化学选修三第二章第二节分子的立体构型

第1页共10页选修三第二章第2节分子的立体构型第2节分子的立体构型一、常见分子的空间构型1.双原子分子都是直线形，如：HCl、NO、O2、N2等。2.三原子分子有直线形，如CO2、CS2等；还有“V”形，如H2O、H2S、SO2等。3.四原子分子有平面三角形，如BF3、BCl3、CH2O等；有三角锥形，如NH3、PH3等；也有正四面体，如P4。4.五原子分子有正四面体，如CH4、CCl4等，也有不规则四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。另外乙烯分子和苯分子都是平面形分子。二、价层电子对互斥理论（ValanceShellElectronPairRepulsionTheory）简称VSEPR适用ADm型分子1、理论模型分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)，由于相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。2、用价层电子对互斥理论推断分子或离子的空间构型的一般步骤：(1)确定中心原子A价层电子对数目法1．经验总结中心原子的价层电子对数=21（中心离子价电子数+配对原子提供电子总数）对于ABm型分子(A为中心原子，B为配位原子)，计算方法如下：n＝中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m2注意：①氧族元素的氧做中心时：价电子数为6,如H2O，H2S；做配体时:提供电子数为0，如在CO2中。②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PO34中P原子价层电子数5+（0×4）+3=8；NH4中N原子的价层电子数5+（1×4）－1=8。③结果为单电子时视作有一个电子对。例：IF5价层电子对数为21[7+（5×1）]=6对正八面体（初步判断）NH4价层电子对数为21[5+（4×1）－1]=4对正四面体PO34价层电子对数为21[5+（0×4）+3]=4对正四面体NO2价层电子对数为21[5+0]=2.53对平面三角形法2.确定中心原子A价层电子对数目-----普遍规则中心原子A价层电子对数目=成键电子对数+孤对电子数(VP=BP+LP)VP是价层电子对，BP是成键电子对（BOND），LP是孤对电子对（LONEPAIR）VP=BP+LP=与中心原子成键的原子数+中心原子的孤对电子对数LP=配位原子数+LPLp=21(中心原子价电子数—配位原子未成对电子数之和)IF5Lp=21[7－(5×1)]=1构型由八面体四方锥第2页共10页NH4Lp=21[（5－1）－（4×1）]=0正四面体PO34Lp=21[（5+3）－（4×2）]=0正四面体SO24Lp=21[（6+2）－（4×2）]=0正四面体NO2Lp=21[5－（2×2）]=211构型由三角形V形SO23Lp=21[（6+2）－（3×2）]=1构型由四面体三角锥法3：由Lewis结构式或结构式直接写出，双键、三键都是1对电子PClClClClClPClClClPClClClCl+ClPClClClClCl-PClClClCl+ClPClClClClCl-VP:54464(2)确定价层电子对的空间构型价层电子对数目23456价层电子对构型直线形三角形四面体三角双锥八面体(3)分子空间构型确定价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对空间构型，不包括孤对电子。当中心原子无孤对电子时，两者的构型一致；当中心原子有孤对电子时，两者的构型不一致。电子对数目中心原子杂化类型电子对的空间构型成键电子对数孤电子对数电子对的排列方式分子的空间构型实例2sp直线20直线BeCl2CO23sp2三角形30三角形BF3SO321V—形SnBr2PbCl24sp3四面体40四面体CH4CCl431三角锥NH3PCl3第3页共10页22V—形H2O3、理论要点：①ADm型分子的空间构型总是采取A的价层电子对相互斥力最小的那种几何构型；②分子构型与价层电子对数有关（包括成键电子对和孤电子对）；③分子中若有重键（双、叁键）均视为一个电子对；④电子对的斥力顺序：孤电子对－孤电子对孤电子对－键对键对－键对由于三键、双键比单键包含的电子数多，所以其斥力大小次序为三键双键单键。叁键与叁键＞叁数与双键＞双键与双键＞双键与单键＞单与单键。4、价层电子对斥力作用对键角影响的定性解释由于键合电子对受到左右两端带正电原子核的吸引，而孤对电子对只受到一端原子核吸引，相比之下，孤对电子对较“胖”，占据较大的空间，而键合电子对较“瘦”，占据较小的空间。这样就解释了斥力大小的顺序：孤电子对-孤电子对孤电子对-键电子对键电子对-键电子对。如：CH4、NH3、H2O中的键角∠HAH分别为109.5°、107.3°、104.5°。类似地，重键较单键占据较大的空间，故有斥力大小的顺序：t-tt-dd-dd-ss-s(t-叁键，d-双键，s-单键)又如，SO2Cl2分子属AX4L0=AY4，因S=O键是双键，S-Cl键是单键，据顺序有：∠OSO109°28''''∠ClSCl∠OSCl109°28''''。此外，键的极性对键角也有影响。中心原子电负性较大，成键电子对将偏向中心原子，成键电子对之间斥力增大，键角增大，如：NH3、PH3、AsH3分子中的键角(∠HAH)依次为107°、93.08°、91.8°;配位原子电负性较大，成键电子对将偏离中心原子，成键电子对之间斥力减小，键角减小，如：H2O、OF2分子中的键角(AOA)依次为104.5°、102°。据此，可解释下列键角变化：NO2+、NO2、NO2-键角(∠ONO)依次为180°、134.3°、115.4°。二、价层电子对互斥理论1940年Sidgwick提出价层电子对互斥理论,用以判断分子的几何构型.分子ABn中,A为中心,B为配体,B均与A有键联关系.本节讨论的ABn型分子中,A为主族元素的原子.1.理论要点ABn型分子的几何构型取决于中心A的价层中电子对的排斥作用.分子的构型总是采取电子对排斥力平衡的形式.1)中心价层电子对总数和对数a)中心原子价层电子总数等于中心A的价电子数(s+p)加上配体在成键过程中提供的电子数,如CCl44+1×4=8b)氧族元素的氧族做中心时:价电子数为6,如H2O,H2S;做配体时:提供电子数为0,如在CO2中.c)处理离子体系时,要加减离子价d)总数除以2，得电子对数:总数为奇数时，对数进1，例如：总数为9，对数为52)电子对和电子对空间构型的关系考虑分子构型时，只考虑原子A，B的位置，不考虑电子、对电子等。以上三种情况中，孤对电子只有一种位置考虑。孤对电子的位置若有两种或两种以上的位置可供考虑，则要选择斥力易于平衡位置，而斥力大小和两种因素有关：a)角度小，电对距离近，斥力大；b)角度相同时，孤对——孤对的斥力最大。因为负电集中，孤对－成键斥力次之，而成键电对－成键电对之间斥力最小，因有配体原子核去分散电对的负电性。于是，要避免的是斥力大的情况在90°的方向上。第4页共10页电子对相互排斥，在空间达到平衡取向.3)分子的几何构型与电子对构型的关系若配体数和电子对数相一致，各电子对均为成键电对，则分子构型和电子对构型一致。配体数不可能大于电子对数.当配体数少于电子对数时，一部分电子对成为成键电对，另一部分电子成为孤对电子，确定出孤对电子的位置，分子构型才能确定。电子对数配体数孤电对数电对构型分子构型90°的分布:孤对－孤对001孤对－成键643成键－成键022乙种稳定，称“T”字型例1.利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何构型（总数、对数、电子对构型和分子构型):AlCl3H2SSO32-NH4+NO2IF3解题思路:根据价层电子对互斥理论,计算单电子个数,价层电子对数,孤对电子对数,进而判断分子的构型(注意:必须考虑离子的价态!)电子对构型是十分重要的结构因素，要注意！价层电子对数和配体数是否相等也是十分重要的。2.影响键角的因素1)孤对电子的影响3.多重键的处理某配体（非VIA族）与中心之间有双键和三键时，价层电第5页共10页孤对电子的负电集中，可以排斥其余成键电对，使键角变小，NH34对电对构型四面体，分子构型三角锥。键角HNH为107°，这是由于孤对电子对N－H成键电对的排斥，使109°28′变小,成为107°。2)中心电负性的影响键角依次减小，如何解释？3)配体电负性的影响中心相同，配体电负性大时，电对距离中心远，键角可以小些，故有：子对数减1或2。如乙烯H2C=CH2以左碳为中心电子总数4＋x＋2＝8，4对，减1，3对,为三配体，呈平面三角形：不提供共用电子,是因为O,S等可通过键,反馈键或大键,将提供的电子又重新得回;另外,端基氧或硫,形成的双键,要求减去一对价电子,也得到同样结果.非端基氧或硫,要将O或S的价电子计入其中,如在H2CO3中,C为中心,价电子为4(C)+2X1(O)=6,价电对=3,电子对构型和分子构型一致,为三面体:第6页共10页【练习】1．用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是()A．直线形；三角锥形B．V形；三角锥形C．直线形；平面三角形D．V形；平面三角形2．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()A．CO2与SO2B．CH4与NH3C．BeCl2与BF3D．C2H4与C2H23．(1)某校化学课外活动小组的同学对AB3型分子或离子的空间构型提出了两种看法，你认为是哪两种？若两个A—B键均是极性键且极性相同，它们分子的极性是怎样的？举例说明。(2)参照上题，你认为AB4型分子或离子的空间构型有几种？若每个A—B键都是极性键且极性相同。它们分子的极性是怎样的？举例说明。【自测】1.在下列分子中，电子总数最少的是()A.H2SB．O2C．COD．NO2.在以下的分子或离子中，空间结构的几何形状不是三角锥形的是()A.NF3B．CH－3C．CO2D．H3O＋3.有关甲醛分子的说法正确的是()A.C原子采用sp杂化B.甲醛分子为三角锥形结构C.甲醛分子为平面三角形结构D.在甲醛分子中没有π键4.用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是()A.SO2、CS2、HI都是直线形的分子B.BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°C.COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子5.苯分子(C6H6)为平面正六边形结构，下列有关苯分子的说法错误的是()A.苯分子中的中心原子C的杂化方法为sp2B.苯分子内的共价键键角为120°C.苯分子中的共价键的键长均相等D.苯分子的化学键是单、双键相交替的结构6.下列分子的中键角最大的是()A.CO2B．NH3C.H2OD．CH2＝CH27.对SO3的说法正确的是()A.结构与NH3相似B．结构与SO2相似C.结构与BF3相似D．结构与P4相似8.在SO2分子中，分子的空间结构为V形，S原子采用sp2杂化，那么SO2的键角()A.等于120°B．大于120°C.小于120°D．等于180°9.三氯化氮(NCl3)是一种淡黄色的油状液体，测得其分子具有三角锥形结构。则下面对于NCl3的描述不正确的是()A.它是一种极性分子B.它的挥发性比PBr3要大C.它还可以再以配位键与Cl－结合D.已知NBr3对光敏感，所以NCl3对光也敏感10.试用杂化轨道理论说明下列分子或离子的立体构型。(1)SiF4(正四面体形)(2)BCl3(平面三角形)(3)NF3(三角锥形，键角为102°)【课后作业】1．下列分子中，中心原子采用sp2杂化的是()A．SO2B．H2OC．NH3D．CHBrClF2．下列推断正确的是()A．BF3是三角锥形分子B．NH＋4的电子式：，离子呈平面形结构C．CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的p轨道形成的spσ键D．CH4分子中的碳原子以4个四面体形轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—Hσ键3．下列分