专题四 分子空间结构与物质性质 第一单元 分子构型与物质的性质 分子的空间构型

复习回顾 http://sce.scnu.edu.cn/course/inorgchem/hxyl-04/chap02/know_2ab.html σ键 成键方式 “头碰头”,呈轴对称 共价键 π键 成键方式 “肩并肩”,呈镜像对称 键能 衡量化学键的强弱 键参数 键长 键角 描述分子的立体结构的重要因素

形形色色的分子 O2 HCl CO2 H2O

C2H2 CH2O COCl2 P4 NH3

CH3COOH CH3CH2OH CH4 C6H6 C8H8 CH3OH

C60 C20 C40 C70 问题

问题： 2s 2px 2py 2pz C 2s 2px 2py 2pz C原子与H原子结合形成的分子为什么是CH4，而不是CH2或CH3？CH4分子为什么具有正四面体的空间构型（键长、键能相同，键角相同为109°28′）？

1.杂化轨道理论简介 C H 为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论， 它的要点是：当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，得到4个能量相等、成分相同的sp3杂化轨道，夹角109  28 ′，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的如下图所示： 2s 2p C的基态 2s 2p 激发态 正四面体形 sp3 杂化态 激发 C H 109°28’

等性sp3 杂化 原子形成分子时，同一个原子中能量相近的一个 ns 轨道与三个 np 轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为 sp3 杂化轨道。 SP2

等性sp2 杂化 同一个原子的一个 ns 轨道与两个 np 轨道进行杂化组合为 sp2 杂化轨道。sp2 杂化轨道间的夹角是120°，分子的几何构型为平面正三角形。 BF3分子形成 2p 2s 激发态 2s 2p B的基态 正三角形 sp2 杂化态 激发 B F 120°

sp2杂化：三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道。

等性sp 杂化 BeCl2分子形成 同一原子中 ns-np 杂化成新轨道：一个 s 轨道和一个 p 轨道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。 激发态 2s 2p Be基态 直线形 sp杂化态 激发 杂化 Cl Be Cl 180 键合 直线形 化合态

sp杂化：夹角为180°的直线形杂化轨道。 碳的sp杂化轨道

根据以下事实总结：如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型？ sp3 C－C sp2 C＝C sp C≡C

一般方法 1、看中心原子有没有形成双键或叁键，如果有1个叁键，则其中有2个π键，用去了2个p轨道，形成的是sp杂化；如果有1个双键则其中有1个π键，形成的是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。 2、没有填充电子的空轨道一般不参与杂化.

2杂化的分类: 由原子轨道组合成一组简并杂化轨道的杂化 过程称为等性杂化。完全由一组具有未成对电子 的原子轨道或空轨道参与的杂化都是等性杂化。 如果杂化后所得到的一组杂化轨道并不完全 简并，则称为不等性杂化。有孤对电子参与的杂 化都是不等性杂化。 应该指出，等性杂化并不表示形成的共价键 等同。例如，CHCl3 为变形四面体，分子中三个 键与 键并不等同，但 C 采取的杂化 方式仍是 sp3 等性杂化。

基态N的最外层电子构型为 2s22p3，在H影响 下，N 的一个2s轨道和三个2p 轨道进行sp3 不等性 杂化，形成四个sp3 杂化轨道。其中三个sp3杂化轨 道中各有一个未成对电子，另一个sp3 杂化轨道被 孤对电子所占据。 N 用三个各含一个未成对电子 的sp3 杂化轨道分别与三个H 的1s 轨道重叠，形成 三个 键。由于孤对电子的电子云密集在N 的 周围，对三个 键的电子云有比较大的排斥作 用，使 键之间的键角被压缩到 ，因此 NH3 的空间构型为三角锥形。

NH3 的空间构型

基态O 的最外层电子构型为2s22p4，在 H 的 影响下，O 采用sp3 不等性杂化，形成四个sp3 杂 化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电 子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占 据。O 用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨 道分别与两个H 的 1s 轨道重叠，形成两个 键。由于O的两对孤对电子对两个 键的成键 电子有更大的排斥作用，使 键之间的键角被 压缩到 ，因此 H2O 的空间构型为角型。

的空间构型

几种常见的杂化轨道类型 杂化类型 sp sp2 sp3 杂化轨道排布 直线形 三角形 四 面 体 杂化轨道中孤对电子数 分子空间构型 四 面 体 杂化轨道中孤对电子数 分子空间构型 正四面体 三角锥形 角 形 实 例 BeCl2 BF3 CCl4 NH3 H2O 键 角 180° 120° 0 0 0 1 2

3、确定分子空间构型的简易方法： 价层电子对互斥理论 共价分子的几何外形取决于分子价层电子对数目和类型。分子的价电子对（包括成键电子对和孤电子对）由于相互排斥作用,而趋向尽可能远离以减小斥力而采取对称的空间构型。

空间构型的步骤如下： （1）确定中心原子的价层电子对数： 价层电子对数＝（中心原子的价电子数＋ 配位原子提供的电子数±离子电荷数 )/2 利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的 空间构型的步骤如下： （1）确定中心原子的价层电子对数： 价层电子对数＝（中心原子的价电子数＋ 配位原子提供的电子数±离子电荷数 )/2 式中：中心原子的价电子数=主族序数 例如：B：3，C：4，N：5，O：6，X：7，稀有气体：8 配位原子提供的价电子数： H与卤素：1，O与S为0 N原子做配位原子时为-1 当中心原子的价电子数为奇数时要加1 例如：SO42- VP=(6+0+2)/2=4 价层电子对数 2 3 4 5 6 电子对排布方式 直线形 平面三角形 四面体 三角锥 八面体

二、价层电子对互斥理论的应用实例 （一） CH4 的空间构型 在CH4 中，C 有4个电子，4个H 提供4个电 间构型为正四面体。

（二） 的空间构型 在 中，Cl 有7个价电子，　不提供电 子，再加上得到的1个电子，价层电子总数为　 个，价层电子对为4对。Cl的价层电子对的排布 为四面体，四面体的 3 个顶角被3个O占据，余 下的一个顶角被孤对电子占据，因此 为三 角锥形。

在 PCl5 中，P 有5个价电子，5 个Cl分别提 （三） PCl5 的空间构型 供1个电子，中心原子共有5对价层电子对，价 层电子对的空间排布方式为三角双锥，由于中 心原子的价层电子对全部是成键电子对，因此 PCl5 的空间构型为三角双锥形。 利用价层电子对互斥理论，可以预测大多 数主族元素的原子所形成的共价化合物分子或 离子的空间构型。

中心原子的价层电子对的排布和 ABn 型共价分子的构型 价层电子对排布 成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排布方式 分子构型 实 例 直线形 层 电 子 对 数 2 2 0 AB2 直线形 HgCl2 平面 三角 形 3 0 AB3 平面三角形 BF3 3 2 1 AB2 角形 PbCl2

价层电子对数 价层电子对排 成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排布 分子构型 实 例 方式 布 4 0 AB4 正四面体 CH4 4 四面 体 3 1 AB3 三角锥形 NH3 2 2 AB2 角形 H2O

价层电子对数 价层电子对排 成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排 分子构型 实 例 布方式 布 三角双锥 PCl5 5 0 AB5 变形四面 SF4 4 1 AB4 体 三角 双锥 5 3 2 AB3 T形 ClF3 2 3 AB2 直线形

价层电子对数 价层电子对排 成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排 分子构型 实 例 布方式 布 6 0 AB6 正八面体 SF6 6 八面体 5 1 AB5 四方锥形 IF5 平面正方 4 2 AB4 形

科学探究: 直线形 平面三角形 sp杂化 sp2杂化 2个π键 1个π键 1、写出HCN分子和CH2O分子的结构式。

B 课堂练习 1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( ) A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( ) A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4 B

D 课堂练习 2、对SO2与CO2说法正确的是( ) A.都是直线形结构 B.中心原子都采取sp杂化轨道 C.S原子和C原子上都没有孤对电子 D.SO2为V形结构， CO2为直线形结构 D

课堂练习 3、指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。 (1)PCl3 (2)BCl3 (3)CS2