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1、第十一讲分子的立体结构主要知识点：写出CO、HO、NH、CHO、CH的结构式和电子式;22324一、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C0分2 子呈直线形，而H20分子呈V形，两个HO键的键角为105。犹学貳 结初武付子的立体结构摸塑三原子分子立体结构：有直线形CO、CS等，V形如HO、S0等。2 2 2 2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。化学式结罚真井f
2、烘审桝综拘粧型四原子分子立体结构：平面三角形：如甲醛(ch20)分子等，三角锥形：如氨分子等。2五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109 28/。化学弍结构武井子的立林姑枸榄据五原子分子立体结构：正四面体形如甲烷、匕等4分子世界是如此形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返.分子的立体结构与其稳定性有关。例如，S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8以存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式CH比船式稳定。6 12测分子体结构：红外光谱仪f吸收峰f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
3、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。二、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
4、，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斥模型，简称VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion )。1. 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1) 电子对之间的夹角越小，排斥力越大。2) 由
5、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，所以电子对之间的斥力大小 顺序如下：孤电子对一孤电子对孤电子对一成键电子成键电子一成键电子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. 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. 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
6、子都用于形成共价键，如 CO、CHO、CH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作用，2 24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n=2直线型CO2n=3平面三角形CHO2n=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
7、l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H0分子呈V形，NH分子呈三角锥形。:3(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) 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. 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
8、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PO 3-中P原子价层电4子数就加上3,而NH+中N原子的价层电子数应减去1.4(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)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中心原子的价电子数 每个配位原子提供的价电子数* mn 二 2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
9、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)分子空间构型确定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1：应用VESPR理论，判断下列粒子构型：CH、ClO -、PCl4 3 5解析：在CH中，C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，4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CH的空间构型为正四面体。4在ClO3-中，Cl有7个价电子，0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
10、面体的3个顶角被3 个0占据，余下的一个顶角被孤对电子占据，因此 为三角锥形。在PCl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5子对，价层电子对的空间排布方式为三角双锥，由于中心原子的价层电子对全部是成键电子价 层 电 子 对 数价层 电子 对排 布成 键 电 子 对 数孤 对 电 子 对 数分子类型电子对的排 布方式分子构型实例2直线 形20AB2_直线形Hgq3面 三角 形30AB3A*平面三角BF321AB2乂角形PbCl2中心原子的价层电子对的排布和AB 型共价分子的构型n对，因此PCl 的空间5构型为三角双锥形。总结归纳：价 层 电 子 对 数价层 电子
11、对排 布成键电子对数孤对电子对数分 子 类 型电子对的排布 方式分子构型实例4四面体40AB4正四面体CH431AB3三角锥形NH322AB2A角形H O2价层 电子 对数价层 电子 对排 布成键电子对数孤对电子对数分子类型电子对的排 布方式分子构型实例50AB5三角双锥PC155三角41AB4变形四面 体SF4双锥32AB3T形C1F323AB2直线形I -3价层 电子 对数价层电 子对排 布成键电子对数孤对 电子 对数分子类型电子对的排 布方式分子构型实例6八面体60AB6正八面体SF651AB5四方锥形IF542AB4平面正方形IC1 -4价层电子对互斥模型对少数化合物判断不准，不能适用
12、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AB2有孤对电子V型无孤对电子直线形AB3有孤对电子三角锥形无孤对电子平面二角形AB4无孤对电子四面体形例2： (1)用VSEPR模型预测，下列分子形状与屯0相似，都为V型的是A. OFB.BeClC.SOD.CO2 2 2 2(2)用VSEPR模型预测，下列分子中键角不是120。的是ACHBCHCBF DNH22 6 6 3 3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、CO B、HSC、PClD、SiC
13、l2 2 3 42、下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是( )A、 HO B、COC、CHD、P2 2 2 2 43、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4、下列分子中，各原子均处于同一平面上的是( )A、NH B、CCl C、HO D、CHO3 4 2 25、下列分子的结构中，原子的最外层电子不都满足8电子稳定结构的是( )A、CO B、PCl C、CCl D、NO2 3 4 26、下列分子或离子的中心原子，带有一对孤对电子的是( )A、XeO B、BeCl C、CH D、PCl4 2 4 3
14、三、杂化轨道理论简介1、杂化的概念：在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组 合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。杂化轨道 理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的立体结构提出的。为了解决甲烷分子四面体构 型，鲍林提出了杂化轨道理论，它的要点是：当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原 子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到4个相同的轨道，夹角109 28,称为sp3杂化轨道，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形 成的。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的ls 轨道重叠，形成4个C-H。键，因此呈正四面体的分子构型。杂化轨道理论认为：
