共价键与分子的空间构型剖析

VSEPR 模型名称 正四面体 正四面体 正四面体 正四面体 正四面体 正四面体 正四面体 正四面体 正四面体 正四面体
分子或离子立方体 构型 V形 V形
三角锥形 三角锥形 正四面体形 正四面体形 正四面体形 正四面体形 正四面体形 四面体形
分子 或离子
SO2 BF3 SO3 CO32－ NO3－ NO2－ CO2 BeCl2 HCN
VSEPR 模型名称
分子或离子立方体 构型
分子 或离子
H2O NH2－ NH3 H3O+ CH4 NH4+ SiCl4 SO42－ PO43－ CHCl3
配位原子数
2 2 3 3 4 4 4 4 4 4
孤电子 对数
2 2 1 1 0 0 0 0 0 0
杂化方式
SP3 SP3 SP3 SP3 SP3 SP3 SP3 SP3 SP3 SP3
BF3分子形成
2p 2s
B的基态 F
B
F
F
2p
激发
2s
正三角形
120°
激发态
sp2 杂化态
由于每个杂化轨道中都含有1/3的s轨道成分和2/3的p 轨道成分，因此我们把这种轨道称之为sp2杂化轨道。
sp 杂化 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。
（3）SO2、O3、NO2–等离子或分子，通式——AX2，18电子结构，中心原子取sp2杂化形式，VSEPR理想模型为 平面三角形，中心原子上有1对孤对电子，分子立体结构为V型。
（4）SO42–、PO43–等离子具有AX4的通式,总价电子数32，配位原子有4个 ，无孤对电子，故取sp3杂化形式， 呈正四面体立体结构；
3、确定分子空间构型的简易方法：
价层电子对互斥理论 对ABm型分子或离子（A是中心原子，B是配位原子），中心原子A价层电子对（包括成键电子对和 孤对电子）之间存在排斥力，将使分子中的原子处于尽可能远的对称位置上，以使各原子之间斥力最小， 分子体系能量最低。
电子对数目与立体 结构
3
4
2
电子对数目与立体 结构
C-C(p-p)π键
交流·研讨
氮原子的价电子排布式为2s22p3，三个2p轨道各有一个未成对电子，可分别与一个H原子 的1s电子形成一个σ键，不须杂化。但实事是：N形成了四个sp3杂化轨道，且键角是107.30， 空间构型为三角锥形，怎么解释？
在形成氨气时，N 的2s轨道和2p 轨道发生了sp3杂化，形成四个sp3 杂化轨道，成正四面体型。 其中三个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子，另一个sp3 杂化轨道已有两个电子（孤对电 子），不再成键。 化合时，N的sp3 杂化轨道与H 的1s 轨道重叠，形成三个σ键。由于孤对电 子的电子云密集在N 的周围，对三个成键的电子对有比较大的排斥作用，使 N-H 键之间的键 角被压缩，因此
杂化轨道的电子云一头 大，一头小，成键时利用 大的一头，可以使电子云 重叠程度更大，从而形成 稳定的化学键。即杂化轨 道增强了成键能力。
H 109°28’
C
H H
H
sp3 杂化
原子形成分子时，同一个原子中能量相近的1个 ns 轨道与3个 np 轨道进行重新组合组成四个新的原 子轨道称为 sp3 杂化轨道。
BeCl2分子形成
2p 2s
2p 2s
激发
Be基态 180
Cl Be Cl
激发态
杂化 sp杂化态
化合态
小结
杂化 类型
杂化轨道数目
杂 sp
化
轨
2
道
理
论 sp2
3
sp3 4
杂化轨道间夹角 180° 120° 109.50
空间构型
实例
直线
BeCl2
平面三角形
BF3
正四面体形
CH4
阅读P41：乙烯与乙炔分子的空间构型，思考碳原子的杂化轨道类型和成键类型。
共价键与分子的空间构型剖 析
【学习目标】 1、能根据杂化理论判断简单分子或离子的构型. 2、掌握甲烷、乙烯、乙炔、苯等典型分子的立体构型. 【学习重点、难点】 能根据杂化理论判断简单分子或离子的构型,
思考
碳原子价电子: 2S22P2
碳原子只有两个未成对的2p电子，若碳原子与氢原子结合，应形成CH2，为什么是CH4?就算——
m+n=4 sp3杂化 正四面体形 SO3 n=(6-2×3)/2=0
m=3 m+n=3 sp2杂化 平面正三角形
请判断下列分子价电子对数、中心原子杂化轨道类型以及分子的空间构型。
分子
BeCl2
BF3
CH4
CO2
m+n
2+0
3+0
4+0
2+0
杂化轨道类型
空间 构型
sp 直线形
sp2
sp3
sp
平面三角形 正四面体形
四面体
形
V型 型
三角锥 形
正三角 形
正四面 体型
1.下列物质中分子立体结构与水分子相似的是
A．CO2
B．H2S
C．PCl3
D．SiCl4
2.下列分子立体结构其中属于直线型分子的是
B
A．H2O C．C2H2
B．CO2 D．P4
BC
课堂练习
• 3.若ABn型分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模型，下列说法 正确的（ ）
配位原子数
孤电子 对数
杂化方式
VSEPR 模型名称
分子或离子立方体 构型
分子 或离子
SO2 BF3 SO3 CO32－ NO3－ NO2－ CO2 BeCl2 HCN
配位原子数
2 3 3 3 3 2 2 2 2
孤电子 对数 1 0 0 0 0 1 0 0 0
杂化方式
SP2 SP2 SP2 SP2 SP2 SP2 SP SP SP
和
；
和
。
CO N2
CO2
N2O
百度文库
Li Be B C N O F Ne
第三课时
二、分子的空间构型与分子性质 1.手性分子
左手和右手不能重叠
左右手互为镜像
手性异构体和手性分子 概念：如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间
里不能重叠，这对分子互称手性异构体。有手性异构体的分子称为手性分子。
杂化轨道理论解释苯分子的结构：
C为sp2杂化
C-C (sp2-sp2 ) ; C-H (sp2-s ) 所有原子（12个）处于同一平面 分子中6个碳原子未杂化的2p轨道上的未成对电子肩并肩重 叠形成了一个闭合的、环状的大π键
形成的π电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面，一个位于平面下面，经能量计算，这是一个很 稳定的体系。
VSEPR 模型名称
分子或离子立方体 构型
平面三角形 平面三角形
V形 平面三角形
平面三角形
平面三角形
平面三角形 平面三角形
平面三角形 平面三角形
平面三角形
V形
直线形 直线形
直线形 直线形
直线形
直线形
等电子体原理 化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子称为等电子体。它们具有相同的空间构型和相同的化学键类 型。
总结：如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型？
一看 分子的空间构型，如果是直线型，则是sp杂化；如果是平面三角形，则是sp2杂化；如果是正四 面体型，则是sp3杂化。 二看 中心碳原子有没有形成双键或叁键，如果有1个叁键，则其中有2个是π键，用去了2个p轨道， 所以形成的是sp杂化；如果有1个双键则其中有1个π键，用去了1个p轨道，所以形成的是sp2杂化； 如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。
条件：当四个不同的原子或基团连接在碳原子上时，形成的化合物存在手性异构体。其中，连接四个不同的原 子或基团的碳原子称为手性碳原子。
由于每个轨道中都含有 1/4的s轨道成分和3/4的 p轨道成分，因此我们把 这种轨道称之为 sp3杂化 轨道。
【应用提高】 试用杂化轨道理论解释为什么SiF4空间构型为正四面体，键角为109.5。
sp2 杂化
同一个原子的1个 ns 轨道与2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。
（1）CO2、CNS–、NO2+、N3–具有相同的通式—AX2，价电子总数16，具有相同的结构—直线型分子，中心原子上 没有孤对电子而取sp杂化轨道，形成直线形，键角为180。
（2）CO32–、NO3–、SO3等离子或分子具有相同的通式——AX3,总价电子数24，有相同的结构——平面三角形 分子,中心原子上没有孤对电子而取sp2杂化轨道形成分子。
碳原子与四个氢原子形成的分子也不应当具有规则的正四面体结构？
为了解决这一矛盾，鲍林提出: 1.杂化轨道理论简介
当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，
2p
2p
2s
激发
2s
正四面体形
C的基态
激发态
sp3 杂化态 能量相等，成分相同
为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，能量最低，4个杂化轨道的伸展方向 分别指向正四面体的四个顶点。
（5）PO33–、SO32–、ClO3–等离子具有AX3的通式，总价电子数26，配位原子有4个 ，无孤对电子，中心原子采 取sp3杂化形式，分子立体结构为三角锥体
指出下列结构相似的微粒，并观察它们的原子数和价电子总数有何异同。 SO2 、O3 、 NO2－ PO43－ 、 SO42N3－ 、 N2O CH4 、 NH4+ SO32- 、 PO33-
分子 C2H4 C2H2
碳原子的杂化类型 sp2 sp
成键情况：
乙烯： 5个σ键，1个π键 乙炔： 3个σ键，2个π键
分子的空间构型 平面形 直线形
杂化轨道理论解释乙烯分子的结构：
C为sp2杂化，有一个2p轨道未参与杂化， 2s轨道与 另外两个2p轨道发生杂化，形成三个相同的sp2杂化 轨道。三个sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个 顶点。
2p 2s
杂化
C-C (sp2-sp2 ) σ键; C-H(sp2-s ) σ键
C- C (p-p)π键
杂化轨道理论解释乙炔分子的结构：
C为sp杂化，有两个2p轨道未参与杂化，只 是2s轨道与一个2p轨道发生杂化，形成两个 相同的sp杂化轨道。两个sp杂化轨道在空间 是直线型分布。
2p 2s
杂化
C-C (sp-sp ) σ键; C-H (sp-s ) σ键
• A.若n=2，则分子的立体构型为V形
• B.若n=3，则分子的立体构型为三角锥形
• C.若n=4，则分子的立体构型为正四面体形
C
• D.以上说法都不正确
分子 或离子
H2O NH2－ NH3 H3O+ CH4 NH4+ SiCl4 SO42－ PO43－ CHCl3
配位原子数
孤电子 对数
杂化方式
NH3 的空间构型为三角锥形。
第二课时
【学习目标】 能够用杂化轨道理论解释一些典型分子的立体构型。 能够用价层电子对互斥理论判断分子的空间构型 【学习重点】 能利用价层电子对互斥理论判断分子的构型。
2．苯分子的空间结构
C6H6
碳 原 子 的 p轨 道
【合作探究】 苯分子中存在着怎样的化学键导致苯不能使酸性高锰酸钾溶液或溴的四氯化碳溶液褪色？ ①苯的分子构型、键角？ ②苯分子中碳原子如何杂化？ ③碳碳间，碳氢间是如何成键的？ ④每个碳原子剩余的一个未参 与杂化的p轨道，可不可以两两 之间形成π键? 如何成键？ 为什么？
直线形
NH3
H2O
3+1
2+2
sp3
sp3
三角锥形 V形
【学以致用】 H2S
CHCl3
SO3
SO2
CHCl3
PCl3
NO3-
SO42-
配位原子数
(m)
2
4
3
2
4
孤电子对数
(n)
2
0
0
1
0
3
3
4
1
0
0
中心原子杂化类 SP3 型
SP3
SP2
SP2
SP3
SP3
SP2
SP3
分子空间构型
V型
四面体 型
正三角
[练习]
根据等电子原理，判断下列各组分子属于等电子体的是（ ）
A. H2O、H2S C. CO、CO2
B. HF、NH3 D. NO2、SO2
A
(04年江苏) 1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。
等电子体的结构相似、物理性质相近。
(1)根据上述原理，仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：
如：SiCl4、SiO44-与SO42具有相同价电子总数和相同原子数的分子或离子也是等电子体。
如：CO与N2
具有相同的通式——ABm，而且价电子总数和原子数目相等的分子或离子具有相同的结构特征,这个原理称为“等电 子体原理”。这里的“结构特征”的概念既包括分子的立体结构，又包括化学键的类型，但键角并不一定相等，除 非键角为180或90等特定的角度。
5
6
一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布（即含孤对电子的VSEPR模型）
2
3
4
5
6
直线形 平面三角形 正四面体 三角双锥体 正八面体
利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的 空间构型：
m+n＝（配位原子数m ＋中心原子的孤对电子对n) 中心原子的孤电子对数n=P44页 例：SO42-
孤电子对数 n=(6+2-2×4)/2=0 配位原子数m=4