2.2.1分子结构与物质的性质 课件 2023-2024学年高二下学期化学沪科版（2020）选择性必修2

§2.2.1共价分子的空间结构 【知识导航】 1 一.分子的空间结构 自然界中形形色色的多原子分子都具有一定的空间结构，这是因为多原子分子中原子间所形成的共价键有一定的空间指向。我们把多原子分子中两个共价键之间的夹角称为键角。键角是描述分子空间结构的重要参数。如下图所示：二氧化碳分子中两个 C=O 键的夹角为 180°，说明它是一个直线形分子；水分子中两个 H—O 键的夹角为104.5°，说明它是一个角形（V 形）分子；氨分子中任意两个 N—H 键的夹角均为 107°18′，说明它是一个三角锥形分子；甲烷分子中任意两个 C —H 键的夹角均为 109°28′，说明它是一个正四面体形分子。 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 ？ C原子 电子排布图 （轨道表示式） 1s2 2s2 2p2 H 电子排布图 1s1 【思考与讨论】 按照价键理论，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，不可能得到正四面体构型的甲烷分子。 如何解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。 杂化轨道理论简介 5 sp3 C：2s22p2 　 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什么立体构型？ 外界条件下，能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，杂化后的新轨道就称为杂化轨道。 (一)杂化理论简介 1.杂化的条件： (1)只有在形成化学键时才能杂化(2)只有能量相近的轨道间才能杂化 2.杂化轨道的特征 (1)杂化前后轨道数不变，杂化后的新轨道能量、形状都相同； (2)杂化过程中轨道的形状发生变化，成键（σ键）能力更强； (3)杂化后的轨道之间尽可能远离。 (4)轨道杂化的过程：激发→杂化→轨道重叠。 2.运用杂化轨道理论来解释甲烷分子的正四面体结构 x y z x y z z x y z x y z 109°28′ sp3杂化：1个s 轨道与3个p 轨道进行杂化，形成4个sp3 杂化轨道。 每个sp3杂化轨道的形状为一头大一头小，空间构型为正四面体形，每两个轨道间的夹角为109.5°。 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-sp3 σ键，从而构成一个正四面体形的分子。 109°28’ 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-sp3 σ键，从而构成一个正四面体形的分子。 109°28’ 3.杂化轨道的类型 sp3杂化 B原子基态电子排布轨道表示式 sp2杂化轨道——BF3分子的形成 12 B： 1s22s22p1 没有3个单电子 sp2 sp2杂化 120° F F F B 每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，每两个轨道间的夹角为120°，呈正三角形。 sp2杂化：1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化， 形成3个sp2 杂化轨道。 x y z x y z z x y z x y z 120° Be原子：1s22s2 没有单个电子， sp sp杂化 180° Cl Cl Be Cl Cl sp px px sp杂化---BeCl2分子的形成 sp杂化 sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，两个轨道间的夹角为180°，呈直线形。 sp 杂化：1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化， 形成2个sp杂化轨道。 x y z x y z z x y z x y z 180° 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道组成 轨道夹角 杂化轨道示意图 实例 分子的空间结构 1个ns和1个np 1个ns和2个np 1个ns和3个np 180° 120° 109°28′ BeCl2 BF3 CH4 直线形 平面正三角形 正四面体 4.杂化轨道与分子的空间结构的关系 1.用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构。 N原子的价电子排布式为2s22p3，在形成NH3分子的过程中，N原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另1个杂化轨道中是成对电子，未与H原子形成共价键，4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形；NH3分子中，由