高中人教版化学选修3课件：第2章第2节　分子的立体构型

高中人教版化学选修3课件：第2章第2节　分子的立体构型

第二节　分子的立体构型 学习目标 1. 了解共价键分子结构的多样性和复杂性。 2. 认识价层电子对互斥理论、杂化轨道理论和配合物理论。 3. 能根据有关理论判断简单分子或离子的立体构型。 4. 会判断简单配合物的成键情况，了解简单配合物的命名方法。 5. 简单了解分子立体结构的测定办法。 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 第二节　分子的立体构型 课前自主学案 一、形形色色的分子 分子的立体构型：两个以上原子构成的分子中的原子的空间关系问题。 1 ．三原子分子的立体构型有直线形和 V 形两种。如： 化学式 电子式 结构式 键角 分子的立体模型 立体构型 CO 2 ______ _______ H 2 O _______ _______ 180° 105° 直线形 V 形 2. 四原子分子大多数采取平面三角形和三角锥形两种立体构型。如： 化学式 电子式 结构式 键角 分子的立体模型 立体构型 CH 2 O _____ ___________ NH 3 _____ ___________ 120° 107° 平面三 角形 三角锥 形 3. 五原子分子的可能立体构型更多，最常见的是正四面体形。如： 化学式 电子式 结构式 键角 分子的立体模型 立体构型 CH 4 _________ ___________ CCl 4 _________ ___________ 109°28 ′ 109°28 ′ 正四面 体形 正四面 体形 思考感悟 1. 五原子分子都是正四面体结构吗？ 【 提示 】 　不是，如 CH 3 Cl 、 CH 2 Cl 2 、 CHCl 3 等，虽为四面体结构，但由于碳原子所连的四个原子不相同，四个原子电子间的排斥力不同，使四个键的键角不再相等，所以并不是正四面体结构。 二、价层电子对互斥理论 1 ．价层电子对互斥理论 (VSEPR) 分子中的价层电子对 ( 包括 ____________ 和 _________________________) 由于 ___________ 作用，而趋向尽可能彼此远离以减小 _______ ，分子尽可能采取 ________ 的立体构型。电子对之间的夹角越大，排斥力 _______ 。 σ 键电子对 中心原子上的孤电子对 相互排斥 斥力 对称 越小 2 ．价层电子对的确定方法 思考感悟 3 ． VSEPR 模型的用途 预测分子或离子的 ____________ 。 (1) 中心原子上的价电子都用于形成共价键的分子的立体构型 立体构型 AB n 价层电子对数 电子对排布方式 立体构型 键角 范例 n ＝ 2 _____ _________ 180° CO 2 2 直线 形 AB n 价层电子对数 电子对排布方式 立体构型 键角 范例 n ＝ 3 ____ ______________ 120° BF 3 n ＝ 4 ____ _______________ 109°28 ′ CH 4 平面三角 形 正四面体 形 3 4 (2) 中心原子上有孤电子对的分子的立体构型 对于中心原子上有孤电子对 ( 未用于形成共价键的电子对 ) 的分子，中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并互相排斥使分子呈现不同的立体构型。见下表。 化学式 结构式 含孤电子对的 VSEPR 模型 分子或离子的立体构型 分子或离子的立体构型名称 H 2 O _______ NH 3 ________ V 形 三角锥形 化学式 结构式 含孤电子对的 VSEPR 模型 分子或离子的立体构型 分子或离子的立体构型名称 HCN _______ H 3 O ＋ ________ SO 2 _______ 直线形 三角锥形 V 形 三、杂化轨道理论简介 1 ．杂化与杂化轨道 (1) 概念 ① 轨道的杂化 原子内部 ____________ 的原子轨道重新组合生成与原轨道数 _________ 的一组新轨道的过程。 ② 杂化轨道 杂化后形成的新的 _____________ 的一组原子轨道。 能量相近 相等 能量相同 (2) 类型 杂化类型 sp sp 2 sp 3 参于杂化的原子轨道及数目 1 个 s 轨道和 1 个 p 轨道 1 个 s 轨道和 2 个 p 轨道 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道 杂化轨道的数目 ______ ______ ______ 2 3 4 2. 杂化轨道类型与分子空间构型的关系 杂化类型 sp sp 2 sp 3 杂化轨道间的夹角 ______ ______ _________ 空间构型 _________ ___________ __________ 实例 CO 2 、 C 2 H 2 BF 3 CH 4 、 CCl 4 180° 120° 109°28 ′ 直线形 平面三角形 正四面体形 思考感悟 3. 用杂化轨道理论分析 NH 3 呈三角锥形的原因。 【 提示 】 　 NH 3 分子中的 N 原子价电子排布图为 ,1 个 2s 轨道与 3 个 2p 轨道杂化后，形成 4 个 sp 3 杂化轨道，其中 3 个杂化轨道中是单电子，分别与 3 个 H 原子形成 σ 键，一个杂化轨道中是成对电子，不形成共价键。 sp 3 杂化轨道应为正四面体构型，但由于孤电子对不形成化学键，故 NH 3 分子为三角锥形。 四、配合物理论简介 1 ．配位键 (1) 概念： _____________ 由一个原子 _________ 提供而另一个原子提供空轨道而形成的共价键，即 “ 电子对给予 接受键 ” ，是一类特殊的 ____________ 。 (2) 表示 配位键可以用 A→B 来表示，其中 A 是 ________ 孤电子对的原子，叫做给予体； B 是 _________ 电子对的原子，叫做接受体。 孤电子对 单方面 共价键 提供 接受 2 ．配位化合物 (1) 概念： ___________________ 与某些分子或离子 ( 称为 ________) 以 ___________ 结合形成的化合物，简称配合物。 金属离子 ( 或原子 ) 配体 配位键 (2) 配合物的形成举例 实验操作 实验现象 有关离子方程式 滴加氨水后，试管中首先出现 ____________ ，氨水过量后沉淀逐渐 _________ ，滴加乙醇后析出 ____________ Cu 2 ＋ ＋ 2NH 3 ·H 2 O=== Cu(OH) 2 ↓ ＋ Cu(OH) 2 ＋ 4NH 3 === [Cu(NH 3 ) 4 ] 2 ＋ ＋ 2OH － 蓝色沉淀 溶解 深蓝色晶体 实验操作 实验现象 有关离子方程式 溶液颜色 _____ Fe 3 ＋ ＋ 3SCN －  Fe(SCN) 3 变红 思考感悟 4. 配制银氨溶液时，向 AgNO 3 溶液中滴加氨水，先生成白色沉淀，后沉淀逐渐溶解，为什么？ 课堂互动讲练 用价层电子对互斥理论确定分子或离子立体构型的方法 2 ．确定价层电子对的立体构型 由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能的相互远离。于是价层电子对的立体构型与价层电子对数目的关系如下表： 价层电子对数 2 3 4 价层电子对构型 直线形 三角形 四面体形 这样已知价层电子对的数目，就可以确定它们的立体构型。 3 ．分子立体构型的确定 价层电子对有成键电子对和孤电子对之分，价层电子对的总数减去成键电子对数，得孤电子对数。根据成键电子对数和孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子立体构型，如下表所示： 价层电子对数 VSEPR 模型名称 成键电子对数 孤电子对数 电子对的排列方式 分子的立体构型名称 实例 2 直线形 2 0 直线形 BeCl 2 CO 2 价层电子对数 VSEPR 模型名称 成键电子对数 孤电子对数 电子对的排列方式 分子的立体构型名称 实例 3 平面三角形 3 0 平面三角形 BF 3 BCl 3 2 1 V 形 SO 2 价层电子对数 VSEPR 模型名称 成键电子对数 孤电子对数 电子对的排列方式 分子的立体构型名称 实例 4 四面体 4 0 正四面体形 CH 4 CCl 4 3 1 三角锥形 NH 3 NF 3 2 2 V 形 H 2 O 特别提醒： 利用上表判断分子立体构型时注意： (1) 如果在价层电子对中出现孤电子对时，价层电子对立体构型还与下列斥力顺序有关：孤电子对 — 孤电子对 > 孤电子对 — 成键电子对 > 成键电子对 — 成键电子对。因此价层电子对立体构型为三角形和四面体形时，孤电子对的存在会改变成键电子对的分布空间。所以 H 2 O 分子的键角应小于 109°28′ 。 (2) 对于分子中有双键、三键等多重键时，使用价层电子对理论判断其分子构型时，双键的两对电子和三键的三对电子只能作为一对电子来处理，或者说在确定中心原子的价层电子对总数时不包括 π 电子。 例 1 【 思路点拨 】 　解答本题需注意以下两点： (1) 确定每个结构中成键电子及孤电子对。 (2) 根据 VSEPR 模型判断分子或离子的立体构型。 【 解析 】 　 根据各分子的电子式和结构式，分析中心原子的孤电子对数，依据中心原子连接的原子数和孤电子对数，确定 VSEPR 模型和分子的立体构型。 分子或离子 结构式 中心原子孤电子对数 分子或离子的价层电子对数 VSEP R 模型名称 立体构型 BeCl 2 Cl—Be—Cl 0 2 直线形 直线形 分子或离子 结构式 中心原子孤电子对数 分子或离子的价层电子对数 VSEP R 模型名称 立体构型 SCl 2 2 4 四面体 V 形 BF 3 0 3 平面三角形 平面三角形 PF 3 1 4 四面体 三角锥形 分子或离子 结构式 中心原子孤电子对数 分子或离子的价层电子对数 VSEP R 模型名称 立体构型 NH 0 4 四面体 正四面体形 SO 1 4 四面体 三角锥形 【 答案 】 　直线形　 V 形　平面三角形　三角锥形　正四面体形　三角锥形 【 误区警示 】 　 使用价层电子对互斥理论判断分子立体构型时需注意： 价层电子对互斥构型是价层电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对 ( 未用于形成共价键的电子对 ) ，当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。 变式训练 1 　 若 AB n 分子的中心原子 A 上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价层电子对互斥理论，下列说法正确的是 ( 　　 ) 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 解析： 选 C 。若中心原子 A 上没有未成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当 n ＝ 2 时，分子的立体构型为直线形； n ＝ 3 时，分子的立体构型为平面三角形；当 n ＝ 4 时，分子的立体构型为正四面体形。 分子立体构型和杂化轨道类型的关系 1 ．杂化类型的判断 因为杂化轨道只能用于形成 σ 键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个 σ 键，故有下列关系： 杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂化类型。例如： 代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型 CO 2 0 ＋ 2 ＝ 2 sp CH 2 O 0 ＋ 3 ＝ 3 sp 2 CH 4 0 ＋ 4 ＝ 4 sp 3 SO 2 1 ＋ 2 ＝ 3 sp 2 NH 3 1 ＋ 3 ＝ 4 sp 3 H 2 O 2 ＋ 2 ＝ 4 sp 3 2. 共价键全部为 σ 键的分子构型与杂化类型 3. 含 σ 键和 π 键的分子构型和杂化类型 特别提醒： (1) 杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同，中心原子杂化类型相同时孤电子对越多，键角越小。例如， NH 3 中的氮原子与 CH 4 中的碳原子均为 sp 3 杂化，但键角分别为 107° 和 109°28′ 。 (2) 杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。 (3) 杂化轨道也符合价层电子对互斥模型，应尽量占据整个空间，使它们之间的排斥力最小。 例 2 元素 X 和 Y 属于同一主族。负二价的元素 X 和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中 X 的质量分数为 88.9% ；元素 X 和元素 Y 可以形成两种化合物，在这两种化合物中， X 的质量分数分别为 50% 和 60% 。 (1) 确定 X 、 Y 两种元素在周期表中的位置。 (2) 在元素 X 和元素 Y 两种元素形成的化合物中，写出 X 质量分数为 50% 的化合物的化学式 ________ ；该分子的中心原子以 ________ 杂化，分子构型为 ______________ 。 (3) 写出 X 的质量分数为 60% 的化合物的化学式 __________________________________ ； 该分子的中心原子以 ________ 杂化，分子构型为 ______________ 。 (4) 由元素氢、 X 、 Y 三种元素形成的化合物常见的有两种，其水溶液均呈酸性，试分别写出其分子式 ________ 、 ____________ ，并比较酸性强弱： __________________ 。 两种酸的阴离子分别为 ________ 和 ________ ，立体构型分别为 ________ 和 ________ 。 (5) 由氢元素与 X 元素形成的化合物中，含有非极性键的是 ________( 写分子式 ) ，分子构型为 V 形的是 ______( 写分子式 ) 。 SO 2 SO 3 SO SO H 2 O 价层电子对数 3 3 4 4 4 价层电子对构型 三角形 三角形 四面体 四面体 四面体 ② 依据成键电子对和孤电子对数目判断分子构型 SO 2 SO 3 SO SO H 2 O 价层电子对数 3 3 4 4 4 成键电子对数 2 3 3 4 2 孤电子对数 1 0 1 0 2 【 答案 】 　 (1)X ：第二周期， ⅥA 族； Y ：第三周期， ⅥA 族。 (2)SO 2 　 sp 2 　 V 形 (3)SO 3 　 sp 2 　平面三角形 (4)H 2 SO 3 　 H 2 SO 4 　 H 2 SO 4 >H 2 SO 3 　 SO 　 SO 　三角锥形　正四面体形 (5)H 2 O 2 　 H 2 O 【 规律方法 】 　判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法 (1) 根据杂化轨道的空间分布构型判断 ① 若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则分子的中心原子发生 sp 3 杂化。 ② 若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中心原子发生 sp 2 杂化。 ③ 若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生 sp 杂化。 (2) 根据杂化轨道之间的夹角判断 若杂化轨道之间的夹角为 109°28′ ，则分子的中心原子发生 sp 3 杂化；若杂化轨道之间的夹角为 120° ，则分子的中心原子发生 sp 2 杂化；若杂化轨道之间的夹角为 180° ，则分子的中心原子发生 sp 杂化。 变式训练 2 　 (2011 年秦皇岛高二检测 ) 氨气分子的立体构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为 ( 　　 ) A ．两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同， NH 3 为 sp 2 型杂化，而 CH 4 是 sp 3 型杂化 B ． NH 3 分子中 N 原子形成 3 个杂化轨道， CH 4 分子中 C 原子形成 4 个杂化轨道 C ． NH 3 分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 D ．氨气分子是 4 原子化合物，甲烷为 5 原子化合物 解析： 选 C 。 NH 3 和 CH 4 都是 sp 3 杂化，故 A 、 B 错误 ，跟分子中原子个数无关，故 D 错误。 配位键与配位化合物 1 ．配位键与非极性键、极性键的区别与联系 　　类型 比较　　 共价键 非极性键 极性键 配位键 本质 相邻原子间的共用电子对 ( 电子云重叠 ) 与原子核间的静电作用 成键条件 ( 元素种类 ) 成键原子得、失电子能力相同 ( 同种非金属 ) 成键原子得、失电子能力差别较小 ( 不同非金属 ) 成键原子一方有孤电子对 ( 配体 ) ，另一方有空轨道 ( 中心离子或原子 ) 特征 有方向性、饱和性 特别提醒： (1) 不是所有的配合物都具有颜色。如 [Ag(NH 3 ) 2 ]OH 溶液无色，而 Fe(SCN) 3 溶液呈红色。 (2) 过渡金属原子或离子都有接受孤电子对的空轨道，对多种配体具有较强的结合力，因而过渡金属配合物远比主族金属配合物多。 2 ．配合物的组成 一般中心原子 ( 或离子 ) 的配位数为 2 、 4 、 6 。 3 ．形成配合物的条件 (1) 配体有孤电子对； (2) 中心原子有空轨道。 4 ．配合物的稳定性 配合物具有一定的稳定性。配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。 5 ．配合物形成时的性质改变 (1) 颜色的改变，如 Fe(SCN) 3 的形成； (2) 溶解度的改变，如 AgCl→[Ag(NH 3 ) 2 ] ＋ 。 例 3 气态氯化铝 (Al 2 Cl 6 ) 是具有配位键的化合物，分子中原子间成键关系如图所示。请将图中你认为是配位键的斜线加上箭头。 【 解析 】 　解答本题要善于挖掘、提炼题目所给的有用信息，弄清配位键的概念及形成条件。 Cl 原子最外层有 7 个电子， Al 原子最外层有 3 个电子，上图中每个键代表 1 对共用电子对，据此可判断氯化铝 (Al 2 Cl 6 ) 中与两个铝形成共价键的氯原子中，有一个键是配位键，氯原子提供电子对，铝原子提供空轨道。配位键的箭头指向提供空轨道的一方。 【 答案 】 　 【 规律方法 】 　要想准确解答此类题目，需要掌握好配位键的形成条件： 一种原子有空轨道，另一种原子有孤电子对。因此正确分析原子的最外层电子排布和成键情况是解答该类题目的关键。 变式训练 3 　 下列现象与形成配合物无关的是 ( 　　 ) A ．向 FeCl 3 中滴入 KSCN 溶液，溶液呈红色 B ．向 Cu 与 Cl 2 反应后的集气瓶中加少量 H 2 O ，溶液呈绿色，再加水，溶液呈蓝色 C ． Cu 与浓 HNO 3 反应后，溶液呈绿色； Cu 与稀 HNO 3 反应后，溶液呈蓝色 D ．向 FeCl 3 中滴加氨水产生红褐色沉淀 解析： 选 D 。 Fe 3 ＋ 与 SCN － 形成配合物 Fe(SCN) 3 ，显红色； Cu 2 ＋ 在水溶液中形成配离子 [Cu(H 2 O) 2 ] 2 ＋ 显绿色， [Cu(H 2 O) 4 ] 2 ＋ 显蓝色，故 A 、 B 、 C 项均与形成配合物有关。 D 项中， FeCl 3 与氨水反应生成 Fe(OH) 3 红褐色沉淀，与形成配合物无关。