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第二节 分子的立体构型,一、形形色色的分子 1.三原子分子的立体构型有_形和_形两种。如,180,直线形,105,V形,直线,V,2.四原子分子大多数采取_形和_形两种立体构型。如,120,107,平面三角形,三角锥形,平面三角,三角锥,3.五原子分子的可能立体构型更多，最常见的是_形。 如,10928,正四面体形,10928,正四面体形,正四面体,二、价层电子对互斥理论 1.价层电子对互斥理论(VSEPR)。 对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键 _和未成键的_)之间由于存在排斥力，将 使分子的几何构型总是采取电子对_最小的那种构 型，以使彼此之间_最小，分子或离子的体系能量_， _。,键电子对,孤电子对,相互排斥,斥力,最低,最稳定,2.价层电子对数的计算。 价层电子对数=_ (1)键电子对数=_。 (2)中心原子上的孤电子对数=_ a为中心原子的_； x为与中心原子结合的_； b为与中心原子结合的原子最多能接受的_(H为_，其他原子为_)。,键电子对数+中心原子上的孤电子对数,键个数=与中心原子结合的原子数,价电子数,原子数,电子数,1,8-该原子的价电子数,3.价层电子对的空间构型(即VSEPR模型)： 电子对数目： 2 3 4 VSEPR模型：_ _ _,直线形,平面三角形,正四面体形,4.VSEPR模型应用预测分子立体构型： (1)中心原子不含孤电子对的分子。 中心原子不含孤电子对的分子，VSEPR模型与分子的立体构型一致。,直线形,平面三角形,正四面体形,直线形,平面三角形,正四面体形,(2)中心原子含孤电子对的分子。 中心原子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子的空间，并与成键电子对互相排斥。则VSEPR模型与分子的立体构型不一致。 推测分子的立体模型必须略去VSEPR模型中的孤电子对。,正四面体形,三角锥形,正四面体形,V形,平面三角形,V形,三、杂化轨道理论简介 1.概念：在形成分子时，由于原子的相互影响，若干个不同类型但_的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新轨道的过程叫做_，所形成的新轨道就称为_。,能量相近,原子轨道的杂化,杂化轨道,2.要点： (1)能量相近：参与杂化的各原子轨道能量要_(同一能级组或相近能级组的轨道)。 (2)数目不变：参与杂化的轨道数目等于形成的_数目。 (3)排斥力最小：杂化轨道在空间取最大夹角分布，且不同的杂化轨道伸展方向不同。,相近,杂化轨道,3.杂化轨道分类： (1)等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。如,180,直线形,120,平面三角形,10928,正四面体形,杂化轨道类型与分子空间构型的关系：,直线形,平面三角形,正四面体形,CO2、C2H2,BF3,CH4、CCl4,(2)不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分上的不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对，如NH3的氮原子的sp3杂化。,四、配合物理论简介 1.配位键： (1)概念：由一个原子单方面提供_，而另一个原子 提供_而形成的共价键，即“电子对给予-接受键”， 是一类特殊的共价键。 (2)表示：配位键可以用AB来表示，其中A是提供_ 的原子，叫做给予体；B是接受_的原子，叫做接受体。,孤电子对,空轨道,孤电子对,电子对,2.配位化合物： (1)概念：_与某些分子或离子(称为_) 以_结合形成的化合物，简称配合物。 (2)形成条件。 配体有孤电子对；中心原子有空轨道。,金属离子(或原子),配体,配位键,(3)配合物的形成举例。,蓝色沉淀,溶解,深蓝,变红,1.辨析下列说法的正误： (1)NH3分子的VSEPR模型与分子构型不一致。( ) 分析：NH3分子中的中心原子氮原子采取的是sp3不等性杂化，有一对孤电子对，VSEPR模型是正四面体形，而NH3分子的空间构型是三角锥形。 (2)五原子分子的立体结构都是正四面体形。( ) 分析：五原子分子的立体结构不一定都是正四面体形，例如甲烷的氯代产物中只有四氯化碳为正四面体形，其余都不是正四面体形。,(3)杂化轨道中一定有一个电子。( ) 分析：并不是所有的杂化轨道都含有电子，也可以是空轨道，还可以有一对孤电子对。 (4)两种分子的杂化方式一样，但是分子构型却不一定相同。 ( ) 分析：杂化方式相同，有的含有孤电子对，有的没有孤电子对，则分子构型不同，例如NH3、H2O和CH4，中心原子均为sp3杂化。,(5)硫酸铜溶液呈蓝色的原因是Cu2+在水中形成了配离子。 ( ) 分析：Cu2+在水中与H2O分子形成Cu(H2O)42+，呈天蓝色。,2.用价层电子对互斥理论模型预测下列粒子的立体结构是三角锥形的是( ) A.PCl3 B.BeCl2 C. D.SO3 【解析】选A。根据中心原子孤电子对的计算公式 (a-xb)可知，PCl3的孤电子对数是1，为三角锥形，A正确；BeCl2、 、SO3均无孤电子对，分别为直线形、正四面体形和平面三角形。,3.sp3杂化形成的AB4型分子的立体构型为( ) A.平面四边形 B.正四面体形 C.四角锥形 D.平面三角形 【解析】选B。sp3杂化形成的AB4型分子的立体构型应该为正四面体形，例如甲烷、四氯化碳等。,4.下列分子中的中心原子采取sp3杂化的是( ) A.H2O B.CO2 C.SO2 D.BF3 【解析】选A。H2O中的氧原子采取sp3杂化，CO2中的碳原子采取sp杂化。SO2中的硫原子采取sp2杂化。BF3中的硼原子采取sp2杂化。,5.在离子中NH3与中心离子Cu2+结合的化学键是( ) A.离子键 B.非极性键 C.极性键 D.配位键 【解析】选D。中心原子(或离子)与配体之间的化学键是配位键。,6.下列各种说法中错误的是( ) A.形成配位键的条件是一方有空轨道，一方有孤电子对 B.配位键是一种特殊的共价键 C.配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子 D.共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子 【解析】选D。配位键是一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成的一种特殊共价键，配体可以是分子，也可以是阴离子。,一、价层电子对互斥理论与分子结构 1.中心原子价层电子对数的确定方法： 方法一：中心原子价层电子对数=键数+中心原子的孤电子对数。 方法二：中心原子的价层电子对数=(中心原子的价电子数+配位原子提供的价电子数之和)2。,配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子，氧原子和硫原 子按不提供价电子计算。例如：BF3分子，硼原子有3个价电 子，三个氟原子各提供一个价电子，共有6个价电子，所以硼 原子价层电子对数为3。再如SO2分子，硫原子有6个价电子， 氧原子不提供价电子，故硫原子价层电子对数为3。 对于离子，若是阳离子，中心原子的价电子数应减去离子所 带电荷数，若是阴离子，则应加上离子所带电荷数。如 中氮原子的价电子数则应减去1，而 中磷原子的价电子数 应加上3。,2.VSEPR模型价层电子对的立体构型：由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能相互远离。于是价层电子对的立体构型与价层电子对数目的关系如下表： 这样已知价层电子对的数目，就可以确定它们的立体构型。,3.分子或离子的立体构型的确定：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立体构型，如下表所示：,【警示】 使用价层电子对互斥理论判断分子空间构型的注意事项 (1)价层电子对互斥模型是价层电子对的空间构型； (2)分子的空间构型指的是成键电子对的空间构型，不包括孤电子对； (3)二者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，没有孤电子对时二者一致，有孤电子对时二者不一致。,【微点拨】 (1)判断分子立体构型时，如何判断键角大小？ 提示：如果在价层电子对中出现孤电子对时，价层电子对立体构型还与下列斥力顺序有关：孤电子对-孤电子对孤电子对-成键电子对成键电子对-成键电子对。因此价层电子对立体构型为三角形和四面体形时，孤电子对的存在会改变成键电子对的分布空间。所以H2O分子的键角应小于10928。,(2)对于分子中有双键、三键等多重键时，判断其分子构型时，如何处理？ 提示：对于分子中有双键、三键等多重键时，使用价层电子对互斥理论判断其分子构型时，双键的两对电子和三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层电子对总数时不包括电子。,【典题训练】用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的立体构型：,【解题指南】解答本题应注意以下两点： (1)确定每个微粒结构中成键情况及孤电子对。 (2)根据VSEPR模型判断分子或离子的立体构型。 【解析】根据各分子的电子式和结构式，分析中心原子的孤电子对数，依据中心原子连接的原子数和孤电子对数，确定VSEPR模型和分子或离子的立体构型。,答案：,【误区警示】使用价层电子对互斥理论判断分子立体构型时的注意事项 价层电子对的立体构型与分子的立体构型不一定一致，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。,【变式训练】(2014岳阳高二检测)用价层电子对互斥理论(VSEPR)预测下列分子或离子的立体构型。 (1)H2Se_；(2)CF4_； (3)BCl3_；(4)SO2_； (5)PH3_；(6) _。,【解析】根据中心原子A的价层电子对数=键电子对数+ (a-xb)。经计算得出：几种分子或者离子的价层电子对数分别是4、4、3、3、4、4，但是H2Se有两对孤电子对，SO2有一对孤电子对，PH3有一对孤电子对，所以立体构型分别为V形、正四面体形、平面三角形、V形、三角锥形和正四面体形。,答案：(1)V形 (2)正四面体形 (3)平面三角形 (4)V形 (5)三角锥形 (6)正四面体形,【加固训练】下列分子和离子中，中心原子价层电子对的几何构型为四面体形且分子或离子的立体构型为V形的是( ) A. B.PH3 C.H3O+ D.OF2 【解析】选D。四个选项中的分子或离子中心原子的价层电子对数都为4且空间构型都为四面体形，但只有OF2中心原子结合两个氟原子，分子的空间构型为V形。分子的空间构型与分子中中心原子的价层电子对的几何构型不是一回事。,二、分子空间构型和杂化轨道的类型关系 1.杂化轨道类型的判断：因为杂化轨道只能用于形成键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个键，故有下列关系： 杂化轨道数=中心原子孤电子对数+中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂化类型。例如：,2.杂化轨道类型与分子构型的关系：,【点拨】 理解杂化轨道需注意的几点： (1)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同，中心原子杂化类型相同时孤电子对越多，键角越小。例如，NH3中的氮原子与CH4中的碳原子均为sp3杂化，但是键角分别为107和10928； (2)杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同； (3)杂化轨道也符合价层电子对互斥模型，应尽量占据整个空间，使它们之间的排斥力最小。,【微思考】 (1)CO2、SO2和H2O都是三原子分子，为什么它们的立体构型不同？试用杂化轨道理论解释。 提示：CO2分子中的中心原子碳原子采用的是sp杂化，2个杂化轨道以碳原子为中点，呈直线形分布，分别与2个氧原子的2p轨道形成键，键角为180，分子呈直线形；,SO2分子中的中心原子硫原子采用的是sp2杂化，3个杂化轨道以硫原子为中心，呈平面三角形分布，其中1个轨道中是孤电子对，另2个轨道中的未成对电子，分别与2个氧原子的2p轨道形成键，分子呈V形，由于孤电子对的排斥作用，使键角小于120。 H2O分子中的中心原子氧原子采用的是sp3杂化，4个杂化轨道以氧原子为中心呈正四面体形分布，其中有2个轨道中是孤电子对，另2个轨道中的未成对电子分别与2个氢原子的1s轨道形成键，分子呈V形，由于2个孤电子对的排斥作用，使键角小于10928。,(2)原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？ 提示：杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同，杂化后，形成的一组杂化轨道能量相同。,【典题训练】(2014南通高二检测)指出下列中心原子的杂化轨道类型。 (1)CO2(直线形)_ (2)SiF4(正四面体形)_ (3)BCl3(平面三角形)_ (4)NF3(三角锥形)_ (5) (V形)_ (6)N2H4(NN单键，非平面形)：_,【解题指南】解答本题需要注意以下两点： (1)分子结构与杂化类型的联系； (2)杂化类型中的特殊性：是否含有孤电子对。 【解析】(1)CO2：C以两个sp杂化轨道分别与两个O形成键，C上另两个未杂化的p轨道分别与两个O上的p轨道形成键，分子构型为直线形； (2)SiF4：Si以四个sp3杂化轨道分别与四个F形成键，分子构型为正四面体形；,(3)BCl3：B采取sp2杂化，三个杂化轨道分别与三个Cl形成键，分子构型为平面三角形； (4)NF3：N采取sp3杂化，其中一个杂化轨道上有一对孤电子对，不参与成键，另外三个杂化轨道分别与三个F形成键，由于一对孤电子对的存在，三个F不可能平分N周围的空间，而是被孤电子对排斥到一侧，形成三角锥形结构；,(5) ：N采取sp2杂化，其中两个杂化轨道分别与两个O形成键，另一个有一对孤电子对，形成V形分子结构； (6)N2H4：N采取sp3杂化，四个杂化轨道中的三个分别与一个N和两个H形成三个键，每个N上还有一对孤电子对，故不可能为平面结构。 答案：(1)sp (2)sp3 (3)sp2 (4)sp3 (5)sp2 (6)sp3,【方法规律】判断中心原子杂化轨道类型的两种方法 (1)根据杂化轨道的空间构型判断。 若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化。 若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化。 若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化。,(2)根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为10928，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120，则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180，则中心原子发生sp杂化。,【变式训练】(2014启东中学高二检测)s轨道与s轨道重叠形成的共价键可用符号表示为s-s，p轨道与p轨道以“头碰头”方式重叠形成的共价键可用符号表示为p-p，请指出下列分子中含有s-sp键的是( ) A.N2 B.C2H4 C.C2H2 D.HCl 【解析】选C。要形成s-sp键，应有sp杂化轨道，中心原子要发生sp杂化，A、D项中是双原子分子，无杂化轨道，B项中的碳原子是sp2杂化，C项中的碳原子是sp杂化。,【加固训练】下列分子中，中心原子是sp杂化的是( ) A.BeCl2 B.H2O C.CH4 D.BF3 【解析】选A。BeCl2中铍原子发生sp杂化，分子为直线形；BF3中硼原子发生sp2杂化，分子为平面三角形；H2O中的O和CH4中的C都发生sp3杂化。,三、配位键与配位化合物 1.配位键与非极性键、极性键的区别与联系：,2.配合物的组成： 一般中心原子(或离子)配位数是2、4、6。,3.形成配合物的条件： (1)配体有孤电子对。 (2)中心原子(或离子)有空轨道。 4.配合物的稳定性：配合物具有一定的稳定性。配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。 5.配合物形成时的性质改变： (1)颜色的改变，如Fe(SCN)3的形成。 (2)溶解度的改变，如AgClAg(NH3)2+。,【警示】 (1)配位键的强度有大有小，因而形成的配合物有的很稳定，有的很不稳定。 (2)许多过渡金属离子对多种配体具有很强的结合力，因而过渡金属配合物远比主族金属配合物多。,【微思考】 (1)氨气和铵根离子中均存在NH键，这两个微粒中的NH键是否相同？ 提示：在氨气和铵根离子中均存在NH键，在形成过程上有差别，在氨气中三个NH键的共用电子对均来自于氮原子和氢原子；而在铵根离子中，四个NH键其中三个和氨分子中的完全一样，第四个NH键的共用电子对完全由氮原子提供，属于配位键。,(2)三价铁离子检验用到了硫氰化钾溶液，溶液呈红色，为什么呢？ 提示：三价铁离子与硫氰根离子形成配位键和配合物，配合离子(配合物)的溶液颜色为红色，即配位化合物的形成改变了溶液的颜色。,【典题训练】(2014厦门高二检测)向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水，首先形成难溶物，继续添加氨水，难溶物溶解得到深蓝色的透明溶液。下列对此现象说法正确的是( ) A.反应后溶液中不存在任何沉淀，所以反应前后Cu2+的浓度不变 B.沉淀溶解后，生成深蓝色的配合离子Cu(NH3)42+ C.向反应后的溶液加入乙醇溶液不会发生变化，因为Cu(NH3)42+不会与乙醇发生反应 D.在Cu(NH3)42+中，Cu2+给出孤电子对，NH3提供空轨道,【解题指南】解答本题时要注意以下两点： (1)配合物的形成过程。 (2)配位键、配位化合物的性质。 【解析】选B。通过现象分析可知：铜离子与一水合氨先生成氢氧化铜蓝色沉淀，继续滴加氨水沉淀溶解生成Cu(NH3)42+，A错误，B正确；Cu(NH3)42+会随着水中乙醇含量增多逐渐形成沉淀Cu(NH3)4SO4H2O，C错误；在Cu(NH3)42+中，Cu2+提供空轨道，NH3给出孤电子对，D错误。,【方法规律】准确判断配位键的方法 (1)掌握好配位键的形成条件：一种原子有空轨道，另一种原子有孤电子对。 (2)正确分析原子的最外层电子排布和成键情况。,【变式训练】气态氯化铝(Al2Cl6)是具有配位键的化合物，分子中原子间成键关系如图所示。请将图中你认为是配位键的斜线加上箭头。,【解析】氯原子最外层有7个电子，铝原子最外层有3个电子，题图中每个键代表1对共用电子对，据此可判断氯化铝(Al2Cl6)中与两个铝形成共价键的氯原子中，有一个键是配位键，氯原子提供电子对，铝原子提供空轨道。配位键的箭头指向提供空轨道的一方。,答案： 或,【加固训练】关于Cr(H2O)4Br2Br2H2O的说法正确的是 ( ) A.配体为H2O，外界为Br- B.中心离子的配位数为6 C.中心离子Cr3+提供孤电子对 D.中心离子的化合价为+2 【解析】选B。Cr(H2O)4Br2Br2H2O中内界为Cr(H2O)4Br2+，Cr3+为中心离子，配体为H2O、Br-，配位数为6，外界为Br-，Cr3+提供空轨道。,
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