專題4分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)

第一單元分子的空間結(jié)構(gòu)構(gòu)型第3課時

雜化軌道類型和分子空間結(jié)構(gòu)的判斷雙原子分子三原子分子V形直線形四原子分子三角錐型正四面體型HCHO平面三角形五原子分子正四面體型

分子結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣性，我們可以通過X射線衍射、波譜等實驗手段進(jìn)行測定，也可以根據(jù)相關(guān)的理論進(jìn)行解釋或預(yù)測。思考：為什么甲烷是正四面體結(jié)構(gòu)，而不是平面形結(jié)構(gòu)呢？

共價分子的幾何外形取決于分子價層電子對數(shù)目和類型。分子的價電子對【包括成鍵電子對(σ鍵）和孤電子對】由于相互排斥作用,而趨向盡可能遠(yuǎn)離以減小斥力而采取對稱的空間構(gòu)型,使分子體系能量最低。一、價層電子對互斥理論(VSEPR)價電子對數(shù)氣球模擬幾何構(gòu)型幾何構(gòu)型實例2對3對4對直線型平面三角形正四面體BeCl2BF3CH41.不同價電子對對應(yīng)的空間構(gòu)型2.價電子對的計算方法中心原子孤電子對成鍵電子對價層電子對4對①價層電子對：分子中的中心原子上的電子對。

n=成鍵（σ鍵）電子對數(shù)+孤對電子對數(shù)2對（σ鍵）3（σ鍵）+1=4對3對（σ鍵）練習(xí)：計算下列物質(zhì)的價層電子對數(shù)n=成鍵（σ鍵）電子對數(shù)+孤對電子對數(shù)方法：成鍵電子對數(shù)（σ鍵）=中心原子周圍的配位原子個數(shù)②ABm型分子的價電子對數(shù)n的確定注意事項：（1）對于主族元素，中心原子A價電子數(shù)=最外層電子數(shù)（2）對于配位原子B提供價電子對數(shù)HF、Cl、Br、IO、S1個1個0個（3）離子的價電子對數(shù)計算=2中心原子A的價電子數(shù)+配位原子B提供的價電子數(shù)×mn=2中心原子A的價電子數(shù)+配位原子B提供的價電子數(shù)×m-離子電荷數(shù)n陽離子：=2中心原子A的價電子數(shù)+配位原子B提供的價電子數(shù)×m+離子電荷數(shù)n陰離子：SO42-

：例如：PCl3

中；

4231×5=+=nNH4+

：42141×5=-+=n42206=++=n練習(xí)：試計算CH4

、NH3

、H2O價層電子對數(shù)，預(yù)測它們的空間構(gòu)型。CH4

、NH3

、H2O價層電子對數(shù)均為4，它們的VSEPR模型均為為正四面體，但是實際上它們的分子模型為思考：為什么分子模型與VSEPR模型不一致呢？CH4

NH3H2O電子式價層電子對數(shù)孤電子對數(shù)分子空間模型鍵角0對1對2對正四面體三角錐型V形4對4對4對109°28′107°18′104°30′結(jié)論：1.對于中心原子的價層電子對中若無孤電子對，則分子的空間構(gòu)型=VSEPR模型2.若中心原子的價層電子對中有孤電子對，則分子的空間構(gòu)型=VSEPR模型-孤電子對占有的空間3.孤電子對對成鍵電子對的排斥作用增強(qiáng)，使得成鍵電子對之間的鍵角被“壓縮”而減小。分子空間結(jié)構(gòu)的確定思路計算中心原子的價電子對數(shù)VSEPR模型略去孤電子對占有的空間有孤電子對無孤電子對分子空間=VSEPR模型結(jié)構(gòu)分子空間結(jié)構(gòu)思考：甲烷分子中的C原子的電子排布式是1s22s22p2，理論上只能形成兩個共價鍵，但是甲烷的空間構(gòu)型是正四面體型，與4個H原子形成4個共價鍵，怎么解釋？激發(fā)sp3與4個H原子的1s軌道重疊

在形成分子時，由于原子的相互影響，原子內(nèi)部幾個不同類型能量相近的原子軌道混合起來，重新組合成一組新軌道的過程叫做原子軌道的雜化，所形成的新軌道叫做雜化軌道。二、雜化軌道理論雜化軌道理論注意要點：②雜化只有在形成分子的過程中才會發(fā)生，孤立的原子本身并不會雜化。原子形成分子時，通常存在激發(fā)、雜化和軌道重疊等過程。①發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子。③雜化軌道中的變與不變⑤雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對。變：軌道成分、能量、形狀、方向不變：軌道的數(shù)量④雜化軌道有利于成鍵時軌道的最大重疊。滿足最小排斥、最大夾角分布。1.雜化軌道類型

雜化類型spsp2sp3軌道組成1個ns1個np1個ns2個np1個ns3個np雜化軌道示意圖及軌道夾角分子結(jié)構(gòu)直線形平面三角形正四面體交流與討論：利用價層電子對互斥理論預(yù)測BeCl2、BF3的空間結(jié)構(gòu)，并用原子軌道雜化理論解釋。BF3

B：1s22s22p1

BeCl2

Be：1s22s2學(xué)以致用請用雜化軌道理論分析乙烷、乙烯和乙炔分子的成鍵情況。乙烷C原子均采用sp3雜化，每個C原子的3個sp3軌道與3個H原子的1s軌道重疊成3個C-Hσ鍵：2個C原子各以1個sp3軌道重疊成一個C-Cσ鍵。C原子均采用sp2雜化，每個C原子的2個sp2軌道與2個H原子的1s軌道重疊成2個C-Hσ鍵：2個C原子各以1個sp2軌道重疊成一個C-Cσ鍵,2個C原子上各1個未雜化的2p軌道，發(fā)生重疊，形成1個π鍵。C原子均采用sp雜化，每個C原子的1個sp軌道與1個H原子的1s軌道重疊成1個C-Hσ鍵：2個C原子各以1個sp軌道重疊成一個C-Cσ鍵,2個C原子上各2個未雜化的2p軌道，發(fā)生重疊，形成2個π鍵。2.雜化軌道類型的判斷方法①根據(jù)分子的空間構(gòu)型逆推如：CO2為直線形分子，鍵角180°，C原子雜化軌道類型為spC2H4、C6H6為平面形分子，鍵角為120°，C原子雜化軌道類型為sp2CCl4為正四面體形，鍵角109°28′，C原子雜化軌道類型為sp3②根據(jù)價層電子對互斥理論推導(dǎo)ABm型復(fù)雜分子或離子計算中心原子A的價電子對數(shù)雜化軌道類型對比價電子空間構(gòu)型中心原子價層電子對數(shù)價電子對幾何分布中心原子雜化軌道類型2對直線型sp3對平面三角形sp24對正四面體sp3③根據(jù)中心原子成鍵類型在有機(jī)物中，飽和碳原子采取sp3雜化，連接雙鍵的碳原子采取sp2雜化連接三鍵的碳原子采取sp雜化交流并討論

根據(jù)H2O和NH3的分子構(gòu)型，判斷中心原子的雜化方式，并用雜化軌道理論解釋。價電子對數(shù)=4對VSEPR模型正四面體O原子為sp3類型

O：1s22s22p4

sp3不等性雜化價電子對數(shù)=4對VSEPR模型正四面體N原子為sp3類型

N：1s22s22p3

sp3不等性雜化分子結(jié)構(gòu)價層電子對理論雜化軌道理論紅外光譜、晶體X射線衍射等實驗方法測定預(yù)測解釋小結(jié)三、等電子體等電子體原理：具有相同價電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征，物理性質(zhì)相似。

等電子體的許多性質(zhì)相似、空間構(gòu)型相似,故可用來預(yù)測分子的一些性質(zhì)和空間構(gòu)型。例如：CO2、CNS-、NO2+、N3-原子數(shù)相同價電子數(shù)相同等電子體CO2為直線形