。,2s軌道與3p軌道能否形成sp2雜化軌道？ 提示 不能。只有能量相近的原子軌道才能形成雜化軌道。2s與3p不在同一能級組，能量相差較大。,【慎思2】,如何判斷中心原子的雜化類型？ 提示 (1)公式 (2)根據(jù)n值判斷雜化類型 當n＝2時，sp1雜化；當n＝3時，sp2雜化；當n＝4時，sp3雜化。 (1)當電荷數(shù)為正值時，公式中取“－”，當電荷數(shù)為負值時，公式中取“＋”； (2)當配位原子為氧原子或硫原子時，成鍵電子數(shù)為零。,【慎思3】,(1)為何sp2雜化呈平面三角形？ (2)苯分子中的σ鍵和π鍵位置關系有何特點？ 提示 (1)sp2雜化是一個ns軌道與2個np軌道進行的雜化，形成3個sp2雜化軌道，雜化軌道也符合價電子對互斥模型，應盡量使它們之間的排斥力最小，故形成平面三角形結構。 (2)苯分子中未參與雜化的np軌道與3個sp2雜化軌道所在平面垂直，故形成的σ鍵和π鍵垂直。,【慎思4】,甲烷分子的形成及立體構型 (1)甲烷分子的立體構型： 甲烷(CH4)分子是規(guī)則的正四面體結構，分子中四個C—H鍵的夾角均為109.5°。 (2)雜化軌道理論要點： ①原子在成鍵時，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。 ②參與雜化的原子軌道數(shù)等于形成的雜化軌道數(shù)。,1．,③雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。 如：雜化軌道在角度分布上比單純的s或p軌道在某一方向上更集中，例如s軌道與p軌道雜化后形成的雜化軌道一頭大一頭小如圖 ，成鍵時根據(jù)最大重疊原理，使它的大頭與其他原子軌道重疊，重疊程度更大，形成的共價鍵更牢固。 ④雜化軌道為使相互間的排斥力最小，故在空間取最大夾角分布，不同的雜化軌道伸展方向不同。在多原子分子中，兩個化學鍵之間的夾角叫鍵角。鍵角與分子的形狀(空間構型)有密切聯(lián)系。,特別提醒：雜化方式的判斷是一個難點，要注意積累經(jīng)驗，原子間形成的共價鍵，既包括σ鍵，也包括π鍵及大π鍵。 根據(jù)最大重疊原理，中心原子與每個配位原子之間只能形成且必定形成一個σ鍵。除此之外，其他價電子只能形成π鍵或大π鍵。,下列關于雜化軌道的說法錯誤的是 ( )。 A．所有原子軌道都參與雜化 B．同一原子中能量相近的原子軌道參與雜化 C．雜化軌道能量集中，有利于牢固成鍵 D．雜化軌道中不一定有一個電子,【例1】?,解析 參與雜化的原子軌道，其能量不能相差太大，如1s與2s、2p能量相差太大，不能形成雜化軌道，即只有能量相近的原子軌道才能參與雜化，故A項錯誤，B項正確；雜化軌道的電子云一頭大一頭小，成鍵時利用大的一頭，可使電子云重疊程度更大，形成牢固的化學鍵，故C項正確；并不是所有的雜化軌道中都會有電子，也可以是空軌道，也可以有一對孤對電子(如NH3、H2O的形成)，故D項正確。 答案 A,弄清楚每個原子的價電子數(shù)和電子排布式，是分析雜化軌道的基礎和前提。弄清楚了原子形成什么雜化軌道，也就知道了分子的空間構型。,說明在下列分子中是由哪些軌道或雜化軌道重疊成鍵的：ICl CH3F CS2 答案 ICl：Cl以一個3p軌道與I以一個5p軌道重疊形成一個共價鍵； NI3：N原子采取sp3雜化，除一對未成鍵電子外的三個軌道分別與三個I原子的各一個5p軌道成鍵。 CH3F：C原子sp3雜化成四個雜化軌道，其中三個sp3雜化軌道與三個H原子的1s軌道重疊形成三個共價鍵，另一雜化軌道與F原子的含單電子的2p軌道重疊，形成一個sp3－p σ鍵。,【體驗1】?,CS2：C原子的一個2s軌道與一個2p軌道發(fā)生雜化，形成兩個成分相同，能量相等的sp1雜化軌道，再與兩個S原子中各一個含單電子的3p軌道重疊，形成sp1－p σ鍵；C原子中剩余下的兩個2p軌道(各含一個電子)再分別與一個S原子(共兩個)中的另一3p軌道重疊形成p－p π鍵，因此，每一個碳硫雙鍵中含有一個σ鍵和一個π鍵，為雙鍵結構。,在苯分子中，整個分子呈平面正六邊形、六個碳碳鍵完全相同，鍵角皆為120°。正是由于苯分子所具有的這種結構特征，使得它表現(xiàn)出特殊的穩(wěn)定性，而不像乙烯那樣容易被酸性高錳酸鉀溶液氧化或使溴的四氯化碳溶液退色。,下列關于苯分子的性質(zhì)描述錯誤的是 ( )。 A．苯分子呈平面正六邊形，六個碳碳鍵完全相同，鍵角 皆為120° B．苯分子中的碳原子采取sp2雜化，6個碳原子中未參與 雜化的2p軌道以“肩并肩”形式形成一個大π鍵 C．苯分子中的碳碳鍵是介于單鍵和雙鍵之間的一種特殊 類型的鍵 D．苯能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色,【例2】?,解析 苯分子中的碳原子采取sp2雜化，六個碳碳鍵完全相同，呈平面正六邊形結構，鍵角皆為120°；在苯分子中間形成一個六電子的大π鍵，因此苯分子中的碳碳鍵并不是單、雙鍵交替結構，也就不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。 答案 D,德國化學家凱庫勒研究和提出苯分子的環(huán)狀結構(1886年)，成功地提出了重要的結構學說，至今仍 將 稱為凱庫勒式；美國化學家鮑林于 1931年提出雜化軌道理論，該理論能很好地解釋苯分子中不存在碳碳雙鍵的結構特征，而這種結構特征決定了苯分子的特殊的穩(wěn)定性。理論的發(fā)展包含著科學家的艱辛努力，也是科學家對人類和社會進步的突出貢獻。,關于苯分子結構的研究經(jīng)歷了很長時間，著名科學家凱庫勒最先提出了凱庫勒結構式，并較好地解釋了苯的一些性質(zhì)。但隨著理論研究的不斷深入，雜化軌道理論可以更好地來解釋苯分子的結構和性質(zhì)。以下有關苯分子結構的說法，錯誤的是 ( )。 A．苯分子中每個碳原子的原子軌道都發(fā)生sp2雜化，形成 夾角為120°的三個sp2雜化軌道 B．每個碳原子的一個sp2雜化軌道采用“肩并肩”的方式重 疊，形成一個大π鍵 C．苯分子中存在6個C—Cσ鍵和6個C—Hσ鍵 D．乙烷、乙烯、乙炔分子中，碳原子軌道雜化方式和苯 相同的只有乙烯,【體驗2】?,解析 苯分子中碳原子采取sp2雜化，分別與相鄰的碳原子及氫原子形成σ鍵，未參與雜化的p軌道“肩并肩”形成π鍵，這種成鍵方式與乙烯相同。 答案 B,下列分子的空間構型是正四面體形的是 ( )。 ①CH4 ②NH3 ③CF4 ④SiH4 ⑤C2H4 ⑥CO2 A．①②③ B．①③④ C．②④⑤ D．①③⑤,【案例1】,解析 C與Si都是ns2np2結構，在參與成鍵時都是形成了四個sp3雜化軌道，故它們的空間構型都是正四面體形。 用雜化軌道理論解釋甲烷分子的形成過程 答案 B,試用雜化軌道理論分析為什么BF3的空間構型是平面三角形，而NF3是三角錐形的？ 答案 BF3中B的價電子結構為2s22p1，形成分子時，進行sp2雜化，三個sp2雜化軌道分別與三個F原子的p軌道成鍵，故BF3分子為平面三角形；NF3中的N原子價電子結構為2s22p3，形成分子時，進行sp3不等性雜化，其中一個sp3雜化軌道為孤對電子占有，另三個電子分別與F成鍵，故分子結構為三角錐形。,【案例2】,