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第一節 分子的空間結構
課時2 價層電子對互斥模型和等電子原理
第四章 分子空間結構與物質性質
授課人：
學習目標
1.了解等電子體的概念及判斷方法，能用等電子原理解釋物質的結構和某些性質，結合實例說明“等電子原理”的應用。
2．了解價層電子對互斥理論，通過對價層電子對互斥模型的探究，建立判斷分子空間結構的思維模型。
常見分子的空間結構
CH3CH2OH
CH3COOH
C6H6
C20
用實驗的方法可以測定分子的空間結構
紅外光譜
晶體的X射線衍射
核磁共振
CO2 直線形 180° 鍵長116pm
H2O V形 104°30′ 鍵長116pm
NH3 三角錐形 107°18′ 鍵長101pm
CH4、NH3、H2O分子中，中心原子形成什么類型的雜化軌道？
CH4 正四面體形 109°28′ 鍵長109pm
一、價層電子對互斥模型
NH3 空間結構：三角錐形
鍵角：107°18′
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-H σ鍵，其中1個sp3雜化軌道中占有孤電子對。
sp3雜化
2s
2p
未用于形成共價鍵的電子對
孤電子對
一、價層電子對互斥模型
H2O 空間結構：V形
鍵角為：104°30′
sp3雜化
2s
2p
109°28′
孤電子對
109°28′
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O-H σ鍵，其中2個sp3雜化軌道中占有孤電子對。
一、價層電子對互斥模型
H2O
CH4
NH3
成鍵電子對
孤電子對
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構。
分子的空間結構除了和中心原子與結合原子間的電子對有關，還和中心原子的孤電子對有關。
在1940年，希吉維克（Sedgwick）和坡維爾（Powell）在總結實驗事實的基礎上提出了一種簡單的理論模型，用以預測簡單分子或離子的立體結構。這種理論模型后經吉列斯比（R.J,Gillespie）和尼霍爾姆（Nyholm）在20世紀50年代加以發展，定名為價層電子對互斥模型，簡稱VSEPR（Valence Shell Electron Pair Repulsion）。
價層電子對互斥理論
一、價層電子對互斥模型
一、價層電子對互斥模型
分子中的價電子對（包括成鍵電子對和孤電子對）由于相互排斥作用，而趨向于盡可能彼此遠離以減小斥力，分子盡可能采取對稱的空間結構。
內容:分子的空間結構是中心原子的“價電子對”相互排斥的結果。
一
價層電子對互斥(VSEPR models)模型
一、價層電子對互斥模型
ABm型分子的價電子對計算方法
對于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子的價電子對數可以通過下式確定：
二
價電子對的計算
2
中心原子的價電子數+每個配位原子提供的價電子數×m
n=
對于主族元素，等于原子的最外層電子數，如：C為4個，N為5個；
對于陽離子，等于價電子數-離子電荷數，如：NH4+為5-1=4個；
對于陰離子，等于價電子數+|離子電荷數|，如：PO43-為5+3=8個。
一、價層電子對互斥模型
作為配位原子，鹵素原子、氫原子提供1個價電子，氧原子和硫原子按不提供價電子計算；
作為中心原子，鹵素原子按提供7個價電子計算，氧族原子按提供6個價電子計算；
為與中心原子結合的原子最多能接受的電子數，H為1，
其他原子＝ 8－該原子的價電子數。 如：O為2、N為3（化合價數）
2
中心原子的價電子數+每個配位原子提供的價電子數×m
n=
一、價層電子對互斥模型
價電子對數
空間結構
2
3
4
直線形
平面三角形
正四面體形
109°28′
價電子對（n）分布的幾何構型
一、價層電子對互斥模型
價電子對互斥模型（VSEPR模型）的用途
預測分子或離子的空間構型
中心原子無孤電子對的分子：VSEPR理想模型就是其分子的空間結構。
若有：先判斷VSEPR理想模型，后略去孤電子對，便可得到分子的空間結構
一、價層電子對互斥模型
思考：
CO2為什么不是直角形狀，而是直線型呢？
CO2 直線形 180° 鍵長116pm
CO2分子的價電子對數：
2
4+0×2
n=
=2
CO2分子價電子對為2。這2對價層電子對之間彼此排斥，便得到了直線型的VSEPR模型，也就是二氧化碳分子的空間構型。
一、價層電子對互斥模型
中心原子無孤電子對的分子
中心原子有孤電子對的分子
CH4
H2O
NH3
含孤電子對的VSEPR模型
分子的空間結構模型
V形
三角錐形
正四面體形
一、價層電子對互斥模型
CH4、NH3和H2O分子的價電子對數都是4，中心原子均采取sp3雜化，價電子對分布的幾何構型均為正四面體。
具有相同價電子對數的分子，中心原子的雜化軌道類型相同，價電子對分布的幾何構型也相同。
一、價層電子對互斥模型
如果分子中中心原子的雜化軌道上存在孤電子對，由于孤電子對比成鍵電子對更靠近中心原子的原子核，因而價電子對之間的斥力大小順序為：
隨著孤電子對數目的增多，孤電子對對成鍵電子對的排斥作用增強，使得成鍵電子對與成鍵電子對之間的鍵角也被“壓縮”而減小。
孤電子對與孤電子對之間的斥力
>
孤電子對與成鍵電子對之間的斥力
成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力
>
一、價層電子對互斥模型
因此CH4、NH3和H2O分子中鍵角依次減小。
CH4分子中C原子的雜化軌道上沒有孤電子對
NH3分子中N原子的雜化軌道上有1對孤電子對
H2O分子中O原子的雜化軌道上有2對孤電子對
一、價層電子對互斥模型
分子或離子 孤電子對數 價電子對數 VSEPR理想模型 VSEPR理想模型名稱 分子或離子的空間結構 分子或離子的空間結構名稱
CO2 0
SO2 1
CO32- 0
NH4+ 0
2
3
3
4
直線形
平面
三角形
平面
三角形
正四
面體形
直線形
V形
平面
三角形
正四
面體形
一、價層電子對互斥模型
價電子 對數 σ鍵電子 對數 孤電子 對數 電子對的 排列方式 價層電子對互斥模型 分子或離 子的空間結構 實例
2 0 2 直線形 直線形 BeCl2、
CO2
根據分子中成鍵電子對數和孤電子對數，可以確定相應的較穩定的分子空間結構。
價電子 對數 σ鍵 電子 對數 孤電子 對數 電子對的 排列方式 價層電 子對互 斥模型 分子或離 子的空間 結構 實例
3 3 0 平面 三角形 平面三 角形 BF3、
BCl3
V形 PbCl2
2 1 一、價層電子對互斥模型
價電子 對數 σ鍵 電子 對數 孤電子 對數 電子對的 排列方式 價層電 子對互 斥模型 分子或離 子的空間 結構 實例
4 4 0 四面 體形 正四面 體形 CH4、
CCl4
三角 錐形 NH3
3 1 V形 H2O
2 2 一、價層電子對互斥模型
典例解析
例1 下列微粒的中心原子的孤電子對數或空間結構錯誤的是(　　)
D
二、等電子原理
1、等電子體
具有相同價電子數和相同原子數的分子或離子
具有相同的結構特征，性質相近
2、等電子體原理
C O
N N
結構
性質
決定
反映
原子總數 價電子數 空間結構 鍵能 KJ/mol 熔點℃ 沸點℃ 溶解度
25℃
CO 2 10 直線形 1071.1 -205 -191 2.3ml
N2 2 10 直線形 946 -210 -195 1.6ml
1個σ鍵和2個π鍵
典例解析
(1)同族元素互換法：即將既定粒子中的某元素換成它的同族元素。
(2)價電子遷移法：即將既定粒子中的某元素原子的價電子逐一轉移給粒子中的另一種元素的原子，相應原子的質子數也隨之減少或增加，變換為具有相應質子數的元素。
(3)電子電荷互換法：即將既定粒子中的某元素原子的價電子轉化為粒子所帶的電荷，相應原子的質子數也隨之減少或增加。這種方法可實現分子與離子的互換。
等電子體的確定方法
二、等電子原理
常見等電子體
CO N2
2個原子
價電子總數 10
3個原子
價電子總數 16
3個原子
價電子總數 18
4個原子
價電子總數 24
5個原子
價電子總數 32
平面
三角
直線型
V型
CO2 CS2
SO2 O3
SO3 BF3
CCl4 SiF4
CN– NO+ C22–
NO2+ N3–
NO2–
CO32– NO3–
SO42– PO43–
正四面體
核外電子總數不一定相同；
等電子體可以拓展到離子。
3、等電子原理應用：可以判斷一些簡單分子或離子的立體結構。
二、等電子原理
等電子體不僅有相似的空間結構，而且有相似的性質。
晶體硅、鍺是良好的半導體材料，它們的等電子體磷化鋁（AlP）、砷化鎵（GaAs）也都是良好的半導體材料。
3、等電子原理應用：制造新材料等。
晶體硅
砷化鎵
典例解析
B
課堂小結
價層電子對互斥模型
等電子原理
不良反應
價層電子對互斥理論
價電子對數計算方法
價層電子對互斥模型與分子空間結構
等電子體的確定方法
等電子原理應用
隨堂練習
1．氯化亞砜(SOCl2)是一種很重要的化學試劑，可以作為氯化劑和脫水劑。下列關于氯化亞砜分子的幾何構型和中心原子(S)采取雜化方式的說法正確的是(　　)
A．平面三角形、sp2 B．V形、sp2
C．三角錐形、sp3 D．三角錐形、sp2
C
隨堂練習
2．通常把原子總數和價電子總數相同的分子或離子稱為等電子體，等電子體具有相似的化學結構，下列說法正確的是(　　)
A．H3O＋和PCl3是等電子體，均為三角錐形結構
B．SO2和O3是等電子體，SO2和O3具有相同的化學性質
C．B3N3H6和苯是等電子體，所有原子共平面，均能發生取代反應
D．CO和N2是等電子體，都是非極性分子
C
謝謝觀看
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