化学选修三第二章第二节分子的立体构型分析

1、选修三第二章第2节分子的立体构型第2节分子的立体构型一、常见分子的空间构型1 .双原子分子都是直线形，如：HCl、NO、。2、N2等。2 .三原子分子有直线形，如 CO2、CS2等；还有 V 形，如H2。、H2S、SO2等。3 .四原子分子有平面三角形，如BF3、BCl3、CH2。等；有三角锥形，如 NH3、PH3等；也有正四面体，如 P4O4.五原子分子有正四面体，如CH4、CC14等，也有不规则四面体，如CH3CI、CH2c12、CHCl 3。另外乙烯分子和苯分子都是平面形分子。二、价层电子对互斥理论(Valance Shell Electron Pair Repulsion Theory

2、 )简称 VSEPR适用AD m型分子1、理论模型分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对 )，由于相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离以减小 斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。2、用价层电子对互斥理论推断分子或离子的空间构型的一般步骤：(1)确定中心原子 A价层电子对数目法1 .经验总结中心原子的价层电子对数 =-(中心离子价电子数+配对原子提供电子总数)2对于ABm型分子(A为中心原子，B为配位原子)，计算方法如下：中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数Xmn=2注意：氧族元素的氧做中心时：价电子数为6,如H2O, H2S;做配体时：提供电子数为 0,如在CO21如果讨论的是离子

3、， 则应加上或减去与离子电荷相应的电子数。如PO3一中P原子价层电子数 5+ (0X4) +3 = 8; NH j中N原子的价层电子数 5+ (1X4) - 1 = 8。结果为单电子时视作有一个电子对。例：IF5价层电子对数为 -7+ (5X1) = 6对正八面体(初步判断)N H： 价层电子对数为 15+ (4X1) - 1 = 4对 正四面体2PO4价层电子对数为 ；5+ (0X4) +3 = 4对 正四面体1 .NO2价层电子对数为 - 5+0 = 2.5a 3对平面三角形2法2.确定中心原子 A价层电子对数目-普遍规则中心原子A价层电子对数目=成键电子对数+孤对电子数(VP = BP

4、+ LP )VP是价层电子对，BP是成键电子对(BOND ), LP是孤对电子对(LONE PAIR)VP = BP + LP =与中心原子成键的原子数 +中心原子的孤对电子对数LP=配位原子数+LPLp = 2(中心原子价电子数一配位原子未成对电子数之和)1一，一八、，八IF5 Lp= 7 (5X 1) = 1构型由八面体四万锥2NH 广 Lp = - (51) (4X1) = 0 2PO 4- Lp =- ( 5+3) - ( 4X 2) = 0 2SO4- Lp =- (6+2) (4X2) = 0NO2Lp =- 5- (2X2)=-122SO3- Lp =1 (6+2) - (3X2

5、) = 1正四面体正四面体正四面体构型由三角形.构型由四面体三角锥例：XeFj2+-2 X 1)/2 = 5XcF44nxi)/2 = 6XeOF45+(务 1X 2-4 X 1)/2XeO4+(8-2 X2-2 X 1)/2法3:由Lewis结构式或结构式直接写出，双键、ClClCI=6=5三键都是1对电子c纳 PC 4LrClClCl Cl畀吧Cl Cl2(2)确定价层电子对的空间构型价层电子对数目23456价层电子对构型直线形三角形四向体三角双锥八面体* *m*喈根*>>(3)分子空间构型确定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

6、构 型，不包括孤对电子。当中心原子无孤对电子时，两者的构型一致；当中心原子有孤对电子时，两者的构型不一致。电子对数 目中心原子杂 化类型电子对的空 间构型成键电子 对数孤电子 对数电子对的 排列方式分子的 空间构型实例2sp直线20直线BeCl2 CO232 sp三角形30* t,人三角形BF3SO321V 形SnBr2PbCl243 sp四向体40了、，冷 1四面体CH4CCl431三角锥NH3PCl322息4年V 形H2O3、理论要点：AD m型分子的空间构型总是采取 A的价层电子对相互斥力最小的那种几何构型；分子构型与价层电子对数有关（包括成键电子对和孤电子对）；分子中若有重键（双、叁键

7、）均视为一个电子对；电子对的斥力顺序：孤电子对-孤电子对 孤电子对-键对 键对-键对由于三键、双键比单键包含的电子数多，所以其斥力大小次序为三键双键单键。叁键与叁键 叁数与双键双键与双键双键与单键单与单键。4、价层电子对斥力作用对键角影响的定性解释由于键合电子对受到左右两端带正电原子核的吸引，而孤对电子对只受到一端原子核吸引，相比之下，孤对电子对较 胖”，占据较大的空间，而键合电子对较瘦”，占据较小的空间。这样就解释了斥力大小的顺序：孤电子对-孤电子对 孤电子对-键电子对 键电子对-键电子对。如：CH4、NH3、H2O中的键角/ HAH 分别为 109.5 °、107.3 °

8、;、104.5 o类似地，重键较单键占据较大的空间，故有斥力大小的顺序：t-tt-dd-dd-ss-s（t-叁键，d-双键，s-单键）又如，SO2c12分子属AX4Lo=AY4,因S=O键是双键，S-Cl键是单键，据顺序有：/ OSO109 28"”/ C1SC1 / OSCl109 °28""o此外，键的极性对键角也有影响。中心原子电负性较大，成键电子对将偏向中心原子，成键电子对之间斥力增大，键角增大，如： NH3、PH3、AsH3分子中的键角（/HAH）依次为107°、93.08 °、91.8 °配位原子电负性较大，成键

9、电子对将偏离中心原子，成键电子对之间斥力减小，键角减小，如：出。、OF2分子中的键角（AOA）依次为104.5°、102°。据此，可解释下列键角变化：NO2+、NO2、NO2键角（/ONO）依次为 180°、134.3 °、115.4 o二、价层电子对互斥理论1940年Sidgwick提出价层电子对互斥理论，用以判断分子的几何构型.分子ABn中，A为中心，B为配体，B均与A有键联关系.本节讨论的ABn型分子中，A为主族元素的原子.第7页共10页1.理论要点ABn型分子的几何构型取决于中心A的价层中电子时的排斥作用.分子的构型总是采取电子对排斥力平衡的 彩

10、式.1）中心价层电子对总数和对数a）中心原子价层电子 总数等于中心 A的价电子数（s + p） 加上配体在成键过程中提供的电子数 ，如CCl4 4 + 1 M=8b）氧族元素的氧族做中心时：价电子数为6,如H2O, H2S;做配体时：提供电子数为 0,如在CO2中.c）处理离子体系时，要加减离子价I 口 POJ- 5+0x4+3=®,NHJ 5 + 1 X 4-1 = £d）总数除以2 ,得电子对数：总数为奇数时，对数进 1 , 例如：总数为9 ,对数为52）电子对和电子对空间构型的关系考虑分子构型时，只考虑原子 A, B的位置，不考虑电子、 对电子等。以上三种情况中，孤对

11、电子只有一种位置考虑。孤对电子的位置若有两种或两种以上的位置可供考虑，则 要选择斥力易于平衡位置，而斥力大小和两种因素有关： a）角度小，电对距离近，斥力大；b）角度相同时，孤对一一孤对的斥力最大。因为负电集中， 孤 对一成键斥力次之，而成键电对一成键电对之间斥力最小 ，因 有配体原子核去分散电对的负电性。于是，要避免的是斥力大 的情况在90°的方向上。5对电子,4个配体,1对an对电子,有2种位置选择.甲7二、乙应取甲种，阳的分布：*'V"、整建四面孤对一那对oIo j孤对一成犍2:3；成犍一成犍43电子对相互排斥，在空间达到平衡取向电子对数2对电子空间图形构型：

12、A ：直线型3对电子三角超4对电子5对电子三角双椎后对电子正四面体正八面体3）分子的几何构型与电子对构型的关系若配体数和电子对数相一致，各电子对均为成键电对, 划分子构型和电子对构型一致。配体数不可能大于电子对 数.当配体数少于电子对数时，一部分电子对成为成键电 对，另一部分电子成为孤对电子，确定出孤对电子的位置， 分子构型才能确定。电子对数配体数孤电对数电对构型分子构型34li三角椎2.影响键角的因素1）孤对电子的影响90。的分布：孤对孤对001孤对成键643成键成键022乙种稳定，称“T'字型6对电子对谢武对电子谢电子对谢福对电子 四角褴正方走例1.利用价层电子对互斥理论判断下列分

13、子和离子的几何构型（总数、对数、电子对构型和分子构型）:AlCl 3H2sSO32-NH 4+ NO2 IF 3解题思路：根据价层电子对互斥理论，计算单电子个数，价层电 子对数，孤对电子对数，进而判断分子的构型（注意：必须考虑 离子的价态!）苒：A1C15h2sso/,NHJ N02IF电子总数6333510电子对数344435电子对构型I1 1 i i： I41W/'yJ、jT才* !1 1三角形正四面体正四面体正四面体三角形三端双三用形v字构型三角瘦正四面体v字形r字理电子对构型是十分重要的结构因素，要注意！价层电子对 数和配体数是否相等也是十分重要的。3.多重键的处理某配体（非V

14、IA族）与中心之间有双键和三键时，价层电子对数减1或2。孤对电子的负电集中，可以排斥其余成键电对，使键角变小,NH 3 4对电对构型四面体，分子构型三角锥。键角HNH为107° ,这是由于孤对电子对 N-H成键电 时的排斥，使109° 28'变小，成为107° 。如乙烯 H2C=CH 2以左碳为中心电子总数 4 + x+2 = 8, 4对，减1,3 Xt为三配体,呈平面三角形:甲窿二h、 * 1x2 = 6.3对 "C =Q用平面三甭形，由于双健的电子云密功度大，斥力大，放HCH角小于1如， HC。角大于阶.4中心电负性的影响键角依次减小，如何解

15、释？化合物键角厂为什么VIA元素有如此称殊性甘C = 0 Q华为配体时，不提供价电子)HNH 107AsH3 HAsH 92SbHs HSbH 91 .!配体一致.中心电负性大使共电对偏向中心，相互间斤力使键角受二 故NHj中HNH大些.而SbH抖犍靖 HSbHg.不提供共用电子，是因为O, S等可通过11键，反馈II键或 大11键，将提供的电子又重新得回；另外，端基氧或硫，形成的 双键，要求减去一对价电子，也得到同样结果.非端基氧或硫，要将。或S的价电子计入其中，如在价电对3)配体电负性的影响中心相同，配体电负性大时，电对距离中心远，键角可U小些，故有：PC1/100a) < 呵皿5)

16、< H/1021)H2CO3中，C为中心，价电子为4(C) + 2X1(0) = 6,=3,电子对构型和分子构型一致，为三面体：0A%、【练习】1.用价层电子对互斥理论预测H2s和BF3的立体结构，两个结论都正确的是（）A.直线形；三角锥形B. V形；三角锥形C.直线形；平面三角形D. V形；平面三角形2,下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是（）A . CO2与 SO2B. CH4与 NH3 C. BeCl2与 BF3D, C2H4与 C2H23. （1）某校化学课外活动小组的同学对AB 3型分子或离子的空间构型提出了两种看法，你认为是哪两种？若两个A-B键均是极性键且极性相同，它

17、们分子的极性是怎样的？举例说明。（2）参照上题，你认为 AB4型分子或离子的空间构型有几种？若每个A-B键都是极性键且极性相同。它们分子的极性是怎样的？举例说明。【自测】1 .在下列分子中，电子总数最少的是 （）A.H 2sB. O2C. COD. NO2 .在以下的分子或离子中，空间结构的几何形状不是三角锥形的是 （）一 十A.NF3B. CH3C. CO2D. H3O3 .有关甲醛分子的说法正确的是（）A.C原子采用sp杂化B.甲醛分子为三角锥形结构C.甲醛分子为平面三角形结构D.在甲醛分子中没有 兀键4 .用价层电子对互斥理论（VSEPR）可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推

18、测键角大小，下 列判断正确的是（）A.SO2、CS2、HI都是直线形的分子B.BF3键角为120°, SnB2键角大于120°C.COC12、BF3、SO3都是平面三角形的分子D.PCI3、NH3、PCI5都是三角锥形的分子5 .苯分子（C6H6）为平面正六边形结构，下列有关苯分子的说法错误的是（）A.苯分子中的中心原子 C的杂化方法为sp2 B.苯分子内的共彳键键角为120°C.苯分子中的共价键的键长均相等D.苯分子的化学键是单、双键相交替的结构6 .下列分子的中键角最大的是 （）A.CO2B. NH3C.H2OD. CH2=CH27 .对SO3的说法正确的是（

19、）A.结构与NH3相似 B.结构与SO2相似C.结构与BF3相似D.结构与P4相似8 .在SO2分子中，分子的空间结构为V形，S原子采用sp2杂化，那么SO2的键角（）A.等于120°B,大于120°C.小于120° D,等于180°9 .三氯化氮（NCl3）是一种淡黄色的油状液体，测得其分子具有三角锥形结构。则下面对于NCl3的描述不正确的是（）A.它是一种 极性分子B.它的挥发性比PBr3要大C.它还可以再以配位键与 C结合 D.已知NBr3对光敏感，所以 NCl3对光也敏感10 .试用杂化轨道理论说明下列分子或离子的立体构型。（1）SiF4（正四面

20、体形）（2）BCl 3（平面三角形）（3）NF3（三角锥形，键角为 102°）【课后作业】1.下列分子中，中心原子采用sp2杂化的是（）A. SO2B. H2OC. NH3D. CHBrClF2,下列推断正确的是（） 上 h云:曲 A. BF3是二角锥形分子B. NH 4的电子式：，离子呈平面形结构C. CH4分子中的4个C H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的p轨道形成的sp搬D. CH4分子中的碳原子以 4个四面体形轨道分别与 4个氢原子的1s轨道重叠，形成 4个CHb键3 .下列分子中，键角最大的是 （）D NH3A H2SB H2OC CCl44 中心原子采取平面三角形的是()

21、A NH3B BCl3C PCl3D H2O5 下列各组离子中因有配合离子生成而不能大量共存的是()A K 、 Na、 Cl、 NO3C Fe2、 Fe3、 H、 NO36 下列离子中的中心原子采取不等性杂化的是A H3OB NH 47 下列各种说法中正确的是()A 极性键只能形成极性分子8 Mg2、 Ca2、 SO42 、 OHD Ba2、 Fe3 、 Cl、 SCN ()C PCl6D BI4B CO2 中碳原子是sp2 杂化C.形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤对电子D 共价键形成的条件是成键原子必须有未成对电子8 下列关于原子轨道的说法正确的是()A 凡中心原子采取sp3 杂化

22、轨道成键的分子其几何构型都是正四面体B. CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2P轨道混合起来而形成的C. sp3杂化轨道是由同一原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相等的新轨道D 凡 AB 3 型的共价化合物，其中心原子A 均采取sP3 杂化轨道成键9 乙炔分子中的碳原子采取的杂化轨道是()A. sp杂化B. sp2杂化C.sp3杂化D.无法确定10 H2S 分子中共价键键角接近90°，说明分子的空间立体结构为 ； CO2 分子中的共价键键角为180。，说明分子的空间立体结构为 ; NH3分子中共价键键角为107。，说明分子的空间立体结构为

23、 。11 在形成氨气分子时，氮原子中的原子轨道发生sp3 杂化生成 4 个，生成的 4 个杂化轨道中，只有 个含有未成对电子，所以只能与个氢原子形成共价键，又因为 4 个 sp3 杂化轨道有一个有 ，所以氨气分子中的键角与甲烷不同。选修三第二章第二节分子的立体构型【练习】 1 D 2 B3. (1)平面正三角形，如BF3、SO3、NO3、CO3一等，这类分子或离子是非极性的。三角锥形，如 NH3、NCl3、PCl3、PH3、SO3 > ClO3等，这类分子或离子是极性的。(2)正四面体构型，如CC14、CH4、SiH4、SiF4、SiCj NH 4、SO、ClO 4等，这类分子或离子是非

24、极性的。平面四边形构型，如 PtCl4,也是非极性的。【自测】1.C 2. C 3. C 4.C5. D 6. A 7. C 8. C 9. C【课后作业】1 D 2 D 3 C4 B5 D 6 A 7 C8 C9 A 10 V 形 直线形三角锥形11. sp3杂化轨道3 3孤对电子三、杂化轨道理论1. 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。杂化：成键过程是由若

25、干个能量相近的轨道经叠加、混合、重新调整电子云空间伸展方向，分配能量形成新的杂化轨道过程。2、理论要点：成键原子中几个能量相近的轨道杂化成新的杂化轨道；参加杂化的原子轨道数= 杂化后的杂化轨道数。总能量不变；杂化时轨道上的成对电子被激发到空轨道上成为单电子，需要的能量可以由成键时释放的能量补 偿。第 7 页 共 10 页3、杂化轨道的种类(1)按参加杂化的轨道分类s p型：sp杂化、sp2杂化和sp3杂化s pd 型：sp3d 杂化、 sp3d2 杂化(2)按杂化轨道能量是否一致分类等性杂化，如C的sp3杂化：杂化© ,4个sp3杂化轨道能量一致。,too的城杂化杂化杂化轨道能量礴等

26、-不等性杂化见加C的中2杂化:尔工朵比形成3个能量相等的sp2杂化轨道，属于等性杂化。判断是否是等性杂化，要看各条杂化轨道的能量是否相等，不看未参加杂化的轨道的能量。4、各种杂化轨道在空间的几何分布杂化类型sp3sp2spsp3d 或 dsp3sp3d2 或 d2sp3立体构型正四面体正三角形直线形 三角双锥体正八面体杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键与键间排斥力大小决定于键的方向，即决定于杂化轨道间的夹角。由于键角越大化学键之间的排斥力越小，对 sp杂化来说，当键角为 180。时，其排斥力最小，所以sp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，其排斥力最小

27、，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。5、用杂化轨道理论解释构型(1) sp杂化BeCl2分子，直线形，用杂化轨道理论分析其成键情况，说明直线形的原因。Be： 1s22s22p0sp杂化： )00谢发 一©10cl荥化|gOO2条sp杂化轨道是直线形分布，分别与 2个Cl的3p轨道成键，故分子为直线形。E快分字 直战理，HC H C: 解sp杂化，sp-1s, sp-sp均为仃键。C中未杂化的py与另一 C中未杂化的py沿纸面方向形成 兀键；而pz与pz沿与纸面垂直的方向

28、形成 兀键。二氧化碳，直线形，C发生sp杂化，C与。之间sp-2Px两个(J键，所以，OC O成直线形。:0C0:C中未杂化的py与两侧 O的两个Py沿纸面方向成大 兀键，C中未杂化的Pz与两侧O的Pz沿垂直 于纸面的方向成 兀键，故CO2中，c、o之间有离域兀键(两个口 34大兀键)。(2) sp2杂化BC13平面三角形构型，B的3个sp2杂化轨道呈三角形分布，分别与 型为三角形。属于 sp2杂化。3个Cl的3P成b键，分子构0。激陵O杂化乙烯 C发生sp2杂化，sp2杂化轨道与Osp2杂化轨道形成b键，sp2杂化轨道与H的1s轨道形成4个C-H b键；未杂化的p轨道之间形成 兀键，故分子中有碳碳双键存在。第15页共10页(4)不等性杂化H2O O发生sp sp