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第二章 分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)
價層電子對互斥模型
CO2 直線形 180°
H2O V形 105°
CH2O 平面三角形 約120°
NH3 三角錐形 107°
三原子分子CO2和H2O、四原子分子NH3和CH2O，為什么它們的空間結(jié)構(gòu)不同？
化學(xué)式 電子式 分子的空間結(jié)構(gòu)模型
CO2
H2O
CH2O
NH3
CH4
寫出分子的電子式，再對照其球棍模型，運用分類、對比的方法，分析結(jié)構(gòu)不同的原因。
化學(xué)式 電子式 分子的空間結(jié)構(gòu)模型
CO2
H2O
CH2O
NH3
CH4
成鍵電子對
孤電子對
結(jié)論：由于中心原子的孤電子對占有一定空間，對其他成鍵電子對存在排斥力，影響其分子的空間結(jié)構(gòu)。
未用于形成共價鍵的電子對
O
H
H
中心原子
配原子
成鍵電子對
孤電子對
孤電子對：未用于形成共價鍵的電子對
N
H
H
H
O
H
H
感受 理解
分子的空間結(jié)構(gòu)和什么有關(guān)
C
O
O
B
F
F
F
分子的空間結(jié)構(gòu)
和中心原子的孤電子對有關(guān)
和中心原子與結(jié)合原子間的成鍵電子對有關(guān)
中心原子的
價層電子對
σ鍵電子對數(shù)
A
兩對電子對在空間有幾種排布方式？
A
A
A
問題探究
你認(rèn)為哪種排布方式穩(wěn)定？
直線形
A
三對電子對在空間如何排布最穩(wěn)定？
問題探究
平面三角形
A
四對電子對在空間如何排布最穩(wěn)定？
正四面體
問題探究
價電子對數(shù)目與分子空間構(gòu)型
歸納與整理
180°
120°
109°28＇
中心原子的價層電子對之間由于存在排斥力，使分子的幾何構(gòu)型總量采取電子對相互排斥最小的那種構(gòu)型，分子或離子的體系能量最低，最穩(wěn)定。
化學(xué)趣史
價層電子對互斥模型發(fā)展史
由英國化學(xué)家希德威克于1940年首先提出
50年代初加拿大化學(xué)家吉來斯必等人又發(fā)展了這一理論
定名為價層電子對互斥模型，簡稱VSEPR（Valence Shell Electron Pair Repulsion）
分子或離子的幾何構(gòu)型主要決定于：中心原子的價層電子對之間的排斥作用。
既可是成鍵的，也可是沒有成鍵的即孤電子對
價層電子對由于互相排斥，使得從價層電子對盡可能彼此遠(yuǎn)離
價電子對數(shù)
電子對互斥
氣球空間互斥
2
3
4
直線形
空間構(gòu)型
“氣球空間互斥”類比“電子對互斥”
正四面體形
平面三角形
三、價層電子對互斥模型(VSEPR模型)
1、內(nèi)容：
分子的空間結(jié)構(gòu)是中心原子周圍的“價層電子對”相互排斥的結(jié)果。
一個多原子共價型分子ABn或離子ABn±的空間構(gòu)型
取決于中心原子A周圍的成鍵電子對和孤電子對的數(shù)目
1
2
電子對之間的相互排斥，使電子對互相處于盡可能遠(yuǎn)離的位置上以使斥力最小
3
以電子對的空間排布為依據(jù)判斷分子或離子的空間構(gòu)型
確定中心原子的價電子對數(shù)
確定理想幾何構(gòu)型
確定穩(wěn)定構(gòu)型
VSEPR的“價層電子對”包括分子中的中心原子與結(jié)合原子間的σ鍵電子對和中心原子上的孤電子對,多重鍵只計其中σ鍵的電子對,不計π鍵電子對。
價層電子對數(shù)
σ鍵電子對數(shù)
=
中心原子結(jié)合的原子數(shù)
中心原子上的孤電子對數(shù)
=
（a-xb）
價層電子對計算方法
孤電子對計算方法
a: 分子 ：為中心原子的價電子數(shù)
陽離子：a為中心原子的價電子數(shù)減去離子的電荷數(shù)；
陰離子： a為中心原子的價電子數(shù)加上離子的電荷數(shù)。
x ：為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)
b ：為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)
(H為1，其他原子為“8-該原子的價電子數(shù)）
（a-xb）
中心原子上的孤電子對數(shù)=
中心原子上的孤電子對數(shù)的計算
H2O中心原子上的孤電子對數(shù)計算
問題解決
O
H
H
O價電子為6個，每1個H用去1個， 2個H用去2個，則剩余電子為
6－
孤電子對數(shù)為：4÷2＝2
計算法
O
H
H
1
＝4
×
2
NH3中心原子上的孤電子對數(shù)計算
你學(xué)會了嗎？
N價電子為5個，每1個H用去1個，結(jié)合3個H用去3個，則剩余電子為
5－3×1＝2
孤電子對數(shù)為1
計算NH4＋ 、H3O＋ 、NO2－中心原子上的孤電子對數(shù)
NH4＋ ：N價電子為5個，結(jié)合４個H用去４個，再減去1，則剩余電子為
5－4×1－1＝0
孤電子對數(shù)為0
H3O＋：O價電子為6個，結(jié)合3個H用去3個，再減去1，則剩余電子為
6－3×1－1＝2
孤電子對數(shù)為1
NO2－ ：N價電子為5個，結(jié)合2個O用去4個，再加上1，則剩余電子為
5－2×2＋1＝2
孤電子對數(shù)為1
問題解決
孤電子對計算方法
化學(xué)式 價層電子對數(shù) σ鍵電子對數(shù) 孤電子對數(shù)
H2O
SO3
NH3
CO2
SF4
SF6
PCl5
PCl3
CH4
2
3
3
2
4
6
5
4
3
2
0
1
0
1
0
0
1
0
4
3
4
2
5
6
5
4
4
1/2（a-xb）
a:為中心原子的價電子數(shù)
x ：為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)
b ：為與中心原子結(jié)合的原子最多
能接受的電子數(shù)
孤電子對計算方法
化學(xué)式 價層電子對數(shù) σ鍵電子對數(shù) 孤電子對數(shù)
HCN
SO2
NH2－
BF3
H3O+
SiCl4
CHCl3
NH4+
SO42－
2
2
2
3
3
4
4
4
4
0
1
2
0
1
0
0
0
0
3
3
4
3
4
4
4
4
4
中心原子若處于最高價，
則無孤對電子
②中心原子上的孤電子對數(shù)
根據(jù)電子式直接確定
1
2
0
0
0
0
價層電子對數(shù)目 2 3 4 5 6
價層電子對互斥模型 直線形 平面 三角形 正四面體 三角 雙錐 正八
面體
注意：孤對電子的存在會改變鍵合電子對的分布方向，從而改變化合物的鍵角
確定價層電子對互斥模型
觀察與思考
H2O
CH4
NH3
109.5°
107.5°
105°
孤電子對-孤電子對＞孤電子對-成鍵電子對＞成鍵電子對-成鍵電子對
價層電子對間的斥力大小關(guān)系：
相較成鍵電子對，孤電子對有較大的排斥力，CH4 中心原子沒有孤電子對，NH3 中心原子有一個孤電子對，H2O 中心原子有兩個孤電子對，所以鍵角：CH4 ＞ NH3 ＞ H2O
價層電子對數(shù)
σ鍵電子對數(shù)
+
VSEPR模型
中心原子上的孤電子對數(shù)
=
分子或離子的空間結(jié)構(gòu)
略去孤電子對
價層電子對互斥理論
根據(jù)價層電子對互斥模型推測空間結(jié)構(gòu)
[注意]價層電子對互斥模型對分子空間結(jié)構(gòu)的預(yù)測少有失誤，但它不能用于預(yù)測以過渡金屬為中心原子的分子。
思考與討論
Ⅱ.價層電子對互斥模型和分子立體結(jié)構(gòu)是相同的分子構(gòu)型嗎？
不同。
(1)區(qū)別
①價層電子對互斥模型說明的是價層電子對的立體結(jié)構(gòu)，包括孤電子對。
②分子的立體結(jié)構(gòu)指的是成鍵電子對的立體結(jié)構(gòu)，不包括孤對電子。
(2)聯(lián)系
①當(dāng)中心原子無孤對電子時，兩者的構(gòu)型一致。
②當(dāng)中心原子有孤對電子時，兩者的構(gòu)型不一致。
不能說明鍵的形成原理和鍵的相對穩(wěn)定性，只是個定性的理論。
分子或離子 σ鍵電子對數(shù) 孤電子對數(shù) 價層電子對數(shù) VSEPR模型 空間結(jié)構(gòu)
HCN
NO2
NH2－
NO3-
H3O+
SiCl4
CHCl3
NH4+
PO43-
0
1
2
0
1
0
0
0
2
3
4
3
4
4
4
4
直線形
V 形
V 型
平面三角形
三角錐形
四面體
正四面體
正四面體
0
4
正四面體
2
2
2
3
3
4
4
4
4
直線形
平面三角形
四面體
正四面體
正四面體
正四面體
平面三角形
四面體
四面體
課堂練習(xí)1：預(yù)測下列微粒的空間結(jié)構(gòu)。
三、價層電子對互斥模型
電子對數(shù)目 電子對的空間構(gòu)型 成鍵電子對數(shù) 孤電子
對 數(shù) 電子對的
排列方式 分子的
空間構(gòu)型 實 例
2 直 線形 2 0 直線形 BeCl2
CO2
3 三角形 3 0 三角形 BF3
SO3
2 1 V形 SnBr2
PbCl2
三、價層電子對互斥模型
電子對數(shù)目 電子對的空間構(gòu)型 成鍵電子對數(shù) 孤電子
對 數(shù) 電子對的
排列方式 分子的
空間構(gòu)型 實 例
4 四面體 4 0 四面體 CH4 CCl4
NH4＋ SO42-
3 1 三角錐 NH3 PCl3
SO32－ H3O+
2 2 V形 H2O
三、價層電子對互斥模型
電子對數(shù)目 電子對的空間構(gòu)型 成鍵電子對數(shù) 孤電子
對 數(shù) 電子對的
排列方式 分子的
空間構(gòu)型 實 例
5 三角雙錐 5 0 三角雙錐 PCl5
4 1 變形四面體 SF4
3 2 T形 BrF3
2 3 直線形 XeF2
A的價層電子對數(shù) 成鍵電子對數(shù) 孤電子對數(shù) A的價層電子對排布方式 分子空間構(gòu)型 分子類型 實 例
6
6 0
正八
面體
5 1
四方
錐形
IF5
4 2
平面
正方形
AB6
AB5
AB4
SF6
三、價層電子對互斥模型
判斷分子中鍵角的大小
VSEPR模型應(yīng)用
課堂練習(xí)1：【2021年全國乙卷】H2O的鍵角小于NH3的，分析原因。
答案：H2O中含有兩對孤電子對而NH3中含有一對孤電子對，H2O中孤電子對對成鍵電子對的排斥作用較大。
CH4
H2O
NH3
解析：CH4、H2O、NH3的價層電子對均為4，VSEPR模型均為四面體形
這是由于孤電子對有較大的斥力的原因。孤電子對越多，與成鍵電子對之間的排斥力越大，鍵角越小。
結(jié)論：價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規(guī)律：
孤電子對－孤電子對＞孤電子對－成鍵電子對＞成鍵電子對－成鍵電子對
>成鍵電子對－單電子
課堂練習(xí)2：NO2與SO2空間構(gòu)型均為V形，NO2鍵角大于120°，分析原因。
解析：NO2與SO2的價層電子對均為3，VSEPR模型均為平面三角形，但NO2中孤電子是一個單電子，NO2鍵角大于120°，SO2鍵角小于120°
說明斥力：電子對-電子對>電子對-單電子，。
課堂練習(xí)3：預(yù)測NO2、NO2-、NO2+的結(jié)構(gòu)并比較鍵角大小
NO2價層電子對為3，VSEPR模型均為平面三角形，但NO2中孤電子是一個單電子，由于斥力：電子對-電子對>電子對-單電子，NO2鍵角大于120°。
NO2-價層電子對為3，VSEPR模型均為平面三角形，孤電子對數(shù)為1，由于斥力：孤電子對-成鍵電子對>成鍵電子對-成鍵電子對，NO2-鍵角小于120°。
NO2+價層電子對為2，VSEPR模型均為直線型，鍵角180°。
1.若ABn型分子的中心原子A上沒有孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥模型，下列說法正確的是(　　)
A．若n＝2，分子的空間結(jié)構(gòu)為V形
B．若n＝3，分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形
C．若n＝4，分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形
D．以上說法都不正確
C
課堂檢測
2.硫化羰(分子式為COS)是一種有臭雞蛋氣味的無色氣體，可視為由一個硫原子取代了CO2分子中的一個氧原子后形成的，下列有關(guān)硫化羰的說法正確的是(　　)
A．硫化羰的結(jié)構(gòu)式為C=O=S
B．分子中三個原子位于同一直線上
C．中心原子價層電子對數(shù)為4
D．分子是V形結(jié)構(gòu)
B
課堂檢測
3.六氟化硫分子呈正八面體形(如圖所示)，在高電壓下仍有良好的絕緣性，在電器工業(yè)方面有著廣泛的用途，但逸散到空氣中會引起溫室效應(yīng)。下列有關(guān)六氟化硫的推測正確的是(　　)
A．六氟化硫易燃燒生成二氧化硫
B．六氟化硫中各原子均達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
C．六氟化硫分子中的S—F鍵都是σ鍵，且鍵長、鍵能都相等
D．若將六氟化硫分子中的2個F原子換成Cl原子，可以得到3種可能結(jié)構(gòu)
C
課堂檢測
課堂檢測
4.已知：①CS2，②PCl3，③H2S，④CH2O，⑤H3O＋，⑥NH4+，⑦BF3，⑧SO2。請回答下列問題：
(1)中心原子沒有孤電子對的是________(填序號，下同)。
(2)空間結(jié)構(gòu)為直線形的分子或離子有________；空間結(jié)構(gòu)為平面三角形的分子或離子有________。
(3)空間結(jié)構(gòu)為V形的分子或離子有________。
(4)空間結(jié)構(gòu)為三角錐形的分子或離子有________；空間結(jié)構(gòu)為正四面體形的分子或離子有________。
①④⑥⑦
①
④⑦
③⑧
②⑤
⑥

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