第三章-价层电子对互斥理论

价层电子对互斥理论VSEPR---用以判断共价分子几何形状●分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子对数目有关VP=BP+LP价层成键孤对●价层电子对尽可能远离,以使斥力最小斥力:LP-LPLP-BPBP-BP●根据VP和LP的数目,可以推测出分子的空间构型1.基本要点①.确定中心原子价层电子对数例：XeF25XeF46XeOF46XeO2F25VP=1/2[A的价电子数+X提供的价电子数±离子电荷数()]例:VP()=(6+4×0+2)=424SO21负正氧族元素的原子做中心时，价电子数为6。如H2O或H2S。做配体时，提供电子数为0。如在CO2中。②确定价层电子对构型价层电子对数目23456价层电子对构型直线平面三角型正四面体三角双锥正八面体注意：孤对电子的存在会改变键合电子对的分布方向，从而改变化合物的键角③.确定中心原子的孤对电子数中心原子上的孤对电子数=1/2(a-xb)a为中心原子的价电子数，x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子等于8-该原子的价电子数。分子或离子中心原子aXb中心原子上的孤电子对数SO2S6221NH4+N4310CO32-C6420电子对数和电子对空间构型的关系电子对相互排斥，在空间达到平衡取向。2对电子直线形A只有一种角度，180°。3对电子正三角形只有一种角度，120°。••A••••3、确定分子构型在价层电子对构型的基础上，去掉孤电子对由真实原子形成的构型只有一种角度，109°28′。4对电子正四面体A••••••••分子构型与电子对空间构型的关系若配体的个数n和电子对数m相一致，则分子构型和电子对空间构型一致。这时，各电子对均为成键电子对。当配体数n小于电子对数m时，一部分电子对属于成键电对，其数目等于n，另一部分电子对成为孤电子对，其数目等于m－n。确定出孤对电子的位置，分子构型才能确定。电子对数配体数孤电子对数电子对构型分子构型(m)(n)(m－n)321三角形“V”字形ABB••••A••••431正四面体三角锥ABBB••A••••••••422正四面体“V”字形A••••••••ABB••••确定BF3、NH4+和SO32-的VSEPR模型和它们的立体构型。1.回忆：CH4分子中C原子形成几个共价键？分子空间构型怎样？2.写出基态C原子价电子的电子排布图,并推测：CH4分子的C原子怎样才能形成四个共价键？3.如果C原子就以１个2s轨道和3个2p轨道上的单电子，分别与四个Ｈ原子的1s轨道上的单电子重叠成键，所形成的四个共价键能否完全相同？这与CH4分子的实际情况是否吻合？2s2px2py2pz键长、键能相同，键角相同为109°28′杂化轨道理论简介为了解决这一矛盾，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，得到4个相同的sp3杂化轨道，夹角10928′,正四面体形。2s2pC的基态2s2p激发态正四面体形sp3杂化态激发杂化C原子由1个2s轨道和3个2p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。由于每个轨道中都含有1/4的s轨道成分和3/4的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道。为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。四个H原子分别以1s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的s-sp3σ键，形成一个正四面体构型的分子。1.C原子为什么要进行“杂化”？2.什么是杂化？C原子是如何进行“杂化”的？3.“杂化轨道”有哪些特点？思考：在形成分子时，由于原子的相互影响，同一原子中的若干不同类型、能量相近的原子轨道混合起来，重新分配能量和调整空间方向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道这种轨道重新组合的过程称为原子轨道的“杂化”（混合平均化）杂化轨道：(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子。(2)参加杂化的各原子轨道能量要相近（同一能级组或相近能级组的轨道）。(3)杂化轨道的能量、形状完全相同。(4)杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目；杂化后原子轨道方向改变，杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠(5)杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性（以减小化学键之间的排斥力）。(6)分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。(7)杂化轨道只能用于形成σ键，不能用于形成π键。180°实验测得:两个共价键，直线形分子（键角180°）Cl—Be—Cl探究1：BeCl2分子的形成Be原子价电子排布式：2s2没有未成对电子ClClBe一个2s和一个2p轨道杂化,形成sp杂化轨道为使轨道间的排斥能最小，轨道间的夹角为180°。sp杂化轨道的形成和空间取向示意图每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小；含有1/2s轨道和1/2p轨道的成分；两个轨道间的夹角为180°，呈直线型。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。sp杂化——BeCl2分子的形成实验测得，三个共价键，平面三角形分子（键角120°）。B原子价电子排布式：2s22p1，有一个未成对电子120°FFFB探究2：BF3分子的形成1个2s轨道与2个2p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。sp2杂化轨道的形成和空间取向示意图sp2杂化——BF3分子的形成每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/3s轨道和2/3p轨道的成分,每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形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。规律：第ⅢA族元素与第ⅦA族元素所形成的MX3型共价化合物，中心原子采取sp2杂化。如BBr3。sp3杂化——CH4分子的形成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。每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/4s轨道和3/4p轨道的成分每两个轨道间的夹角为109°28′，正四面体形规律：第ⅣA族元素与第ⅠA族、ⅦA族元素所形成的MX4型共价化合物，中心原子采取sp3杂化。如CCl4、SiF4、CHCl3。杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道杂化轨道数杂化轨道间夹角空间构型实例3.三种sp杂化轨道类型的比较1个s+2个p1个s+1个p1个s+3个p2个sp杂化轨道3个sp2杂化轨道4个sp3杂化轨道180°120°109°28′直线形平面三角形正四面体形BeCl2BF3CH4用杂化轨道理论分析下列物质的杂化类型、成键情况和分子的空间构型。（1）CH2＝CH2（2）CH≡CH应用反馈C原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与2个2p轨道发生杂化，形成3个sp2杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原子的1s轨道形成2个相同的σ键，各自剩余的1个sp2杂化轨道相互形成一个σ键.各自没有杂化的l个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成π键。所以，在乙烯分子中双键由一个σ键和一个π键构成。C原子在形成乙炔分子时发生sp杂化。两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成σ键。各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个σ键，两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成π键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。注意：杂化轨道一般形成σ键，没有杂化的p轨道形成π键。根据以下事实总结：如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型？C－Csp3sp2spC＝CC≡C问题探究★注意：杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳孤对电子杂化轨道数=中心原子价层电子对数2sp直线形3sp2平面三角形4sp3正四面体形3sp2V形4sp3三角锥形4sp3V形代表物杂化轨道数杂化轨道类型分子结构CO2CH2OCH4SO2NH3H2O4.中心原子杂化类型判断的一般方法三、杂化轨道理论简介1.杂化轨道概念2.杂化轨道理论的要点3.三种sp杂化轨道类型的比较sp杂化轨道—直线形，夹角180°2个sp2杂化轨道—平面三角形，夹角120°3个sp3杂化轨道—正四面体形，夹角109°28′4个4.中心原子杂化类型判断的一般方法杂化轨道数=中心原子价层电子对数=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是（）A.原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新轨道B.轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等C.杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原理D.杂化轨道可分为等性杂化轨道和不等性杂化轨道2.已知ClO-、ClO2-、ClO3-、ClO4-微粒中的氯都是以sp3杂化轨道方式成键，其中属于正四面体构型的是（）A．ClO-B．ClO2-C．ClO3-D．ClO4-3.下列中心原子的杂化轨道类型和分子几何构型不正确的是()A.PCl3中P原子sp3杂化，为三角锥形B.BCl3中B原子sp2杂化，为平面三角形C.CS2中C原子sp杂化，为直线形D.H2S分子中，S为sp杂化，为直线形