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第2章第2节 共价键与分子的空间结构
价层电子对互斥理论
授课:栖霞市第二中学 王雪
延迟符
鲁科版高中化学选择性必修二 物质结构与性质
复习巩固
2
一、分子具有不同的空间结构
CH3CH2OH
CH3COOH
C6H6
C20
复习巩固
3
二、分子空间结构的理论之杂化轨道理论
sp3杂化轨道的形成过程
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
sp3杂化:1个s 轨道与3个p 轨道进行的杂化,形成4个sp3 杂化轨道
特点:①每个sp3杂化轨道的形状也为一头大,一头小
②含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道的成分
③每两个轨道间夹角为109°28',空间构型为正四面体形
复习巩固
4
二、分子空间结构的理论之杂化轨道理论
sp2杂化轨道的形成过程
sp2杂化:1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化,形成3个sp2 杂化轨道
特点:①每个sp2杂化轨道的形状也为一头大,一头小,
②含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分
③每两个轨道间的夹角为120°,呈平面三角形
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
复习巩固
5
二、分子空间结构的理论之杂化轨道理论
sp杂化轨道的形成过程
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
sp 杂化:1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化,形成2个sp杂化轨道
特点:①每个sp杂化轨道的形状为一头大,一头小
②含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分
③两个轨道间的夹角为180°,呈直线形
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6
二、分子空间结构的理论之杂化轨道理论
杂化轨道理论是探究分子空间几何结构的不可或缺的一项基本理论知识,它不仅可以很好地解释分子空间几何构型,还可以进一步说明化学键的形成原理。但是杂化轨道理论也有其自身的局限性,没有自身的实验基础,完全是建立在理论基础上的。另外运用杂化轨道理论解释分子的空间几何构型或者性质的时候,只有先已知了分子的几何构型才能确定中心原子的杂化类型,也就是杂化轨道理论虽然能很好的解释分子的空间构型,却不能预测分子的空间构型。
杂化轨道理论的局限性
一、价层电子对互斥理论简介
7
在1940年,希吉维克(Sedgwick)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斥模型,简称VSEPR(Valence Shell Electron Pair Repulsion)。
价层电子对互斥理论
二、价层电子对互斥理论基本要点
8
分子或离子的空间构型取决于中心原子的价层电子对数
1
价层电子对数=σ键个数+中心原子上的孤电子对数(不计算Π键)
(vp) (σbp) (lp)
价层电子对之间的斥力大小顺序:
2
lp-lp> lp-bp > bp-bp
90o> 120o > 180o
中心原子的价层电子对之间尽可能远离,以使斥力最小,由此决定分子空间构型。
3
σ键个数=与中心原子结合的原子个数
三、价层电子对互斥(VSEPR)空间模型
9
VP=2
VP=3
VP=4
VP=5
VP=6
直线形 平面三角形 四面体 三角双锥 八面体
sp3杂化轨道
sp2杂化轨道
sp杂化轨道
sp3d杂化轨道
sp3d2杂化轨道
H
.
H
.
.
H
四、中心原子价层电子对总数的确定方法
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.
N
.
.
.
.
观察氨气分子的电子式,你能说出中心原子的价层电子对总数的计算方法吗?
以AXm为例 (A—中心原子,X—配位原子) :
1、公式法:
VP=
中心原子的价电子总数 + 各配原子提供价层电子数 — 离子电荷
2
bp=与中心原子结合的原子个数
lp=vp-bp
四、中心原子价层电子对总数的确定方法
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原则:
①A的价电子数=主族序数;
②配体X:H和卤素每个原子各提供一个价电子, 氧与硫不提供价电子;
③正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数。
例:VP( ) = (6+4×0-(-2)=4
VP( ) = (5+4×1-1)=4
lp=0
bp=4
NH4+
lp=0
bp=4
VP( ) = (5+3×1)=4
NH3
bp=3
lp=1
四、中心原子价层电子对总数的确定方法
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化学式 价层电子对数 bp lp
SO2
NH2-
BF3
H3O+
SiCl4
CHCl3
1
2
3
2
0
1
0
0
2
3
3
4
4
4
3
4
4
4
四、中心原子价层电子对总数的确定方法
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2. 结构式法
对非过渡系元素构成的分子或离子来说,可以用其结构式中共价键的性质,来确定相关配原子向中心原子提供的价层电子数。它规定:
以单键与中心原子结合的配原子,只向中心原子提供一个价层电子;
3
1
2
四、中心原子价层电子对总数的确定方法
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2. 结构式法
对非过渡系元素构成的分子或离子来说,可以用其结构式中共价键的性质,来确定相关配原子向中心原子提供的价层电子数。它规定:
以单键与中心原子结合的配原子,只向中心原子提供一个价层电子;
以双键与中心原子结合的配原子,不向中心原子提供价层电子;
以叁键与中心原子结合的配原子,反而从中心原子移出一个价层电子;
1
2
五、价层电子对互斥理论的应用
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1、运用价层电子对互斥理论预测
AXm型分子或离子的VSEPR构型和分子构型
(1)对ABm型分子,若中心原子A的价层电子对只有成键电子对(即中心原子的价电子都用于形成共价键),则价层电子对的相对位置就是分子的构型。
CH4
CO2
化学式
结构式
VSEPR模型
分子立体结构
五、价层电子对互斥理论的应用
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1、运用价层电子对互斥理论预测
AXm型分子或离子的VSEPR构型和分子构型
(2)若中心原子A的价层电子对包括成键电子对和孤对电子(中心原子上有孤对电子),则价层电子对的相对位置不是分子的构型, 如:
NH3 H2O
化学式
结构式
VSEPR模型
分子立体结构
四面体形
三角锥形
V型
五、价层电子对互斥理论的应用
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1、运用价层电子对互斥理论预测
AXm型分子或离子的VSEPR构型和分子构型
中心原子的价层电子对的排布和ABn型共价分子的构型
价层电子对数 VSEPR模型 成键电子对数 孤对电子对数 杂化 类型 电子对的排布方式 分子或离子的立体构型 实例
2 直线形 2 0 sp 直线形 CO2
BeCl2
3 平面三角形 3 0 sp2 平面三角形 BF3
BCl3
3 1 sp2 V形 PbCl2
SnBr2
五、价层电子对互斥理论的应用
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1、运用价层电子对互斥理论预测
AXm型分子或离子的VSEPR构型和分子构型
价层电子对数 VSEPR模型 成键电子对数 孤对电子对数 杂化类型 电子对的 排布方式 分子或离子的立体构型 实例
4 四面体 4 0 sp3 四面体
CH4
3 1 sp3 三角锥形
NH3
2 2 sp3 V形 H2O
五、价层电子对互斥理论的应用
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1、运用价层电子对互斥理论预测
AXm型分子或离子的VSEPR构型和分子构型
价层电子对数 VSEPR模型 成键电子对数 孤对电子对数 杂化类型 电子对 排布方式 分子或离子的立体构型 实例
5 三角 双锥 5 0 sp3d 三角双锥 PCl5
6 八面体 6 0 sp3d2 正八面体 SF6
五、价层电子对互斥理论的应用
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2、运用价层电子对互斥理论比较分子中键角的大小
(1)中心原子杂化类型对键角大小有决定性的影响
例1:比较CH4、BF3、CO2三种分子的键角大小。
由杂化理论很容易得到如下的结果:中心原子采用sp杂化,则键角为180°,中心原子采用sp2杂化,则键角为120°,中心原子采用sp3杂化,则键角为109°28‘。
五、价层电子对互斥理论的应用
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2、运用价层电子对互斥理论比较分子中键角的大小
(2)中心原子孤电子对数目对键角的影响
例2:比较CH4、NH3、H2O三种分子的键角大小。
109°28'
107°
104.5°
五、价层电子对互斥理论的应用
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2、运用价层电子对互斥理论比较分子中键角的大小
(2)中心原子孤电子对数目对键角的影响
例2:比较CH4、NH3、H2O三种分子的键角大小。
分析:三种分子的中心原子都采用sp3杂化,但中心原子C上无孤电子对,中心原子N上有一对孤电子对,中心原子O上有两对孤电子对,根据孤电子对对数越多,对成键电子斥力越大,键角被压缩而变得更小。所以CH4中H—C—H键角为109°28', NH3中H—N—H键角为107°,而H2O中H—O—H键角为104.5°。
在中心原子杂化类型相同时、由于其配原子的个数可能不同,也就是孤电子对数目会有区别,这时键角也会是有区别的。这是由于中心原子的孤对电子的电子云肥大,对成键电子对有较大的排斥力,所以孤对电子能使成键电子对彼此离得更近,键角被压缩而变小。且中心原子的孤电子对数越多,键角会变得越小。
五、价层电子对互斥理论的应用
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2、运用价层电子对互斥理论比较分子中键角的大小
(3)配原子电负性对键角的影响
例3、比较NH3、NCl3键角大小。
分析:NH3和NCl3两种分子中,中心原子相同,杂化方式相同,可以认为中心原子N上的一对孤电子对对各成键电子斥力相差不大,但Cl的电负性大于H,使得N—Cl键中的共用电子对更偏向于Cl,从而使N—Cl键之间的斥力小于N—H键之间的斥力,所以NH3分子的键角更大。
当中心原子为同一种原子、杂化类型也相同,而配原子种类不同时,由于配原子的电负性不同,会使键角有区别。因为当相邻的两个成键电子对更靠近中心原子时、相互间的斥力会增大。反之,当相邻的两个成键电子对远离近中心原子时、相互间的斥力会变小。
五、价层电子对互斥理论的应用
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2、运用价层电子对互斥理论比较分子中键角的大小
(4)中心原子电负性对键角的影响
例4:比较H2O、H2S分子中键角的大小。
分析:中心原子O、S杂化方式相同,两对孤电子对对成键电子的斥力近似相同,但O的电负性大于S,使得O—H键之间的斥力更大,H2O中键角更大。
当中心原子属于同一主族,但杂化类型相同、且配原子种类相同时,中心原子的电负性大,成键电子对更靠近中心原子,成键电子对间的斥力要变大,键角要变大。
S
价层电子对互斥理论的局限性
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有关分子结构的理论始终在发展变化,所以价电子对互斥理论在使用时有它的局限性,一般不适合于推测过渡金属化合物分子的空间构型。
化学的科学探究之路从未停止,有关物质结构的理论也在不断更新,化学的未来靠谁们呢?
六、课堂检测
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1.下列分子或离子中,不含有孤对电子的是( )
A.H2O B.H3O+ C.NH3 D.NH4+
2. 下列粒子中,含有孤电子对的是( )
A.SiH4 B.H2O C.CH4 D.NH4+
3. 下列粒子的价电子对数正确的是( )
A.CH4 4 B.CO2 1 C.BF3 2 D.SO3 2
A
B
D
六、课堂检测
27
4.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.SiCl4
5.下列分子的立体结构,其中属于直线形分子的是( )
A. H2O B.CO2 C.CH4 D. SO2
6.下列分子立体结构其中属正八面体型分子的( )
A.H3O + B.CO32— C.PCl5 D.SF6
B
B
D
六、课堂检测
28
7.以下分子或离子的结构为正四面体,
且键角为109°28′ 的是( )
①CH4 ②NH4+ ③CH3Cl ④P4 ⑤SO42-
A.①②③ B.①②④ C.①②⑤ D.①④⑤
8.用价层电子对互斥模型判断SO3的分子构型( )
A.正四面体形 B.V形 C.三角锥形 D.平面三角形
C
D