专题4 分子空间结构与物质性质第一单元 分子构型与物质的性质
课前预习
问题导入
氮气的化学性质不活泼,通常难以与其他物质发生化学反应,以N2为例分析氮原子的原子轨道是如何重叠形成共价键的?
答:氮原子的核外电子排布式为1s22s22p1x2p1y2p1z,有3个未成对电子,当结合成分子时,Px-Py轨道“头碰头”方式重叠,Py-Py和Pz-Pz轨道“肩并肩”方式重叠,我们把原子轨道在核间连线两侧以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键叫π键。所以在N2分子中有一个δ键和两个π键。
氮分子的结构式为N,电子式: 。
知识预览
1.分子的立体构型:__________常称为分子的立体构型。
2.杂化与杂化轨道的概念
(1)轨道的杂化:____________________的过程。
(2)杂化轨道:____________________叫杂化原子轨道。
3.对称性的概念:对称性是指一个物体包含若干等同部分,这些部分__________,它们经过不改变物体内任意两点间距离的操作__________,即操作前在物体某个地方有的部分,经操作后____________________,也就是说,____________________。
4.极性分子和非极性分子的概念
(1)极性分子:______________________________称为极性分子。
(2)非极性分子:______________________________称为非极性分子。
5.杂化轨道的类型:
(1)sp1杂化:sp1杂化轨道是由__________个s轨道和__________个p轨道组合而成。每个sp1杂化轨道含有__________s和__________p的成分。sp1杂化轨道之间的夹角为__________,呈__________形,如__________。
(2)sp2杂化轨道是由__________个s轨道和__________个p轨道组合而成。每个sp2杂化轨道含有__________s和__________p的成分。sp2杂化轨道之间的夹角为__________,呈__________形,如__________。
(3)sp3杂化轨道是由__________个s轨道和__________个p轨道组合而成。每个sp3杂化轨道含有__________s和__________p的成分。sp3杂化轨道之间的夹角为__________,呈 __________形,如__________。
6.分子极性的判断
(1)双原子分子的极性:不同种原子形成的双原子分子为__________,同种原子形成的双原子分子为__________。
(2)多原子分子的极性:多原子分子的极性与分子中键的极性关系比较复杂,如果组成分子的所有化学键均为非极性键,则分子通常为__________;但组成分子的化学键为极性键时,则分子可能是__________,也可能是__________。这是由于多原子分子的极性除了与键的极性有关外,还与__________有关。
答案:1.分子的空间结构
2.(1)原子内部能量相近的原子轨道重新组合生成一组新轨道
(2)杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道
3. 相互对应且相称 能够复原 在原有的地方依旧存在相同的部分 无法区别操作前后的物体
4.(1)分子内存在正、负两极的分子
(2)分子内没有正、负两极的分子
5. (1)1 1 12 12 180° 直线 BeCl2
(2)1 2 13 23 120° 平面三角 BF3
(3)1 3 14 34 109.5° 空间正四面体 CH4
6. (1)极性分子 非极性分子
(2)非极性分子 极性分子 非极性分子 分子立体构型
课堂互动
三点剖析
一、分子的空间构型
杂化轨道理论
(1)杂化
杂化是指在形成分子时,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杂化,所形成的新轨道就称为杂化轨道。
(2)杂化的过程
杂化轨道理论认为在形成分子时,通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。如CH4分子的形成过程:碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上,这个过程称为激发。但此时各个轨道的能量并不完全相同,于是1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来,形成能量相等,成分相同的4个sp3杂化轨道。然后4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥,使四个杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的四个顶点,碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道形成4个相同的σ键,从而形成CH4分子。由于4个C—H键完全相同,所以形成的CH4分子为正四面体形,键角是109.5°。
C原子的杂化轨道
注意:a.杂化轨道理论认为:在形成分子时,通常存在激发、杂化、轨道重叠等过程。但应注意,原子轨道的杂化,只有在形成分子的过程中才会发生,而孤立的原子是不可能发生杂化的。同时只有能量相近的原子轨道(如2s\,2p等)才能发生杂化,而1s轨道与2p轨道由于能量相差较大,它是不能发生杂化的。
b.杂化轨道成键时,要满足能量最低原理,键与键间排斥力大小决定键的方向,即决定杂化轨道间的夹角。由于键角越大化学键之间的排斥力越小,对sp1杂化来说,当键角为180°时,其能量最小,所以sp1杂化轨道成键时分子呈直线形;对sp2杂化来说,当键角为120°时,其能量最小,所以sp2杂化轨道成键时,分子呈平面三角形。由于杂化轨道类型不同,杂化轨道间夹角也不相同,其成键时键角也就不相同,故杂化轨道的类型与分子的空间构型有关。
杂化轨道类型、空间构型以及成键能力之间的关系
杂化类型 sp1 sp2 sp3 dsp2 sp3d sp3d2
用于杂化的原子轨道数 2 3 4 4 5 6
杂化轨道的数目 2 3 4 4 5 6