价层电子对互斥理论(优质一堂课)幻灯片

1、 2 复习： 什么叫杂化轨道？ sp型杂化主要有哪些类型？ 原子轨道在成键过程中并不是一成不变的，同一原子中 能量相近的某些原子轨道，在成键过程中可重新组合成 数目相同的新轨道，且能量相等。这一过程称为原子轨 道的“杂化”，新生成的原子轨道称为“杂化轨道”。 杂化轨道的类型：sp 型杂化( sp，sp2，sp3 ) dsp 型杂化(dsp2，dsp3 ,d2sp3 ，sp3d2等) 3 sp，sp2，sp3 杂化轨道及示例 BeH2 CH4 4 sp3不等性杂化 5 课堂练习 1、CO32-，PCl3，CO2分子的空间几何构型分别 是 ， ， ； 中心原子C，P，C所采用的轨道杂化方式分别 为

2、 ， ， 。 2、根据杂化轨道理论，比较下列分子的键角大小？ (1) NH3 (2) CO2 (3) BCl3 (4) CCl4 6 课堂练习参考解答 1、CO32-，PCl3，CO2分子的空间几何构型分别是 平面 三角形 ， 三角锥形 ，直线形；中心原子C，P，C所采 用的轨道杂化方式分别为 sp2 ， 不等性sp3 ， sp 。 2、 NH3采用不等性sp3杂化轨道成键，有一对孤对电子， 键角为107.3； CO2采用sp杂化轨道成键，键角为180； BCl3采用sp2杂化轨道成键，键角为120； CCl4采用sp3杂化轨道成键，键角为109.5； 键角大小为： CO2 BCl3 CCl4

3、 NH3 。 7 2-3 2-3 价层电子互斥模型（价层电子互斥模型（VSEPRVSEPR理论）理论） （ Valence Shell Electron Pair Repulsion ） 教学目的教学目的： 1、掌握价层电子互斥模型的理论要点； 2、掌握应用价层电子互斥模型判断分子立体结构的方法； 3、了解影响分子几何构型的因素。 教学重点教学重点：价层电子互斥模型（VSEPR理论）的基本要点。 教学难点教学难点：建立价层电子互斥模型，掌握利用价层电子互 斥模型判断分子结构的方法。 8 引言 化学键理论的主要目标是解释分子的结构，更重要的是希望能够预 见分子结构。上一节介绍的在电子配对法基础上

4、发展起来的杂化轨道理 论在解释共价分子的空间构型是比较成功的。在20世纪40年代，又发展 起来一种在概念上极为简单并在推断分子几何结构上取得显著成就的理 论，叫做价层电子互斥模型(Valence Shell Electron Pair Repulsion， 简称为VSEPR理论)。该理论1940年,最初由西奇威克(N.V.Sidgwick)和坡 维尔(H.M.Powell)提出，20世纪50年代由吉列斯比(R.J.Gillespie)和尼 霍尔姆(R.S.Nyholm)进一步发展了该理论。 价层电子对理论较简单，在应用这个理论时根本不需要用原子轨道 的概念，可较好地解释、判断和预见许多共价分子

5、或离子的空间几何构 型。价层电子对互斥理论是现代价键理论的重要内容之一价层电子对互斥理论是现代价键理论的重要内容之一。 9 推荐学生课外阅读书目 1申泮文.近代化学导论（上册）M.北京:高等教育出版社,2002. 2北师大,等.无机化学(第三版)M.北京:高等教育出版社,1992. 3 曹锡章,等.无机化学(上册)(第三版)M.北京:高等教育出版社,1994. 4河北师大,等.无机化学学习指导M.北京:高等教育出版社,2006. 10 2-3-1 2-3-1 价层电子互斥模型（价层电子互斥模型（VSEPRVSEPR理论）的理论）的 基基 本本 要要 点点 1、VSEPR理论认为，分子的几何构型

6、与分子的中心原子价层电 子对在空间出现的最大概率的区域有十分密切的关系。 假定中心原子的价电子层呈球形分布，价层电子对（包括成键 电子对和孤对电子对）看作点电荷，它在空间最可能的排列方式， 与同样数量的点电荷在球面上最可能分布相同，即价层电子对在价层电子对在 球面上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。球面上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。 价层电子对=键电子对 + 孤对电子对 (VP) (BP) (LP) 11 价层电子对在球面上彼此相距最远 时，排斥力最小，体系的能量最低 可以证明： 1） 在球面上要使2个点电荷斥力最小的位置应在球的直 径的两端； 2） 在球面上要使3个

7、点电荷斥力最小的的位置是通过球 心平面的内接正三角形的三个顶点； 3） 在球面上要使4个点电荷斥力最小的位置是球的内接 正四面体的四个顶点； 12 4） 在球面上要使5个点电荷斥力最小的位置是 球的内接三角双锥的五个顶点； 5）在球面上要使6个点电荷斥力最小的位置是 球的内接八面体的六个顶点； 6）在球面上要使7个点电荷斥力最小的位置是 球的内接五角双锥的七个顶点或不规则八面体。 价层电子对在球面上彼此相距最远 时，排斥力最小，体系的能量最低 13 VSEPR理论要点： 2、在AXm型分子中，中心原子A的周围配置的原子或原子团的几何 构型(分子或离子的空间结构)主要取决于中心原子价电子层中的电

8、 子对数Z（包括成键电子对和未成键的孤电子对）。 价层电子对尽可能远离达到尽可对称的图像以使斥力最小价层电子对尽可能远离达到尽可对称的图像以使斥力最小。价层电 子对的数目决定了一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布， 据此可画出VSEPR理想模型。 VSEPR理想模型 Z2345678 模型直线形平面三 角形 正四面 体 三角双 锥 正八面 体 五角双 锥 正十二 面体 分子中轨道的电子在三 维空间中互相排斥，达到 尽可能对称的图像 14 价层电子对的理想模型 VP=2 直线形 VP=3 平面三角形 VP=4 正四面体 VP=5 三角双锥 VP=6 正八面体 15 3、如果在AXm型分子中，

9、A与X之间是通过两对电子或三 对电子（即通过双键或叁键）结合而成的，则价层电子 对互斥理论仍适用，这时可把双键或叁键作为一个电子 对来看待。例：CO2分子：O=C=O 。 4、价层电子对相互排斥作用的大小，决定于电子对之间 的夹角和电子对的成键情况。 根据不同的价层电子对数与空间的几何构型关系图，可 以定性的推测分子的空间立体结构。 VSEPR理论要点： 16 2-3-2 推断共价分子或离子空间结构的一般推断共价分子或离子空间结构的一般步骤步骤 （1）确定中心原子A价电子层中的电子对数目。 方法方法：将中心原子A的价电子数和配位体X原子供给的成 键电子数相加后被2除（只考虑键）即为中心原子A的

10、 价电子层上的电子对数。 价层电子对数价层电子对数=1/2中心原子价电子数中心原子价电子数 + 配位原子供给的成键电配位原子供给的成键电 子数子数 离子的电荷数离子的电荷数(负离子或正离子负离子或正离子) 17 确定中心原子确定中心原子A价电子层中的电子对数目的价电子层中的电子对数目的具体方法具体方法 1） 若氧族元素的原子作为配位原子时，可认为它不提供电子对数 即配位原子的成键电子数以0计。如CO2中的O。 2）当氧族元素的原子作为分子的中心原子时，则可认为它们提供所 有的6个价电子（如SO2中的S）；当卤族原子作为分子的中心原子 时，将提供7个价电子（如ClF3中的Cl原子）。 3）若讨论

11、的物质是一离子，计算电子总数时还要考虑离子上所带的 正、负电荷数。若是负离子，应加上负离子电荷数，如PO43-为4 对， 若为正离子，应减去正离子电荷数，如NH4+为4对。 4） 若中心原子出现奇电子数，如NO2，将单电子当作电子对看待 （即N原子当作3对电子对）。 5）如果中心原子与配位原子间有重键（双键或叁键），不必考虑， 当作单键看待。 18 推断空间结构推断空间结构步骤步骤: (2)根据中心原子A周围的电子对数，画出理想的VSEPR模型，然后 画出结构图形，把配位原子排布在中心原子A的周围，每一对电子联 结一个配位原子，剩下的未结合的电子对便是孤电子对（LP）。 (3)计算孤电子对数：

12、将中心原子A上的电子对数减A原子周围的配位 体数，即为孤电子对数m。若用通式AXnEm，则有： m=1/2(A的族价-X的化合价X的个数n 离子电荷相应的电子数) 分 子SO2SO3SO32-SO42-NO2+XeF4 价层电子对数334426 孤对电子对数m101002 A的价电 子总数 X为端位 原子 19 (4)根据孤对电子对，成键电子对之间相互排斥力的大小，确定排 斥力最小的稳定结构，并估计这种结构与理想几何构型的偏离程度。 (5)根据不同电子对数与空间几何构型的关系图，可定性推测该分 子的空间构型。 推断空间结构推断空间结构步骤步骤: 一些常见分子的空间构型 20 推断分子的空间构型

13、例解 2 BeHVP= (2+2)=2 直线形 2 1 3 BFVP= (3+3)=3 平面三角形 2 1 4 CHVP= (4+4)=4 正四面体 2 1 5 PClVP= (5+5)=5 三角双锥 2 1 6 SF VP= (6+6)=6 正八面体 2 1 LP=0:分子的空间构型=电子对的空间构型 21 LP0 ：分子的空间构型不同于电子对的空间构型 3 4 1 1 2 SnCl2平面三角形 V形 NH3四面体 三角锥 H2O 四面体 V形 VPLP 电子对的 空间构型 分子的 空间构型 例 22 VP = 5，电子对空间构型为三角双锥， LP占据轴向还是水平方向三角形的某个顶点？ 原则

14、：斥力最小。 例如：SF4 VP=5 LP=1 S F F F F LPBP(90o) 3 2 结论：LP占据水平方向三角形, 稳定分子构型为 变形四面体(跷跷板形)。 S F F F F F 电子对间的最 小角度为900 23 51 52 53 VP LP 电子对的 空间构型 分子的 空间构型 例 三角双锥 变形四方体 SF4 三角双锥 T形 ClF3 三角双锥 直线形 XeF2 返回 61 2 IF5 八面体 四方锥 XeF4 八面体 平面正方形 24 价层电子对相互排斥作用力大小影响因素 一般规律是： 1） 电子对之间的夹角越小排斥力越大； 2）孤对电子对l-孤对电子对 l 孤对电子对l

15、 -成键电子对b 成键电 子b -成键电子对b 3）叁键与叁键t 叁键与双键d 双键与双键 双键与单键s 单键 与单键； 4）中心原子和配体的电负性不同，所形成的键的斥力大小不同，对 分子构型有影响。 5）处于中心原子的全充满价层里的键合电子之间的斥力大于处于中 心原子的未充满价层里的键合电子之间的斥力。 25 2-3-3 影响分子空间几何构型的因素影响分子空间几何构型的因素 (1)各电子对之间斥力大小顺序: 孤电子对与孤电子对 孤电子对与成键电子对 成键 电子对间 (2)不同键的斥力大小顺序: 叁键 双键 单键 C = O Cl Cl 21124o 18111o C = C H HH H o

16、 121 o 118 26 (3)中心原子和配体的电负性不同，对分子构型亦有影响 当中心原子相同，而配体的电负性增大时，配体对电子云吸引力 增大，键内的电子云将向配体方向靠近，离开中心原子较远，从 而减小了成键电子对之间的斥力，键角相应减小。例如： H2O的键角为104.5 OF2的键角为103.2 NH3的键角为107.3 NF3的键角为102 当配体相同时,中心原子的电负性增大,则键角增大。例如： 1） NH3 107.3 PH3 93.3 AsH3 91.8 SbH3 91.3 2） H2O 104.5 H2S 92.2 H2Se 91.0 H2Te 89.5 N : F F F o 1

17、02 N : HH 18107o H P : H HH 1893o H 27 (4)中心原子电子对之间夹角大小对分子几何构型的影响 电子对间最小角度为90，因此将90的各种排斥作用进行分析比较。若一 个分子可画出几种构型，应考虑： 1）分子中成键电子对，孤对电子对之间的三种电子对的相互排斥作用； 2） 将几种可能构型的各种排斥作用的种类和数目进行分析对比； 3） 相距角度最小的孤电子对孤电子对数目越少，其构型越稳定。 电子对空间排布构型与分子的几何构型是有区别的，若无孤对电子则构型 相同。如ClF3(5对): 甲 乙 丙 90孤-孤 0 0 1 90孤-成 6 4 3 90成-成 0 2 2

18、乙构型中价电子对排斥作用力最小，能量最低，是三种构型中最稳定的。 28 ClF3的空间结构 5 对电子，对电子，3 个配体，个配体，2 对孤对电子，有对孤对电子，有 3 种情况供选择种情况供选择 ： 甲甲 乙乙 丙丙 结论：乙种稳定，称结论：乙种稳定，称 “ T ” 字字 形。形。 孤对孤对 孤对孤对 0 0 1 孤对孤对 成键成键 6 4 3 成键成键 成键成键 0 2 2 返回 29 VSEPR分析咖啡因的分子结构分析咖啡因的分子结构 30 2-3-4 用VSEPR理论判断共价分子空间结构实例 根据价层电子互斥模型（VSEPR理论）填写下表 化合物 价电子对数 孤对电子对数 电子对空间排布 分子空间构型 Cl2O ClF3 PCl6- NCl3 ClO4- SnCl2 XeO4 XeF6 SO42- BH4- OF2 C O2 31 根据价层电子互斥模型（VSEPR理论）填写下表 化合物 价电子对数 孤对电子对数 电子对空间排布 分子空间构型 Cl2O 4 2 正四面体正四面体 “v”字形字形 ClF3 5 2 三角锥形三角锥形 “T”字形字形 PCl6- 6 0 正八面体正八面体 正