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第二節(jié) 分子的立體構型,一、形形色色的分子 1.三原子分子的立體構型有_____形和__形兩種。如,180°,直線形,105°,V形,直線,V,2.四原子分子大多數采取_________形和_______形兩種立體構型。如,120°,107°,平面三角形,三角錐形,平面三角,三角錐,3.五原子分子的可能立體構型更多，最常見的是_________形。 如,109°28′,正四面體形,109°28′,正四面體形,正四面體,二、價層電子對互斥理論 1.價層電子對互斥理論(VSEPR)。 對ABn型的分子或離子，中心原子A的價層電子對(包括成鍵 ___________和未成鍵的_________)之間由于存在排斥力，將 使分子的幾何構型總是采取電子對_________最小的那種構 型，以使彼此之間_____最小，分子或離子的體系能量_____， _______。,σ鍵電子對,孤電子對,相互排斥,斥力,最低,最穩(wěn)定,2.價層電子對數的計算。 價層電子對數=____________________________________ (1)σ鍵電子對數=________________________________。 (2)中心原子上的孤電子對數=________ a為中心原子的_________； x為與中心原子結合的_______； b為與中心原子結合的原子最多能接受的_______(H為__，其他原子為___________________)。,σ鍵電子對數+中心原子上的孤電子對數,σ鍵個數=與中心原子結合的原子數,價電子數,原子數,電子數,1,8-該原子的價電子數,3.價層電子對的空間構型(即VSEPR模型)： 電子對數目： 2 3 4 VSEPR模型：_______ ___________ ___________,直線形,平面三角形,正四面體形,4.VSEPR模型應用——預測分子立體構型： (1)中心原子不含孤電子對的分子。 中心原子不含孤電子對的分子，VSEPR模型與分子的立體構型一致。,直線形,平面三角形,正四面體形,直線形,平面三角形,正四面體形,(2)中心原子含孤電子對的分子。 中心原子若有孤電子對，孤電子對也要占據中心原子的空間，并與成鍵電子對互相排斥。則VSEPR模型與分子的立體構型不一致。 推測分子的立體模型必須略去VSEPR模型中的孤電子對。,正四面體形,三角錐形,正四面體形,V形,平面三角形,V形,三、雜化軌道理論簡介 1.概念：在形成分子時，由于原子的相互影響，若干個不同類型但_________的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新軌道的過程叫做_______________，所形成的新軌道就稱為_________。,能量相近,原子軌道的雜化,雜化軌道,2.要點： (1)能量相近：參與雜化的各原子軌道能量要_____(同一能級組或相近能級組的軌道)。 (2)數目不變：參與雜化的軌道數目等于形成的_________數目。 (3)排斥力最?。弘s化軌道在空間取最大夾角分布，且不同的雜化軌道伸展方向不同。,相近,雜化軌道,3.雜化軌道分類： (1)等性雜化：參與雜化的各原子軌道進行成分的均勻混合。如,180°,直線形,120°,平面三角形,109°28′,正四面體形,雜化軌道類型與分子空間構型的關系：,直線形,平面三角形,正四面體形,CO2、C2H2,BF3,CH4、CCl4,(2)不等性雜化：參與雜化的各原子軌道進行成分上的不均勻混合。某個雜化軌道有孤電子對，如NH3的氮原子的sp3雜化。,四、配合物理論簡介 1.配位鍵： (1)概念：由一個原子單方面提供_________，而另一個原子 提供_______而形成的共價鍵，即“電子對給予-接受鍵”， 是一類特殊的共價鍵。 (2)表示：配位鍵可以用A→B來表示，其中A是提供_________ 的原子，叫做給予體；B是接受_______的原子，叫做接受體。,孤電子對,空軌道,孤電子對,電子對,2.配位化合物： (1)概念：_________________與某些分子或離子(稱為_____) 以_______結合形成的化合物，簡稱配合物。 (2)形成條件。 ①配體有孤電子對；②中心原子有空軌道。,金屬離子(或原子),配體,配位鍵,(3)配合物的形成舉例。,藍色沉淀,溶解,深藍,變紅,1.辨析下列說法的正誤： (1)NH3分子的VSEPR模型與分子構型不一致。( ) 分析：NH3分子中的中心原子氮原子采取的是sp3不等性雜化，有一對孤電子對，VSEPR模型是正四面體形，而NH3分子的空間構型是三角錐形。 (2)五原子分子的立體結構都是正四面體形。( ) 分析：五原子分子的立體結構不一定都是正四面體形，例如甲烷的氯代產物中只有四氯化碳為正四面體形，其余都不是正四面體形。,√,×,(3)雜化軌道中一定有一個電子。( ) 分析：并不是所有的雜化軌道都含有電子，也可以是空軌道，還可以有一對孤電子對。 (4)兩種分子的雜化方式一樣，但是分子構型卻不一定相同。 ( ) 分析：雜化方式相同，有的含有孤電子對，有的沒有孤電子對，則分子構型不同，例如NH3、H2O和CH4，中心原子均為sp3雜化。,×,√,(5)硫酸銅溶液呈藍色的原因是Cu2+在水中形成了配離子。 ( ) 分析：Cu2+在水中與H2O分子形成[Cu(H2O)4]2+，呈天藍色。,√,2.用價層電子對互斥理論模型預測下列粒子的立體結構是三角錐形的是( ) A.PCl3 B.BeCl2 C. D.SO3 【解析】選A。根據中心原子孤電子對的計算公式 (a-xb)可知，PCl3的孤電子對數是1，為三角錐形，A正確；BeCl2、 、SO3均無孤電子對，分別為直線形、正四面體形和平面三角形。,3.sp3雜化形成的AB4型分子的立體構型為( ) A.平面四邊形 B.正四面體形 C.四角錐形 D.平面三角形 【解析】選B。sp3雜化形成的AB4型分子的立體構型應該為正四面體形，例如甲烷、四氯化碳等。,4.下列分子中的中心原子采取sp3雜化的是( ) A.H2O B.CO2 C.SO2 D.BF3 【解析】選A。H2O中的氧原子采取sp3雜化，CO2中的碳原子采取sp雜化。SO2中的硫原子采取sp2雜化。BF3中的硼原子采取sp2雜化。,5.在離子中NH3與中心離子Cu2+結合的化學鍵是( ) A.離子鍵 B.非極性鍵 C.極性鍵 D.配位鍵 【解析】選D。中心原子(或離子)與配體之間的化學鍵是配位鍵。,6.下列各種說法中錯誤的是( ) A.形成配位鍵的條件是一方有空軌道，一方有孤電子對 B.配位鍵是一種特殊的共價鍵 C.配位化合物中的配體可以是分子也可以是陰離子 D.共價鍵的形成條件是成鍵原子必須有未成對電子 【解析】選D。配位鍵是一方提供孤電子對，另一方提供空軌道形成的一種特殊共價鍵，配體可以是分子，也可以是陰離子。,一、價層電子對互斥理論與分子結構 1.中心原子價層電子對數的確定方法： 方法一：中心原子價層電子對數=σ鍵數+中心原子的孤電子對數。 方法二：中心原子的價層電子對數=(中心原子的價電子數+配位原子提供的價電子數之和)÷2。,配位原子中鹵素原子、氫原子提供1個價電子，氧原子和硫原 子按不提供價電子計算。例如：BF3分子，硼原子有3個價電 子，三個氟原子各提供一個價電子，共有6個價電子，所以硼 原子價層電子對數為3。再如SO2分子，硫原子有6個價電子， 氧原子不提供價電子，故硫原子價層電子對數為3。 對于離子，若是陽離子，中心原子的價電子數應減去離子所 帶電荷數，若是陰離子，則應加上離子所帶電荷數。如 中氮原子的價電子數則應減去1，而 中磷原子的價電子數 應加上3。,2.VSEPR模型——價層電子對的立體構型：由于價層電子對之間的相互排斥作用，它們趨向于盡可能相互遠離。于是價層電子對的立體構型與價層電子對數目的關系如下表： 這樣已知價層電子對的數目，就可以確定它們的立體構型。,3.分子或離子的立體構型的確定：價層電子對有成鍵電子對和孤電子對之分，價層電子對的總數減去成鍵電子對數，得孤電子對數。根據成鍵電子對數和孤電子對數，可以確定相應的較穩(wěn)定的分子立體構型，如下表所示：,【警示】 使用價層電子對互斥理論判斷分子空間構型的注意事項 (1)價層電子對互斥模型是價層電子對的空間構型； (2)分子的空間構型指的是成鍵電子對的空間構型，不包括孤電子對； (3)二者是否一致取決于中心原子上有無孤電子對，沒有孤電子對時二者一致，有孤電子對時二者不一致。,【微點撥】 (1)判斷分子立體構型時，如何判斷鍵角大?。?提示：如果在價層電子對中出現(xiàn)孤電子對時，價層電子對立體構型還與下列斥力順序有關：孤電子對-孤電子對孤電子對-成鍵電子對成鍵電子對-成鍵電子對。因此價層電子對立體構型為三角形和四面體形時，孤電子對的存在會改變成鍵電子對的分布空間。所以H2O分子的鍵角應小于109°28′。,(2)對于分子中有雙鍵、三鍵等多重鍵時，判斷其分子構型時，如何處理？ 提示：對于分子中有雙鍵、三鍵等多重鍵時，使用價層電子對互斥理論判斷其分子構型時，雙鍵的兩對電子和三鍵的三對電子只能作為一對電子來處理，或者說在確定中心原子的價層電子對總數時不包括π電子。,【典題訓練】用價層電子對互斥理論推測下列分子或離子的立體構型：,【解題指南】解答本題應注意以下兩點： (1)確定每個微粒結構中成鍵情況及孤電子對。 (2)根據VSEPR模型判斷分子或離子的立體構型。 【解析】根據各分子的電子式和結構式，分析中心原子的孤電子對數，依據中心原子連接的原子數和孤電子對數，確定VSEPR模型和分子或離子的立體構型。,答案：,【誤區(qū)警示】使用價層電子對互斥理論判斷分子立體構型時的注意事項 價層電子對的立體構型與分子的立體構型不一定一致，而分子的立體構型指的是成鍵電子對的立體構型，不包括孤電子對(未用于形成共價鍵的電子對)。兩者是否一致取決于中心原子上有無孤電子對，當中心原子上無孤電子對時，兩者的構型一致；當中心原子上有孤電子對時，兩者的構型不一致。,【變式訓練】(2014·岳陽高二檢測)用價層電子對互斥理論(VSEPR)預測下列分子或離子的立體構型。 (1)H2Se________；(2)CF4________； (3)BCl3________；(4)SO2________； (5)PH3_________；(6) ________。,【解析】根據中心原子A的價層電子對數=σ鍵電子對數+ (a-xb)。經計算得出：幾種分子或者離子的價層電子對數分別是4、4、3、3、4、4，但是H2Se有兩對孤電子對，SO2有一對孤電子對，PH3有一對孤電子對，所以立體構型分別為V形、正四面體形、平面三角形、V形、三角錐形和正四面體形。,答案：(1)V形 (2)正四面體形 (3)平面三角形 (4)V形 (5)三角錐形 (6)正四面體形,【加固訓練】下列分子和離子中，中心原子價層電子對的幾何構型為四面體形且分子或離子的立體構型為V形的是( ) A. B.PH3 C.H3O+ D.OF2 【解析】選D。四個選項中的分子或離子中心原子的價層電子對數都為4且空間構型都為四面體形，但只有OF2中心原子結合兩個氟原子，分子的空間構型為V形。分子的空間構型與分子中中心原子的價層電子對的幾何構型不是一回事。,二、分子空間構型和雜化軌道的類型關系 1.雜化軌道類型的判斷：因為雜化軌道只能用于形成σ鍵或者用來容納孤電子對，而兩個原子之間只能形成一個σ鍵，故有下列關系： 雜化軌道數=中心原子孤電子對數+中心原子結合的原子數，再由雜化軌道數判斷雜化類型。例如：,2.雜化軌道類型與分子構型的關系：,【點撥】 理解雜化軌道需注意的幾點： (1)雜化軌道間的夾角與分子內的鍵角不一定相同，中心原子雜化類型相同時孤電子對越多，鍵角越小。例如，NH3中的氮原子與CH4中的碳原子均為sp3雜化，但是鍵角分別為107°和109°28′； (2)雜化軌道與參與雜化的原子軌道數目相同，但能量不同； (3)雜化軌道也符合價層電子對互斥模型，應盡量占據整個空間，使它們之間的排斥力最小。,【微思考】 (1)CO2、SO2和H2O都是三原子分子，為什么它們的立體構型不同？試用雜化軌道理論解釋。 提示：①CO2分子中的中心原子碳原子采用的是sp雜化，2個雜化軌道以碳原子為中點，呈直線形分布，分別與2個氧原子的2p軌道形成σ鍵，鍵角為180°，分子呈直線形；,②SO2分子中的中心原子硫原子采用的是sp2雜化，3個雜化軌道以硫原子為中心，呈平面三角形分布，其中1個軌道中是孤電子對，另2個軌道中的未成對電子，分別與2個氧原子的2p軌道形成σ鍵，分子呈V形，由于孤電子對的排斥作用，使鍵角小于120°。 ③H2O分子中的中心原子氧原子采用的是sp3雜化，4個雜化軌道以氧原子為中心呈正四面體形分布，其中有2個軌道中是孤電子對，另2個軌道中的未成對電子分別與2個氫原子的1s軌道形成σ鍵，分子呈V形，由于2個孤電子對的排斥作用，使鍵角小于109°28′。,(2)原子軌道雜化后，數量和能量有什么變化？ 提示：雜化軌道與參與雜化的原子軌道數目相同，但能量不同。s軌道與p軌道的能量不同，雜化后，形成的一組雜化軌道能量相同。,【典題訓練】(2014·南通高二檢測)指出下列中心原子的雜化軌道類型。 (1)CO2(直線形)______ (2)SiF4(正四面體形)______ (3)BCl3(平面三角形)______ (4)NF3(三角錐形)______ (5) (V形)______ (6)N2H4(N—N單鍵，非平面形)：______,【解題指南】解答本題需要注意以下兩點： (1)分子結構與雜化類型的聯(lián)系； (2)雜化類型中的特殊性：是否含有孤電子對。 【解析】(1)CO2：C以兩個sp雜化軌道分別與兩個O形成σ鍵，C上另兩個未雜化的p軌道分別與兩個O上的p軌道形成π鍵，分子構型為直線形； (2)SiF4：Si以四個sp3雜化軌道分別與四個F形成σ鍵，分子構型為正四面體形；,(3)BCl3：B采取sp2雜化，三個雜化軌道分別與三個Cl形成σ鍵，分子構型為平面三角形； (4)NF3：N采取sp3雜化，其中一個雜化軌道上有一對孤電子對，不參與成鍵，另外三個雜化軌道分別與三個F形成σ鍵，由于一對孤電子對的存在，三個F不可能平分N周圍的空間，而是被孤電子對排斥到一側，形成三角錐形結構；,(5) ：N采取sp2雜化，其中兩個雜化軌道分別與兩個O形成σ鍵，另一個有一對孤電子對，形成V形分子結構； (6)N2H4：N采取sp3雜化，四個雜化軌道中的三個分別與一個N和兩個H形成三個σ鍵，每個N上還有一對孤電子對，故不可能為平面結構。 答案：(1)sp (2)sp3 (3)sp2 (4)sp3 (5)sp2 (6)sp3,【方法規(guī)律】判斷中心原子雜化軌道類型的兩種方法 (1)根據雜化軌道的空間構型判斷。 ①若雜化軌道在空間的分布為正四面體或三角錐形，則中心原子發(fā)生sp3雜化。 ②若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形，則中心原子發(fā)生sp2雜化。 ③若雜化軌道在空間的分布呈直線形，則中心原子發(fā)生sp雜化。,(2)根據雜化軌道之間的夾角判斷：若雜化軌道之間的夾角為109°28′，則中心原子發(fā)生sp3雜化；若雜化軌道之間的夾角為120°，則中心原子發(fā)生sp2雜化；若雜化軌道之間的夾角為180°，則中心原子發(fā)生sp雜化。,【變式訓練】(2014·啟東中學高二檢測)s軌道與s軌道重疊形成的共價鍵可用符號表示為σs-s，p軌道與p軌道以“頭碰頭”方式重疊形成的共價鍵可用符號表示為σp-p，請指出下列分子中含有σs-sp鍵的是( ) A.N2 B.C2H4 C.C2H2 D.HCl 【解析】選C。要形成σs-sp鍵，應有sp雜化軌道，中心原子要發(fā)生sp雜化，A、D項中是雙原子分子，無雜化軌道，B項中的碳原子是sp2雜化，C項中的碳原子是sp雜化。,【加固訓練】下列分子中，中心原子是sp雜化的是( ) A.BeCl2 B.H2O C.CH4 D.BF3 【解析】選A。BeCl2中鈹原子發(fā)生sp雜化，分子為直線形；BF3中硼原子發(fā)生sp2雜化，分子為平面三角形；H2O中的O和CH4中的C都發(fā)生sp3雜化。,三、配位鍵與配位化合物 1.配位鍵與非極性鍵、極性鍵的區(qū)別與聯(lián)系：,2.配合物的組成： 一般中心原子(或離子)配位數是2、4、6。,3.形成配合物的條件： (1)配體有孤電子對。 (2)中心原子(或離子)有空軌道。 4.配合物的穩(wěn)定性：配合物具有一定的穩(wěn)定性。配合物中的配位鍵越強，配合物越穩(wěn)定。當作為中心原子的金屬離子相同時，配合物的穩(wěn)定性與配體的性質有關。 5.配合物形成時的性質改變： (1)顏色的改變，如Fe(SCN)3的形成。 (2)溶解度的改變，如AgCl→[Ag(NH3)2]+。,【警示】 (1)配位鍵的強度有大有小，因而形成的配合物有的很穩(wěn)定，有的很不穩(wěn)定。 (2)許多過渡金屬離子對多種配體具有很強的結合力，因而過渡金屬配合物遠比主族金屬配合物多。,【微思考】 (1)氨氣和銨根離子中均存在N—H鍵，這兩個微粒中的N—H鍵是否相同？ 提示：在氨氣和銨根離子中均存在N—H鍵，在形成過程上有差別，在氨氣中三個N—H鍵的共用電子對均來自于氮原子和氫原子；而在銨根離子中，四個N—H鍵其中三個和氨分子中的完全一樣，第四個N—H鍵的共用電子對完全由氮原子提供，屬于配位鍵。,(2)三價鐵離子檢驗用到了硫氰化鉀溶液，溶液呈紅色，為什么呢？ 提示：三價鐵離子與硫氰根離子形成配位鍵和配合物，配合離子(配合物)的溶液顏色為紅色，即配位化合物的形成改變了溶液的顏色。,【典題訓練】(2014·廈門高二檢測)向盛有硫酸銅水溶液的試管里加入氨水，首先形成難溶物，繼續(xù)添加氨水，難溶物溶解得到深藍色的透明溶液。下列對此現(xiàn)象說法正確的是( ) A.反應后溶液中不存在任何沉淀，所以反應前后Cu2+的濃度不變 B.沉淀溶解后，生成深藍色的配合離子[Cu(NH3)4]2+ C.向反應后的溶液加入乙醇溶液不會發(fā)生變化，因為[Cu(NH3)4]2+不會與乙醇發(fā)生反應 D.在[Cu(NH3)4]2+中，Cu2+給出孤電子對，NH3提供空軌道,【解題指南】解答本題時要注意以下兩點： (1)配合物的形成過程。 (2)配位鍵、配位化合物的性質。 【解析】選B。通過現(xiàn)象分析可知：銅離子與一水合氨先生成氫氧化銅藍色沉淀，繼續(xù)滴加氨水沉淀溶解生成[Cu(NH3)4]2+，A錯誤，B正確；[Cu(NH3)4]2+會隨著水中乙醇含量增多逐漸形成沉淀[Cu(NH3)4]SO4·H2O，C錯誤；在[Cu(NH3)4]2+中，Cu2+提供空軌道，NH3給出孤電子對，D錯誤。,【方法規(guī)律】準確判斷配位鍵的方法 (1)掌握好配位鍵的形成條件：一種原子有空軌道，另一種原子有孤電子對。 (2)正確分析原子的最外層電子排布和成鍵情況。,【變式訓練】氣態(tài)氯化鋁(Al2Cl6)是具有配位鍵的化合物，分子中原子間成鍵關系如圖所示。請將圖中你認為是配位鍵的斜線加上箭頭。,【解析】氯原子最外層有7個電子，鋁原子最外層有3個電子，題圖中每個鍵代表1對共用電子對，據此可判斷氯化鋁(Al2Cl6)中與兩個鋁形成共價鍵的氯原子中，有一個鍵是配位鍵，氯原子提供電子對，鋁原子提供空軌道。配位鍵的箭頭指向提供空軌道的一方。,答案： 或,【加固訓練】關于[Cr(H2O)4Br2]Br·2H2O的說法正確的是 ( ) A.配體為H2O，外界為Br- B.中心離子的配位數為6 C.中心離子Cr3+提供孤電子對 D.中心離子的化合價為+2 【解析】選B。[Cr(H2O)4Br2]Br·2H2O中內界為[Cr(H2O)4Br2]+，Cr3+為中心離子，配體為H2O、Br-，配位數為6，外界為Br-，Cr3+提供空軌道。,