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第二章 分子結構與性質
第二節 分子的空間結構
第 1-3 課時
種類
σ鍵
s s σ鍵，如：H-H
-
s p σ鍵，如：H-Cl
-
p p σ鍵，如：Cl-Cl
“頭碰頭”
原子軌道的重疊方式：
種類
軸對稱
電子云的對稱方式：
π鍵
p-p π鍵
“肩并肩”
原子軌道的重疊方式：
鏡面對稱
電子云的對稱方式：
種類
特征
飽和性
方向性
共價鍵
-
鍵能、鍵長、鍵角
鍵參數：
【回顧】2-1 共價鍵
多樣的分子空間結構
1.雙原子分子
O2
HCl
2.三原子分子
3.四原子分子
4.五原子分子
CO2
H2O
CH2O
NH3
CH4
價層電子對互斥模型（ VSEPR model）理論能比較簡便地定性預測分子的空間結構，其基本觀點是：
（1）分子中的中心原子的價層電子對由于相互排斥作用，處于不同的空間取向且盡可能趨向于彼此遠離。
【思考】為什么甲烷分子的空間結構是正四面體形而不是正方形？
C
H
H
H
H
··
··
··
··
空間結構：正四面體形 鍵角：109°28′
中心原子
價層電子對數
電子對互斥
氣球空間互斥
空間結構
2
3
4
平面三角形
（VSEPR ）理想模型
直線形
正四面體形
（VSEPR ）理想模型
中心原子
價層電子對數
空間結構
分子種類
2 3 4 5 6
直線形 平面三角形 四面體形 三角雙錐形 八面體形
化學式 電子式 空間結構模型
CO2
H2O
CH2O
NH3
CH4
價層電子對互斥模型（ VSEPR model）理論能比較簡便地定性預測分子的空間結構，其基本觀點是：
（1）分子中的中心原子的價層電子對由于相互排斥作用，處于不同的空間取向且盡可能趨向于彼此遠離。
（2）兩個原子間的成鍵電子不論是單鍵還是多重鍵，都看作一個空間取向；一對孤電子對可看作一個空間取向。
成鍵電子對
孤電子對
價層電子對互斥模型（ VSEPR model）理論能比較簡便地定性預測分子的空間結構，其基本觀點是：
（1）分子中的中心原子的價層電子對（σ鍵電子對 + 孤電子對）
由于相互排斥作用，處于不同的空間取向且盡可能趨向于彼此遠離。
化學式 電子式 空間結構模型
CO2
H2O
CH2O
NH3
CH4
（2）兩個原子間的成鍵電子不論是單鍵還是多重鍵，都看作一個空間取向；一對孤電子對可看作一個空間取向。
成鍵電子對
孤電子對
（VSEPR ）模型的應用：預測分子的空間結構
價層電子對數
VSEPR
理想模型
分子的
空間結構
略去
孤電子對
H2O
NH3
CH4
2+2=4
3+1=4
4+0=4
價層電子對互斥模型（ VSEPR model）理論能比較簡便地定性預測分子的空間結構，其基本觀點是：
（1）分子中的中心原子的價層電子對（σ鍵電子對 + 孤電子對）
由于相互排斥作用，處于不同的空間取向且盡可能趨向于彼此遠離。
（2）兩個原子間的成鍵電子不論是單鍵還是多重鍵，都看作一個空間取向；一對孤電子對可看作一個空間取向。
化學式 電子式 空間結構模型
H2O
NH3
CH4
（3）相較成鍵電子對，孤電子對有較大的排斥力
成鍵電子對
孤電子對
鍵角
（1）中心原子的價層電子對（σ鍵電子對 + 孤電子對）
（VSEPR ）模型的應用：預測分子的空間結構
SO2
（2）VSEPR理想模型
中心原子價層電子對數 VSEPR理想模型
2 直線形
3 平面三角形
4 正四面體形
價層電子對數
VSEPR
理想模型
分子的
空間結構
略去
孤電子對
BeCl2 H2S NCl3
① σ鍵電子對
（1）中心原子的價層電子對（σ鍵電子對 + 孤電子對）
ABn型分子，n為與中心原子結合的數量，也等于A與B之間結合的σ鍵個數。σ鍵電子對數=n
微粒種類 中心原子價層電子對數 VSEPR理想模型 微粒空間結構
σ鍵電子對 孤電子對 SO2
SO42-
NH4+
② 孤電子對
（1）中心原子的價層電子對（σ鍵電子對 + 孤電子對）
方法一：根據電子式直接確定
方法二：公式計算中心原子上的孤電子對數
CH4
×(4-4×1)＝0
NH3
×(5-3×1)＝1
H2O
×(6-2×1)＝2
2
1
2
1
2
1
=
—
2
1
(a – xb)
中心原子的價電子數
中心原子結合的原子數
與中心原子結合的原子最多能接受的電子數
② 孤電子對
（1）中心原子的價層電子對（σ鍵電子對 + 孤電子對）
微粒種類 中心原子價層電子對數 VSEPR理想模型 微粒空間結構
σ鍵電子對 孤電子對 SO2 2
SO42- 4
NH4+ 4
方法一：根據電子式直接確定
方法二：公式計算中心原子上的孤電子對數
=
—
2
1
(a – xb)
中心原子的價電子數
中心原子結合的原子數
與中心原子結合的原子最多能接受的電子數
注意：
①價層電子對互斥模型對分子空間結構的預測少有失誤，但它不能用于預測以過渡金屬為中心原子的分子或離子【如Ni(CO)4等】。
②一般適用于ABn型分子，對于復雜結構【如P4O10等】無法判斷。
（VSEPR ）模型的應用：預測分子的空間結構
價層電子對數
VSEPR
理想模型
分子的
空間結構
略去
孤電子對
（1）中心原子的價層電子對（σ鍵電子對 + 孤電子對）
（VSEPR ）模型的應用：預測分子的空間結構
（2）VSEPR理想模型
中心原子價層電子對數 VSEPR
理想模型名稱
2 直線形
3 平面三角形
4 正四面體形
5 三角雙錐形
6 正八面體形
價層電子對數
VSEPR
理想模型
分子的
空間結構
略去
孤電子對
三角雙錐形
正八面體形
【鞏固練習】
微粒 中心原子價層電子對數 VSEPR 理想模型名稱 微粒
空間結構名稱
σ鍵電子對 孤電子對 BeCl2
BF3
CH4
NH3
H2O
【思考】如何解釋CH4的空間結構是正四面體形？
碳原子的價層電子排布：2s22p2
2s
2p
2s
2p
x
y
z
雜化軌道理論
鮑林
在形成分子時：
中心原子中能量相近的軌道發生混雜，混雜時保持軌道總數不變
重新分配能量和調整空間伸展方向，組成能量相等、方向不同的新原子軌道
雜化軌道理論
2p
2s
2s
2p
sp3
4個 sp3 雜化軌道
躍遷
sp3雜化
基態
激發態
甲烷分子中C原子的1個2s軌道與3個2p軌道形成4個相同的sp3雜化軌道，夾角109°28′。
甲烷分子中碳原子的4個sp3雜化軌道分別與4個氫原子的1s軌道重疊，形成4個C-Hσ鍵，呈正四面體形。
CH4
2s2p軌道
2s
2p
2s
2p
sp2
3個sp2雜化軌道
躍遷
sp2雜化
BF3
2s2p軌道
2s
2p
2s
2p
sp
2個sp雜化軌道
躍遷
sp雜化
BeCl2
雜化軌道理論
微粒 中心原子價層電子對數 VSEPR 理想模型名稱 微粒 空間結構名稱 中心原子雜化類型
σ鍵電子對 孤電子對 BeCl2 2 0 直線形 直線形 sp
BF3 3 0 平面三角形 平面三角形 sp2
CH4 4 0 正四面體形 正四面體形 sp3
【思考】中心原子雜化軌道數、類型與中心原子價層電子對數、VSEPR模型的關系？
在學習價層電子對互斥模型時，知道NH3和H2O的VSEPR模型跟CH4一樣也是四面體形。嘗試用雜化軌道理論來解釋NH3、H2O的空間結構。
sp3雜化
2s
2p
NH3
氮原子的3個sp3雜化軌道與3個氫原子的1s原子軌道重疊形成3個N-Hσ鍵，其中1個sp3雜化軌道中占有孤電子對。
2s
2p
H2O
sp3雜化
氧原子的2個sp3雜化軌道與2個氫原子的1s原子軌道重疊形成2個N-Hσ鍵，其中2個sp3雜化軌道中占有孤電子對。
微粒 中心原子價層電子對數 VSEPR 理想模型名稱 微粒 空間結構名稱 中心原子雜化類型
σ鍵電子對 孤電子對 BeCl2 2 0 直線形 直線形 sp
BF3 3 0 平面三角形 平面三角形 sp2
CH4 4 0 正四面體形 正四面體形 sp3
NH3 3 1 四面體形 三角錐形 sp3
H2O 2 2 四面體形 V形 sp3
（2）雜化軌道數 ＝ 中心原子價層電子對數 ＝σ鍵電子對數 + 孤電子對數
（1）雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對
（3）形成π鍵的電子只能位于未雜化的原子軌道上。
應用VSEPR模型和雜化軌道理論解釋多中心原子的結構。
已知:乙烯是平面分子，鍵角為120o，分子中含有碳碳雙鍵。
如何來確定中心原子C的雜化類型呢？
2s
2p
2s
2p
sp2
3個sp2雜化軌道
躍遷
sp2雜化
sp2雜化
分子 中心原子價層電子對數 雜化軌道數 雜化類型
CH2=CH2 3 + 0＝3 3 sp2雜化
乙烯 中心原子C的sp2雜化
乙炔是直線形分子，鍵角為180°，分子中含有碳碳三鍵。
乙炔分子的碳原子采用什么雜化？它的雜化軌道用于形成什么化學鍵？怎么理解它存在碳碳三鍵？
2s
2p
2s
2p
sp
2個sp雜化軌道
躍遷
sp雜化
sp雜化
分子 中心原子價層電子對數 雜化軌道數 雜化類型
CH≡CH 2 + 0＝2 2 sp雜化
乙炔 中心原子C的sp雜化
鏈接高考1：分析乙烯、乙炔、苯分子中碳原子的雜化軌道類型。
sp2雜化
sp雜化
sp2雜化
‖
C
H
—
C
C
C
C
C
—
H
H
H
H
H
‖
‖
鏈接高考2：分析N的雜化類型。
H2N—C≡N
sp3、 sp雜化
sp2雜化
sp3雜化
分子的
空間結構
VSEPR模型
預測
解釋
雜化軌道理論
肉眼不能看到分子，那么科學家是怎樣知道分子的結構的呢？
紅外光譜儀
質譜儀
X射線衍射儀
紅外光譜儀原理
分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的，分子的空間結構是分子中的原子處于平衡位置時的模型。
分子振動需要能量，所以當一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學鍵的振動頻率相同的紅外線，記錄到圖譜上呈現吸收峰。
通過紅外光譜圖，發現未知物中含有O-H、C-H和C-O的振動吸收，可初步推測該未知物中含有羥基。
化學式：C2H6O
乙醇 CH3CH2OH 二甲醚 CH3OCH3
質譜儀原理
用質譜儀測定分子的相對分子質量，在質譜圖中質荷比最大的數據代表所測物質的相對分子質量。

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