1、第二节第二节 分子的空间结构分子的空间结构一、分子结构的测定一、分子结构的测定（一）分子结构测定的常用方法：红外光谱、晶（一）分子结构测定的常用方法：红外光谱、晶体体X射线衍射射线衍射（二）红外光谱的测定原理：（二）红外光谱的测定原理： 分子中的原子不是固定不动的，分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。当一束红而是不断地振动着的。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟外线透过分子时，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的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对，吸收峰。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可
2、以得知或通过量子化学计算，可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子中含有何种化学键可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。或官能团的信息。 例如，通过红外光谱仪测得某未知物的红外光谱图如图例如，通过红外光谱仪测得某未知物的红外光谱图如图2-6所示，发现有所示，发现有O-H、C-H和和C-O的振动吸收。因此，的振动吸收。因此，可以初步推测该未知物中含有羟基。可以初步推测该未知物中含有羟基。小试牛刀：小试牛刀：A.质谱法质谱法 B.红外光谱法红外光谱法 C.核磁共振氢谱法核磁共振氢谱法 D.燃烧法燃
3、烧法1.在研究有机物的组成和结构时，可用于确定在研究有机物的组成和结构时，可用于确定化学键和官能团信息的方法是化学键和官能团信息的方法是 ( )B 2.能够快速、微量、精确测定有机物相对分子质量的物能够快速、微量、精确测定有机物相对分子质量的物理方法是理方法是 ( )A.红外光谱法红外光谱法 B.质谱法质谱法 C.核磁共振氢谱法核磁共振氢谱法 D.色谱法色谱法B 3.质谱法能够对有机分子结构进行分析，其方质谱法能够对有机分子结构进行分析，其方法是让极少量的法是让极少量的(10-9g)化合物通过质谱仪的离化合物通过质谱仪的离子化室，样品分子大量离子化，少量分子碎裂子化室，样品分子大量离子化，少量
4、分子碎裂成更小的离子，然后测定其质荷比。其有机物成更小的离子，然后测定其质荷比。其有机物样品的质荷比如图所示样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关正电荷，信号强度与该离子的多少有关),该有该有机物可能是（机物可能是（ ）A.甲醇甲醇(CH3OH) B.甲烷甲烷 C.丙烷丙烷 D.乙烯乙烯B 二、多样的分子空间结构二、多样的分子空间结构（一）三原子分子的空间结构（一）三原子分子的空间结构直线型和直线型和V形（又称角形）形（又称角形）化学式化学式电子式电子式结构式结构式键角键角空间结空间结构模型构模型空间结空间结构名称构名称CO2O=C=O
5、180 直线型直线型H2O105 V形形（二）四原子分子常见的空间结构（二）四原子分子常见的空间结构平面平面三角形和三角锥形三角形和三角锥形化学式化学式电子式电子式结构式结构式键角键角空间结构空间结构模型模型空间结空间结构名称构名称 CH2O 约约120 平面三平面三角形角形 NH3 107 三角锥三角锥形形四原子分子的空间结构大多数为平面三角形和三角锥形，四原子分子的空间结构大多数为平面三角形和三角锥形，也有的为直线形也有的为直线形(如如C2H2)、正四面体形、正四面体形(如如P4)等。等。（三）五原子分子常见的空间结（三）五原子分子常见的空间结构构四面体形四面体形 化学式化学式电子式电子式
6、结构式结构式键角键角空间结空间结构模型构模型空间结空间结构名称构名称 CH4109 28 正四面正四面体形体形随堂练一练：随堂练一练：1.下列分子的空间结构模型正确的是下列分子的空间结构模型正确的是 ( )A.CO2的空间结构模型的空间结构模型B.H2O的空间结构模型的空间结构模型C.NH3的空间结构模型的空间结构模型D.CH4的空间结构模型的空间结构模型D 2.下列分子的空间结构与分子中共价键键角对应正确的是下列分子的空间结构与分子中共价键键角对应正确的是 ( )A.V形：形：105 B.平面正三角形：平面正三角形：120C.三角锥形：三角锥形：10928 D.正四面体形：正四面体形：109
7、28 3.下列物质分子的空间结构与下列物质分子的空间结构与CH4相同的是（相同的是（ ） A. H2O B. P4 C. NH3 D. CO2 B B 三、阶层电子对互斥模型（三、阶层电子对互斥模型（VSEPR）（一）应用：预测分子的空间结构（一）应用：预测分子的空间结构（二）内容：价层电子对互斥模型认为，分子的空间结（二）内容：价层电子对互斥模型认为，分子的空间结构是中心原子周围的构是中心原子周围的“价层电子对价层电子对”相互排斥的结果。相互排斥的结果。 VSEPR的的“价层电子对价层电子对”是指分子中的中心原子与结是指分子中的中心原子与结合原子间的合原子间的键电子对和中心原子上的孤电子对。
8、多重键电子对和中心原子上的孤电子对。多重键只计其中的键只计其中的键电子对，不计键电子对，不计键电子对。键电子对。（三）中心原子上的价层电子对数的计算（三）中心原子上的价层电子对数的计算中心原子上的价层电子对数中心原子上的价层电子对数=键电子对数键电子对数+中心原子上的孤电子对数中心原子上的孤电子对数1.键电子对数的确定：由化学式确定键电子对数的确定：由化学式确定2.中心原子上的孤电子对数的确定：中心原子上的孤电子对数中心原子上的孤电子对数的确定：中心原子上的孤电子对数=)21xba （公式中各字母的含义：公式中各字母的含义：a中心原子的价层电子数中心原子的价层电子数主族元素主族元素=最外层电子
9、数最外层电子数阳离子阳离子=中心原子的价层电子数中心原子的价层电子数-离子的电荷数离子的电荷数阴离子阴离子=中心原子的价层电子数中心原子的价层电子数+ +离子的电荷数离子的电荷数x与中心原子结合的原子数与中心原子结合的原子数b与中心原子结合的原子最多能接受的电子数与中心原子结合的原子最多能接受的电子数H=1其他原子其他原子=8-该原子的价层电子数该原子的价层电子数1.下列分子或离子中含有孤电子对的是下列分子或离子中含有孤电子对的是 ( ) A.H2O B. CH4 C. SiH4 D.NH4+课堂练习：课堂练习：A 2.SO32的中心原子孤电子对计算公式为的中心原子孤电子对计算公式为1/2(a
10、-xb)中，中，下列对应的数值正确的是下列对应的数值正确的是 ( ) A.a=8 x=3 b=2 B.a=6 x=3 b=2 C.a=4 x=2 b=3 D.a=6 x=2 b=3A 3.下列有关价层电子对互斥模型的描述正确的是下列有关价层电子对互斥模型的描述正确的是( )A.价层电子对就是价层电子对就是键电子对键电子对 B.孤电子对数由分子式来确定孤电子对数由分子式来确定 C.分子的空间结构是价层电子对互斥的结果分子的空间结构是价层电子对互斥的结果 D.孤电子对数等于键数孤电子对数等于键数 C 答：答：（四）根据价层电子对互斥模型判断（四）根据价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构分子或
11、离子的空间结构在确定了在确定了键电子对数和中心原子上的孤电子对数后，键电子对数和中心原子上的孤电子对数后，可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子或离子的可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子或离子的空间结构。空间结构。键电子对数键电子对数+孤电子对数孤电子对数=价层电子对数价层电子对数 价层电子对相互排斥VSEPR模型模型 略去孤电子对分子的空间结构分子的空间结构 注：注：1、中心原子不含孤电子对的分子、中心原子不含孤电子对的分子(或离子或离子)，VSEPR模型模型与分子与分子(或离子或离子)的空间结构一致。的空间结构一致。 2、中心原子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的、中心原
12、子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥，则空间，并与成键电子对互相排斥，则 VSEPR模型与分子的空间模型与分子的空间结构不一致。推测分子的立体模型必须略去结构不一致。推测分子的立体模型必须略去 VSEPR模型中的孤模型中的孤电子对。电子对。（五）常见分子或离子的空间结构的推测（五）常见分子或离子的空间结构的推测分子或离子中心原子上的孤电子对数中心原子上的价层电子对数VSEPR模型VSEPR模型名称空间结构空间结构名称CO2、BeCl202直线形直线形CO32、BF303平面三角形平面三角形SO2、PbCl21V形CH4、CCl404正四面体形正四面体形NH
13、3、NF31四面体形三角锥形H2O、H2S2V形注：注：1、价层电子对互斥模型对分子空间结构的、价层电子对互斥模型对分子空间结构的预测少有失误，但它不能用于预测以过渡金属预测少有失误，但它不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子为中心原子的分子 2、氨气与水的、氨气与水的VSEPR模型一致，但空间构型模型一致，但空间构型不同的原因是：孤电子对之间的斥力不同的原因是：孤电子对之间的斥力孤电子孤电子对与成键电子对之间的斥力对与成键电子对之间的斥力成键电子对之间成键电子对之间的斥力的斥力 1.用价层电子对互斥理论预测用价层电子对互斥理论预测H2S和和BF3的空间结构，两的空间结构，两个结论都正确的是个
14、结论都正确的是( )A.直线形直线形 三角锥形三角锥形 B.V形形 三角锥形三角锥形 C.直线形直线形 平面三角形平面三角形 D.V形形 平面三角形平面三角形 随堂练习：随堂练习：D 2.下列分子的空间结构是正四面体形的是下列分子的空间结构是正四面体形的是 ( )CH4 NH3 CF4 SiH4 C2H4 CO2A. B. C. D.B 3.用用 VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构，其中不正模型预测下列分子或离子的空间结构，其中不正确的是（确的是（ ） A. NH4+为正四面体形为正四面体形B.CS2为直线形为直线形C.HCN为为V形形D.PCl3为三角锥形为三角锥形C 四、杂化轨道理
15、论简介四、杂化轨道理论简介（一）杂化轨道的含义（一）杂化轨道的含义杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。提出的。1、轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部能量相近的原、轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。2、杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫、杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。做杂化原子轨道，简称杂化轨道。（二）杂化轨道理论的要点（二）杂化轨道理论
16、的要点1.原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是中心原子。发生轨道杂化的原子一定是中心原子。2.原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不可能发生杂化。子不可能发生杂化。3.只有能量相近的原子轨道才能杂化只有能量相近的原子轨道才能杂化(如如2s、2p)。4.杂化前后原子轨道数目不变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参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目化轨道数目),且杂化轨道的能量相同。且杂化轨道的能量相同。5.
17、为使相互间的排斥力最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。为使相互间的排斥力最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但相同杂化形式的杂化杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但相同杂化形式的杂化轨道形状完全相同。杂化使原子的成键能力增加。形成的共价键轨道形状完全相同。杂化使原子的成键能力增加。形成的共价键更牢固。更牢固。6.杂化轨道用于形成杂化轨道用于形成键或者用来容纳未参与键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于轨道可用于形成形成键。分子的空间结构主要取决于原子轨键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。道的杂化
18、类型。 7.杂化轨道成键时仍具有共价键的特征杂化轨道成键时仍具有共价键的特征方向性和饱和性方向性和饱和性 8.杂化轨道数杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数中心原子上的孤电子对数+与中心原子结合的原子数。与中心原子结合的原子数。（三）杂化轨道类型（三）杂化轨道类型类型类型形成过程形成过程夹角夹角空间结空间结构构sp3杂化杂化轨道轨道sp3杂化轨道是由杂化轨道是由1个个s轨道轨道和和3个个p轨道杂化形成的轨道杂化形成的10928正四面正四面体形体形sp2杂化杂化轨道轨道sp2杂化轨道是由杂化轨道是由1个个s轨道轨道和和2个个p轨道杂化而成的轨道杂化而成的120平面三平面三角形角形sp杂化杂化轨道轨
19、道sp杂化轨道是由杂化轨道是由1个个s轨道轨道和和1个个p轨道杂化而成的轨道杂化而成的180直线形直线形注：原子轨道发生注：原子轨道发生sp杂化时，还有杂化时，还有2个个np轨道未发生轨道未发生杂化，若杂化，若np轨道上有未成对电子，形成分子时轨道上有未成对电子，形成分子时2个个np轨道上的电子会形成轨道上的电子会形成键。键。（四）杂化轨道类型与分子的空间结（四）杂化轨道类型与分子的空间结构的关系构的关系1.杂化轨道用于形成杂化轨道用于形成键或用来容纳未参与键或用来容纳未参与成键的孤电子对。当没有孤电子对时，能成键的孤电子对。当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子量相同的杂化
20、轨道彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子的空间结构也发生变化。形成的分子的空间结构也发生变化。2.杂化轨道与分子的空间结构的关系杂化轨道与分子的空间结构的关系（1）当杂化轨道全部用于形成）当杂化轨道全部用于形成键时键时杂化类型杂化类型spsp2sp3轨道组成轨道组成1个个ns和和1个个np1个个ns和和2个个np1个个ns和和3个个np轨道夹角轨道夹角18012010928杂化轨道示意图杂化轨道示意图实例实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子结构示意图
21、分子空间结构分子空间结构直线形直线形平面三角形平面三角形正四面体形正四面体形 (2)当杂化轨道中有未参与成键的当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时孤电子对时 由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原水分子中氧原子的子的sp3杂化轨道杂化轨道有2个杂化轨道由孤电子对占据，其分子不呈正四面体形，而呈呈V形形；氨分氨分子中氮原子的子中氮原子的sp3杂化轨道杂化轨道有有1个杂化轨道由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体形，而呈三呈三角锥形。角锥形。（五）（五）VSEPR模型与中心原子的杂化模型与中心原子的杂化轨道类型的关系轨道类型的关系 杂化轨道理论解释了价层电子对
22、互斥模型所推测的分子空间结构，杂化轨道理论解释了价层电子对互斥模型所推测的分子空间结构，但分析具体分子中的中心原子的杂化轨道类型时，应先确定分子或但分析具体分子中的中心原子的杂化轨道类型时，应先确定分子或离子的离子的VSEPR模型，再确定中心原子的杂化轨道类型。模型，再确定中心原子的杂化轨道类型。 VSEPR模模型及其中心原子对应的杂化轨道类型如表所示：型及其中心原子对应的杂化轨道类型如表所示： （六）杂化轨道类型的判断方法（六）杂化轨道类型的判断方法1.根据价层电子对互斥模型判断中心原子的杂化根据价层电子对互斥模型判断中心原子的杂化类型、空间结构类型、空间结构在确定了分子或离子的中心原子上的
23、成键电子对数和孤电子在确定了分子或离子的中心原子上的成键电子对数和孤电子对数后，可以依据下面的方法确定其中心原子的杂化轨道类对数后，可以依据下面的方法确定其中心原子的杂化轨道类型：型：键电子对数键电子对数(成键电子对数成键电子对数)+孤电子对数孤电子对数=价电子对数价电子对数=杂化轨道数杂化轨道数 32432spspsp根据杂化类型及孤电子对数即可判断分子或离根据杂化类型及孤电子对数即可判断分子或离子的空间结构，列表如下：子的空间结构，列表如下：价层电价层电子对数子对数杂化轨杂化轨道数道数成键电成键电子对数子对数孤电子孤电子对数对数杂化轨杂化轨道类型道类型分子空分子空间结构间结构实例实例222
24、0sp直线形直线形BeCl2、CO2、HCN3330sp2平面三平面三角形角形BF3、SO3、CO3221V形形SnBr2、SO2、NO24440sp3四面四面体形体形CHCl3、SiCl4、PO4331三角三角锥形锥形NH3、PCl3、SO3222V形形OF2、H2O、NH22. 根据杂化轨道间的夹角判断根据杂化轨道间的夹角判断杂化轨杂化轨道间道间的夹的夹角角杂化杂化轨轨道道类类型型109 28sp3120 sp2180 sp3.根据分子或离子的空间结构判断根据分子或离子的空间结构判断 分子或分子或离子离子的空的空间结间结构构杂化杂化轨轨道道类类型型正四面正四面体形体形sp3平面三平面三角形
25、角形sp2直线形直线形sp4.根据共价键类型判断根据共价键类型判断由杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未参与杂化的轨道由杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未参与杂化的轨道用于形成用于形成键，杂化轨道用于形成键，杂化轨道用于形成键或用来容纳未参与成键或用来容纳未参与成键的孤电子对。对于能明确结构式的分子、离子，其中心原键的孤电子对。对于能明确结构式的分子、离子，其中心原子的杂化轨道数子的杂化轨道数n=中心原子形成的中心原子形成的键数键数+中心原子上的孤中心原子上的孤电子对数。电子对数。即可将结构式和电子式相结合，从而判断中心原即可将结构式和电子式相结合，从而判断中心原子形成的子形成的键数和中心原
26、子上的孤电子对数，进而判断杂化键数和中心原子上的孤电子对数，进而判断杂化轨道数轨道数。例如：例如：(1)在在SiF4分子中，基态硅原子有分子中，基态硅原子有4个价电子，与个价电子，与4个氟原子形成个氟原子形成4个个键，没有孤电子对，键，没有孤电子对，n=4,则则SiF4分子中硅原子采用分子中硅原子采用sp3杂化。杂化。(2)在在HCHO（ ）分子中，基态碳原子有）分子中，基态碳原子有4个价电子，与个价电子，与2个个氢原子形成氢原子形成2个个键，与氧原子形成键，与氧原子形成C=O,C=O中有中有1个个键、键、1个个键，没有孤电子对，键，没有孤电子对，n=3,则则HCHO分子中碳原子采用分子中碳原子采用sp2杂化。杂化。5.以碳原子为中心原子的分子中以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化类型碳原子的杂化类型 (1)没有形成没有形成键，为键，为sp3杂化：杂化：CH4、CCl4、 (2)形成一个形成一个键，为键，为sp2杂化：杂化：CH2=CH2、苯、苯(大大键键)、 (3)形成两个形成两个键，为键，为sp杂化：杂化：CHCH、O=C=O(CO2)、S=C=S(CS2)答：
