当前位置：文档之家 › 第二章 分子结构

第二章 分子结构

  • 格式：pdf
  • 大小：1.09 MB
  • 文档页数：73

下载文档原格式

  / 73

合集下载

第二章 分子结构与性质(知识清理及练习)

第二章 分子结构与性质(知识清理及练习)

第二章分子结构与性质一．共价键1.特点：具有性和性（无方向性）2.分类：（按原子轨道的重叠方式）（1）δ键：（以“”重叠形式）a.特征：b.种类：S-S δ键. S-P δ键. P-Pδ键（2）π键：（以“”重叠形式），特征：3.判断共价键类型的一般规律是：共价单键中共价双键中共价三键中【练习】1.下列说法正确的是（）A. π键是由两个p原子轨道“头碰头”重叠形成B. δ键是镜面对称，而π键是轴对称C. 乙烷分子中的键全为δ键而乙烯分子中含δ键和π键D. H2分子中含δ键而Cl2分子中含π键2. 下列说法正确的是（）A. 共价化合物中可能含有离子键B. 非金属元素之间不能形成离子键C. 气体分子单质中一定存在非极性共价键D. 离子化合物中可能含有共价键二.键参数1.键能的定义：2.键长与共价键的稳定性的关系：键长越短，往往键能，这表明共价键。

3. 决定共价键的稳定性，是决定分子的立体构型的重要参数。

【练习】1.关于键长、键能和键角，下列说法不正确的是（）A.键角是描述分子立体结构的重要参数B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关C.键能越大，键长越长，共价化合物越稳定D.键角的大小与键长、键能的大小无关2.下列说法正确的是（）A.键能越大，表示该分子越容易受热分解B.共价键都具有方向性C.在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长D.H-Cl的键能为431.8kJ/mol ，H-Br的键能为366 kJ/mol 这说明HCl比HBr分子稳定3.已知H-H键能为436 kJ/mol ，H-N键能为391 kJ/mol ，根据化学方程式高温、高压N2+3H22NH3,1molN2与足量H2反应放出的热量为92.4 kj/mol ，则N —N的催化剂键能是（）A.431 kJ/molB.945.6 kJ/molC.649 kJj/molD.896 kJ/mol三.等电子体相同和相同的粒子具有相似的化学键特征和相同的空间构型【练习】人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是（）A.CH4和NH4+是等电子体，键角均为60°B.NO3+和CO32-是等电子体，均为平面正三角形结构C.H2O+和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构D.B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道四.价层电子对互斥理论1.价层电子对数=2.孤对电子数的计算方法：3.VSEPR模型和分子的立体构形的推测例：H2O 孤对电子数为，δ键数，价层电子对数为，VSEPR模型，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤对电子，因而H2O分子呈形。

无机化学第六版第二章 分子结构

无机化学第六版第二章 分子结构


2.spd型杂化 能量相近的（n 1）d与ns、np轨道 或ns、np与nd轨道组合成新的dsp或spd型杂化轨
道的过程可统称为spd型杂化。
杂化类型 杂化轨道数
空间构型
dsp2
sp3d d2sp3 或sp3d2
4
5
6
正方形 三角双锥 正八面体
10:01
30
（二）等性杂化与不等性杂化:
原子轨道的杂化可分为等性和不等性杂化两类。
10:01
33
N原子：2s22p3 ,有3个单电子，可形成3个共价键
2p 2s
孤对电子
杂化
孤电子对占据的杂化轨道，不参与成键，电子 云密集在中心原子周围，s轨道成分相对增大，其余 3个杂化轨道p成分相对增大。
产生不等性杂化的原因：参与杂化的原子轨 道中电子数目多于轨道数目，出现孤电子对。
10:01
10:01
13
10:01
14
例如：N2分子的形成， N：1s22s2 2pX12pY12pZ1
10:01
15
σ键与π键的区别
1）σ键重叠程度大，键牢固，可单独存在；π 键电子云较松散，不稳定，只能与σ键共存。 2）以共价键结合的两原子间只能有一个σ键， 但可以有多个π键
单键:σ键 双键:σ+π 叁键:σ+π+π
（2）同一周期中电子层结构相同的阳离子的半径， 随离子的电荷数的增加而减小；而阴离子的半径 随离子的电荷数减小而增大。
（3）同一主族元素的离子半径自上而下随核电荷 数的增加而增大。
（4）相邻主族左上方和右下方两元素的阳离子半 径相近。
10:00
4
（三）离子的电子组态
离子的电子层组态有以下几种： （1）2 电子组态：离子只有 2 个电子，外层电子组态 为 1s2。 （2）8 电子组态：离子的最外电子层有 8 个电子，外
(现代基础化学课件)第二章分子结构和分子间力、氢键

(现代基础化学课件)第二章分子结构和分子间力、氢键


1）苯分子 (C6H6) 的结构：
2p
激发
2s
2s
C原子
杂化
sp2杂化轨道 2pz
2p 大π键
在苯分子中和每个C原子相 邻的有另2个C原子和1个H 原子。
2.3.5 有机化合物分子的结构
2）乙烷分子(C2H6)的结构：
H
H
sp3-s 键
H Csp3-sp3 键C H
H
H
3）乙烯分子(C2H4)的结构：
2.3.4 CO2分子的结构
经实验测得CO2分子为直线形，试用杂化轨道理 论解释之。
根据直线形结构，C 原子杂化方式为 sp 杂化：
2p 2s
2p 激发 2s
杂化sp杂化轨道 2p
C 原子轨道
所以CO2分子的 结构为：
O
C
O
2s2
2p4
8O: 1s2 2s2 2p4
2s2
2p4
8O: 1s2 2s2 2p4
杂化过程：a)激发 b)杂化 c)成键
ns np 杂化
激发 ns np
成键
sp3
sp3-x
杂化轨道特征：
1. 经杂化后轨道能量和成分均发生了变化。
2. 轨道形状改变。
3. 杂化后轨道与其它原子的成键能力增强。
2.3.1 sp 杂化
1个s 轨道和1个p 轨道的杂化。如BeCl2 的形成：
2p
2p
2p
价层电子对互斥理论VESPR
n=(中心原子价电子数+成键原子数-电 子数)/2-双键（1）三键（2）
例： CH4 n=(4+4)/2=4 H2O n=(6+2)/2=4 H3O+ n=(6+3-1)/2=4 SO42- n=（6+2）/2=4 NO2- n=(5+1)/2=3 C2H4 n=(4+2+2)/2-1=3 CH3CHO n=(4+1+1)/2=3
第二章核酸的分子结构

第二章核酸的分子结构


核酸的研究历史和重要性（续） 历史
70年代 建立DNA重组技术，改变了分子生物学的面貌，并导 致生物技术的兴起。 80年代 RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义RNA、 “RNA世界”假说等等。 90年代以后 实施人类基因组计划（HGP）, 开辟了生命科学 新纪元。
人类基因组测序完成后，生命科学进入后基因组时代： 功能基因组学（functional genomics） Hapmap(单体型图 ) (基于SNP) 蛋白质组学（proteomics）
RNA分子中各核苷之间 的连接方式（3´-5´磷酸二 酯键）和排列顺序叫做 RNA的一级结构
RNA与DNA的差异
DNA
RNA
糖 脱氧核糖 核糖
碱基 AGCT
AGCU
不含稀有碱基 含稀有碱基
OH
5´
3´ OH
OH
4.1.2 RNA的类别
信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋白 质合成中起模板作用；
反转重复（inverted repeated)：由反方向互补的 两个DNA片段组成，两个反转重复序列又叫回 文序列(palindrome sequence)。(第47页)
镜像重复(mirror repeat)：由反方向完全相同的 两个序列组成。
直接重复(direct repeat)：由同一方向完全相同 的两个序列组成。正向重复序列、顺向重复序 列。
2 核酸的基本结构单位—核苷酸
2.1 核苷酸的化学组成与命名 2.1.1 碱基、核苷、核苷酸的概念和关系 2.1.2 常见碱基的结构与命名法 2.1.3 常见（脱氧）核苷酸的基本结构与命名 2.1.4 稀有核苷酸 2.1.5 细胞内游离核苷酸及其衍生物
第二章分子结构2

第二章分子结构2

structure），也叫电子结构式（electronic structure）。
路易斯结构式的优缺点： 优点：给出了分子的总价电子数，用“电子对” 的概念解释了经典结构式中表达弗兰克兰化合价 的短横，并标出了未键合的孤对电子。 缺点：路易斯结构式不能很好地表达分子的立体
结构，也不能表达比传统的单键、双键、叁键更
对于可以写出几个相对合理的路易斯结构式的分子，泡林提 出了“共振论”，认为分子的真实结构是这些合理路易斯结构 式的“共振杂化体”，每个结构式则称为一种“共振体”， “共振”的符号“←→” 例如：
O H3C C NH2 H3C C ONH2+
苯和乙酰胺的“共振杂化 体” 苯分子 C-C 键长没有区别，苯分子中的 C-C 键既不是双键 ，也不是单键，而是单键与双键的“共振混合体”。
m=(A的族价-X的化合价×X的个数+/-离子电荷相应的电子数)/2
分子 m
SO2 1
SO3 0
SO321
SO420
NO2+ 0
计算出来的m值不是整数,如NO2，m=0.5，这时应当作m=1 来对待，因为，单电子也要占据一个孤对电子轨道。
(2)通式AXnEm里的（n+m）的数目称为价层电子对数，令 n+m=z，则可将通式AXnEm改成另一种通式AYz 。VSEPR 模型认为，分子中的价层电子对总是尽可能地互斥，均匀 地分布在分子中，因此，z的数目决定了一个分子或离子中 的价层电子在空间的分布。
• 用“形式电荷”的概念：将键合电子的半 数分别归属各键合原子，再加上各原子的 孤对电子数，如果两者之和等于该原子 （呈游离态电中性时）的价电子数，形式 电荷计为零，否则，少了电子，形式电荷 计“+”数，多了电子计为“-”数。当结构式 中所有原子的形式电荷均为零，或者形式 电荷为“+”的原子比形式电荷为“-”的原子 的电负性小，可认为是合理的。
无机化学 分子结构

无机化学 分子结构


实例
s,p
sp
2
HgCl2
s,p,p
sp2
3
BF3
重要的杂化轨道及其形状(2)
中心原子 中心原子 中心原子的 的轨道数 的杂化轨道 杂化轨道数 杂化轨道 形状 实例
s,p,p,p
sp3
4
CCl4 NH4+
s,p,p,p,d
sp3d
5
PCl5
Hale Waihona Puke （4）sp3 不等性杂化 (sp3 Uneven Hybridization)
共价键的形成条件为
◆ 键合双方各提供自旋方向相反的未成对电子（想一想自
旋方向 相同呢？） ◆ 键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重叠
◆ 能量最低原理
价键理论基本要点
1. 电子配对原理
具有自旋相反的单电子的两个原子相互接 近时，单电子可以配对构成共价键。 如 H2： H 1s1 + H 1s1 →H-H HCl： H 1s1 + Cl 3s23p5 → H-Cl N2： N 2s22p3 + N 2s22p3 → N N
Question
写出氯酸根离子 ClO3- 的路易斯结构式.
Cl 原子的电负性小于 O 原子，意味着不存在 O－O 之间的键合. 合理的排布应该如下所示：
O Cl O O O Cl O O
ClO3-离子中价电子总数等于26(四个原子的价电子数相 加再加1), 扣除3个单键的6个电子，余下的20个电子以孤 对方式分配给四个原子, 使它们均满足八隅律的要求.
第二章 分子结构
(Structure of Molecule) 价键理论
价层电子对互斥理论
分子轨道理论
键参数
第二章分子结构和分子间力、氢键

第二章分子结构和分子间力、氢键

通式：X—H…Y X, Y = F, O, N (电负性大、半径小、含 孤对电子)
键能：< 40 kJ· mol-1
2019年4月8日3 时28分
二、氢键的特点 1、有方向性 2、有饱和性 3、氢键的强弱与电负性有关 氢键不仅存在于同种分子间，还可存在于不同分子间
2019年4月8日3 时28分
三、 氢键对化合物性质的影响
小结
sp杂化: 2个 sp杂化轨道
2杂化： 3个sp2杂化轨道 sp sp等性杂化
空间构型 直线形
实例 BeCl2
平面三角形 BF3
sp3杂化： 4个sp3杂化轨道 正四面体
s-p型
CH4
空间构型 含一孤电子对 三角锥 sp3不等性杂化 4个sp3杂化轨道
含二孤电子对 V字型

2019年4月8日3 时28分
结论：具有自旋相反的单电子的原子轨道相互靠拢能 2019年4月8日3 重叠形成稳定的共价键
时28分
2-1-2 价键理论的基本要点
①当自旋方向相反的未成对电子相互靠近时，两核间的 电子云密度增大，可以配对形成稳定的共价键。 例：A原子与B原子各有1个电子，且自旋相反，则可配 对形成稳定的共价单键 。A︰B 实例：HCl 若两个原子各有两个或三个单电子，则自旋相反的单电 子可以配对，形成共价双键和叁键。 A ∷B 和 A≡B 实例：O2 和 N2
2019年4月8日3 时28分
小 结
分子间力的本质是静电引力，包括取向力、诱导力、色散力。 极性分子和极性分子之间：取向力、诱导力、色散力。 极性分子和非极性分子之间： 诱导力、色散力。 非极性分子和非极性分子之间： 色散力。
2019年4月8日3 时28分
2019年4月8日3 时28分
第二章 分子结构

第二章 分子结构

子，“≡”是3对共用电子。 路易斯认为，稀有气体最外层电子构型 (8e-)是一 种稳定构型。其它原子倾向于共用电子而使它们的最
外层转化为稀有气体的 8 电子稳定构型－八隅律。把
这种观念被称为路易斯共价键理论。
用“共用电子对 ”维系的化学作用力称为 “共价键”。
分子有用于形成共价键的键合电子 ( 成键电子 ) 和未 用于形成共价键的非键合电子，又称“孤对电子” 。 用短棍表示原子间的共价键，同时用小黑点表示非 键合的 “ 孤对电子 ” 的结构式叫做路易斯结构式 (Lewis structure)，也叫电子结构式(electronic structure)。 例如，水、氨、乙酸、氮分子的路易斯结构式可以 表示为：
这种差别？
解：当配位原子相同而中心原子不同时，中心原子
的电负性越小，键角越小。
例5：SF4属AX4E1=AY5，其VSEPR理想模型为三角双锥体， 排除孤对电子的分子立体结构由于孤对电子的位置不同有两 种可能的模型：哪一种结构更合理呢？
90o和120o
SF4的结构
90o l－l数 90o l－b数 90o b－b数
⑤处于中心原子的全充满价层里的键合电子之间的斥力大于 处在中心原子的未充满价层里键合电子之间的斥力。 (当配位原子相同而中心原子不同时，中心原子的电负性越 小，键角越小。)
(5) 中心原子周围最小角度的位置上斥力大的电子对数目 越少，其结构越稳定。
例1：用VSEPR模型预测H2O分子的立体构型 解： (1)H2O分子属AX2E2=AY4 (2)VSEPR理想模型为正四面体，价层电子对夹角均为 109o28′。
在分子中，因此，z的数目决定了一个分子或离子中的价层电子 对在空间的分布 ( 与分子立体构型不同 ) ，由此可以画出 VSEPR
2分子结构

2分子结构


规定：
(1) 作为配体，卤素原子和H 原子提供1个电子， 氧族元素的原子不提供电子； (2) 作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计 算，氧族元素的原子按提供6个电子计算； (3) 对于复杂离子，计算价层电子对数时，加 上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数；
(4) 计算电子对数时，若剩余1个电子，亦当作 1对电子处理。
1、根据已有结构信息，原子间先单键相连；
2、计算所有原子单独满足稳定结构所需的电 子数； 3、计算总价电子数（考虑离子电荷） 4、根据2、3计算差值，算出所需成键数目 5、排列组合 6、判断稳定结构
例1. OCNO——C——N
1、价电子总数：6+4+5+1=16
2、所需电子总数：3x8=24
3、所需共价键数：（24-16)/2=4
O3、NO2 、SO2
(4)SO42-、PO43• 具有相同的重原子数； • 价电子总数32； • 具有相同的结构——正四 面体
(5)PO33-、SO32- 、ClO3• 具有相同的重原子数； • 价电子总数26； • 具有相同的结构——三角 锥型分子
四、价键理论2——杂化轨道理论
杂化轨道的理论提出是为了解决分子或者离
• PCl5 是一种白色固体，加热到 160℃ 不经过液态阶段就变成蒸气，测得 180℃下的蒸气密度（折合成标准状 况）为9.3 g/L，极性为零，P-Cl键 长为 204 pm 和 211 pm 两种。继续加 热到250℃时测得压力为计算值的两 倍。 PCl5 在加压下于 148℃液化，形 成一种能导电的熔体，测得 P-Cl 的 键长为198 pm和206 pm两种。（P、 Cl相对原子质量为31.0、35.5）
⑵选出电子对之间的最小夹角，分析对比图中 的各种排斥作用的种类和数目；
第二章分子结构与性质

第二章分子结构与性质

第二章分子结构与性质一、引言分子是物质的基本单位之一，由两个或者更多的原子通过共享电子而结合形成。

分子的结构与性质密切相关，通过研究分子结构可以了解其性质和功能。

本章将主要介绍分子结构的相关概念、分子的构象、分子的极性、分子之间的相互作用和分子的性质等内容。

二、分子结构的相关概念1.原子半径：原子半径是指原子中心到外层电子的平均距离，原子半径的大小与元素周期表上的位置有关，一般来说，周期表上原子半径随着周期数的增加而减小，随着主族号的增大而增大。

2.共价半径：共价半径是指两个原子之间共用电子对的核间距离。

共价半径随原子键数量的增加而减小，原子之间的共价半径差异越小，化学键越强。

3.共面性：共面性是指分子中原子或者键的排列方式是否在同一个平面上。

分子中的键角、键的扭曲程度等都与分子的共面性有关。

三、分子的构象1.构象的定义：构象是指分子在空间中的不同排列方式。

构象的不同通常是由于分子的键的旋转、转动和振动等造成的。

2.键角：键角是指构成分子化学键的原子之间的角度。

分子的键角直接影响分子的形状和性质。

3.立体异构体：立体异构体是指分子的空间构型不同，但是其分子式相同的化合物。

立体异构体常见的有顺式异构体和反式异构体。

四、分子的极性1.极性分子：极性分子是指分子中原子之间存在电荷分布不均匀的状况。

极性分子通常由极性键组成，极性键通常由一对电负性不同的原子组成。

2.极性键：极性键是指两个原子之间存在电子富集和电子贫集的情况。

在一个极性键中，电子富集的原子被称为δ-极性原子，而电子贫集的原子被称为δ+极性原子。

3.极性分子的特点：极性分子通常具有分子中心的电荷偏离、分子中心带电性和极性键的方向性等特点。

五、分子之间的相互作用1.范德华作用力：范德华作用力是分子之间由于电子的运动而产生的瞬时极化现象。

范德华作用力是分子之间最为普遍和重要的相互作用力。

2.氢键：氢键是指分子中氢原子与较电负的原子（如氧、氮、氟等）形成的相互作用力。

第二章分子结构

第二章分子结构

第⼆章分⼦结构第⼆章分⼦结构教学要求1、认识化学键的本质；2、掌握价键理论的内容；会⽤价键理论解释共价键的特征，会⽤价电⼦对互斥理论和杂化轨道理论解释简单的分⼦结构；3、初步认识分⼦轨道理论；4、认识分⼦间作⽤⼒和氢键的本质，会⽤其解释对物质性质的影响。

教学重点共价键的形成和本质；现代价键理论，价层电⼦对互斥模型和杂化轨道理论，同核双原⼦分⼦的分⼦轨道构成与意义；分⼦间的作⽤⼒和氢键。

教学难点价层电⼦对互斥理论，分⼦轨道理论。

教学时数9学时教学内容2.1 经典的Lewis学说2.2 价键理论2.3杂化轨道理论2.4分⼦轨道理论2.5价层电⼦对互斥理论2.6共价分⼦的性质2.7分⼦间⼒和氢键教学⽅法与媒体讲解，ppt展⽰。

引⾔通过上⼀章的学习，我们知道只有研究物质的微观结构，才能从本质上更深⼊的理解物质的性质及其变化规律。

本章内容是在原⼦结构的基础上，围绕以共价键结合的分⼦讨论有关共价键的各种理论模型以及分⼦的各种性质。

化学键：通常把分⼦或晶体中相邻原⼦之间（或离⼦）强烈的相互作⽤。

化学键有共价键、离⼦键、⾦属键。

分⼦结构通常包括：分⼦中原⼦的化学键，分⼦的空间构型，分⼦的结构与物质的物理性质、化学性质。

2.1 Lewis理论（路易斯1916年）1、电⼦配对理论---共⽤电⼦对成键。

1916年，美国的Lewis提出共价键理论，认为分⼦中的原⼦都有形成稀有⽓体电⼦结构的趋势，求得本⾝的稳定。

⽽达到这种结构，并⾮通过电⼦转移形成离⼦键来完成，分⼦中原⼦之间通过共享电⼦对⽽使每⼀个原⼦都具有稀有⽓体的稳定的电⼦结构，也称为⼋隅律规则。

路易斯结构式：把⽤短棍表⽰共价键，同时⽤⼩⿊点表⽰⾮键合的“孤对电⼦”的结构式叫做路易斯结构式。

2、Lewis学说成绩：⑴解释了⼀些简单的⾮⾦属单质和化合物分⼦的形成过程；⑵指出了共价键与离⼦键的差异。

3、Lewis学说的局限性：⑴未能阐明共价键的本质及特征，为什么都带负电荷的2个电⼦不是互相排斥，⽽配对成键？为什么共价键有⽅向性？⑵⼋偶体规则，例外很多。

物构 第二章 分子结构与性质 知识点

第二章分子结构与性质一.共价键1.共价键的本质及特征共价键的本质是在原子之间形成共用电子对，其特征是具有饱和性和方向性。

2.共价键的类型①按成键原子间共用电子对的数目分为单键、双键、三键。

②按共用电子对是否偏移分为极性键、非极性键。

③按原子轨道的重叠方式分为σ键和π键，前者的电子云具有轴对称性，后者的电子云具有镜像对称性。

3.键参数①键能：气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量，键能越大，化学键越稳定。

②键长：形成共价键的两个原子之间的核间距，键长越短，共价键越稳定。

③键角：在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角。

④键参数对分子性质的影响键长越短，键能越大，分子越稳定．4.等电子原理原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近。

二.分子的立体构型1．分子构型与杂化轨道理论杂化轨道的要点当原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。

杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间形状不同。

2分子构型与价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对空间构型，不包括孤对电子。

(1)当中心原子无孤对电子时，两者的构型一致；(2)当中心原子有孤对电子时，两者的构型不一致。

3.配位化合物（1）配位键与极性键、非极性键的比较（2）配位化合物①定义：金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物。

②组成：如[Ag(NH 3)2]OH ，中心离子为Ag ＋，配体为NH 3，配位数为2。

三.分子的性质2．分子的极性(1)极性分子：正电中心和负电中心不重合的分子．(2)非极性分子：正电中心和负电中心重合的分子．3．溶解性(1)“相似相溶”规律：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂．若存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好．(2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性，如乙醇和水互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小．4．手性具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠的现象．5．无机含氧酸分子的酸性无机含氧酸可写成(HO)m RO n，如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，使R—O—H 中O的电子向R偏移，在水分子的作用下越易电离出H＋，酸性越强，如HClO＜HClO2＜HClO3＜HClO4.。

人教版化学选3 第二章 分子结构与性质


键特点:两个原子轨道以平行或“肩并肩”
小
项 目 键
结
型
σ键
π键
成键方向
沿轴方向“头碰头” 平行方向“肩并肩” 轴对称 镜像对称
电子云形状
牢固程度
强度大，不易断裂
强度较小，易断裂
成键判断规律
共价单键是σ键，共价双键中一个是 σ键，另一个是π键，共价三键中一 个是σ键，另两个为π键。
1、已知氮分子的共价键是三键，你能模仿图2-1、 图2-2、图2-3，通过画图来描述吗？（提示：氮原 子各自 用三个p轨道分别跟另一个氮原子形成一个 σ键和两个π键。
５、配位键、配位化合物的概念；配位键、配位化合物的表 示方法；采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行 教学；培养学生分析、归纳、综合的能力。 ６、了解极性共价键和非极性共价键；结合常见物质分子立 体结构，判断极性分子和非极性分子；培养学生分析问题、 解决问题的能力和严谨认真的科学态度。 ７、范德华力、氢键及其对物质性质的影响；能举例说明化 学键和分子间作用力的区别；例举含有氢键的物质，采用 图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学；培养学 生分析、归纳、综合的能力 ８、从分子结构的角度，认识“相似相溶”规律。了解“手 性分子”在生命科学等方面的应用。能用分子结构的知识 解释无机含氧酸分子的酸性。培养学生分析、归纳、综合 的能力。采用比较、讨论、归纳、总结的方法进行教学
H－H N三 N H－Cl H－O－H H－ F
你能用电子式表示H2、HCl、Cl2 分子的形成过程吗？
为什么不可能有H3、H2Cl、Cl3 分子的形成？
一、共价键
1、共价键具有饱和性
按照共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未 成对电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键， 这就共价键的“饱和性”。H 原子、Cl原子都只有一 个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子， 不能形成H3、H2Cl、Cl3分子

2分子结构


·
·
现代价键理论是建立在量子力学基础上, 具体讨论如后:
1. 量子力学处理H2分子的结果
当两个氢原子从远处彼此接近时，将出现两种情 况：如果两个氢原子的两个1s电子,自旋方向相反,在 达到平衡距离R0以前，随着R的减小,电子运动的空间 轨道发生重叠,电子在两核 间出现的机会较多,即两核
间的电子云密度较大，削
路易斯结构式的局限性：
1. 对作为中心原子的第3周期及其以下周期的元素而言, 价 层电子数可以大于 8。例如，PCl5 和 SF6 中的中心原 子价层电子数分别为 10 和 12 。 2. 对于氧分子的结构，第一种表示虽然符合路易斯结构式， 但它不能表达氧分子显示的磁性，后两种表示方法对.

O O
正
z=成键电子对数(n) + 孤对电子对数(m)
例： z( SO 2) = 4+(6-2³4+2)/2=4 4
确定电子对的空间构型—VSEPR理想模型： z=2 直线形
z=3
z=4
平面三角形
正四面体
z=5
z=6
三角双锥
正八面体
根据中心原子的孤对电子对数m ，推断分子的 空间构型。
① m=0: 分子的空间构型即电子对的空间构型
o
o
Cl
H
H
②中心原子和配位原子的电负性大小也影响键角。
:
:
:
N H
107 o18'
N H F
102 o
P F HH H
93o18'
H
F
中心原子电负性大者，键角较大；配位原子 电负性大者，键角较小。
※ w w＞ w s ＞ s- s（配位原子电负性） ※ 处于中心原子的全充满价层里的键合电子 之间的斥力大于处在中心原子的未充满价 层里键合电子之间的斥力。

第二章分子结构(精)

第二章分子结构2-3 σ键可由s-s、s-p和p-p原子轨道“头碰头”重叠构建而成，试讨论LiH(气态分子)、HCl、Cl2分子里的σ键分别属于哪一种？答：对LiH分子：Li的电子排布1s22s1；H的电子排布1s1∴形成LiH分子时，Li的2s1电子与H的1s1电子配对成键；或Li的2s轨道电子云与H的1s轨道电子云“头碰头”地重叠形成σ键，所以该σ键称为s-s型σ键。

2s1sLi HLi-Hs-s型σ键表示由两个s轨道电子云重叠形成的σ键。

类似分析，HCl分子中，H 1s1；Cl 1s22s22p63s23p5形成共价键时，H的1s电子云与Cl的3p轨道电子云“头碰头”重叠，即s-p型σ键。

1sH3pCl H-Cl而Cl2分子中，Cl 1s22s22p63s23p5Cl 与Cl形成共价键时，2个3p轨道“头碰头”地重叠，即p-p型σ键。

3pCl3pClCl-Cl2-5 用VSEPR模型讨论CO2、H2O、NH3、CO32-、PO33-、PO3-、PO43-的分子模型，画出它们的立体结构，用短横代表分子的σ键骨架，标明分子构型的几何图形名称。

答：①CO2分子：为AX2E m型m=（C的族价-O的化合价·O的个数）·1/2=（4-2×2）=0∴应为AX2型（∵m=0,∴无E m项），即AY2型根据VSEPR理论：AY2型应为直线分子∴CO2分子为直线型，O=C=O②H 2O 分子：为AX 2E m 型，其m 为m=（O 的族价-H 的化合价·H 的个数）·1/2=（6-1×2）=2 （即二个孤对） ∴ 应为AX 2E 2型，即AY 4型根据VSEPR 理论：AY 4型应为正四面体不考虑孤对，实际的分子应为弯型（角型）③NH 3分子：为AX 3E m 型m=（N 的族价-H 的化合价·H 的个数）·1/2=（5-1×3）=1（即一个孤对） ∴ 应为AX 3E 1型，即AY 4型根据VSEPR 理论：AY 4型应为正四面体H H不考虑孤对，实际分子的几何图形应为三角锥型④CO 32-分子：为AX 3E m 型，m=（C 的族价-O 的化合价·O 的个数+离子的电荷）·1/2=（4-2×3+2）=0 （即没有孤对） ∴ 应为AX 3E 0型，即AY 3型根据VSEPR 理论：AY 3型应为平面三角形分子 ∴CO 32-分子的几何图形为平面三角形COOO120°120°2-⑤PO 33-：AX 3E mm=（P 的族价-O 的化合价·O 的个数+离子的电荷）·1/2=（5-2×3+3）=1 （即一对孤对） ∴ 应为AX 3E 1型，即AY 4型根据VSEPR 理论：AY 3型应为四面体OO 3-若不考虑孤对，PO 33-分子的实际几何图形为三角锥形⑥PO 3- ：AX 3E mm=（P 的族价-O 的化合价·O 的个数+离子的电荷）·1/2=（5-2×3+1）=0 （即没有孤对） ∴ 应为AX 3E 0型，即AY 3型根据VSEPR 理论：AY 3型应为平面三角形分子 ∴PO 3-分子的几何图形为平面三角形POOO120°120°-⑦PO 43- ：AX 3E mm=（P 的族价-O 的化合价·O 的个数+离子的电荷）·1/2=（5-2×4+3）=0 （即没有孤对）∴ 应为AX 3E 0型，即AY 4型根据VSEPR 理论：AY 3型应为四面体型离子OO3-2-9 借助VSEPR 模型、杂化轨道模型、π键与σ键、大π键以及等电子体等概念，讨论OF 2、ClF 3、SOCl 2、XeF 2、SF 6、PCl 5的分子结构。

第二章 分子结构


共享电子对
·● ·
●
非金属元素通过和其它元素共用一对电 子形成共价键结合在一起。
H ＋ Cl
H Cl 路易斯结构式
Lewis学说的局限性: 1. 无法解释两个带负电荷的电子为什么不互相排斥，
反而相互配对趋于稳定；
2. 无法解释许多共价化合物分子中原子的外层电子数 虽少于8，或多于8仍能稳定存在。
F
B
F
F
平面三角形结构的BF3分子
3.sp3杂化
CH4的空间构 型为正四面体。
C：2s22p2
2p
2s
键角为：109.5°
45
2s
2p 激发 2s 2p
sp3杂化
sp3
CH4形成 时的sp3杂化。
46
四个sp3杂化轨道
47
二、杂化轨道理论
（三）等性与不等性杂化 （1）等性杂化：所有的杂化轨道都是等同的。 （2）不等性杂化：
原子相互接近时，由于原子轨道的重叠，原子 间通过共用自旋方向相反的电子对使体系能量降低， 由此形成共价键。
重叠部分越大，键越牢固，分子越稳定。
成键原理:
① 电子配对原理 ② 原子轨道最大重叠原理
一、价键理论(Valence Bond Theory, VB)
① 电子配对原理：原子上如果有自旋相反的成单
经典的共价键理论（G.N. Lewis, 1916, 美国）
1. 要点:
共价分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的 趋势，求得自身的稳定。
原子通过共用电子对形成化学键。——共价键
“－”单键 “=”双键“ ”三键，价键结构式如：NN
Lewis 的贡献，在于提出了一种不同于离子键的 新的键型，解释了电负性比较小的元素之间原子的成键 事实。

大学无机化学第2章分子结构


sp 2个sp杂化轨道
sp杂化
上页
下页
回主目录
返回
hyzh@
BeCl2
Be:1s22s2
Cl:1s22s22p63s23p5
BeCl2 键角 θ=180° 直线型分子
上页 下页 回主目录 返回
hyzh@
（2）sp2杂化轨道：由1个s轨道和2个p轨道杂化得到 3个等同的sp2杂化轨道。每个轨道含有1/3 s和2/3 p的 成分，3个轨道处于同一平面，每个轨道间的夹角为 120º 。例如： BF3的形成 2p 2s 2 1 基态B价层电子排布： 2s 2p
1. s-p等性杂化 （1）sp杂化：1个s轨道和1个p轨道杂化得到两个等 同的sp杂化轨道。每个轨道含有0.5s和0.5p的成分，
两个轨道间的夹角为180º 。例如：BeCl2的形成
基态Be价层电子排布：2s2
2s
2p
在BeCl2分子形成中，Be原子轨道的杂化过程如下：
2s
2p
激发
2s
2p
激发态
第二章 分子结构 Molecular structure
新乡医学院化学教研室 范 秉 琳
E-mail: yaoxuejianyan@
Password: yaojian2015
物质的性质
分子的性质
分子的结构
化学键(chemical
bond)
分子中直接相邻的原子间强的相互作用 称为化学键。
2. 共价键的方向性：因为各原子轨道在空间分布方
向是固定的，为了满足轨道的最大程度重叠，原子 间形成的共价键，当然要具有方向性。
（三）共价键的类型
1.键: •成键轨道沿键轴方向头碰头重叠 •轨道重叠部分沿键轴呈圆柱形对称 •是最大重叠，可旋转，稳定性高
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

(4) 根据诱导效应指数比较
我国著名理论有机化学家蒋明谦提出的诱导效应指数，利用元素电负 性及原子共价半径，按照诱导效应指数的定义由分子结构推算出来的， 在一定的基准原子的基础上，任何结构确定的基团的诱导效应是以统一 的指数来表示的。
7. 动态诱导效应
A B
[X]+的作用
去[X]+的作用
A
B[X]+
8.诱导效应对反应活性的影响 (1) 对化合物酸碱性的影响 酸性： CH3COOH < ClCH2COOH
Pka 4.74
NH2
2.85
NH2 > >
NH2
碱性：
CH3
Cl
Pkb
8.90
9.38
10.19
-I: 使酸性增强，碱性减弱；+I:使酸性减弱，碱性增强.
(2) 对反应方向的影响
δ+
CH3 CH CH2 + HBr
OH OH OH OH Cl3C C H > Cl2CH C H > ClCH2 C H > CH3 C H OH OH OH OH
原因: a. 氯甲基的-I效应使亲核反应容易进行; b. 水合三氯乙醛因形成氢键也增加了稳定性
二、共轭效应 (Conjugative Effect)
电子离域:
(delocalization)
O >
OR;
N >
NR >
NR2
C CH >
CH CH2 > -CH2CH3
即:通常不饱和度越大, -I效应越大
6. 取代基诱导效应的相对强度测定方法 (1) 根据酸碱的强度比较
选取适当的酸或碱，以不同的原子或基团取代其中某一个氢原子，测定 取代酸碱的离解常数，可以估算出这些原子或基团的诱导效应次序。 例如 由各种取代乙酸的离解常数，可以得出基团诱导效应的强度次序。
• 电子效应 (Electronoc Effect): 取代基的电负性不同，通过键 的极性传递而影响分子中电子云的分布而起作用 • 空间效应(Steric Effect): 由于取代基的大小和形状引起分子中 特殊的张力或阻力的一种效应，空间效应也对化合物 分子的反应性产生一定影响。
一、诱导效应 (Inductive Effect)
物质的全部分子具有相同的结构，这个结构在所有时间都 是一样的，并且为所有极限式的加权平均值。
பைடு நூலகம்
二、书写共振结构式原则
1. 共振结构的原子核位置必须相同 (即电子动核不动)
NH2
+
+
+
NH2
_
NH2
_
_
NH2
NH2
(解释氨基的定位效应)
CH2
+ CH
2
(解释活性中间体的稳定性)
2. 共振结构必须符合价键的规则
H H O
H
+
H
H
_
O
H
_
O+
H
H
H
H
H
H
主要的贡献结构
重要的贡献结构
次要的贡献结构
(这 个结构中电荷的位置倒过 来了,由于正电荷在氧上，所 以这个结构是不稳定的)
共振杂化体是关于含有非定域键的分子的真实结构的一 种表示法，是画出数个可能结构，并假定真实分子为它们的 共振杂化体。这些极限式是不存在的仅存在于纸面上，它们 是人们的设想。分子不是在它们之间的迅速转变，也不是某 些分子具有一个极限式，而另外一些分子具有另一个极限 式。
第二章 化学键与分子结构
有机结构理论基础: 主要是量子化学和以此为依据的化学键理论和电子理论。
1.1 原子轨道和化学键 • 电子配对(价键理论) • 杂化轨道
• 路易斯结构式 — 点式
H H CH H
• 凯库勒结构式 — 线式
H H C H H
共价键解释: 价键理论和分子轨道理论
书写路易斯结构式的关键是原子及其电子的表示方法，应遵循 三个原则：a. 价层占据度原则；b. 共价键数目最多原则；c. 未共 享价电子数最少原则。此理论的核心是原子间通过共用电子对形 成最外层8个电子的惰性气体稳定电子结构(ns2np6) (氢除外)的趋 向。故路易斯价键理论又称八隅体规则。
4. 共振结构必须具有相同数目的未配对电子
例:
H C C H H H (I) . . H C C H H H (II)
(II)式为双游离基，(II)式与(I)式所含有的未配对电子数目不 同，因此(II)式不是乙烯的共振结构。
CH2 CH CH2 CH2 CH CH2
CH2 HC CH2
5. 共振结构的能量应彼此大致相同
正常状态
试剂作用下状态
• 动态诱导效应与静态诱导效应的区别： (1)起源不同.
静态诱导效应是分子本身固有的，是一种永久的不随时间而改变的效 应；动态诱导效应是由外来因素影响引起的，是一种暂时的随时间变化 的效应
(2) 传导方向和极化效果不同.
静态诱导效应是分子的内在性质，不一定有利于反应； 动态诱导效应是由外界极化引起的，电子转移的方向符合反应的要求, 即电子向有利于反应的方向转移。 在化学反应过程中, 动态主导
例3：分子的极性
> μ=3.4D μ=2.5D
5. 静态诱导效应的强度及其比较 (1 ) 诱导效应的强度 主要取决于有关原子或基团的电负性，与氢原子相 比，电负性越大-I效应越强，电负性越小则+I越强。 • 周期表位 -I效应： -F > -Cl > -Br > -I -F > -OH > -NH2 > -CH3
4. 诱导效应的加和性 例1：α-氯代乙酸的酸性。氯原子取代越多，酸性越强
Cl3CCOOH
pKa 0.64
Cl2 CHCOOH
1.26
ClCH2COOH
2.86
CH3COOH
4.75
例2：供电子基越多，酸性越弱 HCOOH pKa 3.75 CH3COOH 4.76 (CH3)2CHCOOH 4.86
例如，在任何极限式中碳原子不可能为五价，氧原子不可能 为三价，围绕氢的价电子数不得超过2，第一周期的元素最 多只能有8个价电子。
3. 参与共振的所有原子，即被非定域电子所涉及的 原子，必须位于同一平面或近似同一平面。
例如，丙烯基正离子采取平面的几何形状，因为平面结构 能使三个p 轨道取得最大的重叠。
常见的具有吸电子效应的基团：
+ +
-NR3, -SR2 > -NO2, -SO2R > -CN > -COOH > -CO2R > -COR > F > -Cl > -Br > -I > OCH3 > -OH > C6H5- > CH2=CH- > H
常见的具有供电子效应的基团： 烷基，O-, -COO-
(2) 根据分子的偶极矩比较 (3) 由核磁共振化学位移比较
由核磁共振化学位移数据与偶极矩测定的结果有所不同,H-CH3 δ= 0.23 ppm, CH3-CH3 δ= 0.90 ppm,甲基与氢相比具有吸电性; 而偶极 矩测定的结果恰恰相反,甲基具有供电性。烷基是供电基还是吸电基？ 存在着矛盾，有待进一步探讨。
氯原子吸电子诱导
Cl
CH2
O C
O C
O
H
甲基供电子诱导
CH3
CH2
O
H
例: 氯代丁酸和丁酸的酸性
O Cl O O O Cl CH3CH2CH2COH ClCH2CH2CH2COH CH3CHCH2COH CH3CH2CHCOH
Ka×104
0.155
0.26
0.89
14.0
• 氯原子距羧基越远，诱导效应作用越弱。 • 诱导效应是一种短程效应，一般经过三个原子之后就弱得 可以忽略
一、共振论的基本论点
1. 如果一个分子或分子的一部分可以写出几种不同的路易 斯结构，而所有这些结构中原子核的相对位置是固定不 变的，只是核间电子分布不同时，那么这个分子不宜用 单独一种路易斯结构来表示，它具有所有这些结构代表 的性质。
2. 有一些路易斯结构比另一些更为合理。 最接近于真实分子的结构是具有下列特点的结构： 共价键的数目最多、异号电荷的分离程度最低以及任何负 电荷都处于电负性最大的原子上（或任何正电荷都在电正 性最大的原子上）。
δ-
δ-
CH3 CH CH3 Br
δ+
Cl3C CH CH2 + HBr
Cl3C CH2 CH2Br
(3) 对反应机理的影响
CH3Br + H2O
(CH3)3CBr + H2O
CH3OH + HBr
(SN2) (SN1)
(CH3)3COH + HBr
(4) 对反应速率的影响 例1. 醛的亲核加成反应活性 Cl3CCHO > Cl2CHCHO > ClCH2CHO > CH3CHO 例2. 卤代烷的亲核取代反应活性： R-I > R-Br > R-Cl (动态诱导效应) (5) 对化学平衡的影响 例: 乙醛和α-卤代乙醛的水合平衡稳定性
(3) 动态和静态诱导效应: 通常一致/有时各异
例： 静态 极性次序: 动态 亲核取代:
C-F > C-Cl > C-Br > C-I R-I > R-Br > R-Cl > R-F
在同一族元素，由上到下动态诱导效应增强
(原因: 原子序数增加，电负性减小，电子受核的约束减小，电子的 活动性、可极化性增加，所以动态诱导效应增强)
在成键原子间电子云并非完全对称分布，而是偏向电负性较 高的原子一边，这样形成的共价键键就具有了极性 (polarity)， 称为极性共价键或极性键。