分子的立体结构.docx

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分子的立体结构

分子的立体结构

一、目标与策略

明确学习目标及主要的学习方法是提高学习效率的首要条件，要做到心中有数！

学习目标：

●认识共价分子立体结构的多样性和复杂性；

●初步认识价层电子对互斥模型，能用VSEPR模型预测简单分子或离子的立体结构；

●认识杂化轨道理论的要点，进一步了解有机化合物中碳的成键特征，能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型，培养分析、归纳、综合的能力和空间想象能力；

●了解配位键、配位化合物的概念及表示方法。

重点难点：

●分子的立体结构；

●价层电子对互斥模型、杂化轨道理论和配位键。

学习策略：

●本节内容较抽象并且理论性强，建议通过球棍模型理解记忆；

●将典型的分子模型横向整理，以便记忆。

二、学习与应用

“凡事预则立，不预则废”。

科学地预习才能使我们上课听讲更有目的性和针对性。

我们要在预习的基础上，认真听讲，做到眼睛看、耳朵听、心里想、手上记。

知识点一：

常见多原子分子的立体结构

（原子数目相同的分子的立体结构不一定相同）

原子数目

化学式

模型

分子结构

键角

中心原子

3

CO2

H2O

4

CH2O

NH3

5

CH4

小结：

同为三原子分子或四原子分子，分子的空间构型不同。

所以多原子分子的立体结构不但与　　　　　　　　有关，还与其他因素（比如　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　）有关。

知识点二：

价层电子对互斥模型

（用中心原子是否有孤对电子及孤对电子的数目，预测分子的立体结构）

价层电子对互斥模型认为分子的立体结构是由于　　　

　　　　　　的结果。

作用，使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型，即分子尽可能采取

　的空间构型。

这种模型把分子分为两类：

（一）中心原子上的价电子都用于形成共价键（中心原子无孤对电子）

中心原子无孤对电子，分子中存在成键电子对与成键电子对间的相互排斥，且作用力相同，分子的空间构型以中心原子为中心呈对称分布。

如CO2、CH2O、CH4、HCN等分子。

它们的立体结构可用　　　　　　　　　　　　　　　　来预测：

ABn

立体结构

范例

n=2

CO2

n=3

CH2O

n=4

CH4

（二）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。

中心原子上有孤对电子，分子中存在成键电子对与成键电子对间的相互排斥、成键电子对与孤对电子对间的相互排斥、孤对电子对与孤对电子对间的相互排斥。

孤对

电子要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，使分子呈现不同的立体构型。

如H2O和NH3，中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，中心原子周围的δ键+孤对电子数=4，所以NH3与H2O的VSEPR理想模型都是四面体形。

因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角锥形。

小结：

电子对的空间构型（VSEPR理想模型）与分子的空间构型存在差异的原因是由于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　，它对相邻成键电子对的排斥作用较大，要使电子对相互排斥最小，那么H2O、NH3、CH4分子相应的键角必然逐渐变大。

知识点三：

杂化轨道理论

（能量相近的原子轨道重新组合）

（一）杂化的概念：

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，产生的新轨道叫杂化轨道。

特点：

杂化前后轨道数目　　　　　。

杂化后轨道伸展方向、形状　　　　

　　　　。

（二）甲烷分子的杂化轨道的形成：

（sp3杂化）

（1）甲烷分子的立体构型：

空间正四面体，分子中的C—H键是等同的，键角是109°28′

（2）中心原子价电子构型

C：

2s22p2

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。

（3）鲍林提出杂化轨道理论：

形成甲烷分子时，中心原子碳的2s和2px、2py、2pz四条原子轨道发生混杂，形成一组新的轨道，即四个相同的sp3杂化轨道，夹角109°28′。

这些sp3杂化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道。

当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—Hδ键，因此呈正四面体的分子构型。

（三）其他形式的杂化：

根据参与杂化的s轨道与p轨道的数目，除了有sp3杂化轨道外，还有sp2杂化和sp杂化，sp2杂化轨道表示由一个s轨道与两个p轨道杂化形成的，sp杂化轨道表示由一个s轨道与一个p轨道杂化形成的。

（1）碳原子的sp2杂化（以乙烯为例）

乙烯的中心原子C在轨道杂化时，有1个p轨道未参与杂化，只是C的2s轨道与2个2p轨道发生杂化，形成3个相同的sp2杂化轨道，sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点，杂化轨道间夹角为　　　　。

杂化轨道与2个H原子和另外一个C原子形成2个C—Hδ键和1个C—Cδ键，未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面，与另外的C原子形成C—Cp键。

（2）碳原子的sp杂化（以乙炔为例）

乙炔的中心原子C在轨道杂化时，有2个p轨道未参与杂化，只是C的2s与1个2p轨道发生杂化，形成2个相同的sp杂化轨道，杂化轨道间夹角为　　　　。

杂化轨道与1个H原子和另外一个C原子形成1个C—Hδ键和1个C—Cδ键，未杂化2个p轨道垂直于sp杂化轨道所在平面，与另外的C原子形成2个C—Cp键。

小结：

杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，从而使它与其它原子的原子轨道重叠的程度　　　　　，形成的共价键　　　　　。

知识点四：

配合物理论简介

（一）配位键

（1）概念：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

CuSO4

CuCl2·2H2O

CuBr2

NaCl

K2SO4

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

天蓝色

无色

无色

无色

前三种溶液呈天蓝色原因就是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）表示方法

A（电子对给予体）

B（电子对接受体）

（3）形成条件：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（4）常见的含有配位键的分子或离子的形成过程：

H3O+

NH4+

注意：

在NH4+中，虽然有一个N－H键形成过程与其它3个N－H键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。

（二）配位化合物

（1）概念：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）配合物的组成

（3）常见配合物的生成

①向硫酸铜溶液里逐滴加入氨水，先形成难溶的氢氧化铜沉淀，继续滴加难溶物溶解，得到深蓝色的透明溶液。

实验中发生的两个反应的离子方程式

蓝色沉淀　　　　　　　　　　　深蓝色溶液

氢氧化铜与足量氨水反应后溶解是因为生成[Cu（NH3）4]2+，其结构式为　　　

　　　　　　　　　　　　　。

②向盛有氯化铁溶液的试管中滴加1滴硫氰化钾溶液

　　　　　　　　　　　　　血红色

小结：

形成配位化合物时某些性质发生改变，比如颜色、溶解度等。

配位键的强度有大有小，因而有的配位化合物很稳定，有的很不稳定。

类型一：

应用VSEPR理论预测分子或离子的构型

☆例1．用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型。

BeCl2　　　　　　　　　SCl2　　　　　　　　　

SO32-　　　　　　　　　SF6　　　　　　　　　

（有关解析，请参考网校资源ID：

#tbjx33#202258）

总结升华：

对于一个ABn型的共价型分子，中心原子A周围电子对排布的几何形状，主要取决于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　，这些电子对的位置倾向于分离得尽可能远，使它们之间的斥力最小。

由于孤对电子对成键电子的斥力影响较大，所以含有孤对电子对的分子中键角比理想模型的键角要小一些。

举一反三：

【变式】填写下表中各分子或离子的中心原子的孤对电子对数及结合的原子数，据此应用VSEPR理论判断各分子或离子的构型：

化学式

中心原子含有孤对电子对数

中心原子结合的原子数

空间构型

H2S

NH2－

BF3

CHCl3

SiF4

类型二：

应用杂化轨道理论判断分子或离子的杂化方式

例2．应用杂化轨道理论判断多原子分子的杂化方式及立体结构

化学式

中心原子孤对电子对数

杂化轨道数

杂化轨道类型

分子结构

PO43-

SO3

NCl3

HCN

SO2

总结升华：

杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤对电子，杂化轨道理论的主要应用是能够更好解释分子的立体结构，而不是预测分子的立体结构。

举一反三：

【变式1】为什么NH3分子的键角既不是90°也不是109°28′而是107°？

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

【变式2】下列常见分子的中心原子的杂化轨道类型是sp3的是（　　）

A．NH4+　　　B．CH4　　　C．SO2　　　D．CO2

类型三：

配位键、配位化合物的概念及表示方法

例3．（2011江苏南京练习）在[Co（NH3）6]3+中，与中心离子形成形成配位键的原子是（）

A．N原子　　　B．H原子　　C．Co原子　　D．N、H两种原子同时

总结升华：

注意记忆配位化合物各组成部分的名称，知道常见的能形成配位键的原子或离子以及以配位键成键的微粒的颜色、常见方程式的书写等。

【变式3】对于配合物[Co（NH3）5Cl]Cl2的名称正确的是（）

A．氯化氯氨合钴　　　　　　B．氯化氯氨合钴

C．氯化一氯氨合钴　　　　　D．二氯化一氯五氨合钴

解析：

本题考查配位化合物的命名，记忆命名顺序。

命名顺序：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

三、总结与测评

要想学习成绩好，总结测评少不了！

课后复习是学习不可或缺的环节，它可以帮助我们巩固学习效果，弥补知识缺漏，提高学习能力。

规律方法：

（一）价层电子对互斥模型小结

（1）同为三原子分子或四原子分子，其分子空间构型不同，是由于分子中的成键电子对及中心原子上的孤对电子对相互排斥，结果趋向尽可能彼此远离，以减小斥力。

排斥力大小顺序：

例如：

H2O和NH3中心原子上分别有2对和1对孤对电子，跟中心原子周围的δ键加起来都是4，它们相互排斥形成四面体。

由于分子的中心原子上　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的排斥力较强，所以使H2O分子中2个O—H键和NH3分子中3个N—H键的空间分布发生一点变化，它们的键角从109°28′分别被压缩到105°和107°。

（2）应用VSEPR理论判断分子或离子的构型

对于一个ABn型的共价型分子，中心原子A周围电子对排布的几何形状，主要取决于　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　，这些电子对的位置倾向于分离得尽可能远，使它们之间的斥力最小。

根据　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　确定。

若中心原子周围的原子数与孤对电子对数之和分别为2、3、4，则VSEPR理想模型（注：

与分子的立体结构不同）分别是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，由于孤对电子对成键电子的斥力影响较大，所以含有孤对电子对的分子中键角比理想模型的键角　　　　　　　　　。

例如：

NH3与H2O的VSEPR理想模型都是　　　　　　　，但分子的立体结构分别是三角锥形（107°）、V形（105°）

（详细资料，请参考网校资源ID：

#tbjx14#202258）

（二）杂化轨道与分子的立体结构

（1）判断杂化轨道的数目和杂化方式

中心原子的孤对电子对数与相连的其他原子数之和，就是杂化轨道数。

例如：

NH3中心原子　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；

　　　BeCl2中心原子　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；

　　　H2O中心原子　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）分子的立体结构

中心原子孤对电子数

化学式

杂化轨道数

杂化轨道类型

分子结构

0

CH4

C2H4

BF3

CH2O

C2H2

CO2

1

SO2

2

H2O

（三）微粒的空间构型小结

（1）直线形：

Cl—Be—Cl、O＝C＝O、CS2、C2H2等，中心原子的电子云以　　　　杂化成键。

（2）V形：

H2O、H2S、NH2-是中学比较常见的，中心原子周围有四对电子，电子对的构型必然是四面体形，这样微粒的空间构型就是　　　　　　；

SO2、O3这些是中学中不常见的，中心原子均是以　　　　杂化的形式成键的。

（3）三角锥形：

NH3、NF3、H3O+、PCl3等，中心原子都有　　　对孤对电子，以　　　　杂化成键，电子对的构型为　　　　　　，微粒构型为　　　　　　　。

（4）平面三角形：

BF3，CH3+，中心原子以　　　　杂化形式成键，中心原子周围的电子对数目为　　　，所以电子对的空间构型是　　　

　　　　　　，这样微粒的空间构型就是　　　　　　　　　，键角为　　　　

（5）四面体形：

①正四面体形：

P4（是空心正四面体，有六条化学键，键角为60°）、CH4、CCl4、NH4+、（是顶点原子与中心原子成有中心的正四面体，中心原子一定以sp3杂化成键，键角一定是109°28′）

②四面体：

与正四面体CH4相似，只是顶点的原子有不同，但是属于一类，如：

CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。

键角与109°28′相近）

（6）三角双锥：

PCl5

（7）正八面体：

SF6、PCl6-等

（详细资料，请参考网校资源ID：

#tbjx18#202258）

（四）某些分子得到质子后的构型的变化：

（1）H2O得到一个H+成H3O+，构型由V形变成　　　　　　　　

（2）NH3得到一个H+成NH4+，构型有三角锥形变成　　　　　　　　　

（3）PCl5失去一个Cl-，构型由三角双锥变成　　　　　　　　　

（4）PCl5得到一个Cl-成PCl6-，构型由三角双锥变成　　　　　　　　　

（五）配位化合物小结

[Cu（NH3）4]SO4（硫酸化四氨合铜）中心原子是　　　　，配位体是　　　，配位原子是　　　，配位数是　　　　。

（1）中心离子或原子（也称形成体）：

有空轨道

主要是一些过渡金属，如　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；或是具有高氧化数的非金属元素　　　　

　　　　　等，如Na[BF4]中的B、K2[SiF6]中的Si和NH4[PF6]中的P；或是不带电荷的中性原子，如[Ni（CO）4]，[Fe（CO）5]中的Ni,Fe都是中性原子。

（2）配位体和配位原子：

有孤对电子

常见的配位体：

含氮配位体NH3、NCS-；含硫配位体SCN-；含卤素配位体F-、Cl-、Br-、I-；含碳配位体CN-、CO；含氧配位体H2O、OH-；羧酸、醇、醚等。

（3）配位数：

与中心离子直接以配位键结合的配位原子个数

例：

[AlF6]3-配位数6、[Cu（NH3）4]SO4配位数4

中心离子的电荷高，对配位体的吸引力较强，有利于形成配位数较高的配合物。

中心离子半径越大，其周围可容纳配体就越多，配位数越大。

（4）配合物的命名：

关键在于配合物内界（即配离子）的命名。

命名顺序：

　　　　　　　　　　　　　　。

①配位阴离子配合物--配位阴离子“酸”外界

K2[SiF6]　　　　　　　　　　　　　　　　　

K[PtCl5（NH3）]　　　　　　　　　　　　　　　

Na3[AlF6]　　　　　　　　　　　　　　　　　

②配位阳离子配合物——“某化某”或“某酸某”

[Co（NH3）6]Br3　　　　　　　　　　　　　　　　

[Cu（NH3）4]Cl2　　　　　　　　　　　　　　　　

③中性配合物

[PtCl2（NH3）2]　　　　　　　　　　　　　　

[Ni（CO）4]　　　　　　　　　　　　　　　　

（详细资料，请参考网校资源ID：

#tbjx27#202258）

成果测评

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知识点：

分子结构

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知识导学：

分子的立体结构（#202258）

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