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3.2.2.1 分子的空间结构与价层电子对互斥理论


第一课时 分子的空间结构与价层 电子对互斥理论 一 二

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学习目标 思维脉络 1.认识共价分 子结构的多样 第二节 分

子的立体构型 性和复杂性。 2.学会用价层 电子对互斥模 型来判断分子 的立体构型。

第一课时 分子的空间结构与价层电子对互斥理论

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第一课时 分子的空间结构与价层 电子对互斥理论 一 二 一、形形色色的分子

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1、双原子分子(直线型)
化学式 电子式 CO2 H2O O∶∶C∶∶O
· · · ·

1.三原子分子 其立体构型有直线形和 V 形两种。例如:
结构式
· · · ·

键角 180° 105°

分子的立 体结构模型

立体 构型 直线形

H∶O∶

· · · ·

O2

H

HCl

V形

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1 .三原子分子 2、三原子分子立体结构(有直线形和 、三原子分子立体结构 V形) 其立体构型有直线形和 V 形两种。例如:
化学式 电子式 CO2 H2O O∶∶C∶∶O
· · · ·

结构式
· · · ·

键角 180° 105°

分子的立 体结构模型

立体 构型 直线形

H2OH

H∶O∶
· ·

· ·

CO2

V形

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3、四原子分子立体结构
(直线形、平面三角形、三角锥形、正四面体)

(平面三角形,三角锥形)

C2H2

CH2O

COCl2

NH3

P4

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4、五原子分子立体结构 最常见的是正四面体

CH4
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练一练 1
下列分子的立体结构模型正确的是(
A B C

)
D

CO2

H2O

NH3

CH4

解析 :CO2 的分子构型是直线形,A 项错误;H2O 的分子构型为 V 形 ,B 项 错误;NH3 的分子构型为三角锥形,C 项错误;CH4 是正四面体结构 ,D 项正确。 答案 :D

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练一练 2
能说明 CH4 分子中的五个原子不在同一平面而呈正四面体结构的是 ( ) A.两个键之间的夹角为 109°28' B.C—H 键为极性共价键 C.4 个 C—H 键的键能、键长相同 D.碳原子的价电子都参与成键 解析 :CH4 分子的立体构型由两个键之间的夹角决定,只有为正四面体 结构且 C 位于正四面体中心,才有键角 109°28'。分子的立体构型与共价 键的极性无关。同为 C—H 键,不论分子构型如何,它们的键能、键长都相 同。碳原子的价电子都参与成键,无法说明分子构型。 答案 :A

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5、其它:

CH COOH CH CH OH 3 3 2 ? 那么分子结构又是怎么测定的呢?

C6H6

C8H8

CH3OH

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科学视野—分子的立体结构是怎样测定的



早年的科学家主要靠对物质的宏观性质进行系统总结得出规 律后进行推测,如今,科学家已经创造了许许多多测定分子结 构的现代仪器,红外光谱就是其中的一种。 分子中的原子不是固定不动的,而是不断地振动着的。所谓 分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。 当一束红外线透过分子时,分子会吸收跟它的某些化学键的振 动频率相同的红外线,再记录到图谱上呈现吸收峰。通过计算 机模拟,可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式 引起的,综合这些信息,可分析出分子的立体结构。 乙醇的红外光谱图

(阅读P39)

测分子体结构:红外光谱仪→吸收峰→分析。
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1、利用几何知识分析一下,空间分布的两个点 是否一定在同一直线?
迁移:两个原子构成的分子,将这2个原子看成两个点, 则它们在空间上可能构成几种形状?分别是什么?

O2

HCl
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2、利用几何知识分析一下,空间分布的三个点 是否一定在同一直线上?
迁移:三个原子构成的分子,将这3个原子看成三个点, 则它们在空间上可能构成几种形状?分别是什么?

在多原子构成的分子中,由于原子间排 列的空间顺序不一样,使得分子有不同 的结构,这就是所谓的分子的立体构型。
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直线形

180°

V形 105°

平面三角形

三角锥形 107°

120°

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价层电子对互斥模型

——预测分子立体结构的简单理论
1. 要领:对ABn型的分子或离子,中心原子A价层
电子对(包括成键σ键电子对和未成键的孤对电子 对)之间由于存在排斥力,将使分子的几何构型总 是采取电子对相互排斥最小的那种构型,以使彼此 之间斥力最小,分子体系能量最低,最稳定。 σ键电子对和 排斥力最小 孤对电子对

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2.价层电子对(σ键电子对和未成键的孤对电子对)
代表物 电子式 中心原子结合原 子数 σ键电子对 孤对电 子对 价层电子 对数

H2O NH3

H :O:H H : N :H H H H : C :H H : : :O::C::O: : :

: :: :

2 3

2 3 4 2

2 1 0 0

4 4

CH4
CO2

4
2

4
2

价层电子对数 = δ键个数+中心原子上的孤对电子对个数 ( δ键电子对数 = 与中心原子结合的原子数 )
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价层电子对数 = δ键个数+中心原子上的孤对电子对个数

δ键电子对数

=

与中心原子结合的原子数

中心原子上的孤电子对数 = ? (a-xb) a: 对于原子:为中心原子的最外层电子数
对于阳离子:a为中心原子的 最外层电子数减去离子的电 荷数;对于阴离子: a为中心原子 的最外层电子数加上离子的 电荷数.

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 (H为1,其他原子为“8-该原子的最外层电子数)
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孤电子对的计算
分子或 中心 离子 原子 H2O SO2 NH4+ CO32O S N C a
6 6 5-1=4

=? (a-xb) x b
2 2 4 1

中心原子 上的孤电 子对数

2

2
1

1
0

4+2=6

3

2

0

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练一练 3
下列分子或离子中,不含孤电子对的是( A.H2O B.H3O+ C.NH3 )
+ D.NH4

· · 解析 :分别写出其电子式H× ∶、[H× H]+ ,即可得出答案。 答案 :D

H]+ 、∶

· H 、 [ H×

练一练 4

下列分子中,各原子均处于同一平面上的是( A.NH3 B.CCl4 C.PCl3 D.CH2O
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价层电子对互斥理论 问题导引

H2O2 与 P4 的立体结构 3 .用价层电子对互斥理论判断共价分子结构的实例 1 .四原子分子都为平面三角形或三角锥形吗 ?,可以依据下面的方法确 根据分子中成 σ 键电子对数和孤电子对数 1. 如何运用价层电子对互斥理论预测分子的 提示不是。H2O2 分子的构型类似于一本打开的书 ,两个氧原子 相应的较稳定的分子空间构型 : 立体结构?

在两页书的交接处,两个氢原子分别在翻开的书的两页上。而白磷(P4)分子 σ 键电子对数+孤电子对数=价层电子对数 为正四面体形。

VSEPR 模型
电子对 电子对

分子立体构型
成键电 孤电子 电子对的 分子的
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1. 1. 一个关键词

名师精讲
1 .价层电子对互斥理论的基本要点 为什么互斥?互斥到什么程度?怎么互斥?

A 分子的

1 .价层电子对互斥理论的基本要点 对ABn型的分子或离子,中心原子A价层电子 型AB ,主要决定于中心原子价电子层中电子对 (包括成键电 (1) 在 型分子中 , 中心原子 A 的周围配置的原子或原子团的几何构 n 对(包括成键σ键电子对和未成键的孤对电子对) 电子对)的互相排斥作用,分子的几何构型主要采取电子 型 ,主要决定于中心原子价电子层中电子对 (包括成键电子对和未成键的孤 之间由于存在排斥力,将使分子的几何构型总是采 电子对)小的那种结构。 的互相排斥作用,分子的几何构型主要采取电子对相互排斥作用最 取电子对相互排斥最小的那种构型,以使彼此之间 小的那种结构。 斥力最小,分子体系能量最低 , 最稳定。 (2)AB 型分子中 ,A 与 B 之间通过两对或三对电子 n (2)ABn 型分子中,A 与 B 之间通过两对或三对电子 (即通过双键或三键) 结合而成 ,则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一个电子对看待。 结合而成 ,则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一 (3)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律: (3) 价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律 孤电子对-孤电子对>孤电子对-成键电子对>成键电子对-成键电子对 -19-

名师精讲 (1)在 ABn 型分子中,中心原子 A 的周围配置的原

当堂检测 D 名师精讲 名师精讲 1. 2. 一个模型 价电子对的空间构型即VSEPR模型 1 .价层电子对互斥理论的基本要点 1 .价层电子对互斥理论的基本要点 (1)在 ABn(1) 型分子中 ,中心原子 A 的周围配置的原子或原子团的几何构 在 AB ,中心原子 A 的周围配置的原子 n 型分子中 型,主要决定于中心原子价电子层中电子对 (包括成键电子对和未成键的孤 120 180 109.5 型 , 主要决定于中心原子价电子层中电子对 ( 包括成键电 电子对)的互相排斥作用,分子的几何构型主要采取电子对相互排斥作用最 电子对)的互相排斥作用,分子的几何构型主要采取电子 小的那种结构。 (2)AB n 型分子中,A 与 B 之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键) 小的那种结构。 结合而成,则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一个电子对看待。 (2)ABn 型分子中,A 与 B 之间通过两对或三对电子 (3)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律 : 结合而成 ,则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一 孤电子对 -孤电子对 >孤电子对-成键电子对>成键电子对-成键电子对 (4)中心原子的价层电子对数目和立体构型的关系为 : (3)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律 价层电子对数 2 3 43 5 6 电子对数目 : 2 4 >成键 孤电子对-孤电子对 > 孤电子对 成键电子对 平面 三角 电子对立体构型 直线形 四面体 八面体 三角形 双锥 (4)中心原子的价层电子对数目和立体构型的关系 价层电子对数 2 3 4 5-20首页 新知导学
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X 新知导学 Z重难探究 D当堂检测 首页 中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间, 并与成键电子对互相排斥。推测分子的立体模型必 1.须略去 3. 一个操作 略去VSEPR模型中的孤电子对 VSEPR模型中的孤电子对。 分子或 σ键电 孤电子 VSEPR模型及 分子的立体构 离子 名称 子对数 对数 型及名称
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CO2 CO32-

2 3

0

O

C

O

直线形

直线形
O

0
平面三角形
O
O S

O C 平面三角形

SO2

2

1
平面三角形 V形
O
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1. 4. 一个推断 VSEPR模型应用——预测分子立体构型
分子或 离子 价层电 孤电子 VSEPR模型及名 子对数 对数 称

分子的立体构 H 型及名称
H

CH4 NH3

4

0

正四面体 正四面体

C
H

H

正四面体
N H

3

1
正四面体

H
H

三角锥形
O H

H2O

2

2
H

V形
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价 成 孤 层 VSEPR 键 对 分子 电子对的排 电 电 电 类型 布模型 立体结构 子 模型 子 子 对 对 对 数 数 数 2 直线 2 形 平面 3 3 三角 形

实 例

0 AB2 0 AB3

直线形

CO2

平面三角形 V形

BF3

2 1 AB2

SO2

价层 VSE 电子 PR 对数 模


成键 电子 对数

孤对 电子 对数

分 子 类 型

实 例

电子对的排布
模型

分子构型

4

0

AB4

正四面体

CH4

正 3 .用价层电子对互斥理论判断共价分子结构的实例 四 4 1 键电子对数和孤电子对数 AB3 面 3 根据分子中成 σ ,可以依据下面的方法 三角锥形 NH3 体 相应的较稳定的分子空间构型 :

σ 键电子对数 +2 孤电子对数 2 AB2 =价层电子对数 VSEPR 模型 分子立体构型

V形

H2O

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例题
用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型:
例题
-

用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型 : (1)H ;(2)NH2 ;(3)BBr3 ;(4)CHCl 2Se 3 (1)H2Se ;(2)NH2 ;(3)BBr3 ;(4)CHCl3 ;(5)SiF 。 4 ;(5)SiF4 。 解析 根据原子的最外层电子排布 ,可以判断出本题中各分子或 解析 : :根据原子的最外层电子排布 ,可以判断出本题中各分子或离子的 中心原子含有的孤电子对数和结合的原子数为: 中心原子含有的孤电子对数和结合的原子数为 :
化学式

2 2 4 0 0 0 3 4 2 3 4 4 中心原子的 σ 键数 ,粒子构型为 2 H2Se、 NH2略去两对孤电子对 V 形,BBr3 为平面三角 形 ,CHCl3 分子中由于氢原子和氯原子不同 ,不能形成正四面体形 4 4 3 ,SiF 4 4 为正4 答案 :(1)V 形 中心原子的价层电子对数
四面体形。

化学式 中心原子含有的孤电子对数 2 2 2 2 中心原子的 σ 键数 中心原子含有的孤电子对数 4 4 中心原子的价层电子对数

- BBr CHCl SiF H 2Se NH2 3 3 4

- BBr CHCl SiF H 0 2Se0NH 0 3 3 4 2
3 4 4

V 形,BBr3 为平面三 形 ,CHCl ,不能形成正四面体形,S (4)四面体形 3 分子中由于氢原子和氯原子不同 (2)V 形 (5)正四面体形 (3)平面三角形 四面体形。
(4)四面体形
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(2)V 形 H答案 NH2略去两对孤电子对 2Se、 (3)平面三角形 ,粒子构型为 :(1)V 形

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练一练 4
下列分子中,各原子均处于同一平面上的是( ) A.NH3 B.CCl4 C.PCl3 D.CH2O 解析 :由价层电子对互斥理论可知 A、C 两项为三角锥形,B 项为正四 面体形,D 项为平面三角形。 答案 :D

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子对互斥理论 价层电子对互斥理论 问题导引 问题导引

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H2O2 与 P4 的立体结构

提示不是。H2O2 分子的构型类似于一本打开的书,两个氧 疑问? 书的交接处,两个氢原子分别在翻开的书的两页上。而白磷(P 面体形。
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1 .四原子分子都为平面三角形或三角锥形吗? 提示不是。 H2O 2 分子的构型类似于一本打开的书,两个氧原子 H2O 2 与 P 4 的立体结构 在两页书的交接处,两个氢原子分别在翻开的书的两页上。而白磷(P4)分子 原子分子都为平面三角形或三角锥形吗 ? 为正四面体形。 2. 对比H2O2和P4的立体结构异同,说出你的

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1 .下列物质中,分子的立体结构与水分子相似的是( ) A.CO2 B.H2S C.PCl3 D.SiCl4 解析 :CO2 是直线形,H2S 是 V 形 ,PCl3 是三角锥形,SiCl4 是正四面体形。H2O 是 V 形 ,答案选 B。 答案 :B

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2 .对 CO2 和 SO2 的说法正确的是( ) A.都是 AB2 型,所以都是直线形 B.碳原子和硫原子上都没有孤对电子 C.CO2 是直线形结构,SO2 是 V 形结构 D.都含有极性共价键和非极性共价键 解析:碳原子没有孤对电子,硫原子上有孤对电子;它们含有的化学键都是极 性键。 答案 :C

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3 .下列对应关系不正确的是(

)

选项 A B C D 中心原子 ⅣA ⅤA ⅣA ⅥA 所在族 分子通式 AB4 AB3 AB2 AB2 立体构型 正四面体形 平面三角形 直线形 V 形

解析 :当中心原子在ⅤA 族,AB3 分子应是三角锥形。当中心原子在ⅣA 族 ,AB4 分子是正四面体形,AB2 分子是直线形。当中心原子在ⅥA 族,AB2 是 V 形。 答案 :B

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X 新知导学 Z重难探究 D当堂检测 1 .价层电子对互斥理论的基本要点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 名师精讲 (1)在 ABn 型分子中,中心原子 A 的周围配置的原 1 .价层电子对互斥理论的基本要点 4 .下列分子中键角最大的是 ( ) 型 , 主要决定于中心原子价电子层中电子对 (包括成键电 (1)在 ABn 型分子中 ,中心原子 A 的周围配置的原子或原子团的几何构 A.CO B.NH ,分子的几何构型主要采取电子 C.H O 电子对)的互相排斥作用 D. 型 ,主要决定于中心原子价电子层中电子对 (包括成键电子对和未成键的孤 解析 :四种分子的键角分别为 180°、107°、105°、 120°,故选 A 项。 电子对 )小的那种结构。 的互相排斥作用,分子的几何构型主要采取电子对相互排斥作用最 答案 :A 小的那种结构。 (2)AB ,A 与 B 之间通过两对或三对电子 n 型分子中 (2)ABn 型分子中 ,A 与 B 之间通过两对或三对电子 (即通过双键或三键) 结合而成 ,则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一个电子对看待。 结合而成 ,则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一 (3)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律: (3) 价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律 孤电子对-孤电子对>孤电子对-成键电子对>成键电子对-成键电子对 孤电子对-孤电子对>孤电子对-成键电子对 >成键 (4)中心原子的价层电子对数目和立体构型的关系为 : 价层电子对数 2 3 4 5 6 (4)中心原子的价层电子对数目和立体构型的关系 平面 三角 电子对立体构型 直线形 四面体 价层电子对数 2 双锥 八面体 3 4 5 三角形 -32平面 三角
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5 .用 VSEPR 模型预测下列分子或离子的立体构型,其中不正确的是( ) + A.NH4 呈正四面体形 B.CS2 呈直线形 C.HCN 呈 V 形 D.PCl3 呈三角锥形 + 解析 :NH4 、 CS2、HCN 中心原子上的价电子都用于形成共价键,没有孤电 子对 ,所以其立体构型分别为正四面体形、 直线形、 直线形;PCl3 中心原子 P 上有一对孤电子对,未用于形成共价键,其立体构型为三角锥形。 答案 :C

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6 .据报道,大气中存在一种潜在的温室气体 SF5—CF3,虽然其数量有限,但它 是已知气体中吸热最高的气体。关于 SF5—CF3 的说法正确的是( ) A.分子中有 σ 键也有 π 键 B.所有原子在同一平面内 C.CF4 与 CH4 都是正四面体结构 D.0.1 mol SF5—CF3 分子中电子数为 8 mol 解析 :A 项,分子中都是 σ 键,无 π 键,错误;B 项,碳原子与其相连的四个原子 形成四面体结构,不可能所有原子共平面;D 项,一个分子中有 94 个电子,错 误。 答案 :C

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7 .氯的含氧酸根离子有 ClO-、ClO 2、ClO 3、ClO4 等,关于它们的说法中不正 确的是( ) A.ClO-中 Cl 显+1 价 B.ClO 2的空间构型为直线形 C.ClO 3的空间构型为三角锥形 D.ClO4 是 SO4 的等电子体 解析 :ClO 2空间构型为 V 形。 答案 :B
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8 .下列说法中正确的是( ) A.NO2、SO2、BF3、NCl3 分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足 了 8 电子稳定结构 B.P4 和 CH4 都是正四面体形分子且键角都为 109°28'
· · + C.NH4 的电子式为[H∶N∶H]+ ,离子呈平面正方形结构 · ·
H H

D.NH3 分子中有一对未成键的孤电子对,它对成键电子的排斥作用较强 解析 :NCl3 分子的电子式为· · Cl
· · · ·

Cl · · ,分子中各原子都满足 8 电子稳定结
· ·

· ·

+ 构 ,A 项错误;P4 为正四面体形分子,但其键角为 60°,B 项错误;NH4 为正四 · · 面体形结构而非平面正方形结构 ,C 项错误;NH3 分子电子式为 H∶N∶H, · ·
H

有一对未成键电子,由于未成键电子对成键电子的排斥作用,使其键角为 107°,呈三角锥形,D 项正确。 答案 :D

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+ 9 .计算 C O 、 C H 、 N H 、 HC l 、 C O 、 N H 2 4 3 4 . . . . . 3 . 中心原子上的孤电子对数(点“·”

的原子为中心原子)。
1 2

答案 :CO2 中 C 的孤电子对数= × (4-2× 2)=0;CH4 中 C 的孤电子对数 = × (4-4× 1)=0;NH3 中 N 的孤电子对数= × (5-3× 1)=1;HCl 中 Cl 的孤电子对
+ 数= × (7-1× 1)=3;CO 3 中 C 的孤电子对数= × (4+2-3× 2)=0;NH4 中 N 的孤电

1 2

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1 2

子对数= × (5-1-4× 1)=0。
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+ 10 .有下列分子或离子:①CS2,②PCl3,③H2S,④CH2O,⑤H3O+ ,⑥NH4 ,⑦BF3, ⑧SO2。 粒子的立体构型为直线形的有 ;粒子的立体构型为 V 形的 有 ;粒子的立体构型为平面三角形的有 ;粒子的立体构型 为三角锥形的有 ;粒子的立体构型为正四面体形的有 。 解析 :中心原子上孤电子对数及粒子的立体构型如下表

中心原子孤 分子或离子 分子或离子 电子对数 的立体构型 AB2 CS2 直线形 AB3 0 CH2O、BF3 平面三角形 + AB4 正四面体形 NH4 AB2 SO2 V形 1 AB3 PCl3、H3O+ 三角锥形 AB2 2 H 2S V形 ABn

答案 :① ③⑧ ④⑦ ②⑤ ⑥
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11 .用 VSEPR 理论推测下列分子或离子的空间构型。 (1)HClO ;(2)HCN ; (3)NO 3
-

;(4)SiCl4
-

;

(5)PCl3 ;(6)BF4 。 答案 :(1)V 形 (2)直线形 (3)平面三角形 (4)正四面体形 (5)三角锥形 (6)正四面体形

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第一课时 分子的空间结构与价层 2、另一类是中心原子上有孤对电子 (未用于形成共价键 电子对互斥理论 的电子对)的分子。

ABn n=2 n=3

立体结构 V形 三角锥形

范例 H 2O NH3

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