第二章 分子结构与性质
第二节 分子的立体结构
一、教学目标
1、认识共价分子结构的多样性和复杂性。
2、理解价层电子对互斥理论的含义。
3、能根据有关理论判断简单分子或离子的构型。
4、了解杂化轨道理论的基本内容。
5、能根据有关理论判断简单分子或离子的立体构型。
6、了解配位键的特点及配合物理论,能说明简单配合物的成键情况。
二、教学重难点
重点:1、理解价层电子对互斥理论的含义。
2、能根据有关理论判断简单分子或离子的立体构型。
难点:1、能根据有关理论判断简单分子或离子的构型。
2、了解配位键的特点及配合物理论,能说明简单配合物的成键情况。
三、教学过程
【复习回顾】1、共价键:
σ键:成键方式 “头碰头”,呈轴对称
π键:成键方式 “肩并肩”,呈镜像对称
2、键参数
键能、键长:衡量化学键稳定性
键角:描述分子的立体结构的重要因素
【板书】一、形形色色的分子
1、双原子分子(直线型)
O2 HCl
2、三原子分子立体结构(有直线形和V形)
H2O CO2
3、四原子分子立体结构(直线形、平面三角形、三角锥形、正四面体)
C2H2 CH2O COCl2 NH3 P4
4、五原子分子立体结构
最常见的是正四面体:
CH4
5、其它:
CH3CH2OH CH3COOH C6H6 C8H8 CH3OH
【过渡】分子世界如此形形色色,异彩纷呈,美不胜收,常使人流连忘返。
那么分子结构又是怎么测定的呢
【科学视野】分子的立体结构是怎样测定的?(指导阅读P39)
早年的科学家主要靠对物质的宏观性质进行系统总结得出规律后进行推测,如今,科学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器,红外光谱就是其中的一种。
分子中的原子不是固定不动的,而是不断地振动着的。所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。当一束红外线透过分子时,分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线,再记录到图谱上呈现吸收峰。通过计算机模拟,可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的,综合这些信息,可分析出分子的立体结构。
测分子体结构:红外光谱仪→吸收峰→分析。
【思考】1、同为三原子分子,CO2 和 H2O 分子的空间结构却不同,什么原因?
2、同为四原子分子,CH2O与 NH3 分子的的空间结构也不同,什么原因?
【板书】二、价层电子对互斥模型
1、价层电子对是指:分子中的中心原子上的电子对,包括σ键电子对和孤对电子对。
(1)σ键电子对数可由分子式确定。
(2)孤对电子对数的确定方法是:孤对电子对数=1/2(a—xb)
a为中心原子的价电子数
x为与中心原子结合的原子数
b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数
【注意】1、对于阳离子来说,a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数。
2、对于阴离子来说,a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数。
2、确定分子构型的方法:
①先算出中心原子的价层电子对数。
②由价层电子对数确定含孤对电子对的VSEPR模型。
③在VSEPR模型的基础上,去掉孤电子对得到分子的立体构型。
化学式 电子式 VSEPR模型 分子的立体构型
【分析】通常还可用中心原子周围的原子数n来预测分子的立体结构
1、一种是中心原子上的价电子都用于形成共价键,无孤对电子,如CO2、CH2O、CH4等分子中的碳原子,则它们的立体结构可用中心原子周围的原子数n来预测,概括如下:
ABn 立体结构 范例
n=2 直线形 CO2、 CS2
n=3 平面三角形 CH2O、BF3
n=4 正四面体形 CH4、 CCl4
n=5 三角双锥形 PCl5
n=6 正八面体形 SCl6
2、另一种是中心原子上有孤对电子(未用于形成共价键的电子对)的分子。
ABn 立体结构 范例
n=2 V形 H2O
n=3 三角锥形 NH3
【小结】价层电子对互斥模型
中心原子 代表物 中心原子结合的原子数 分子类型 空间构型
无孤对电子 CO2 2 AB2 直线形
CH2O 3 AB3 平面三角形
CH4 4 AB4 正四面体
有孤对电子 H2O 2 AB2 V 形
NH3 3 AB3 三角锥形
【课堂练习】1、下列物质中,分子的立体结构与水分子相似的是( B )
A、CO2 B、H2S C、PCl3 D、SiCl4
2、下列分子的立体结构,其中属于直线型分子的是( BC )
A、H2O B、CO2 C、C2H2 D、P4
3、若ABn型分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子,运用价层电子对互斥模型,下列说法正确的( C )
A、若n=2,则分子的立体构型为V形
B、若n=3,则分子的立体构型为三角锥形
C、若n=4,则分子的立体构型为正四面体形
D、以上说法都不正确
第2课时杂化轨道理论
【科学探究】请根据价层电子对互斥理论分析CH4的立体构型
1、写出碳原子的核外电子排布图,思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4,而不是CH2 ?
2、按照我们已经学过的价键理论,甲烷的4个C — H单键都应该是σ键,然而,碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p 轨道和1个球形的2s轨道,用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠,不可能得到四面体构型的甲烷分子。
为了解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论
由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道。
为了四个杂化轨道在空间尽可能远离,使轨道间的排斥最小,4个杂化轨道的伸展方向成正四面体立体构型。
四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3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S-SP3σ键,从而构成一个正四面体构型的分子。
除sp3杂化轨道外,还有sp杂化轨道和sp2杂化轨道。sp杂化轨道由1个s轨道和1个p轨道杂化而得;sp2杂化轨道由1个s轨道和2个p轨道杂化而得。
注意:sp和sp2杂化形式中,还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤对电子。
【板书】三、杂化理论简介
1、概念:
在形成分子时,由于原子的相互影响,若干个不同类型但能量相近的原子轨道混合起来,重新组合成一组新轨道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。
2、要点:
(1)参与参加杂化的各原子轨道能量要相近(同一能级组或相近能级组的轨道)
(2)杂化前后原子轨道数目不变:参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目;但杂化轨道改变了原子轨道的形状方向,在成键时更有利于轨道间的重叠;
(3)为使相互间排斥力最小,杂化轨道在空间取最大夹角分布,且不同的杂化轨道伸展方向不同;
3、杂化类型判断:
因为杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳孤电子对,故有:
杂化轨道数=中心原子价层电子对数=中心原子孤电子对数+σ键电子对数
杂化类型的判断方法:
1、先确定分子或离子的中心原子价层电子对数
2、再由杂化轨道数判断杂化轨道类型。
【例题】1:下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( B )
A.CO2与SO2 B.CH4与NH3 C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4
2、对SO2与CO2说法正确的是( D )
A.都是直线形结构
B.中心原子都采取sp杂化轨道
C. S原子和C原子上都没有孤对电子
D. SO2为V形结构, CO2为直线形结构
3、根据价层电子对互斥理论及原子的杂化理论判断NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式( )
A、直线型 sp杂化 B、三角型 sp2杂化
C、三角锥型 sp2杂化 D、三角锥型 sp3杂化
4、磷和氯气在一定条件下反应,可以生成PCl3、PCl5。
(1)写出磷原子的电子排布式: 。
(2)PCl3分子中磷原子采用的杂化方式是 ,分子的空间构型为 。
【课堂练习】1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( B )
A.CO2与SO2 B.CH4与NH3 C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4
2、对SO2与CO2说法正确的是( D )
A.都是直线形结构
B.中心原子都采取sp杂化轨道
C. S原子和C原子上都没有孤对电子
D. SO2为V形结构, CO2为直线形结构
3、指出下列各化合物中碳原子杂化类型。
4.在乙烯分子中有5个σ键、一个π键,它们分别是 ( A ):
A、sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B、sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C、C-H之间是sp2形成的σ键,C-C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
D、C-C之间是sp2形成的σ键,C-H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
5.有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是( B )
A.两个碳原子采用sp杂化方式
B.两个碳原子采用sp2杂化方式
C.每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成π键
D.两个碳原子形成两个π键
6.氨气分子空间构型是三角锥形,而甲烷是正四面体形,这是因为(C )
A.两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同,NH3为sp2型杂化,而CH4是sp3型杂化
B.NH3分子中N原子形成三个杂化轨道,CH4 分子中C原子形成4个杂化轨道。
C.NH3分子中有一对未成键的孤对电子,它对成键电子的排斥作用较强。
D. NH3为sp3型杂化,而CH4是sp2型杂化。
第3课时配合物理论简介
【思考】1、氨气是一种 气体(填“酸性”或“碱性”),当把氨气通入到酸中,离子方程式为 。
2、写出NH3和NH4+的电子式: ;
并分析 NH4+的成键方式: 。
3、NH4+的立体构型是怎样的?键的强度一样吗?
【板书】四:配合物理论简介
1、配位键:成键的两个原子一方提供孤电子对,一方提供空轨道而形成的共价键。配位键是一种特殊的共价键
2、配位键的表示方法:A B(表明共用电子对由A原子提供而形成配位键)
【练习】:写出NH4+和H3O+的结构式
3、配位化合物:通常把金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物。
配合物是一个庞大的化合物家族,过渡金属配合物远比主族金属配合物多。
【实验探究2-1】向盛有固体样品的试管中,分别加1/3试管水溶解固体,观察实验现象并填写下表
在四水合铜离子中,铜离子与水分子之间的化学键是由水分子中的O原子提供孤电子对,铜离子提供空轨道接受水分子的孤电子对形成的,这类“电子对给予—接受键”被称为配位键。
4、配位化合物的组成
5、配合物的盐与复盐的比较
复盐,能电离出两种或两种以上阳离子的盐如明矾 KAl(SO4)2·12H2O,仅在固态时稳定存在,一旦溶于水几乎全部解离成各组分离子:
配合物盐,不仅在固态时存在复杂组成的配离子,溶于水后仍然明确地存在组成复杂的配离子:
① 中心原子:主要是过渡金属的阳离子。
② 配位体:可以是阴离子,如:X-、OH-、SCN-、CN-、C2O42-、也可以是中性分子,如:H2O、NH3、CO、醇、胺、醚等
③配位数:直接同中心原子(或离子)配位的原子(离子或分子)总的数目。一般中心原子(或离子)的配位数为2、4、6、8。
配合物溶于水易电离为内界配离子和外界离子,而内界的配体离子和分子通常难以电离。
【实验2-2】观察实验现象并填写下表
现 象
向硫酸铜水溶液中加入氨水 ?蓝色沉淀
继续加入氨水 ?深蓝色的透明溶液
加入乙醇 ?深蓝色的晶体
已知氢氧化铜与足量氨水反应后溶解是因为生成了[Cu(NH3) 4]2+ ,其结构简式为:
试写出实验中发生反应的离子方程式?
产生现象的原因:
深蓝色的晶体: [Cu(NH3)4] SO4·H2O
【实验2-3】在盛有氯化铁溶液(或任何含有的Fe3+溶液)的试管中滴加硫氰化钾(KSCN)无色溶液
现象:生成红色溶液
生成 Fe(SCN)3 易溶于水,难电离
作用:检验或鉴定Fe3+,用于电影特技和魔术表演
【小结】略
四、板书设计
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的立体结构
一、形形色色的分子
1、双原子分子(直线型)
2、三原子分子立体结构(有直线形和V形)
3、四原子分子立体结构(直线形、平面三角形、三角锥形、正四面体)
4、五原子分子立体结构最常见的是正四面体: CH4
5、其它:
二、价层电子对互斥模型
1、价层电子对是指:分子中的中心原子上的电子对,包括σ键电子对和孤对电子对。
(1)σ键电子对数可由分子式确定。
(2)孤对电子对数的确定方法是:孤对电子对数=1/2(a—xb)
2、确定分子构型的方法:
三、杂化理论简介
1、概念:
2、要点:
3、杂化类型判断:
四、配合物理论简介
1、配位键:
2、配位键的表示方法:
3、配位化合物:
4、配位化合物的组成
5、配合物的盐与复盐的比较
① 中心原子:
② 配位体:
③配位数:
五、作业课时作业(6、7)
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