人教版高中化学选修三 2_2 分子的立体结构（课件1） 23页

分子的立体构型 一、形形色色的分子 共价键具有方向性，分子中原子之间存在一定的键角，这就导致了分子具有一定的几何特性，也就是 “ 分子的立体构型 ” 。 三原子分子： 四原子分子： 五原子分子： 直线形和 V 形 平面三角形和三角锥形 正四面体形 化学式 结构式 分子的立体模型 CO 2 H 2 O CH 2 O NH 3 CH 4 O＝C＝O O H H O＝C H H H H N H H H C H H 船式 C 6 H 12 椅式 C 6 H 12 C 60 P 4 O 6 P 4 O 10 P 4 C 10 H 16 S 8 SF 6 B 12 二、价层电子对互斥理论 价层电子对互斥理论（ VSEPR） 认为， 分子的立体构型是 “ 价层电子对 ” 相互排斥的结果。 价层电子对是指中心原子上的电子对，包括 σ 键电子对和中心原子上的孤电子对 。 σ 键电子对： 孤电子对： 原子之间共用的一对电子 原子中未与其它原子共用的一对电子 O 为中心原子，周围的四对电子为价层电子对；其中 H 与 O 共用的电子对为 σ 键电子对，未与其它原子共用的电子对为孤电子对。 H :O: .. .. H 价层电子对排斥力大小： 孤对电子对 － 孤对电子对＞孤对电子对 － σ 键电子对＞ σ 键电子对 － σ 键电子对 孤电子对＝ ( a － xb ) 1 2 a 为中心原子的价电子数； x 为中心原子结合的原子数； b 为中心原子结合的原子最多能接受的电子数，即 (8－ 该原子的价电子数 ) （ H 为 2－1 ＝ 1） σ 键电子对＝中心原子所连原子数 分子 中心原子 a x b 中心原子上 的孤电子对 σ 键 电子对 价 层 电子对 CH 4 NH 3 H 2 O CO 2 SO 3 O C N 4 C S 4 1 0 5 3 1 1 6 2 1 2 4 2 2 0 6 3 2 0 4 3 3 2 2 4 4 4 2 3 离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对 σ 键 电子对 价层 电子对 NH 4 + CO 3 2- NO 3 - SO 3 2- N N C 4 S 4 1 0 6 3 2 0 6 3 2 0 8 3 2 1 4 3 3 3 4 3 3 4 离子中，中心原子上的价电子数： 阳离子：原子的价电子数－离子的电荷数 阴离子：原子的价电子数＋离子的电荷数 略去 VSEPR 模型中的中心原子上的孤电子对，便可得到分子或离子的立体构型。 平面三角形，电子对之间的夹角为 120° 直线形，电子对之间的夹角为 180° 正四面体形，电子对之间的夹角为 109°28′ 价层电子对模型（ VSEPR 模型）名称： 价层电子对数＝ 2： 价层电子对数＝ 3： 价层电子对数＝ 4： σ 键电子对和孤电子对之间的排斥力大小不同，所以 VSEPR 模型相同的分子或离子的立体构型中，键角的大小也不一定相同。 VSEPR 模型相同，分子或离子的立体构型不一定相同。 VSEPR 模型与价层电子对有关，分子或离子的立体构型与 σ 键电子对有关。 VSEPR 模型与立体构型 价层 电子对 σ 键 电子对 孤 电子对 VSEPR 模型名称 立体 构型名称 键角 2 3 3 4 4 4 2 0 3 0 0 2 1 4 3 2 1 2 直线形 正四面体形 直线形 平面三角形 平面三角形 平面三角形 V 形 正四面体形 正四面体形 正四面体形 三角锥形 V 形 180° 小于 120° 120° 小于 109°28′ 109°28′ AB n A 中 σ 键电子对 A 中孤 电子对 A 中价层电子对 VSEPR 模型名称 立体构型名称 实例 n ＝ 2 0 n ＝ 2 1 n ＝ 2 2 n ＝ 3 0 n ＝ 3 1 n ＝ 4 0 2 2 2 3 3 4 2 3 4 3 4 4 直线形 平面三角形 平面三角形 V 形 正四面 体形 正四面体形 正四面体形 三角 锥形 V 形 SO 2 正四面体形 平面 三角形 直线形 CO 2 H 2 O SO 3 NH 3 CH 4 三、杂化轨道理论简介 在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化。杂化以后的轨道称为杂化轨道。 由 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道杂化成的轨道称为 sp 3 杂化轨道。共 4 个轨道。 由 1 个 s 轨道和 2 个 p 轨道杂化成的轨道称为 sp 2 杂化轨道。共 3 个轨道。 由 1 个 s 轨道和 1 个 p 轨道杂化成的轨道称为 sp 杂化轨道。共 2 个轨道。 杂化轨道与形成它的原子轨道的总数相同。 杂化轨道与形成它的原子轨道形状不同，但成键能力强。 杂化轨道只用于形成 σ 键或者容纳孤电子对，不能形成 π 键。 sp 3 杂化轨道。轨道之间的夹角为 109°28′ sp 2 杂化轨道。轨道之间的夹角为 120° 未杂化的 p 轨道。用于形成 π 键。 sp 杂化轨道。轨道之间的夹角为 180° 未杂化的 p 轨道。用于形成 π 键。 VSEPR 模型与中心原子的杂化轨道类型 σ 键 电子对 孤 电子对 价层 电子对 VSEPR 模型名称 立体构型 名称 杂化轨道 类型 CO 2 SO 2 H 2 O SO 3 NH 3 CH 4 2 2 2 3 3 4 0 1 2 0 1 0 2 3 4 3 4 4 直线形 平面三角形 正四面体形 直线形 V 形 V 形 平面三角形 正四面体形 正四面体形 平面三角形 三角锥形 正四面体形 sp 杂化 sp 2 杂化 sp 3 杂化 sp 2 杂化 sp 3 杂化 sp 3 杂化 杂化类型与价层电子对数相关。 σ 键 电子对 孤 电子对 价层 电子对 VSEPR 模型名称 立体构型 名称 杂化 轨道类型 BO 2 - NO 2 - ClO 2 - NO 3 - SO 3 2- NH 4 + 2 2 2 3 3 4 0 1 2 0 1 0 2 3 4 3 4 4 直线形 平面三角形 正四面体形 直线形 V 形 V 形 平面三角形 正四面体形 正四面体形 平面三角形 三角锥形 正四面体形 sp 杂化 sp 2 杂化 sp 3 杂化 sp 2 杂化 sp 3 杂化 sp 3 杂化 AB n A 中 σ 键电子对 A 中孤 电子对 A 中价层电子对 VSEPR 模型名称 立体构型名称 杂化类型 n ＝ 2 0 n ＝ 2 1 n ＝ 2 2 n ＝ 3 0 n ＝ 3 1 n ＝ 4 0 2 2 2 3 3 4 2 3 4 3 4 4 直线形 平面三角形 平面三角形 V 形 正四面体形 正四面体形 正四面体形 三角锥形 V 形 直线形 正四面体形 平面三角形 sp 杂化 sp 2 杂化 sp 3 杂化 sp 2 杂化 sp 3 杂化 sp 3 杂化 σ 键 电子对 孤 电子对 价层 电子对 杂化 轨道类型 C 2 H 6 C 2 H 4 C 2 H 2 N 2 H 4 H 2 O 2 4 3 2 3 2 0 0 0 1 2 3 4 sp 3 杂化 sp 2 杂化 sp 杂化 sp 3 杂化 sp 3 杂化 4 3 2 四、配合物理论简介 实验 2-1 上述实验中呈天蓝色的物质的溶液中含有水合铜离子： 固体 CuSO 4 CuCl 2 · 2H 2 O CuBr 2 NaCl K 2 SO 4 KBr 固体颜色 白色 绿色 深褐色 白色 白色 白色 溶液颜色 天蓝色 天蓝色 无色 无色 无色 天蓝色 将下表中的少量固体溶于足量的水，观察实验现象。 [Cu(H 2 O) 4 ] 2+ [Cu(H 2 O) 4 ] 2+ 的形成： Cu 2+ 的原子轨道（部分）： H 2 O 的电子式： ↑ ↑↓ 3d 4s 4p ↑↓ ↑↓ ↑↓ H :O: .. .. H Cu 2+ 存在空轨道，水分子中存在孤对电子； 水分子中的孤对电子进入 Cu 2+ 的空轨道中； 这类 “ 电子对给予－接受键 ” 称为配位键 。 提供空轨道的离子或原子称为中心离子或原子；提供孤对电子的分子或离子称为配体，配体的数目称为配位数 。 以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物 。 配位键的表示方法： 其中 A 提供孤对电子， B 提供空轨道 A → B H 2 O ↓ H 2 O → Cu ← OH 2 ↑ H 2 O 2+ 实验 2-2 向盛有硫酸铜溶液的试管中逐滴加入氨水，直至过量，再加入极性较小的溶剂（乙醇），观察并记录现象。 生成蓝色沉淀 Cu 2+ ＋2NH 3 · H 2 O＝Cu(OH) 2 ↓ ＋2NH 4 + Cu(OH) 2 ＋4NH 3 · H 2 O＝Cu(NH 3 ) 4 2+ ＋2OH - ＋4H 2 O 深蓝色是由于存在 [ Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ 析出的深蓝色晶体为 [ Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4 · H 2 O Cu(NH 3 ) 4 2+ 的结构如下： 沉淀溶解，得到深蓝色的透明溶液 NH 3 ↓ H 3 N → Cu ← NH 3 ↑ NH 3 2+ 实验 2-3 向盛有氯化铁溶液的试管中滴加 1 滴硫氰化钾（ KSCN） 溶液，观察并记录现象。 生成血红色溶液 Fe 3+ ＋3SCN - ＝[Fe(SCN) n ] 3－ n 血红色溶液是由于存在 [Fe(SCN) n ] 3－ n 用于鉴定溶液中的 Fe 3+ 。 配位键广泛存在于分子或离子中，如 NH 4 + 、H 3 O + 、Ag(NH 3 ) 2 OH（ 银氨溶液）、 Na 3 AlF 6 （ 六氟合铝酸钠、冰晶石）、 K 3 [Fe(CN) 6 ]（ 铁氰化钾、赤血盐） 、H 2 SO 4 等。 配位键的强度有大胡小，因而有的配合物很稳定，有的很不稳定。许多过渡金属离子对多种配体具有很强的结合力，因而，过渡金属配合物远比主族金属配合物多。