第二章 分子结构与性质第二节分子的立体结构 (第二课时)的空间构型NH3的空间构型三、价层电子对互斥模型应用价层电子对互斥模型应用n利用价层电子对互斥理论判断分子的立体结构。n中心原子:对对ABn型分子，型分子，B围绕围绕A成键，则成键，则A为中心原子，为中心原子，n值为中心原子结合的原子数。值为中心原子结合的原子数。n公式：公式：中心原子孤电子对数中心原子孤电子对数中心原子孤电子对数中心原子孤电子对数=1/2(a-bx);=1/2(a-bx); a:中心原子中心原子 价电子数；价电子数；nb:配原子为达稳定结构所需的电子数配原子为达稳定结构所需的电子数nX:与中心原子结合的原子数；与中心原子结合的原子数；n阳离子来说为中心原子的价电子数减去离子的电荷数，其阳离子来说为中心原子的价电子数减去离子的电荷数，其它不变。它不变。n阴离子来说为中心原子的价电子数加上去离子的电荷数，阴离子来说为中心原子的价电子数加上去离子的电荷数，其它不变。其它不变。n将中心原子形成的将中心原子形成的键电子对数加上中心原子的孤电子对键电子对数加上中心原子的孤电子对数变可确定中心原子上的价层电子对数，由中心原子上的数变可确定中心原子上的价层电子对数，由中心原子上的价层电子对数确定分子立体构型。价层电子对数确定分子立体构型。n公式：公式： 价层电子对数价层电子对数价层电子对数价层电子对数= = 键电子对数键电子对数键电子对数键电子对数+中心原子的孤电中心原子的孤电中心原子的孤电中心原子的孤电子对数子对数子对数子对数 = =配原子数配原子数配原子数配原子数+中心原子的孤电子对中心原子的孤电子对中心原子的孤电子对中心原子的孤电子对数数数数2 中心原子上的孤电子对的确定分子或离子a xb孤电子对H2OCO2NH3CH4HCHONH4+CO32-222211110000021444446354+2=65-1=43 同为四原子分子，同为四原子分子，CH2O与与 NH3 分子的的空分子的的空间结构也不同，什么原因？间结构也不同，什么原因？三角锥形三角锥形平面三角形平面三角形四、知识巩固利用价层电子对互斥理论确定SO2 BF3 SO32-的VSEPR模型和它们的立体构型作业利用价层电子对互斥理论确定SO3 SO42- CCl4 H2S PCl3 BCl3的VSEPR模型和它们的立体构型 电子对数电子对数 配体数配体数 孤电子对数孤电子对数 电子对构型电子对构型 分子构型分子构型 ( m ) ( n ) ( m n ) 3 2 1 三角形三角形 “ V ” 字形字形 ABBA 4 3 1 正四面体正四面体 三角锥三角锥 ABBBA 4 2 2 正四面体正四面体 “ V ” 字形字形 AABB 补充说明补充说明对于分子中有双键、叁键等多重键时，对于分子中有双键、叁键等多重键时，使用价层电子对理论判断其分子构型时，双键的两对使用价层电子对理论判断其分子构型时，双键的两对电子和叁键的三对电子只能作为一对电子来处理。或电子和叁键的三对电子只能作为一对电子来处理。或者说在确定中心原子的价电子层电子对总数时，不包者说在确定中心原子的价电子层电子对总数时，不包括括键电子。键电子。二、价层电子对互斥模型二、价层电子对互斥模型 一一类类是是中中心心原原子子上上的的价价电电子子都都用用于于形形成成共共价价键键，如如CO2、CH2O、CH4等等分分子子中中的的碳碳原原子子，它它们们的的立立体体结结构构可可用用中中心心原原子子周周围围的的原原子子数数n来来预预测测，概概括括如下：如下： ABn 立体结构立体结构 范例范例 n=2 直线形直线形 CO2 n=3 平面三角形平面三角形 CH2O n=4 正四面体形正四面体形 CH43、应用：预测分子构型预测分子构型 另另一一类类是是中中心心原原子子上上有有孤孤对对电电子子(未未用用于于形形成成共共价价键键的的电电子子对对)的的分分子子，如如H2O和和NH3，中中心心原原子子上上的的孤孤对对电电子子也也要要占占据据中中心心原原子子周周围围的的空空间间，并并参参与与互互相相排排斥斥。例例如如，H2O和和NH3的的中中心心原原子子分分别别有有2对对和和l对对孤孤对对电电子子，跟跟中中心心原原子子周周围围的的键键加加起起来来都都是是4，它它们们相相互互排排斥斥，形形成成四四面面体体，因因而而H2O分分子子呈呈V形形，NH3分子呈三角锥形。分子呈三角锥形。表格四 项目分子式ABn型分子( n值)VSEPR模型价层电子对的空间构型分子的立体结构模型分子的空间构型CO2H2O NH3CH2OCH4直线形直线形四面体四面体正四面体正四面体直线形直线形形形三角锥形三角锥形平面三角形平面三角形正四面体正四面体四面体四面体平面三角形平面三角形22334中心原子所含孤对电子对数 02100分子或离子分子或离子结构式结构式VSEPR模型模型分子或离子的立体结构分子或离子的立体结构HCNNH4 +H3O+SO2 BF3N HHHH+HCNBFFFS = =O= = OOHHH+规律总结规律总结(1)中心原子的价电子都用于成键（无孤对电子），其构型可用 预测；n=2,为 n=3,为 n=4,(2)中心原子有孤对电子，其要占据中心原子周围的空间，并与 ，使分子呈现不同的立体构型。中心原子周围的原子数中心原子周围的原子数n n互相排斥互相排斥直线形直线形平面三角形平面三角形四面体形四面体形课堂练习：课堂练习：1、多原子分子的立体结构有多种，三原子分子的立体结构有、多原子分子的立体结构有多种，三原子分子的立体结构有 形和形和 形，大多数四原子分子采取形，大多数四原子分子采取 形和形和 形两种立体结构，五原子分子的立体结构中最常见的是形两种立体结构，五原子分子的立体结构中最常见的是 形。形。 2 、下列分子或离子中，不含有孤对电子的是、下列分子或离子中，不含有孤对电子的是 A、H2O、B、H3O+、C、NH3、D、NH4+3 、下列分子、下列分子BCl3、CCl4、H2S、CS2中中,其键角由小到其键角由小到大的顺序为大的顺序为 4、以下分子或离子的结构为正四面体，且键角为、以下分子或离子的结构为正四面体，且键角为10928 的是的是 CH4 NH4+ CH3Cl P4 SO42-A、 B、 C、 D、5、用价层电子对互斥模型判断、用价层电子对互斥模型判断SO3的分子构型的分子构型 A、正四面体形、正四面体形 B、V形形 C、三角锥形、三角锥形 D、平面三角形、平面三角形直线V平面三角三角锥 DCD正四面体正四面体一、杂化轨道理论要点一、杂化轨道理论要点1.杂化与杂化轨道的概念杂化与杂化轨道的概念 在形成多原子分子的过程中，中心原子在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干的若干能量相近能量相近的原子轨道重新的原子轨道重新组合组合，形成，形成一组新的原子轨道。这个过程叫做轨道的一组新的原子轨道。这个过程叫做轨道的杂杂化化，产生的新轨道叫做，产生的新轨道叫做杂化轨道杂化轨道。杂化轨道。杂化轨道理论认为：在分子形成过程中，通常存在理论认为：在分子形成过程中，通常存在激激发发、杂化杂化、轨道、轨道重叠重叠等过程。等过程。 2.杂化要点杂化要点（1）原子轨道的杂化只有在分子形成过程才）原子轨道的杂化只有在分子形成过程才会发生，会发生，孤立孤立的原子是不可能发生杂化的；的原子是不可能发生杂化的；（2）只有原子轨道）只有原子轨道能量相近能量相近的轨道才能发生的轨道才能发生杂化，杂化，形成的形成的杂化轨道的杂化轨道的数目数目等于等于参加杂化参加杂化的原子轨道数目的原子轨道数目；（3）杂化轨道空间伸展）杂化轨道空间伸展方向方向会会改变改变，轨道有，轨道有更更强强的方向性和更的方向性和更强强的成键能力的成键能力，杂化轨道，杂化轨道一头大一头小，大头用于成键；一头大一头小，大头用于成键；（4）不同的杂化不同的杂化方式方式导致杂化轨道的导致杂化轨道的空间分空间分布布不同，由此决定了分子的空间几何构型不不同，由此决定了分子的空间几何构型不同同。二、杂化轨道类型二、杂化轨道类型再如再如，炔烃中的，炔烃中的CC的的-骨架也是由骨架也是由sp杂化轨道构建的。杂化轨道构建的。当中心原子取当中心原子取sp杂化杂化轨道形成直线形的轨道形成直线形的 骨架骨架时，中心原子上有两个垂直于分子的时，中心原子上有两个垂直于分子的 骨架的未参与杂化的骨架的未参与杂化的p轨道相互重叠轨道相互重叠，形成形成二个二个p p键键。 3 个个sp2 杂化轨道呈三角形分布，分别与杂化轨道呈三角形分布，分别与3 个个Cl的的3p 成成键，故键，故BCl3 分子构型为分子构型为平面三角形平面三角形。再如，再如，乙烯乙烯H2C=CH2、甲醛甲醛H2C=O的结构图：的结构图：例如例如：用杂化轨道理论描述：用杂化轨道理论描述丙二烯丙二烯（ H2C=C=CH2）的分子结构，并且说明它的）的分子结构，并且说明它的4个氢个氢原子是否在一个平面上？原子是否在一个平面上？解：解：丙二烯的丙二烯的2个个端位端位碳原子采取碳原子采取sp2杂化杂化形式形形式形成成3个个 轨道，而轨道，而中心中心碳原子采取碳原子采取sp杂化形式形成杂化形式形成2个个 轨道，而剩余的轨道，而剩余的未参与未参与杂化的杂化的p轨道轨道肩并肩肩并肩的形式形成两个的形式形成两个键键。 已知已知CO2分子中的键角是分子中的键角是180，判断分子中心原子轨判断分子中心原子轨道的杂化类型，并说明成键情况。道的杂化类型，并说明成键情况。CO2的的碳碳原原子子取取sp杂杂化化轨轨道道,它它的的两两个个未未参参加加杂杂化化的的p轨轨道道在在空空间间的的取取向向是是跟跟sp杂杂化化轨轨道道的的轴轴相相互互垂垂直直。CO2分分子子里里有有两两套套3原原子子4电电子子符符号号为为 34的的p-p大大 键键。(I路易斯结构式路易斯结构式II分子中有分子中有2套平行套平行p轨道轨道III表达大表达大 键的结构式键的结构式)2-5 共轭大共轭大键键 苯分子中苯分子中6个碳原子连接成环，每个碳原子上再个碳原子连接成环，每个碳原子上再拉一个氢原子，所有原子处在同一个平面上。苯的拉一个氢原子，所有原子处在同一个平面上。苯的结构式如右所示：结构式如右所示：苯的结构式里的碳苯的结构式里的碳-碳键有单键和双键之分，这种碳键有单键和双键之分，这种结构满足了碳的四价，可是结构满足了碳的四价，可是事实上苯分子的单键和事实上苯分子的单键和双键的键长和键能并没有区别双键的键长和键能并没有区别，苯的结构式并不能，苯的结构式并不能反映这个事实。用形成反映这个事实。用形成p-p大大 键键的概念可以解决这的概念可以解决这个矛盾。个矛盾。 苯中的碳原子取苯中的碳原子取sp2杂化，每个碳原子尚余一个杂化，每个碳原子尚余一个未参与杂化的未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行。轨道，垂直于分子平面而相互平行。由于每个碳原子的左右两个相邻的碳原子没有什由于每个碳原子的左右两个相邻的碳原子没有什么区别么区别,认为中心的碳原子的未参与杂化的认为中心的碳原子的未参与杂化的p轨道中的轨道中的电子电子只与左邻只与左邻的碳原子上的平行的碳原子上的平行p轨道中的一个电子轨道中的一个电子形成形成p键键而不与右邻而不与右邻的形成的形成p键或者相反显然是键或者相反显然是不符合不符合逻辑的逻辑的。所以我们认为所有所以我们认为所有6个平行个平行p轨道总共轨道总共6个电子个电子在在一起形成了一起形成了弥散弥散在整个苯环的在整个苯环的6个碳原子上下形成了个碳原子上下形成了一个一个p-p离域大离域大 键，符号键，符号 66。用用p-p大大 键键(有机化学有机化学中的中的共轭体系共轭体系)的概念苯的结构式写成如下右图更的概念苯的结构式写成如下右图更好。后者已经被好。后者已经被广泛应用广泛应用。CO32离子离子中的大中的大 键键碳酸根离子属于碳酸根离子属于AY3型分子，中心碳原子取型分子，中心碳原子取sp2杂化形式，杂化形式，碳碳原子上有原子上有一个一个垂直于分子平面的垂直于分子平面的p轨轨道道；端位的；端位的3个个氧氧原子也原子也各有各有1个个垂直于分子平面垂直于分子平面的的p轨道轨道；分子的总价电子数等于；分子的总价电子数等于24，3个个CO 键有键有6个电子，每个氧原子上有个电子，每个氧原子上有2个不与分子平面个不与分子平面垂直的孤对电子对，因此垂直的孤对电子对，因此4个平行个平行p轨道中共有轨道中共有24-6-34=6个电子，所以个电子，所以CO32离子中有离子中有1个个4轨道轨道6电电子子p-p大大 键键，符号为，符号为 46。 石墨分子石墨分子结构是层形结构，每层是由无限个碳结构是层形结构，每层是由无限个碳六元环所形成的平面，其中的碳原子取六元环所形成的平面，其中的碳原子取sp2杂化，杂化，与苯的结构类似，每个碳原子尚余一个未参与杂化与苯的结构类似，每个碳原子尚余一个未参与杂化的的p轨道，垂直于分子平面而相互平行。平行的轨道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n个个p轨道形成了一个轨道形成了一个p-p大大 键。键。n个电子弥散在整个个电子弥散在整个层的层的n个碳原子形成的个碳原子形成的大大 键键里，电子在这个里，电子在这个大大p pnn键键中可以自由中可以自由移动移动，所以石墨能导电。，所以石墨能导电。丁丁二二烯烯分分子子式式H2C=CH-CH=CH2。4个个碳碳原原子子均均有有3个配位原子相邻，故均取个配位原子相邻，故均取sp2杂化，形成杂化，形成3个个 键，所有原子处于同一个平面。键，所有原子处于同一个平面。每个碳原子有一个每个碳原子有一个未参与杂化的未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面，每个轨道，垂直于分子平面，每个p轨道轨道里有一个电子里有一个电子。按照上面分析苯分子的结构的模。按照上面分析苯分子的结构的模式，丁二烯分子里有一个式，丁二烯分子里有一个4轨道轨道4电子的电子的p-p大大 键键。 O3分子分子的中心的中心O原子采取原子采取sp2杂化，和两杂化，和两个端位个端位O原子形成两个原子形成两个 键，另外键，另外中心中心O原原子和配位子和配位O原子都有原子都有p轨道，共有轨道，共有4个个电子电子,小于轨道数的两倍小于轨道数的两倍6，满足上述条件即可形，满足上述条件即可形成离域成离域34键键。