第四章分子结构.docx

第四章分子结构（现用教材第七章）一、教学目的和要求：1理解离子键和共价键的基本特征及其区别，掌握现代价键理论的基本观点，共价键的类型、基本特征及键参数。2 .熟悉轨道杂化理论的基本内容，能用轨道杂化理论解释一些常见的简单分子的空间构型及性质。3 .理解分子的极性和分子间力的类型和特征，了解分子间力对物质理化性质的影响。4 .熟悉氢键的形成条件及氢键的特点，理解氢键对物质性质的影响C5 .了解价层电子对互斥理论。二、教学内容化学键及其类型；离子键的形成及特点；离子的特征；共价键的价键理论和共价键的特征；共价键的类型（Cr键和”键）和键参数：原子轨道杂化理论（印，印2,印3杂化，等性杂化和不等性杂化）；价层电子对互斥理论及共价键的分子轨道理论简介；分子的极性和分子间力；离子的极化；氢键的形成条件、特点、分类及时物质性质的影响：晶体知识简介。三、教学重点和难点1 .重点内容：化学键及其类型：共价键的价键理论和共价键的特点：共价键的类型（。键和兀键）和键参数：原子轨道杂化理论（卯、印2、卯3杂化，等性杂化和不等性杂化）：分子的极性和分子间力：氢键的形成条件、特点、分类及对物质性质的影响。2 .难点内容：轨道杂化理论，价层电子对互斥理论，分子轨道理论，氢键。本章教学内容采用讲授+板书辅以多媒体课件、理论讲解与实例理论分析相结合的方法进行。根据学生对化学键和离子键基本知识的掌握情况，着重学习离子键的特征、离子的特征及其离子的电子构型的内容。以海特勒和伦敦的H2分子形成过程能量随核间距离变化曲线图，介绍共价键的本质及其价键理论的要点,分析CI2、HC1和NH3分子中共价键的特征，分析CI2、HC1和N2分子及NW+离子中的共价键类型，使学生理解并掌握共价键的基本知识。简单介绍共价键的参数。以价键理论分析形成甲烷分子的空间构型与实际结构存在极大差异，为解释分子的实际测得的构型，需用轨道杂化理论对价键理论予以补充。依次介绍杂化的概念及其轨道杂化理论的要点，在此基础上，以实例分析各种由ns轨道与np轨道杂化的有关内容，分析NH3和HzO分子构型，给出等性杂化和不等性杂化的内容。价层电子对互斥理论是推测分子构型的简便方法，由IF?-、SO2,、P043-为例介绍讨论其空间构型的过程。键的极性引入分子的极性、不同类型分子中的偶极类型及其分子间的作用力类型；由NH3、±0和HF熔点不符合分子间力对同系列物质性质变化规律的现象，引入氢键的有关内容。四、教学过程设计：1化学键及其类型化学键是指分子内直接相邻的两个和多个原子之间强烈的相互作用。化学键可分为离子键、共价键和金属键三种。而在分子之间普遍存在着较弱的相互吸引作用，称为分子间力或范德华力。2.离子键(1)离子键的形成：电负性小的活泼金属原子与电负性大的非金属原子之间容易发生价电子的转移而形成稳定电子结构的阴、阳离子，通过阴、阳离子之间的静电引力而形成的化学键叫离子键.离子键的形成使体系的能量降低。形成离子键的条件是成键原子间的电负性相差较大，一般要大于1.7,单键离子性在50%以上。具有离广键的化合物称为离子化合物，但不能理解成离子化合物中的原子间都是以离子键键合的，如电负性最大的F原子(电负性为4.0)与电负性最小的Cs原子(电负性为0.7)形成最典型的离子化合物(电负性差达3.3)分子中，键的离子性只有92%,记我它们的离子之间仍有部分原子轨道重叠而具有共价性。(2)离键的特征：离子键没有方向性和饱和性。以NaC1晶体为例予以分析。(3)离子的特征：离子的三大特征(离子的半径、离子的电荷和离子的电子构型)决定了离子化合物的性质。离子的半径：与原子半径一样，离子半径也没有确定的含义，通常是由晶体中阴、阳离子间静电吸引力和排斥力达平衡时所测得的核间距(表示离子作用范困大小)。离子半径有多种推算方法，一般常用鲍林根据核电荷数和屏蔽常数推算的离子半径。(复习离子半径变化规律)离子半径决定离子化合物中阴、阳离子间的吸引力，离子半径越小，离子间吸引力越大，相应化合物的熔点就高。离子的电荷：对于单原子离子来说，离子的电荷是原子在形成离子化合物过程中失去或得到电子数。离子的电荷越高而离子半径越小时，离子间的吸引力越强，离子键越强，因此，离子的电荷对化合物的性质有一定影响。离子的电子构型：离子的电子构型有五种。简单的负离子的最外层都具有稳定的8电子构型，而正离子的电子构型就较为复杂：2电子构型(Is?)：最外层为2个电子的离子，第二周期的IA和HA族的离子8电子构型(ns2np6):最外层为8个电子的离子，主要是主族元素所形成的离子。18电子构型(ns2np6ndi):最外层为18个电子的离ds区元素和p区高氧化态的金属正离子。18+2电子构型(n-1)s2(n-1)p6(n-1)di5s2:次外层为18个电子、最外层为2个电子的离子,IVA族元素的+2价阳离子,如Pb2+、Sn2+o917电子构型(ns2np6di9).主要是d区金属的离子和少数ds区的金属阳离子。离子的电子构型对化合物的性质影响很大。不同构型的阳离子对同一种阴离子的结合力大小的规律是：8电子构型v917电子构型V2、18、18+2电子构型。3 .共价键的电子配对理论和共价键的特征(1)共价键的价键理论：海特勒和伦敦用量子力学处理Hz分子的成键过程时的能量变化曲线表明只有自旋方向的单电子原子相互接近时，可以通过共用电子对形成化学键，这种化学键称为共价键。共价键的本质是电性作用力。现代共价键理论有电子配对法、杂化轨道理论、分子轨道理论和夹层电子对互斥理论。电子配对法(价键理论)的要点：电子配对原理.：各有一个自旋相反的未成对电子的原子可以发生原子轨道重登，相互配对形成共价键，配对的电子为两个成键原子所共有。如果这两个原子个有两个或三个未成对电子，自旋相反的单原子可两两配对形成共价双键或叁键。能量最低原理：成键原子在电子配对后会放出能量，使体系的能量降低而稳定。原子轨道最大重会原理：成键的原子轨道总是尽可能地最大程度重段，原子轨道重售程度越大，两核间电子概率密度越大，形成的共价键越牢固。(2)共价键的特征：共价键具有方向性和饱和性，分别以H-CI、H-O-H和NE为例分析。(3)共价键的类型：以原子轨道重卷方式不同分为。键(原子轨道沿键轴方向以''头碰头"方式重费)和兀键(原子轨道以平行或''肩并肩"方式重叠)，Cr键比无键重叠程度大，键能大，稳定性高。两个成键原子间总是先形成。键，而且只能形成一个。键。以成键原子间电子配对的数目不同分为单键、双键和叁键。以成键的电子对提供方式不同分为正常共价键和配位共价键。以NH3为例分析配位键的形成条件及其表示方式。(4)共价键参数：键长、见能、键角和键的极性是表征共价键性质的物理量，介绍其含义及意义，注意键能与解离能的区别。4 .轨道杂化理论复习价键理论要点，根据CH4分子的空间构型指出价键理论还不完善，为解释常见分子的空间构型，需引出轨道杂化的主要内容。(1)杂化和杂化轨道的概念：原子在形成分子时，为了增强成键能力，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道，这种重新组合过程称为轨道杂化，所形成的新轨道称为杂化轨道。原子轨道发生杂化的目的是增强原子的成键能力。注意：是原子轨道发生杂化，而不是轨道上的电子发生杂化。轨道杂化只在形成分子的过程中才发生，孤立的原子不可能发生杂化。(2)轨道杂化理论的要点：原子在形成分子时，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组能量、形状、方向与原来轨道不同的新轨道，这种重新组合过程称为轨道杂化，所形成的新轨道称为杂化轨道。同一原子中，只有能级相近的轨道才能发生杂化，参加杂化的原子轨道数目与形成的杂化轨道数目相同。原子轨道杂化后，每个杂化轨道的组成、能量、形状(一头大，一头小)相同，为使杂化轨道问的排斥力最小，在空间取得最大键角而有一定的伸展方向。杂化轨道的空间伸展方向决定了分子的空间构型。不同类型的杂化，杂化轨道的空间伸展方向不同。杂化轨道的电子云分布集中，成键能力增强，使轨道重登程度增大，所形成的分子更稳定。(3)轨道杂化类型：根据参加杂化的原子轨道类型不同，有S轨道和P轨道杂化类型及S轨道P轨道和d轨道杂化类型：根据参加杂化的轨道数目不同，杂化类型也有不同：根据参与杂化的轨道数目与轨道上的电子数目是否相同可分为等性杂化和不等性杂化。以BeC12、BF3和CE为例介绍等性的sp、sp2,sp3杂化的内容，以N&和WO为例介绍不等性杂化的内容。类型轨道数目杂化轨道的夹角分子的空间构型实例SP2180直线BeCI2zCO2.HgC12，SP23120平面三角BF3zCOCI2.NO3-.CO32-SP34109.5四面体CH4zCCI4.SO42PO43'.CIO4-dsP2490,180平面正方形Cu(NH3)42+Ni(H2O)42十SP3d5120,90,180三角双锥PC15SP3d2690,180八面体SF6zSiF62-5 .价层电子对互斥理论（1）价层电子对互斥理论的基本要点在AXn型共价分子的几何构型主要由中心原子A价电子层中电子对（包括成键电子对和孤电子对）之间的排斥作用所决定，总是采取电子对相互排斥最小的几何分布（即采取电子对彼此相距尽可能远离的空间结构）。价层电子对相互排斥作用的大小,取决于电子对之间的夹角和电子对的成键情况,其一般规律为:电子对之间的夹角越小排斥力越大：不同种类电子对之间排斥力大小顺序为：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：AXn型分子中，A与X之间通过双键或叁键结合时，重键电子云在中心原子周围占据的空间比单键电子云大，对键角有一定影响，排斥力大小顺序为：叁键双键单健；若中心原子A相同，成键电子对之间的排斥力随X原子的电负性增加而减小；若X原子相同，成键电子对之间的排斥力随中心原子电负性增加而增加。（2）推测AXr1型共价分子（离子）空间构型的步骤：确定中心原子A价电子层的电子对数1价层电子对数=五（中心原子价电子数+配位原子提供的电子数-离子电荷代数值）：根据中心原子A周围的电子对数，从中心原子价层电子对与分子空间构型关系表中找出翔对应的理想空间构型；根据孤电子对、成键电子对之间相互排斥力的大小，确定排斥力最小的稳定结构。价层电子对与分子空间构型的对应关系价层电子对数价层电子对空间构型成键电J-对数孤'UJ'为数分子哭型分子空间空间构型实例2直线形20A直线形BeCI2zCO2zHgCIX?23平面三角形3OAX3平面三角形BF3,SO3NO3-,CO32-21AX2EV形PbCI2zSO2,4OA×4四面体形CH4zSO42-,PO43*31AX3E三角锥形NH3zSO32",422AX2E2V形H2OzCIO2-5三角双锥形5OAX5三角双锥形PCI5zVO3-41AX4E四面体形SF4,ec1432AX3E2T形CIF3zBrF323A×2E3直线形XeF2J3-6八面体形