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1、第2节 共价键与分子的空间构型 分子极性,一、形形色色的分子,O2,HCl,H2O,CO2,C2H2,CH2O,COCl2,NH3,P4,CH4,CH3CH2OH,CH3COOH,C6H6,C8H8,CH3OH,C60,C20,C40,C70,碳原子:,为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论,基本要点：在形成分子时，由于原子的相互影响，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。这种轨道重新组合的过程叫做原子轨道的杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。杂化前后轨道数目不变。杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。,杂化轨道,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
2、相同的轨道。,由于每个轨道中都含有1/4的s轨道成分和3/4的p轨道成分，因此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分别指向正四面体的四个顶点。,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键，形成一个正四面体构型的分子。,sp2杂化轨道,乙烯中的在轨道杂化时，有一个轨道未参与杂化，只是的s与两个p轨道发生杂化，形成三个相同的sp2杂化轨道，三个sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面。杂化轨道间夹角
3、为120。,乙烯分子中键的形成,sp杂化轨道,两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成sp-sp 键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个sp-s键，两个py轨道和两个pz轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的P-P键，形成乙炔分子。,基态N的最外层电子构型为 2s22p3，在H影响下，N 的一个2s轨道和三个2p 轨道进行sp3 不等性杂化，形成四个sp3 杂化轨道。其中三个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子，另一个sp3 杂化轨道被孤对电子所占据。N 用三个各含一个未成对电子的sp3 杂化轨道分别与三个H 的1s 轨道重叠，形成三个 键。由于孤对电子的电子云密集在N
4、 的周围，对三个 键的电子云有比较大的排斥作用，使 键之间的键角被压缩到，因此NH3 的空间构型为三角锥形。,NH3 的空间构型,基态O 的最外层电子构型为2s22p4，在 H 的影响下，O 采用sp3 不等性杂化，形成四个sp3 杂化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占据。O 用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨道分别与两个H 的 1s 轨道重叠，形成两个 键。由于O的两对孤对电子对两个 键的成键电子有更大的排斥作用，使 键之间的键角被压缩到，因此 H2O 的空间构型为角型。,的空间构型,杂化轨道理论解释苯分子的结构：,C为SP2杂化,所有原
5、子（12个）处于同一平面,分子中6个碳原子未杂化的2P轨道上的未成对电子重叠结果形成了一个闭合的、环状的大键,形成的电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面，一个位于平面下面，经能量计算，这是一个很稳定的体系。,C-C(sp2-sp2);C-H(sp2-s),大 键 C6H6,C6H6的大键（离域键）,0 0 0 1 2,几种常见的杂化轨道类型,4.等电子原理,等电子体原理：原子数相同、电子总数相同的分子互称为等电子体。等电子体的结构相似，物理性质相近。此后，等电子体原理又有所发展由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特
6、征。,等电子原理的某些应用：（1）判断一些简单分子或离子的立体构型：等电子体一般有相同的立体构型。（2）制造新材料方面的应用。,根据等电子原理，判断下列各组分子属于等电子体的是（）A、H2O、H2S B、HF、NH3 C、CO、CO2 D、NO2、SO2,A,在短周期元素组成的物质中，与NO2互为等电子体的分子有：、。,3个原子,H HeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl Ar,O3,各原子最外层电子数之和为18,SO2,9.（2010德州调研）1991年Langmuir提出：“凡原子数与总电子数都相等的物质，其结构相同，物理性质相近”，此原理称为等电子原
7、理。相应的物质，互称为等电子体。化学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构与性质，例如CH4与有相同的电子数目及空间构型，另外BN分子和C2（碳的一种同素异形体）分子互为等电子体。(1)依据等电子原理在下表空格处填写相应的化学式：,(2)(BN)3是一种新的无机合成材料，它与某单质互为等电子体。工业上制造(BN)3的方法之一是用硼砂Na2B4O7和尿素CO(NH2)2在1073 K1273 K时反应，已知得到-(BN)3、NaHCO3和水。-(BN)3可作高温润滑剂、电气材料和耐热的涂层材料等。如在高温高压条件下反应，可制得硬度特高的-(BN)3，是作超高温耐热陶瓷材料、磨料、精密刃具的好材质
8、。与(BN)3互为等电子体的单质是(写分子式)。写出硼砂和尿素反应的化学方程式：-(BN)3用(BN)3表示。-(BN)3与的晶体结构相似，-(BN)3与的晶体结构相似。,【答案】(1)(2)C63Na2B4O7+6CO（NH2）2 4（BN）3+6NaHCO3+9H2O石墨；金刚石,1、分子的对称性,对称性普遍存在于自然界。例如五瓣对称的梅花、桃花，六瓣对称的水仙花、雪花（轴对称或中心对称）；建筑物和动物的镜面对称；美术与文学中也存在很多对称的概念。,对称的雪花,二、分子的空间构型与分子结构,建筑艺术中的对称性,自然界中的对称性,2、手性分子,左手和右手不能重叠 左右手互为镜像,手性异构体和
9、手性分子,概念：如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子互称手性异构体。有手性异构体的分子称为手性分子。,条件：当四个不同的原子或基团连接在碳原子上时，形成的化合物存在手性异构体。其中，连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。,1下列化合物中含有手性碳原子的是()A.CCl2F2 B.CH3CHCOOHC.CH3CH2OH D.CHOH,B,课堂练习,B,非极性分子：,电荷分布均匀对称的分子；分子内没正、负两极的分子。,3、分子的极性,正电荷重心和负电荷重心相重合的分子,共用电子对,2个Cl原子吸引电子的能力相同，共
10、用电子对不偏向任何一个原子，整个分子的电荷分布均匀，为非极性分子,只含有非极性键的分子因为共用电子对无偏向，分子是非极性分子,极性分子：,电荷分布不均匀不对称的分子；分子内存在正、负两极的分子。,正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子,共用电子对,HCl分子中，共用电子对偏向Cl原子，Cl原子一端相对地显负电性，H原子一端相对地显正电性，整个分子的电荷分布不均匀，为极性分子,+,-,以极性键结合的双原子分子为极性分子,分子的极性,分子的空间结构,键角,键的极性,分子极性的判断方法,1、双原子分子,取决于成键原子之间的共价键是否有极性,2、多原子分子(ABm型),取决于分子的空间构型,ABm分子极
11、性的判断方法,1、化合价法,请判断PCl3、CCl4、CS2、SO2 BCl3、CS2、SO3分子的极性。,若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，若不等则为极性分子；若中心原子有孤对电子(未参与成键的电子对)则为极性分子，若无孤对电子则为非极性分子。,ABm分子极性的判断方法,1、化合价法,将分子中的共价键看作作用力，不同的共价键看作不相等的作用力，运用物理上力的合成与分解，看中心原子受力是否平衡，如平衡则为非极性分子；否则为极性分子。,2、物理模型法,C=O键是极性键，但从分子总体而言CO2是直线型分子，两个C=O键是对称排列的，两键的极性互相抵消（F合=0）
12、，整个分子没有极性，电荷分布均匀，是非极性分子。,180,F1,F2,F合=0,10430,F1,F2,F合0,O-H键是极性键，共用电子对偏O原子，由于分子是V形构型，两个O-H键的极性不能抵消（F合0），整个分子电荷分布不均匀，是极性分子,BF3：,NH3：,120,10718,三角锥型,不对称，键的极性不能抵消，是极性分子。,F1,F2,F3,F,平面三角形，对称，键的极性互相抵消（F合=0），是非极性分子。,109.5,正四面体型，对称结构，C-H键的极性互相抵消（F合=0），是非极性分子。,常见分子的类型与形状比较,非极性,He、Ne,直线形,非极性,非极性,H2、Cl2,直线形,极
13、性,极性,HCl、CO,折线形,180,极性,极性,H2O、SO2,直线形,180,极性,非极性,CO2、CS2,折线形,180,极性,极性,HClO,直线形,180,极性,极性,HCN,三角锥形,10718,极性,极性,NH3、PCl3,平面正三角形,120,极性,非极性,BF3,180,极性,极性,H2O2,正四面体,60,非极性,非极性,P4,正四面体,10928,极性,非极性,CH4、SiF4,只含有非极性键的单质分子是非极性分子。含有极性键的双原子化合物分子都是极性分子。含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；空间结构不对称的为极性分子。,巩固练习：1、下列叙述正确的是（
14、）：,凡是含有极性键的分子一定是极性分子。极性分子中一定含有极性键。非极性分子中一定含有非极性键。非极性分子中一定不含有极性键。极性分子中一定不含有非极性键。凡是含有极性键的一定是极性分子。非金属元素之间一定形成共价键。离子化合物中一定不含有共价键。,2,相似相溶原理,思考题：水是极性溶剂，四氯化碳是非极性溶剂，试判断构成下列物质的分子是否是极性分子，并分析这些物质在水和四氯化碳中的溶解性。碘单质、氨气、甲烷、氟化氢,研究分子极性的实际意义,极性分子的溶质易溶于极性溶剂，非极性分子的溶质易溶于非极性溶剂中。,分子的极性对物质熔沸点的影响,极性分子的分子间作用力一般较大，熔沸点较高。如：CO高于N2,
