高中化学本专题突破32价层电子对互斥模型的应用——判断分子或离子的空间构型学案

2 价层电子对互斥模型的应用——判断分子或离子的空间构型
价层电子对互斥模型认为，在一个共价分子中，中心原子周围电子对排布的空间构型主要决定于中心原子的价电子层中电子对的数目。

所谓价层电子对包括成键的σ电子对和未成键的孤电子对。

价层电子对各自占据的位置倾向于彼此分离得尽可能地远些，这样电子对彼此之间的排斥力最小，整个分子最为稳定。

这样也就决定了分子的空间结构。

因此利用价层电子对互斥模型可以预测简单分子或离子的空间结构。

利用价层电子对互斥模型推断分子或离子的空间构型的具体步骤如下：
1．确定中心原子A价层电子对数目
中心原子A的价电子数与配位体X提供共用的电子数之和的一半，就是中心原子A价层电子对的数目。

例如BF3分子，B原子有3个价电子，三个F原子各提供一个电子，共6个电子，所以B原子价层电子对数为3。

如果讨论的是离子，则应加上或减去与离子电荷相应的电子数。

如PO3－4中P原子的价层电子数应加上3，而NH＋4中N原子的价层电子数则应减去1。

2．确定价层电子对的几何构型
由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能地相互远离。

于是价层电子对的几何构型与价层电子对数目的关系如下表所示：
3．分子空间构型的确定
价层电子对有成键电子对和孤电子对之分，价层电子对的总数减去成键电子对数，得孤电子对数。

根据成键电子对数和孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子空间构型。

判断分子空间构型时应注意：
(1)如果在价层电子对中出现孤电子对时，价层电子对几何构型还与下列斥力顺序有关：孤对—孤对>孤对—键对>键对—键对。

因此，价层电子对几何构型为正三角形和正四面体时，孤电子对的存在会改变键对电子的分布空间。

(2)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，不包括π电子。

实例分析：判断HCHO分子和HCN分子的空间构型。

HCHO分子中有1个双键，看作1对成键电子，2个C—H单键为2对成键电子，C 原子的价层电子对数为3，且无孤电子对，所以HCHO分子的空间构型为平面三角形。

HCN分子的结构式为H—C≡N，含有1个C≡N叁键，看作1对成键电子，1个C—H单键为1对成键电子，故C原子的价层电子对数为2，且无孤电子对，所以HCN分子的空间构型为直线形。

【典例3】用价层电子对互斥模型判断SO3的分子构型为( )
A．正四面体型B．V形
C．三角锥型D．平面三角形
解析SO3中的S原子的价电子全部用于形成了共价键，S周围有3个氧原子，故选D。

答案 D
【典例4】价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)可用于预测简单分子的空间构型。

其要点可以概括为
Ⅰ.用AX n E m表示只含一个中心原子的分子组成，A为中心原子，X为与中心原子相结合的原子，E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，(n＋m)称为价层电子对数。

分子中的价层电子对总是互相排斥，均匀地分布在中心原子周围的空间；
Ⅱ.分子的空间构型是指分子中的原子在空间的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对；
Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力主要顺序为ⅰ.孤电子对之间的斥力>孤电子对与共用电子对之间的斥力>共用电子对之间的斥力；ⅱ.双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键与单键之间的斥力；ⅲ.X原子得电子能力越弱，A—X形成的共用电子对之间的斥力越强。

请仔细阅读上述材料，回答下列问题：
(1)根据要点Ⅰ可以画出AX n E m的VSEPR理想模型，请填写下表：
(2)请用2
________________________________________________________________________。

(3)H2O分子的空间构型为__________，请你预测水分子中∠H—O—H的大小范围并解释原因：________________________________________________________________________。

(4)SO2Cl2和SO2F2都属AX4E0型分子，S===O之间以双键结合，S—Cl、S—F之间以单键结合。

请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的空间构型：____________，SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl________(选填“<”、“>”或“＝”)SO2F2分子中∠F—S—F。

(5)用价层电子对互斥模型判断下列分子或离子的空间构型：
解析 存在孤电子对时为V 形结构；当n ＋m ＝3时，如果没有孤电子对时为平面三角形，如果有孤电子对时为V 形；当n ＋m ＝4时，如果没有孤电子对时为正四面体型，如果有一对孤电子对时为三角锥型，如果有两对孤电子对时为V 形。

所以水分子中n ＋m ＝2，且有两对孤电子对，所以是
V 形结构，又由于孤电子对的作用力强于成键的共用电子对，所以使其角度小于109.5°。

再如SO 2Cl 2和SO 2F 2中的硫原子是中心原子，此时n ＋m ＝4且没有孤电子对，所以它应为正四面体型，但由于原子种类不同，所以不是正四面体型，而是一般四面体。

答案 (1)
(2)CO 2属20(3)V 形 水分子属AX 2E 2，n ＋m ＝4，VSEPR 理想模型为正四面体型，价层电子对之间的夹角均为109.5°，根据Ⅲ中的ⅰ，应有∠H—O —H<109.5°
(4)四面体型 > (5)。