化学结构分析讲义

全面剖析大π键【方法与规律】1、大π键的定义在多原子分子中，如有相互平行的p轨道，它们连贯地“肩并肩”地重叠在一起构成一个整体，p电子在多个原子间运动形成π型化学键，这种不局限在两个原子之间的π键称为离域π键或共轭大π键2、大π键的形成条件(1)所有参与形成离域π键的原子在同一平面上，因此中心原子采取sp2杂化或sp杂化(2)参与形成离域π键的原子都必须提供一个或两个相互平行的p轨道(3)形成离域π键的p轨道上的电子总数小于p轨道数的2倍3、大π键表示方法：nmπ，m为原子个数，n为共用电子个数，m≤2n如：43π指平行于p轨道的数目有3个(一般粒子有几个原子，就是几个p轨道)，平行p轨道里的电子数为44、m和n的计算方法(1)ABn型的分子或离子【方法一】①m为原子个数：一般粒子有几个原子，就是几个p轨道，如：SO2有3个原子形成π键，则m=3②n值的计算a．分析出参与形成离域π键的每个原子形成几个σ键b．形成σ键后，若只有一个成单电子，则该电子参与形成大π键，若没有成单电子，则最多有一对孤对电子参与形成大π键物质分析方法大π键SO2S、O原子的电子式分别为：、，中心原子S采取sp2杂化，形成2个σ键，还有4个电子即2对孤对电子，S原子最多提供1对孤对电子形成大π键，O原子形成1个σ键后，还有5个电子，有1个单电子，则两个O原子的单电子参与形成大π键，故n=2+2×1=4，因此SO2大π键为43π43πO3O原子的电子式分别为：，中心原子O采取sp2杂化，形成2个σ键，还有4个电子即2对孤对电子，中心O原子最多提供1对孤对电子形成大π键，配位O原子形成1个σ键后，还有5个电子，有1个单电子，则两个O原子的单电子参与形成大π键，故n=2+2×1=4，因此O3大π键为43π43πNO2－N、O原子的电子式分别为：、，中心原子N采取sp2杂化，形成2个σ键，还有3个电子则有1个单电子，中心N原子最多提供1个单电子形成大π键，配位O原子形成1个σ键后，还有5个电子，有1个单电子，则两个O原子的单电子参与形成大π键，由于带一个单位的负电荷，也要参与形成大π键，故n=1+1+2×1=4，因此NO2－大π键为43π43π规律①若微粒互为等电子体，则大π键是相同的；②若为离子，n的数值遵循“阴加阳减”CO2C、O原子的电子式分别为：、，中心原子C采取sp杂化，形成2个σ键，还有2个电子即1对孤对电子，中心C原子最多提供1对孤对电子形成大π键，O原子形成1个σ键后，还有5个电子，有1个单电子，则两个O原子的单电子参与形成大π键，由于带一个单位的负电荷，也要参与形成大π键，故n=2+2×1=4，因此CO2大π键为43π43π同理SCN—、NO2+、N3—互为等电子体，则大π键是相同的，大π键为43π物质分析方法大π键CO32—C、O原子的电子式分别为：、，中心原子C采取sp2杂化，形成3个σ键，还有1个单电子，中心C原子最多提供1个单电子形成大π键，O原子形成1个σ键后，还有5个电子，有1个单电子，则3个O原子的单电子参与形成大π键，由于带2个单位的负电荷，也要参与形成大π键，故n=1+2+3×1=6，因此CO32—大π键为64π64π同理NO3—、SO3互为等电子体，则大π键是相同的，大π键为64π【方法二】①m为原子个数：一般粒子有几个原子，就是几个p轨道，如：SO2有3个原子形成π键，则m=3②n值的计算(3个部位加起来的总和)a．中心原子=中心原子价电子数－形成σ键所提供的电子总数－孤电子数b．成键原子=成单电子数总和c．外界：阴阳离子，遵循“阴加阳减”物质分析方法大π键SO2①S的杂化：sp2②形成大π键的p轨道电子总数a．中心S原子=中心原子价电子数－形成σ键所提供的电子总数－孤电子数=6－2×1－2=2b．成键原子=2×1=2c．外界：0n=2+2=4，因此SO2大π键为43π43πNO2+①N的杂化：sp②形成大π键的p轨道电子总数a．中心N原子=中心原子价电子数－形成σ键所提供的电子总数－孤电子数=5－2×1－0=3b．成键原子=2×1=2c．外界：－1n=3+2－1=4，因此NO2+大π键为43π43πSO3①S的杂化：sp2②形成大π键的p轨道电子总数a．中心S原子=中心原子价电子数－形成σ键所提供的电子总数－孤电子数=6－3×1－0=3b．成键原子=3×1=3c．外界：0n=3+3=6，因此SO3大π键为64π64πNO3—①N的杂化：sp2②形成大π键的p轨道电子总数a．中心N原子=中心原子价电子数－形成σ键所提供的电子总数－孤电子数=5－3×1－0=264πb ．成键原子=3×1=3 c．外界：1n=2+3+1=6，因此NO3—大π键为64π【方法三】①m为原子个数：一般粒子有几个原子，就是几个p轨道，如：SO2有3个原子形成π键，则m=3②n值的计算a．先计算微粒的总价电子数(a)b．计算原子之间的σ键，一对σ键存在2个电子(b)c．中心原子的孤对电子数(c)d．外围原子的价层电子中的孤对电子数，如:O原子为2s、2p中各有1对，共4个电子(d)③n=a－b－c－d物质分析方法大π键SO2总价电子数a=6+6×2=18σ键电子数b=2×2=4中心原子的孤对电子数c=2外围原子的价层电子中的孤对电子数d=2×4=8n=a－b－c－d=18－4－2－8=4，因此SO2大π键为43π43πNO2+总价电子数a=5+6×2－1=16σ键电子数b=2×2=4中心原子的孤对电子数c=0外围原子的价层电子中的孤对电子数d=2×4=8n=a－b－c－d=16－4－0－8=4，因此NO2+大π键为43π43πSO3总价电子数a=6+6×3=24σ键电子数b=3×2=6中心原子的孤对电子数c=0外围原子的价层电子中的孤对电子数d=3×4=12n=a－b－c－d=24－6－0－12=6，因此SO2大π键为64π64πNO3—总价电子数a=5+6×3+1=24σ键电子数b=3×2=6中心原子的孤对电子数c=0外围原子的价层电子中的孤对电子数d=3×4=12n=a－b－c－d=24－6－0－12=6，因此NO3—大π键为64π64π(2)多个中心原子(AmBn)型的分子或离子——用方法一①m为原子个数：一般粒子有几个原子，就是几个p轨道，如：SO2有3个原子形成π键，则m=3②n值的计算a．分析出参与形成离域π键的每个原子形成几个σ键b．形成σ键后，若只有一个成单电子，则该电子参与形成大π键，若没有成单电子，则最多有一对孤对电子参与形成大π键物质分析方法大π键C原子的电子式为：，每个C原子采取sp2杂化，形成3个σ键，每C原子有1个成单电子，该单电子参与形成大π键，因此其大π键为66π66πC、N原子的电子式为：、，C原子都采取sp2杂化，形成3个σ键，每C原子有1个成单电子，该单电子参与形成大π键，N原子形成2个σ键，还有3个电子，有一个成单电子参与形成大π键，所以n=5×1+1=6，因此其大π键为66π66π物质分析方法大π键C、N原子的电子式为：、，C原子都采取sp2杂化，形成3个σ键，每C原子有1个成单电子，该单电子参与形成大π键，N原子形成3个σ键，还有1对孤对电子，这对孤对电子一定参与形成大π键，所以n=4×1+2=6，因此其大π键为65π65πC、N原子的电子式为：、，C原子都采取sp2杂化，形成3个σ键，每C原子有1个成单电子，该单电子参与形成大π键，1号N原子形成3个σ键，还有1对孤对电子，这对孤对电子一定参与形成大π键，2号N原子形成2个σ键，还有3个电子，则有一个成单电子参与形成大π键，所以n=3×1+2+1=6，因此其大π键为65π65πC、O原子的电子式为：、，C原子都采取sp2杂化，形成3个σ键，每C原子有1个成单电子，该单电子参与形成大π键，O原子形成2个σ键，还有4个电子即2对孤对电子，O原子最多提供1对孤对电子形成大π键，所以n=4×1+2=6，因此其大π键为65π65πC、S原子的电子式为：、，C原子都采取sp2杂化，形成3个σ键，每C原子有1个成单电子，该单电子参与形成大π键，S原子形成2个σ键，还有4个电子即2对孤对电子，S原子最多提供1对孤对电子形成大π键，所以n=4×1+2=6，因此其大π键为65π65πC、Se原子的电子式为：、，C原子都采取sp2杂化，形成3个σ键，每C原子有1个成单电子，该单电子参与形成大π键，Se原子形成2个σ键，还有4个电子即2对孤对电子，Se原子最多提供1对孤对电子形成大π键，所以n=4×1+2=6，因此其大π键为65π65πC原子的电子式为：，C原子都采取sp2杂化，形成3个σ键，每C原子有1个成单电子，该单电子参与形成大π键，所以n=4×1=4，因此其大π键为44π44π。

第六章配位化合物的结构和性质教学目的：通过学习，使学生对配位化合物的三大化学键理论（价键理论、晶体场理论、分子轨道理论）有所了解，并能够运用合适的理论对常见配合物的结构和性质进行理论分析和解释。

教学重点：1．晶体场理论；2．姜－泰勒效应；3．分子轨道理论。

引言：配位化合物简称配合物，又叫络合物，是一类含有中心金属原子（离子）(M)和若干配体(L) 的化合物（MLn）。

中心原子通常是过渡金属元素的原子或离子，具有空的价轨道；而配体则有一对或多对孤对电子。

在广泛的化学实践和量子化学巨大发展的基础上，提出了各种解释中心原子和配体之间化学键本质的理论，主要有价键理论、晶体场理论和分子轨道理论第一节价键理论1928年Pauling把杂化轨道理论应用到配合物中，提出了配合物的价键理论。

一、理论要点：配体的配位原子提供孤对电子进入中心原子(或离子)的空的杂化轨道形成配位键；配位键可分为电价配键和共价配键两种，相应的配合物叫做电价配合物和共价配合物。

二、杂化轨道与空间构型三、电价配键和共价配键1、电价配合物中心离子的电子层结构和自由离子的一样，它与配体是以静电作用力结合在一起，常采用spd外轨道杂化，形成高自旋配合物。

电价配合物特点：配体往往电负性大，不易给出孤电子对，中心离子的结构不发生变化。

配合物中配位键共价性较弱，离子性较强；键能小，不稳定，在水中易分解简单粒子；2、共价配合物中心离子腾出内层能量较低的空d轨道，进行dsp内轨道杂化，接受配体的孤对电子，形成低自旋共价配合物。

共价配合物特点：配体往往电负性较小，较易给出孤电子对，对中心离子的影响较大，使其结构发生变化。

配合物中配位键共价性较强，离子性较弱；由于(n-1)d轨道比nd轨道能量低，所以一般共价配合物比电价配合物稳定，在水溶液中不易解离为简单离子。

3．实验测定：通过测定络合物的磁化率,可判断中央离子与配体间化学键性质kTN x A 32μμ=, )()(反顺O M x x x +=μ磁矩cn ehn n e B B πμμμ4,)2(=+=(玻尔磁子) n 未成对电子数有摩尔磁化率X m 可计算络合物的磁矩μ,由μ可估算出n(未成对电子数),从而可判断此络合物是电价配键,或共价配键。

《有机化合物的结构》讲义一、引言有机化合物是我们生活中无处不在的物质，从我们吃的食物到穿的衣物，从药物到塑料，有机化合物在各个领域都发挥着重要作用。

要深入理解有机化合物的性质和反应，首先需要了解它们的结构。

二、有机化合物结构的基本概念1、原子的成键方式在有机化合物中，碳原子通常形成四个共价键。

其他常见的原子如氢形成一个共价键，氧形成两个共价键，氮形成三个共价键。

这些共价键的形成方式和数量决定了分子的结构和形状。

2、化学键的类型（1）σ键是由原子轨道沿着键轴方向“头碰头”重叠形成的。

这种键比较稳定，可以自由旋转。

（2）π键由原子轨道“肩并肩”重叠形成。

π键不如σ键稳定，不能自由旋转。

3、官能团官能团是决定有机化合物化学性质的原子或原子团。

常见的官能团有羟基（OH）、羧基（COOH）、醛基（CHO）、酮基（＞C=O）等。

三、有机化合物的结构表示方法1、结构式用线条表示共价键，将原子连接起来，清晰地展示分子中原子的连接顺序和方式。

2、结构简式省略一些单键，突出官能团，更简洁地表示分子结构。

3、键线式只画出碳骨架和官能团，省略碳原子和氢原子。

4、空间结构（1）甲烷的正四面体结构碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子位于四面体的四个顶点。

（2）乙烯的平面结构乙烯分子中的碳原子和氢原子都在同一平面上。

（3）乙炔的直线结构乙炔分子中的碳原子和氢原子在同一条直线上。

四、同分异构体1、定义具有相同分子式但结构不同的化合物。

2、分类（1）碳链异构由于碳原子的连接顺序不同而产生的异构现象。

（2）位置异构官能团在碳链上的位置不同而产生的异构现象。

（3）官能团异构分子中官能团不同而产生的异构现象。

3、同分异构体的书写方法（1）先写出最长的碳链。

（2）依次减少一个碳原子作为支链，位置由心到边。

（3）官能团位置移动。

五、有机化合物结构与性质的关系1、官能团决定性质不同的官能团具有不同的化学性质，如羟基能发生酯化反应，醛基能发生氧化和还原反应。

第三单元物质构成的奥秘课题2原子的结构原子和原子核的结构示意图a、原子是由居于原子中心的带正电的和带负电的两部分组成。

b、在原子中：一个质子带一个单位，一个电子带一个单位，中子。

C、在原子中，电子的质量很小，只有质子和中子质量的1 / 1836,故原子的质量主要集中在d、每一个原子只有一个原子核,的多少决定了原子的种类，所以同一类的原子中，其核内的一定相同。

e、原子中，核电荷数==问题：1、原子对外不显电性的原因是什么？2、为什么原子的质量主要集中在原子核上总结:1）原子的构成情况：核外电子（在核外作高速的无规则的运动）广原子 Y 「质子' 原子核士1（居于原子中央）昌工I中子注意：构成原子的粒子有三种：质子、中子、电子。

但并不是所有的原子都是由这三种粒子构成的。

如有一种氢原子中只有质子和电子，没有中子。

b、电性关系不带电的微粒：中子、原子（分子）；带负电荷的微粒：电子；带正电荷的微粒：原子核、质子c、电量关系：核电荷数=质子数（原因是中子不带电）；质子数=电子数（原因是原子不带电）所以在原子中：核电荷数二质子数=电子数注意：在原子中，原子核所带的正电荷数（核电荷数）就是质子所带的电荷数（中子不带电），而每个质子带1个单位正电荷，因此，核电荷数二质子数，由于原子核内质于数与核外电子数相等，所以在原子中核电荷数=质子数=核外电子数。

2）原子的性质：a.都很小；b.原子之间存在；c.原子总在不断。

1.原子核外电子的排布原子结构示意图：钠原子的原子结构示意图、事（+11）2 8 1—>Y 777I ----- >在化学反应中，金属原子易电子，非金属原子易电子；稀有气体原子电子。

决定了原子的化学性质。

离子形成：原子失去电子后，变成带正电荷的,得到电子后，变成带负电荷的离子是构成物质的一种基本微粒，例如食盐是由离子构成的。

注意：原子得失电子后，核外电子数一定改变，而质子数不变。

观察1---18号元素的原子结构示意图，探究元素周期表编排的规律。

第一章 量子力学基础和原子结构第1节 量子力学建立的实验和理论背景㈠ 黑体辐射问题和普朗克的量子假说 1. 黑体辐射问题黑体可以吸收全部的外来辐射，同时黑体在所有温度下不断地向外辐射电磁波。

在试图对黑体辐射的能量分布曲线进行理论解释时，人们发现，在经典物理的范畴内无法解决这个问题。

2. 普朗克的量子假说为解释黑体辐射问题，普朗克假设：能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。

而经典物理则认为：一切自然的过程都是连续不断的。

①把黑体看作是由不同频率的谐振子组成。

(谐振子是进行简谐运动的振子，其运动可用正弦或余弦函数描述)②谐振子的能量具有最小单位ε0，称为能量子(后称为量子)，00νεh =其中，h =6.626×10-34 J ⋅s 称为普朗克常数；ν0是谐振子的振动频率。

③谐振子的能量E 只能是最小单位ε 0的整数倍，而不能是其它值，...,,n n E 3210==ε④谐振子吸收或发射能量时，能量的变化为()()01201212νε∆h n n n n E E E --=-=＝即，能量的吸收和发射不是连续的，必须以量子的整数倍一份一份的进行。

所谓量子化是指物理量不连续变化。

㈡ 光电效应和爱因斯坦的光量子论 1. 光电效应光电效应是指，光照在金属表面上时，金属中的电子从光获得足够的能量而逸出金属表面的现象。

从金属表面逸出的电子称为光电子，由光电子形成的电流称为光电流。

2. 光电效应的实验事实①对于特定的金属，入射光的频率ν必须大于某个特定值ν0，电子才能逸出，ν0称为临阈频率。

即，电子是否逸出决定于光的频率，与强度无关。

②对于ν>ν0的入射光，一经照射，电子立即逸出，没有时间上的延迟。

即，没有能量的积累过程。

③逸出电子的动能随光的频率而增加，与光的强度无关。

④光的强度越大，逸出的电子越多。

即，逸出电子的数量，决定于光的强度，与频率无关。

3. 经典电磁理论的困难按照经典电磁理论：⑴光是电磁波，其能量由波的强度决定，光的强度越大，光电子的动能应该越大；⑵电子吸收光的能量是一个连续积累的过程，低强度的光长时间照射应该能使光电子逸出；⑶频率越高，振动就越频繁，应该使更多的电子逸出。

目夺市安危阳光实验学校第二节分子结构与性质1.了解共价键的形式，能用键长、键能、键角等说明简单分子的某些性质。

(中频)2.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp、sp 2、sp3)，能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构。

(高频)3.了解化学键和分子间作用力的区别。

4.了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含氢键的物质。

(中频)共价键和配位键1．共价键(1)共价键的本质与特征共价键的本质是原子之间形成共用电子对；共价键具有方向性和饱和性的基本特征。

(2)共价键种类根据形成共价键的原子轨道重叠方式可分为σ键和π键。

σ键强度比π键强度大。

(3)键参数①键参数对分子性质的影响②键参数与分子稳定性的关系键能越大，键长越短，分子越稳定。

2．配位键及配合物(1)配位键由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成的共价键。

(2)配位键的表示方法如A→B：A表示提供孤电子对的原子，B表示接受共用电子对的原子。

(3)配位化合物①组成：②形成条件：⎩⎪⎨⎪⎧配位体有孤电子对⎩⎪⎨⎪⎧中性分子：如H2O、NH3和CO等。

离子：如F－、Cl－、CN－等。

中心原子有空轨道：如Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等。

分子的立体结构1．用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型(1)用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型的关键是判断分子中的中心原子上的价层电子对数。

a为中心原子的价电子数，x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。

(2)价层电子对互斥理论与分子构型：电子对数σ键电子对数孤电子对数电子对空间构型分子空间构型实例2 2 0 直线形直线形CO233 0三角形三角形BF32 1 角形SO244 0四面体形正四面体形CH43 1 三角锥形NH32 2 V形H2O2.用杂化轨道理论推测分子的立体构型杂化类型 杂化轨道数目 杂化轨道间夹角 空间构型 实例 sp 2 180° 直线形 BeCl 2 sp 23 120° 三角形 BF 3 sp 34109°28′四面体形CH 43.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和立体结构，许多性质相似，如N 2与CO ，O 3与SO 2，N 2O 与CO 2、CH 4与NH ＋4等。

物质结构一、核外电子的运动状态1．电子层（1）电离能：从气态原子（或气态阳离子）中去掉电子，把它变成气态阳离子（或更高价气态阳离子），需要克服核电荷的引力而消耗的能量。

符号：I单位：电子伏特（是一个电子在真空中通过1伏特电位差所获得的动能，它是一种描述微观粒子运动的能量单位。

1电子伏特＝1.6022×10－19 J）注：从元素的气态原子去掉一个电子成为＋1价气态阳离子所需要消耗的能量，称为第一电离能（I1）；依次类推。

可得：①I1< I2< I3< I4< I5②分析Li，原子核外有3电子。

I3比I2增大不到一倍，但I2比I1却增大了十几倍。

说明这3电子分两组，两组能量有差异。

I1比I2、I3小得多，说明有一个电子能量较高，在离核较远的区域运动，容易被去掉。

另两个电子能量较低，在离核较近的区域运动。

③结论：电子是分层排布的。

2．电子亚层和电子云的形状①能量关系：电子层由里→外，能量由低→高。

同一电子层中，电子的能量还有差别，电子云的形状也不相同。

②电子亚层：K层――一个亚层，s亚层L层――二个亚层，s亚层、p亚层M层－－三个亚层，s亚层、p亚层、d亚层N层－－四个亚层，s亚层、p亚层、d亚层、f亚层③电子亚层形状：s亚层――球形p亚层――纺锤形（其他不介绍）④电子亚层能量：在同一电子层中能量s < p < d < f问题：比较下列轨道能量：1s、3p、2s、3d、4s、2p（1s <2s <2p <3p <3d <4s）3．电子云的伸展方向（1）电子云具有确定的形状和一定的伸展方向。

s电子云：球形对称，在空间各方向上伸展的程度相同。

z2pd电子云：五种伸展方向；f电子云：七种伸展方向。

（2）轨道：在一定电子层上，具有一定的形状和伸展方向的电子云所占据的空间称为一个轨道。

则s、p、d、f四个亚层分别有1、3、5、7个轨道。