第四章 分子空间结构与物质性质
知识梳理
杂化轨道理论与分子的空间结构
第 1 节
一、杂化轨道理论与分子的空间结构
1．用 sp3杂化解释 CH4分子的空间结构
(1)sp3杂化轨道的形成
在形成 CH4分子的过程中，碳原子 2s 轨道上的 1 个电子进入 2p 空轨道。这样，1 个 2s 轨道和 个 2p
轨道“混杂”，形成能量相等、成分相同的 个 sp3杂化轨道。图示如下：
(2)sp3杂化轨道的空间指向
碳原子的 4 个 sp3杂化轨道指向正四面体的 4 个顶点，每个轨道上都有 1 个未成对电子。
(3)共价键的形成
碳原子的 4 个 轨道分别与 H 原子的 轨道重叠，形成 4 个相同的 σ 键。
(4)CH4分子的空间结构
CH4分子为空间 结构，分子中 C—H 键之间的夹角即键角都是 109°28′。
2．用 sp2杂化解释 BF3分子的空间结构
(1)sp2杂化轨道的形成
在形成 BF3 分子的过程中，B 原子 2s 轨道上的 1 个电子进入 2p 轨道。这样，1 个 2s 轨道和 个 2p 轨
道发生杂化，形成能量相等、成分相同的 个 sp2杂化轨道。图示如下：
(2)sp2杂化轨道的空间指向
B 原子中的 3 个 sp2杂化轨道指向正三角形的三个顶点，3 个 sp2杂化轨道间的夹角为 120°。
(3)共价键的形成
B 原子的 3 个 sp2杂化轨道分别与 F 原子的 轨道重叠形成 3 个相同的 σ 键。
(4)BF3分子的空间结构
BF3分子的空间结构为 ，键角为 。
3.用 sp 杂化解释 BeCl2分子的空间结构
(1)sp 杂化轨道的形成
在形成气态 BeCl2分子的过程中，Be 原子 2s 轨道上的 1 个电子进入 2p 轨道。这样，1 个 2s 轨道和 1 个 2p
轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的 个 sp 杂化轨道。图示如下：
(2)sp 杂化轨道的空间指向
两个 sp 杂化轨道呈直线形，其夹角为 180°。
(3)共价键的形成
Be 原子的 2 个 sp 杂化轨道分别与 Cl 原子的 轨道重叠形成 个相同的 σ 键。
(4)BeCl2分子的空间结构
BeCl2分子的空间结构为 ，键角为 。
二、用杂化轨道理论分析分子的成键情况
分子 C2H6 C2H4 C2H2
C 的杂化
sp3杂化 sp2杂化 sp 杂化
方式
①每个 C 原子的 轨
①每个 C 原子的 3 个
①每个 C 原子的 2 个 轨道与 2 道与 1 个 H 原子的 轨
轨道与 3 个 H 原子的
个H原子的 轨道重叠形成2个 道重叠形成 1 个 C—H σ
轨道重叠形成 3 个 C—H
C—H σ 键； 键；
σ 键；
成键情况 ②2 个 C 原子各以 轨道发生 ②2 个 C 原子各以 轨
②2 个 C 原子各以 1 个 sp3
重叠形成 1 个 道发生重叠形成 1 个 C—C
轨道发生重叠形成 1 个
C—C σ 键，各以 1 个未杂化的 轨 σ 键，各以 2 个未杂化的
C—C
道发生重叠，形成 1 个 π 键 轨道发生重叠，形成 2 个 π
σ 键
键
价层电子对互斥模型
第 2 节
一、价层电子对互斥模型
1．内容：分子中的价电子对(包括 和 )由于 作用，而趋向于尽可能彼此远离以减
小斥力，分子尽可能采取 的空间结构。
2．价电子对数的计算方法
1
对于 ABm 型分子来说，价电子对数(n)＝ (中心原子 A 的价电子数＋每个配位原子 B 提供的价电子数×m)
2
①对于主族元素，中心原子的价电子数＝ ，配位原子中卤素原子、氢原子按提供 1 个价电子数
1
计算，如 PCl5中 n＝ ×(5＋1×5)＝5。2
②O、S 作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为 。
3．价电子对数与几何分布的关系
价电子对数 几何构型
2
3
4
4．价电子对相关的两点说明
(1)具有相同价电子对数的分子，中心原子的杂化轨道类型 ，价电子对分布的几何构型也 。
(2)如果分子中中心原子的杂化轨道上存在孤电子对，价电子对之间的斥力大小顺序为孤电子对与孤电子对
之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力 成键电子对与成键电子对之间的斥力。随着孤电子对
数目的增多，孤电子对对成键电子对的排斥作用 ，成键电子对与成键电子对之间的键角 。
二、等电子体
1．原理
具有相同 和相同 的分子或离子具有相同的结构特征。这一原理称为“等电子原理”。例如：
CO 与 N2 分子结构非常相似，它们的分子中价电子总数都是 ，都形成 1 个 σ 键和 2 个 π 键，键能
都 。它们的某些物理性质也很相似，如熔点和沸点 、都 溶于水等。
2．应用
(1)判断一些简单分子或离子的立体结构。
(2)在制造新材料等方面也有重要的应用。
分子的极性 手性分子
第 3 节
一、极性分子和非极性分子
1．极性分子和非极性分子
(1)极性分子：正电荷重心和负电荷重心 的分子。
(2)非极性分子：正电荷重心和负电荷重心 的分子。
2．判断方法
(1)双原子分子
分子的极性取决于成键原子之间的 是否有极性，以 结合的双原子分子是极性分
子，以 结合的双原子分子是非极性分子。
(2)多原子分子(ABm 型)
分子是否有极性取决于分子的 。
3．“相似相溶规则”
一般情况下：
(1)由极性分子构成的物质易溶于 溶剂。例如：NH3和 HF 等极性分子构成的物质都易溶于 。
(2)由非极性分子构成的物质易溶于 溶剂。例如：I2、Br2和 CH4等由非极性分子构成的物质都易
溶于 和苯等 溶剂中。
二、手性分子
1．手性异构体和手性分子
如果一对分子，它们的 和 完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像(对映异构)，
在三维空间里不能重叠，这对分子互称手性异构体。含有手性异构体的分子称为手性分子。
2．手性碳原子
连接四个不同的 或 的碳原子称为手性碳原子。
3．手性异构体的性质
一对手性异构体的物理性质(如熔点、沸点、密度等)基本相同，但它们的 和 往往不同。
配合物的形成和应用
第 4 节
一、配合物的形成
1．简单配合物的制备
(1)操作步骤
(2)现象及方程式
三支试管中均首先生成 ，离子方程式为 ；然后随浓氨水的滴入，沉淀逐渐 ；
溶液最终变成 ，离子方程式为 。
2．配合物
(1)概念
由 的分子或离子(称为配位体)与 的原子或离子(称为中心原子)以 结合形
成的化合物称为配位化合物，简称配合物。
(2)组成
(3)形成条件
①配位体是含有 ，如中性分子有 等；离子有 等。
②中心原子是具有 的离子或原子，如 等。
3．配合物异构现象
(1)产生异构现象的原因
①含有 或 配位体。
②配位体 不同。
(2)分类[以 Pt(NH3)2Cl2为实例]
(3)异构体的性质差异
它们在颜色、极性、在水中的溶解性等性质上存在一定的差异。
二、配合物的应用
1．在化学分析中的应用：检验金属离子、分离物质、定量测定物质的组成。
(1)银氨溶液——检验醛基
①配制过程
氨水 氨水
AgNO3溶液 ―― → ―― → 。
②反应现象：先 后 。
(2)KSCN 溶液——检验 Fe3＋
KSCN 溶液
①过程：FeCl3溶液 ―― → 溶液变为 色。
②离子方程式：Fe3＋＋nSCN－=== 。
(3)浓氨水——分离 CuSO4和 Fe2(SO4)3的混合溶液
①过程 CuSO4和 Fe2(SO4)3的混合溶液
②离子方程式：Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH＋4 ，Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH ) ]2＋3 4 ＋2OH－＋
4H O，Fe3＋2 ＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH＋4 。
2．在生产中的应用：广泛用于染色、电镀、硬水软化、金属冶炼领域。第四章 分子空间结构与物质性质
知识梳理
杂化轨道理论与分子的空间结构
第 1 节
一、杂化轨道理论与分子的空间结构
1．用 sp3杂化解释 CH4分子的空间结构
(1)sp3杂化轨道的形成
在形成 CH4分子的过程中，碳原子 2s 轨道上的 1 个电子进入 2p 空轨道。这样，1 个 2s 轨道和 3 个 2p 轨道
“混杂”，形成能量相等、成分相同的 4 个 sp3 杂化轨道。图示如下：
(2)sp3杂化轨道的空间指向
碳原子的 4 个 sp3杂化轨道指向正四面体的 4 个顶点，每个轨道上都有 1 个未成对电子。
(3)共价键的形成
碳原子的 4 个 sp3杂化轨道分别与 H 原子的 1s 轨道重叠，形成 4 个相同的 σ 键。
(4)CH4分子的空间结构
CH4分子为空间正四面体结构，分子中 C—H 键之间的夹角即键角都是 109°28′。
2．用 sp2杂化解释 BF3分子的空间结构
(1)sp2杂化轨道的形成
在形成 BF3 分子的过程中，B 原子 2s 轨道上的 1 个电子进入 2p 轨道。这样，1 个 2s 轨道和 2 个 2p 轨道发
生杂化，形成能量相等、成分相同的 3 个 sp2杂化轨道。图示如下：
(2)sp2杂化轨道的空间指向
B 原子中的 3 个 sp2杂化轨道指向正三角形的三个顶点，3 个 sp2杂化轨道间的夹角为 120°。
(3)共价键的形成
B 原子的 3 个 sp2杂化轨道分别与 F 原子的 2p 轨道重叠形成 3 个相同的 σ 键。
(4)BF3分子的空间结构
BF3分子的空间结构为平面正三角形，键角为 120°。
3.用 sp 杂化解释 BeCl2分子的空间结构
(1)sp 杂化轨道的形成
在形成气态 BeCl2分子的过程中，Be 原子 2s 轨道上的 1 个电子进入 2p 轨道。这样，1 个 2s 轨道和 1 个 2p
轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的 2 个 sp 杂化轨道。图示如下：
(2)sp 杂化轨道的空间指向
两个 sp 杂化轨道呈直线形，其夹角为 180°。
(3)共价键的形成
Be 原子的 2 个 sp 杂化轨道分别与 Cl 原子的 3p 轨道重叠形成 2 个相同的 σ 键。
(4)BeCl2分子的空间结构
BeCl2分子的空间结构为直线形，键角为 180°。
二、用杂化轨道理论分析分子的成键情况
分子 C2H6 C2H4 C2H2
C 的杂化
sp3杂化 sp2杂化 sp 杂化
方式
①每个 C 原子的 1 个 sp 轨
①每个 C 原子的 3 个 sp3轨 ①每个 C 原子的 2 个 sp2轨道与 2
道与 1 个 H 原子的 1s 轨道
道与 3 个 H 原子的 1s 轨道 个 H 原子的 1s 轨道重叠形成 2 个
重叠形成 1 个 C—H σ 键；
重叠形成 3 个 C—H σ 键； C—H σ 键；
②2 个 C 原子各以 1 个 sp
成键情况 ②2 个 C 原子各以 1 个 sp3 ②2 个 C 原子各以 1 个 sp2轨道发生
轨道发生重叠形成 1 个
轨道发生重叠形成 1 个 重叠形成 1 个
C—C σ 键，各以 2 个未杂
C—C C—C σ 键，各以 1 个未杂化的 2p 轨
化的 2p 轨道发生重叠，形
σ 键 道发生重叠，形成 1 个 π 键
成 2 个 π 键
价层电子对互斥模型
第 2 节
一、价层电子对互斥模型
1．内容：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，而趋向于尽可能彼此远离以
减小斥力，分子尽可能采取对称的空间结构。
2．价电子对数的计算方法
1
对于 ABm 型分子来说，价电子对数(n)＝ (中心原子 A 的价电子数＋每个配位原子 B 提供的价电子数×m)
2
①对于主族元素，中心原子的价电子数＝最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子按提供 1 个价电子
1
数计算，如 PCl5中 n＝ ×(5＋1×5)＝5。2
②O、S 作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为 6。
3．价电子对数与几何分布的关系
价电子对数 几何构型
2 直线形
3 平面三角形
4 正四面体
4．价电子对相关的两点说明
(1)具有相同价电子对数的分子，中心原子的杂化轨道类型相同，价电子对分布的几何构型也相同。
(2)如果分子中中心原子的杂化轨道上存在孤电子对，价电子对之间的斥力大小顺序为孤电子对与孤电子对
之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对与成键电子对之间的斥力。随着孤电子对数目
的增多，孤电子对对成键电子对的排斥作用增强，成键电子对与成键电子对之间的键角减小。
二、等电子体
1．原理
具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。这一原理称为“等电子原理”。例如：
CO 与 N2 分子结构非常相似，它们的分子中价电子总数都是 10，都形成 1 个 σ 键和 2 个 π 键，键能都较大。
它们的某些物理性质也很相似，如熔点和沸点相近、都难溶于水等。
2．应用
(1)判断一些简单分子或离子的立体结构。
(2)在制造新材料等方面也有重要的应用。
分子的极性 手性分子
第 3 节
一、极性分子和非极性分子
1．极性分子和非极性分子
(1)极性分子：正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子。
(2)非极性分子：正电荷重心和负电荷重心相重合的分子。
2．判断方法
(1)双原子分子
分子的极性取决于成键原子之间的共价键是否有极性，以极性键结合的双原子分子是极性分子，以非极性
键结合的双原子分子是非极性分子。
(2)多原子分子(ABm 型)
分子是否有极性取决于分子的空间结构。
3．“相似相溶规则”
一般情况下：
(1)由极性分子构成的物质易溶于极性溶剂。例如：NH3和 HF 等极性分子构成的物质都易溶于水。
(2)由非极性分子构成的物质易溶于非极性溶剂。例如：I2、Br2和 CH4等由非极性分子构成的物质都易溶于
CCl4和苯等非极性溶剂中。
二、手性分子
1．手性异构体和手性分子
如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像(对映异构)，在三
维空间里不能重叠，这对分子互称手性异构体。含有手性异构体的分子称为手性分子。
2．手性碳原子
连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。
3．手性异构体的性质
一对手性异构体的物理性质(如熔点、沸点、密度等)基本相同，但它们的旋光性和生理作用往往不同。
配合物的形成和应用
第 4 节
一、配合物的形成
1．简单配合物的制备
(1)操作步骤
(2)现象及方程式
三支试管中均首先生成蓝色沉淀，离子方程式为 Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH＋4 ；然后随浓氨水的滴
入，沉淀逐渐溶解；溶液最终变成深蓝色，离子方程式为Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O。
2．配合物
(1)概念
由提供孤电子对的分子或离子(称为配位体)与接受孤电子对的原子或离子(称为中心原子)以配位键结合形成
的化合物称为配位化合物，简称配合物。
(2)组成
(3)形成条件
①配位体是含有孤电子对的中性分子或离子，如中性分子有 H2O、NH3、CO 等；离子有 F－、Cl－、CN－等。
②中心原子是具有空轨道的离子或原子，如 Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等。
3．配合物异构现象
(1)产生异构现象的原因
①含有两种或两种以上配位体。
②配位体空间排列方式不同。
(2)分类[以 Pt(NH3)2Cl2为实例]
(3)异构体的性质差异
它们在颜色、极性、在水中的溶解性等性质上存在一定的差异。
二、配合物的应用
1．在化学分析中的应用：检验金属离子、分离物质、定量测定物质的组成。
(1)银氨溶液——检验醛基
①配制过程
氨水 氨水
AgNO3溶液 ―― →AgOH ―― →[Ag(NH3)2]OH 溶液。
②反应现象：先产生白色沉淀后沉淀恰好溶解。
(2)KSCN 溶液——检验 Fe3＋
KSCN 溶液
①过程：FeCl3溶液 ―― → 溶液变为血红色。
②离子方程式：Fe3＋＋nSCN－===[Fe(SCN) ](3－n)＋n 。
(3)浓氨水——分离 CuSO4和 Fe2(SO4)3的混合溶液
①过程 CuSO4和 Fe2(SO4)3的混合溶液
②离子方程式：Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH) ↓＋2NH＋2 4 ，Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋
4H2O，Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH＋4 。
2．在生产中的应用：广泛用于染色、电镀、硬水软化、金属冶炼领域。
