資源簡介 (共69張PPT)第二章 分子的結構與性質第二節 分子的空間結構第1課時 空間結構與分子結構的測定1.會判斷一些典型分子的立體結構,認識分子結構的多樣性和復雜性。2.通過對典型分子立體結構探究過程,學會運用觀察、比較、分類及歸納等方法對信息進行加工,提高科學探究能力。能說明紅外光譜等實驗手段在物質結構研究中的應用。3.通過觀察分子的立體結構,激發學習化學的興趣,感受化學世界的奇妙。共價鍵σ鍵π鍵鍵參數鍵能鍵長鍵角衡量共價鍵的穩定性描述分子的空間結構的重要因素成鍵方式 “頭碰頭”,呈軸對稱成鍵方式 “肩并肩”,呈鏡像對稱指多原子構成的分子中的原子的空間關系問題1.單原子分子,主要指稀有氣體。不存在分子的立體結構問題。2.雙原子分子,例如O2、HCl等。構型一定是直線形O2HCl3.三原子分子其構型是直線形或V形化學式電子式分子的空間結構模型結構式鍵角CO2H2OO==C==O直線形V形180 105 一、多樣的分子空間結構化學式 電子式 結構式 鍵角 分子的空間結構模型 空間結構空間填充模型 球棍模型CH2ONH34.四原子分子乙炔C2H2直線形白磷P4正四面體形平面三角形三角錐形120 107 N H H HC O HH 5.五原子分子——構型多,主要代表是“正四面體形”6、其他分子:形成分子的原子數越多,分子構型越復雜CH3CH2OHCH3COOHC6H6CH3OHC8H8化學式 電子式 結構式 鍵角 分子的空間結構模型 空間結構空間填充模型 球棍模型CH4109°28′正四面體形多樣的分子空間結構6、其他分子:形成分子的原子數越多,分子構型越復雜多樣的分子空間結構6、其他分子:形成分子的原子數越多,分子構型越復雜分子世界如此形形色色,異彩紛呈,美不勝收,常使人流連忘返。那么分子結構又是怎么測定的呢?指導閱讀教材P41、42二、分子結構的測定測定分子結構的現代儀器和方法1、紅外光譜晶體X射線衍射分子中的原子不是固定不動的,而是處于不斷振動著的。紅外線透過分子時,分子會吸收跟它的某些化學鍵的振動頻率相同的紅外線,再記錄到譜圖上呈現吸收峰。通過和已有譜圖庫比對,或通過量子化學計算,可以得知分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。測定鍵長和鍵角。1、紅外光譜檢測儀樣品棱鏡光源光譜紅橙黃綠藍靛紫紫外紅外分子不斷振動一束紅外線吸收紅外線(與化學鍵振動頻率相同)紅外圖譜分析出化學鍵或官能團對比量子化學計算紅外圖譜3、用質譜儀測定分子的相對分子質量縱坐標表示相對豐度,橫坐標表示粒子的相對質量與其電荷數之比(m/z),簡稱質荷比,化學家通過分析得知,被測物的相對分子質量是92,該物質是甲苯。相對分子質量=最大質荷比甲苯的相對分子質量為92(8)所有的三原子分子都是直線形結構。( )(9)所有的四原子分子都是平面三角形結構。( )(10)五原子分子的空間結構都是正四面體形。( )(11)由紅外光譜可推測未知物的化學鍵。( )(12)P4和CH4都是正四面體形分子且鍵角都為109°28'。( )(13)由CH4的結構可推測CH2Cl2也是正四面體。( )1、正誤判斷:×××√××2、下列說法錯誤的是( )A.核磁共振氫譜圖可以推知有機物分子中有幾種不同類型氫原子及他們的數目B.紅外光譜法是用高能電子流等轟擊樣品分子,使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等微粒C.質譜法具有快速、微量、精確的特點D.通過紅外光譜法可以測知有機物所含的官能團B3、下列分子中的立體結構模型正確的是( )A.CO2的立體結構模型B.H2O的立體結構模型C.NH3的立體結構模型D.CH4的立體結構模型D4、下列分子的空間結構與分子中共價鍵鍵角對應正確的是 ( )A.V形:105° B.平面正三角形:120°C.三角錐形:109°28 D.正四面體形:109°28 B5、下列說法正確的是( )A.CS2分子的立體構型是V形B.NF3分子的立體構型是四面體形C.鍵長、鍵角不同是導致分子構型不同的主要原因D.正四面體形分子一定是五原子分子C第二節 分子的空間結構第1課時分子結構的測定多樣的分子空間結構方法儀器三原子分子四原子分子五原子分子早年科學家主要靠對物質的化學性質進行系統總結得出規律后進行推測紅外光譜儀:可分析分子中含有何種化學鍵或官能團的信息現代科學家應用了許多測定分子結構的現代儀器和方法,如紅外光譜 、晶體X射線衍射等質譜儀:測定分子的相對分子質量其他多原子分子的空間結構第二章 分子的結構與性質第二節 分子的空間結構第2課時 價層電子對互斥理論授課人:羅慶紅1、理解價層電子對互斥理論的含義。2、能運用價層電子對互斥模型預測簡單分子的空間結構,發展學生的模型認知能力。寫出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的電子式、結構式及分子的空間結構:分子 CO2 H2O NH3 CH2O CH4電子式結構式中心原子 有無孤對電子空間結構O=C=O無有有無無直線形V 形三角錐形平面三角形正四面體空間結構是怎么推測呢?一、價層電子對互斥理論(VSEPR模型)思考:同為三原子分子,CO2 和 H2O 分子的空間結構卻不同,為什么?同為四原子分子,CH2O與 NH3 分子的空間結構也不同,為什么?1、內容:ABn的分子或離子的立體構型主要取決于中心原子的價層電子對之間的相互排斥。這些電子對在中心原子周圍盡可能按互相遠離的位置排布,使彼此間的排斥能最小。即分子的空間結構是中心原子周圍的“價層電子對”相互排斥的結果。解讀:①中心原子:對ABn型分子,B圍繞A成鍵,則A為中心原子,B為配位或端位原子。n值為中心原子結合的原子數②VSEPR的“價層電子對”是指分子中的中心原子與結合原子間的σ鍵電子對和中心原子上的孤電子對。多重鍵只計其中的σ鍵電子對,不計π電子對。(一)價層電子對互斥理論的解讀——預測分子空間構型的簡單理論2、價層電子對的計算價層電子對=σ鍵電子對+中心原子上的孤電子對σ鍵電子對數=配位原子的數目3、價層電子對之間的排斥作用的大小順序是:孤電子對~孤電子對>孤電子對~成鍵電子對>成鍵電子對~成鍵電子對注意:有時計算出來的孤電子對數不是整數,如NO2為0.5,這時要按1來對待,因為單電子也要占據一個軌道。對于陽離子:a=價電子數-電荷數;如 NH4+對于陰離子:a=價電子數+電荷數。如 CO32-孤電子對:指未形成共價鍵的成對價電子計算H2O、NH3、SO3、NH4+、CO32-分子或離子的孤電子對數和σ鍵電子對數分子或離子 中心原子 中心原子上的孤電子對數 σ鍵電子對數 價層電子對數H2O ONH3 NSO3 SNH4+ NCO32- C210002334344343二、價層電子對互斥模型(VSEPR模型)與分子的空間構型價層電子對數 VSEPR模型 分子的構型及名稱 典例2 直線形 CO23 平面三角形 BF34 正四面體形 CH45 三角雙錐形 PCl56 正八面體形 SCl61、無孤電子對(即:當中心原子上的價電子都用于形成共價鍵)時ABn 立體結構 范例n=2 直線形 CO2n=3 平面三角形 CH2On=4 (正)四面體形 CH4n=5 三角雙錐形 PCl5n=6 正八面體 SF6中心原子上無孤電子對(分子的VSEPR模型就是分子的空間構型)略去VSEPR模型中中心原子上的孤電子對,即為分子的空間結構ABn 孤電子對 價層電子對 VSEPR模型 分子空間構型H2ONH3PCl5SO2SO32-24V形正四面體形14正四面體形三角錐形05三角雙錐形三角雙錐形13三角錐形V形14正四面體形三角錐形2、中心原子上有孤電子對的分子化學式 結構式 含孤電子對的VSEPR模型 分子的空間結構模型H2ONH3寫出NH3和H2O的路易斯結構式。分子或離子 中心原子上的孤電子對數 中心原子上的價層電子對數 VSEPR模型 VSEPR模型名稱 分子或離子的空間結構名稱H2SNH2-CHCl3SiF42 42 40 40 4V形四面體形正四面體形V形四面體形四面體形正四面體形正四面體形確定簡單離子或分子的空間結構(1)確定σ鍵電子對數(2)確定中心原子上的孤電子對數(3)得到中心原子上的價層電子對數(4)畫出分子的VSEPR模型(5)得到分子的立體構型確定分子的空間結構的步驟:常見分子或離子的空間構型實例 σ鍵電子對數 孤電子對數 價層電子對數 電子對的排列方式 VSEPR模型 分子的立體構型BeCl2 CO2BF3 BCl3SO223200123直線形平面三角形直線形平面三角形V形常見分子或離子的空間構型實例 σ鍵電子對數 孤電子對數 價層電子對數 電子對的排列方式 VSEPR模型 分子的立體構型CH4 CCl4NH3H2O4320124正四面體形四面體形三角錐形V形常見分子或離子的空間構型實例 σ鍵電子對數 孤電子對數 價層電子對數 電子對的排列方式 VSEPR模型 分子的立體構型PCl5SF6560506三角雙錐三角雙錐正八面體正八面體分子或離子 σ鍵電子對數 孤電子對數 價層電子對數 VSEPR模型 空間結構HCNNO2NH2-NO3-H3O+SiCl4CHCl3NH4+PO43-0120100023434444直線形V 形V 型平面三角形三角錐形四面體正四面體正四面體04正四面體222334444直線形平面三角形四面體正四面體正四面體正四面體平面三角形四面體四面體H2O、NH3的價層電子對均為4,VSEPR模型均為四面體形,鍵角接近109°,但H2O、NH3的的孤電子對分別為2、1,分子中電子對之間的斥力大小順序:孤電子對-孤電子對>孤電子對-成鍵電子對 >成鍵電子-成鍵電子,故H2O、NH3的鍵角均減小,但H2O中減小的更多,分別是105°、107°。——判斷分子中鍵角的大小NO2-的價層電子對均為3,VSEPR模型均為平面三角形,鍵角接近120°,孤電子對的排斥使得NO2-的鍵角減小,變為115°。1、【2021年全國乙卷】H2O的鍵角小于NH3的,分析原因:H2O、NH3的價層電子對均為4,VSEPR模型均為四面體形,由于斥力孤電子對-成鍵電子對 >成鍵電子-成鍵電子,因此孤電子對數越多,鍵角減小的越多,鍵角越小。【結論1】電子對之間的斥力大小順序:孤電子對-孤電子對>孤電子對-成鍵電子對 >成鍵電子-成鍵電子中心原子的孤電子對數多,斥力大,鍵角小,如H3O+中鍵角大于H2O鍵角。2、【2020年山東卷】NH3、PH3、AsH3的鍵角由大到小的順序為:同主族元素,隨著原子序數遞增,電負性逐漸減弱,則其氫化物中成鍵電子對逐漸遠離中心原子,致使成鍵電子對之間的排斥力降低,鍵角逐漸減小,故鍵角由大到小的順序是NH3、PH3、AsH3。3、試解釋:NH3的鍵角大于NF3的鍵角。F的電負性大于H,則N-F鍵中成鍵電子對更偏向于F原子,致使成鍵電子對之間的排斥力降低,鍵角變小,故鍵角由大到小的順序是NH3>NF3。【結論2】電負性:中心原子電負性大,成鍵電子對斥力大,鍵角大,例如H2O的鍵角大于H2S的鍵角;配位原子電負性大,斥力小,鍵角小。4、試解釋:HCHO中,∠O-C-H鍵角(大于120°)大于∠H-C-H(小于120°)。【結論3】由于三鍵、雙鍵比單鍵包含的電子多,所以斥力大小順序:三鍵>雙鍵>單鍵 。常用:雙鍵間斥力 > 雙鍵—單鍵間斥力 > 單鍵間斥力。如SO2Cl2的VSEPR模型為四面體型,S=O鍵是雙鍵,S—Cl鍵是單鍵,其中∠O-S-O > 109°28′,∠Cl-S-Cl < ∠O-S-Cl < 109°28′。5、試解釋:NO2與SO2空間構型均為V形,但NO2鍵角大。NO2與SO2的價層電子對均為3,VSEPR模型均為平面三角形,但NO2中孤電子是一個單電子,由于斥力:電子對-電子對>電子對-單電子,NO2鍵角大于120°,NO2鍵角小于120°。6、試解釋:NO2、NO2-、NO2+鍵角大小。NO2價層電子對為3,VSEPR模型均為平面三角形,但NO2中孤電子是一個單電子,由于斥力:電子對-電子對>電子對-單電子,NO2鍵角大于120°。NO2-價層電子對為3,VSEPR模型均為平面三角形,孤電子對數為1,由于斥力:孤電子對-成鍵電子對>成鍵電子對-成鍵電子對,NO2-鍵角小于120°。NO2+價層電子對為2,VSEPR模型均為平面三角形直線型,鍵角180°。1、下列物質中,分子的立體結構與水分子相似的是( )A、CO2 B、H2S C、PCl3 D、SiCl42、下列分子的立體結構,其中屬于直線型分子的是( )A、H2O B、CO2 C、C2H2 D、P4BBC第二章 分子的結構與性質第二節 分子的空間結構第3課時 雜化軌道理論簡介授課人:羅慶紅1、結合實例了解雜化軌道理論的要點和類型(sp3、sp2、sp)。2、宏觀辨識與微觀探析:通過認識分子結構以及雜化軌道理論,能運用雜化軌道理論解釋簡單共價分子和離子的空間結構。3、證據推理與模型認知:結合雜化軌道理論與分子的立體構型,能論證證據與模型建立及其發展之間的關系。我們已經知道,甲烷分子的空間結構呈____________,它的4個C-H的鍵長______,H-C-H的鍵角皆為_________。按照價鍵理論,甲烷的4個C-H單鍵都應該是_______鍵。109°28′正四面體形相同109°28′σC原子的4個價層原子軌道是3個相互垂直的2p軌道和1個球形的2s軌道,用他們跟4個氫原子的1s軌道重疊,不可能得到正四面體形,針對這一問題,鮑林是如何解決的呢?C原子2s22p2H原子↑s1s12個C-H相互垂直鍵角為90°sp3雜化躍遷↑s4個C-H,鍵角為109°28′↑↓sppp↑↑基態↑sppp↑↑↑激發態sp3↑↑↑↑雜化軌道形成σ鍵一、雜化軌道理論萊納斯·卡爾·鮑林雜化軌道是一種價鍵理論模型。在外界條件影響下,原子內部能量相近的原子軌道重新組合形成新的原子軌道的過程叫做原子軌道的雜化。重新組合后的新的原子軌道,叫做雜化原子軌道,簡稱雜化軌道。為了解釋分子的空間結構,1931年鮑林提出了雜化軌道理論。一、雜化軌道理論軌道雜化的過程:激發→雜化→軌道重疊。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。參與雜化的原子軌道數等于形成的雜化軌道數。雜化改變了中心原子原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。雜化前后原子軌道數目不變,且雜化軌道的能量相同。(重新分配能量和空間方向,組成數目相等成鍵能力更強的原子軌道)原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發生,孤立的原子不可能發生雜化。雜化軌道用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對。未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。分子的空間結構主要取決于原子軌道的雜化類型(sp、sp2、sp3等)。雜化軌道數=中心原子上的孤電子對數+與中心原子結合的原子數。雜化軌道理論要點價層電子空軌道激發雜化軌道軌道重新組合成對電子中的一個與激發電子臨近能量相近、類型不同的原子吸收能量軌道總數目不變,角度和形狀發生變化,成鍵時釋放能量較多,軌道重疊程度更大,生成的分子更穩定對雜化過程的理解sp3雜化軌道sp3雜化軌道——CH4分子的形成xyzxyzzxyzxyz109°28′sp3雜化軌道是由一個ns軌道和三個np軌道雜化而得。sp3雜化軌道的夾角為109°28′,呈空間正四面體形(如CH4、CF4、CCl4)。H原子↑s1s13個N-H相互垂直鍵角為90°↑s3個N-H,鍵角為107°N原子↑↓sppp↑↑↑2s22p3基態sp3↑↓↑↑↑雜化軌道例1、怎么用雜化軌道理論解釋NH3的空間結構呢?孤電子對sp3雜化形成σ鍵sp2雜化軌道——BF3分子的形成xyzxyzzxyzxyz120°sp2雜化軌道是由一個ns軌道和兩個np軌道雜化而得。sp2雜化軌道間的夾角為120°,呈平面三角形(如BF3)sp2雜化后,未參與雜化的一個np軌道可以用于形成π鍵,如乙烯分子碳碳雙鍵的形成。碳的sp2雜化軌道——C2H4的形成sp2雜化:三個夾角為120°的平面三角形雜化軌道。↑↑↑↓2s2psp2雜化↑↑↑↑sp2π鍵的存在使得C=C電子云密度增大,對成鍵電子對排斥力增大,∠H-C-H鍵角變小(<120°)。例2、請同學們分析BF3的中心原子雜化方式。1個B-F3個B-F,鍵角為120°B原子↑↓sppp↑2s22p1基態形成σ鍵sp2雜化sp2↑↑↑雜化軌道pF原子2s22p5↑↓sppp↑↓↑↓↑↑↓sppp↑↓↑↓↑未雜化軌道sp雜化軌道——BeCl2分子的形成xyzxyzzxyzxyz180°◆sp雜化軌道是由一個ns軌道和一個np軌道雜化而得。sp雜化軌道間的夾角為180°,呈直線形(如BeCl2)。雜化后的2個sp雜化軌道分別與氯原子的3p軌道發生重疊,形成2個σ鍵,構成直線形的BeCl2分子。◆sp雜化后,未參與雜化的兩個np軌道可以用于形成π鍵,如乙炔分子中的C≡C鍵的形成。sp雜化↑↑sp碳的sp雜化軌道——C2H2的形成sp雜化:夾角為180°的直線形雜化軌道。↑↑↑↓2s2psp雜化↑↑↑↑sp乙炔雜化軌道和成鍵雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對(不用于形成π鍵)當沒有孤電子對時,能量相同的雜化軌道彼此遠離,形成的分子為對稱結構;當有孤電子對時,孤電子對占據一定空間且對成鍵電子對產生排斥,形成的分子的空間結構也發生變化。雜化軌道與分子空間構型的關系1、甲醛分子的結構式為 ,下列描述正確的是:A.甲醛分子有4個σ鍵B.甲醛分子中的碳原子為sp3雜化C.甲醛分子中的氧原子為sp雜化D.甲醛分子為平面三角形,有一個π鍵垂直于三角形平面D只有中心原子發生雜化,配位原子不發生雜化類型 sp sp2 sp3軌道組成軌道夾角雜化軌道示意圖實例分子的空間結構1個ns和1個np1個ns和2個np1個ns和3個np180°120°109°28′BeCl2BF3CH4直線形平面三角形正四面體雜化軌道與分子空間構型的關系VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型的關系分析CO2、SO2、SO3、H2O、NH3、CH4的雜化軌道類型、VSEPR模型、空間構型,總結VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型的關系。價層電子對數 VSEPR 模型 VSEPR 模型名稱 雜化 軌道數 中心原子的雜化軌道類型 分子的空間構型 實例2 直線形 2 sp 直線形 BeCl2、CO23 平面三角形 3 sp2 V形 SO23 平面三角形 3 sp2 平面三角形 SO34 正四面體形 4 sp3 V形 H2O4 正四面體形 4 sp3 三角錐形 NH34 正四面體形 4 sp3 正四面體形 CH4、CCl4判斷分子或離子中心原子的雜化類型的一般方法對于主族元素來說,中心原子的雜化軌道數=價層電子數=σ鍵電子對數 + 孤電子對數規律:當中心原子的價層電子對數為4時,其雜化類型為 雜化,當中心原子的價層電子對數為3時,其雜化類型為 雜化,當中心原子的價層電子對數為2時,其雜化類型為 雜化。sp3sp2sp含碳化合物中碳原子的雜化類型判斷規律:如果碳原子形成1個三鍵或兩個雙鍵,則其中有2個π鍵,用去2個p軌道,形成的是sp雜化,如CO2、HC≡CH等;如果碳原子形成1個雙鍵則其中必有1個π鍵,用去1個p軌道,形成的是sp2雜化,如HCHO、CH2=CH2等;如果全部是單鍵(即碳原子飽和),則形成sp3雜化,如CH4、CH3OH等。PCl3中心原子的雜化類型為sp3,那么PCl5中心原子的雜化類型如何?三角雙錐sp3d雜化↑↑↑↓3s3p↑3d↑↑↑↑↑↑↑↑3s3p↑3d↑激發雜化SF6中心原子的雜化正八面體sp3d2雜化↑↑↑↓3s3p↑3d↓↑↑↑↑↑↑↑激發↑↑↑3s3p↑3d↑↑雜化要點類型判斷方法雜化軌道理論軌道數不變能量相近成鍵力增強排斥力最小sp、sp2、sp3VSEPR模型雜化軌道數目鍵角C原子雜化類型1、下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是( )A、CO2與SO2 B、CH4與NH3C、BeCl2與BF3 D、C2H2與C2H4B2、下列分子的空間結構可用sp2雜化軌道來解釋的是( )①BF3 ②CH2=CH2 ③ ④CH≡CH ⑤NH3 ⑥CH4A、①②③ B、①⑤⑥C、②③④ D、③⑤⑥A3、下列分子中的中心原子的雜化方式為sp雜化,分子的空間結構為直線形且分子中沒有形成π鍵的是( )A、CH≡CH B、CO2C、BeCl2 D、BF3C4、下列有關甲醛(HCHO)分子的說法正確的是( )①C原子采取sp雜化 ②甲醛分子為三角錐形結構③C原子采取sp2雜化 ④甲醛分子為平面三角形結構A、①② B、②③C、③④ D、①④C5、乙烯分子中含有4個C-H和1個C=C,6個原子在同一平面上。下列關于乙烯分子的成鍵情況分析正確的是( )①每個C原子的2s軌道與2p軌道雜化,形成兩個sp雜化軌道②每個C原子的2s軌道與2個2p軌道雜化,形成3個sp2雜化軌道③每個C原子的2s軌道與3個2p軌道雜化,形成4個sp3雜化軌道④每個C原子的3個價電子占據3個雜化軌道,1個價電子占據1個2p軌道A、①③ B、②④ C、①④ D、②③B6、回答下列問題(1)圖(a)為S8的結構,其硫原子的雜化軌道類型為______。(2)氣態三氧化硫以單分子形式存在,其分子的空間結構為____________;固體三氧化硫中存在如圖(b)所示的三聚分子,該分子中S原子的雜化軌道類型為_____。(3)COCl2分子中所有原子均滿足8電子構型,COCl2分子中σ鍵和π鍵的個數比為______,中心原子的雜化方式為_____。平面三角形sp3sp33∶1sp2 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫