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1、 中小学教育资源站（http:/)，百万资源免费下载，无须注册！中小学教育资源站 http:/ 第十一讲第十一讲 分子的立体结构分子的立体结构主要知识点主要知识点: :写出 CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4的结构式和电子式；一、形形色色的分子一、形形色色的分子大多数分子是由两个以上原子构成的，于是就有了分子中的原子的空间关系问题，这就是所谓“分子的立体结构”。例如，三原子分子的立体结构有直线形和 V 形两种。如C02分子呈直线形，而 H20 分子呈 V 形，两个 HO 键的键角为 105。三原子分子立体结构：有直线形三原子分子立体结构：有直线形 C0C02 2 、CSCS2 2等，等，
2、V V 形如形如 H H2 2O O、S0S02 2等。等。大多数四原子分子采取平面三角形和三角锥形两种立体结构。例如，甲醛(CH20)分子呈平面三角形，键角约 120；氨分子呈三角锥形，键角 107。四原子分子立体结构：平面三角形：如甲醛四原子分子立体结构：平面三角形：如甲醛(CH(CH2 20)0)分子等，三角锥形：如氨分子等。分子等，三角锥形：如氨分子等。五原子分子的可能立体结构更多，最常见的是正四面体形，如甲烷分子的立体结构是正四面体形，键角为 10928/。五原子分子立体结构：正四面体形如甲烷、五原子分子立体结构：正四面体形如甲烷、P P4 4等等分子世界是如此形形色色，异彩纷呈，美
3、不胜收,常使人流连忘返. 分子的立体结构与其稳定性有关。例如，S8分子像顶皇冠，如果把其中一个向上的硫原子倒转向下，尽管也可以存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式 C6H12比船式稳定。中小学教育资源站（http:/)，百万资源免费下载，无须注册！中小学教育资源站 http:/ 测分子体结构：测分子体结构：红外光谱仪红外光谱仪吸收峰吸收峰分析分析肉眼不能看到分子，那么，科学家是怎样知道分子的形状的呢?早年的科学家主要靠对物质的宏观性质进行系统总结得出规律后进行推测，如今，科学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器，红外光谱就是其中的一种。分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。所谓分
4、子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子的立体结构。2 2、价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型在 1940 年，希吉维克（ Sidgwick）和坡维尔（ Powell）在总结实验事实的基础上提出了一种简单的理论模型，用以预测简单分子或离子的立体结构。这种理论模型后经吉列斯比（ R.J,Gillespie）和尼霍尔姆（ Nyholm）在 20 世纪 50 年代加以发展，定 名为价层电子对互
5、斥模型，简称VSEPR（Valence Shell Electron Pair Repulsion） 。1.1.价层电子互斥模型价层电子互斥模型分子的空间构型与成键原子的价电子有关。价层电子对互斥模型可以用来预测分子的立体结构。应用这种理论模型，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。价电子对之间的斥力价电子对之间的斥力1).电子对之间的夹角越小，排斥力越大。2).由于成键电子对受两个原子核的吸引，所以电子云比较紧缩，而孤对电子只受到中心原子的吸引，电子云比较“肥大”，对邻近电子对的斥力较大，所以电子对之间的
6、斥力大小顺序如下：孤电子对孤电子对孤电子对成键电子成键电子成键电子 3).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2.2.价层电子对互斥理论：价层电子对互斥理论：对 ABn 型的分子或离子，中心原子 A 价层电子对（包括用于形成共价键的共用电子对和没有成键的孤对电子）之间存在排斥力，将使分子中的原子处于尽可能远的相对位置上，以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低。3.3.价层电子对互斥模型：价层电子对互斥模型：这种模型把分子分成以下两大类：一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键，如C02、CH20、CH4等分子中的碳原子，在这类分子中，由于价层电子对之间的相互排斥
7、作用，它们趋向于尽可能的相互远离，成键原子的几何构型总是采取电子对排斥最小的那种结构。它们的立体结构可用中心原子周围的原子数 n 来预测，概括如下：ABn立体结构范例中小学教育资源站（http:/)，百万资源免费下载，无须注册！中小学教育资源站 http:/ n=2直线型CO2n=3平面三角形CH2On=4正四面体型CH4另一类是中心原子上有孤对电子(未用于形成共价键的电子对)的分子，如 H2O 和 NH3，对于这类分子，首先建立四面体模型，每个键占据一个方向（多重键只占据一个方向），孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。例如，H20 和 NH3的中心原子上分别有 2 对和 l
8、对孤对电子，跟中心原子周围的 键加起来都是 4，它们相互排斥，形成四面体，因而 H：O 分子呈 V 形，NH3分子呈三角锥形。(1)(1)、中心原子上的价电子都用于形成共价键：分子中的价电子对相互排斥的结果(2).(2).中心原子上有孤对电子：孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，使分子的空间结构发生变化。4.4. 价层电子对互斥理论的应用价层电子对互斥理论的应用利用价层电子对互斥理论时，首先要根据原子的最外层电子数，判断中心原子上有没有孤对电子，然后再根据中心原子结合的原子的数目，就可以判断分子的空间构型(1)(1)确定中心原子确定中心原子 A A 价层电子对数目价层电子对数目
9、中心原子 A 的价电子数与配体 X 提供共用的电子数之和的一半，即中心原子 A 价层电子对数目。计算时应注意：(1)氧族元素原子作为配位原子时，可认为不提供电子，但作为中心原子时可认为它所提供所有的 6 个价电子. (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 PO43-中 P 原子价层电子数就加上 3，而 NH4 中 N 原子的价层电子数应减去 1.(3) 如果价层电子数出现奇数电子，可把这个单电子当作电子对来看待.(2)(2) 价电子对数计算方法价电子对数计算方法对于 ABm 型分子(A 为中心原子，B 为配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定n =2*m电子数
10、每个配位原子提供的价中心原子的价电子数(3)(3)确定价层电子对的空间构型确定价层电子对的空间构型由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可的相互远离。价层电子对的空间构型与价层电子对数目的关系：价层电子对数目 n23456价层电子对构型 直线三角形四面体三角双锥八面体(4)(4)分子空间构型确定分子空间构型确定中小学教育资源站（http:/)，百万资源免费下载，无须注册！中小学教育资源站 http:/ 根据分子中成键电子对数和孤对电子数，可以确定相应的稳定的分子几何构型。例例 1 1：应用 VESPR 理论，判断下列粒子构型：CH4 、ClO3 、PCl5 解析： 在 CH4 中，C
11、有 4 个电子，4 个 H 提供 4 个电子，C 的价层电子总数为 8 个，价层电子对为 4 对 。C 的价层电子对的排布为正四面体，由于价层电子对全部是成键电子对，因此 CH4 的空间构型为正四面体。在 ClO3 中，Cl 有 7 个价电子，O 不提供电子，再加上得到的 1 个电子，价层电子总数为 8 个，价层电子对为 4 对。Cl 的价层电子对的排布为四面体，四面体的 3 个顶角被3 个 O 占据，余下的一个顶角被孤对电子占据，因此 为三角锥形。在 PCl5 中，P 有 5 个价电子，5 个 Cl 分别提供 1 个电子，中心原子共有 5 对价层电子对，价层电子对的空间排布方式为三角双锥，由
12、于中心原子的价层电子对全部是成键电子对，因此 PCl5 的空间构型为三角双锥形。总结归纳：总结归纳：实 例分子构型电子对的排布分 子 类 型孤对 电子 对数成键 电子 对数价层 电子 对排价 层 电 子 对 数布方式4四面 体40 AB431 AB322 AB2正四面体CH4三角锥形NH3角形H2O中心原子的价层电子对的排布和 ABn型共价分子的构型直线 形实例分子构型电子对的排 布方式分子 类型孤 对 电 子 对 数成 键 电 子 对 数价层 电子 对排 布23平面 三角 形2 0AB2直线形HgCl23 0AB32 1AB2价层 电 子 对 数平面三角形BF3角形PbCl2中小学教育资源站
13、（http:/)，百万资源免费下载，无须注册！中小学教育资源站 http:/ 实 例分子构型电子对的排分子 类型孤对 电子 对数成键 电子 对数价层 电子 对排价层 电子 对数 布布方式3I体5三角 双锥50 AB541 AB432 AB323 AB2三角双锥PCl5变形四面SF4T形ClF3直线形实 例分子构型电子对的排分子 类型孤对 电子 对数成键 电子 对数价层电 子对排价层 电子 对数布布方式形4ICl6八面体60 AB651 AB542 AB4正八面体SF6四方锥形IF5平面正方中小学教育资源站（http:/)，百万资源免费下载，无须注册！中小学教育资源站 http:/ 价层电子对互
14、斥模型对少数化合物判断不准，不能适用于过渡金属化合物，除非金属具有全满、半满或全空的 d 轨道。根据价层电子对互斥理论：分子的立体结构是由于分子中的价电子对相互排斥的结果，其规律如下：分子类型中心原子空间构型 有孤对电子V 型AB2无孤对电子直线形有孤对电子三角锥形AB3无孤对电子平面三角形AB4无孤对电子四面体形例例 2 2：（：（1 1）用 VSEPR 模型预测，下列分子形状与 H2O 相似，都为 V 型的是 A.OFA.OF2 2 B.BeCl2 C.SO2 D.CO2（2）用 VSEPR 模型预测，下列分子中键角不是 1200的是 A AC C2 2H H2 2 BC6H6 CBF3 D DNHNH3 3巩固练习：巩固练习：1、下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是 （ ）A、CO2 B、H2S C、PCl3 D、SiCl42、下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是 （ ）A、H2O B、CO2 C、C2H2 D、P43、写出你所知道的分子具有以下形状的物质的化学式，并指出它们分子中的键角分别是多少？（1）直线形 （2）平面三角形 （3）三角锥形 （4）正四面体
