第二讲价层电子对互斥理论

1、第二讲 价层电子对互斥理论专题一 物质结构二、价层电子对互斥理论二、价层电子对互斥理论(VSEPR理论理论) 1940 年年 Sidgwick 提出价层电子对互斥理论，用以提出价层电子对互斥理论，用以预测简单无机小分子或离子的空间构型。 分子分子 ABn 中，中， A 为中心，为中心， B 为配体，为配体，n 为配体的个为配体的个数。配体数。配体B 均与均与 A 有键联关系。本节讨论的有键联关系。本节讨论的 ABn 型分型分子中，子中，A 为主族元素的原子。为主族元素的原子。1 理论要点理论要点 （2）可把分子中中心原子的价电子层视为一个球面。）可把分子中中心原子的价电子层视为一个球面。因而价

2、电子层中的电子对按能量最低原理排布在球面，因而价电子层中的电子对按能量最低原理排布在球面，从而决定分子的空间构型。从而决定分子的空间构型。（3）不同的电子对之间的斥力大小顺序为：不同的电子对之间的斥力大小顺序为：孤对电子对与孤对电子对间斥力孤对与键对间键孤对电子对与孤对电子对间斥力孤对与键对间键对与键对间；对与键对间；成键对电子对间斥力顺序：三键成键对电子对间斥力顺序：三键-三键三键三键三键-双键双键双键双键-双键双键双键双键-单键单键单键单键-单键单键 2 、VSEPR理想模型（分子中无孤对电子）理想模型（分子中无孤对电子） 电子对相互排斥，在空间达到平衡取向。电子对相互排斥，在空间达到平衡

3、取向。中心原子价电子对排布方式中心原子价电子对排布方式价电子对数价电子对数对数对数 2 3 4 5 6价电子对排布方式价电子对排布方式 直线形直线形 平面三角形平面三角形 正四面体形正四面体形 三角双锥形三角双锥形 正八面体形正八面体形 2 对电子对电子 直线形直线形 A只有一种角度，只有一种角度，180。 电子对数与电子对空间构型的关系，及键角电子对数与电子对空间构型的关系，及键角 3 对电子对电子 正三角形正三角形 只有一种角度，只有一种角度，120。 只有一种角度，只有一种角度，10928。 有三种角度，有三种角度，90 ， 120，180。 5 对电子对电子 三角双锥三角双锥A 4 对

4、电子对电子 正四面体正四面体A 6 对电子对电子 正八面体正八面体 有两种角度，有两种角度，90 ，180。 90 是常见的最小的夹角。是常见的最小的夹角。3、推测分子空间构型的步骤、推测分子空间构型的步骤第一步：第一步：计算计算中心原子的价电子对数中心原子的价电子对数2位体提供的电子数中心原子价电子数配n 注意：注意：1、氧族元素作为配体时，在成键时认为不氧族元素作为配体时，在成键时认为不提供共用电子，但当氧族元素作为中心原子时应按提供共用电子，但当氧族元素作为中心原子时应按6 6个价电子计算（个价电子计算（H H2 2O O） 对阳离子：中心原子价电子总数对阳离子：中心原子价电子总数 离子

5、电荷数离子电荷数 阴离子：中心原子价电子总数阴离子：中心原子价电子总数 + + 离子电荷数离子电荷数3、若计算结果不为整数，则应进为整数。、若计算结果不为整数，则应进为整数。例如例如NO2 n = (5+0)/2 = 2.5 应取应取n = 3。2、如配体是、如配体是H、F、Cl、-OH则只提供一个电子则只提供一个电子第二步：第二步：根据根据确定的确定的n值，查找合适的价电子对空间排布。值，查找合适的价电子对空间排布。 如果中心原子没有孤对电子，价电子对的空间排布如果中心原子没有孤对电子，价电子对的空间排布就是分子的空间构型。就是分子的空间构型。 若中心原子有孤电子对，则须考虑孤电子对的位置，

6、若中心原子有孤电子对，则须考虑孤电子对的位置，孤电子对可能会有几种可能的排布方式，选择斥力最小孤电子对可能会有几种可能的排布方式，选择斥力最小的排布方式，即为分子具有的稳定构型的排布方式，即为分子具有的稳定构型 。（进行后面的。（进行后面的第三步）第三步）第三步：第三步：计算中心原子的孤对电子对数计算中心原子的孤对电子对数(lp) 计算下列分子或离子的孤对电子对数计算下列分子或离子的孤对电子对数 IF5 lp=7(51) /2= 1 NH4 lp =（51）（41） /2= 0 SO32 lp =（5+3）（42） /2= 0 lp = (中心离子价层电子数中心离子价层电子数几个配位原子的未成

7、对电子数之和几个配位原子的未成对电子数之和) /2第四步：第四步：据价电子对数和孤对电子对数判断据价电子对数和孤对电子对数判断 分子的空间构型（见下表）分子的空间构型（见下表） 电子对数电子对数 配体数配体数 孤电子对数孤电子对数 电子对构型电子对构型 分子构型分子构型 ( m ) ( n ) ( m n ) 3 2 1 三角形三角形 “ V ” 字形字形 ABBA 4 3 1 正四面体正四面体 三角锥三角锥 ABBBA 4 2 2 正四面体正四面体 “ V ” 字形字形 AABB 孤对电子的位置若有两种或两种以上的选择可供考虑时，则孤对电子的位置若有两种或两种以上的选择可供考虑时，则要选择斥

8、力易于平衡的位置。而斥力大小和两种因素有关：要选择斥力易于平衡的位置。而斥力大小和两种因素有关： 考虑分子构型时，只考虑原子考虑分子构型时，只考虑原子 A，B 的位置，不考虑电子、的位置，不考虑电子、电子对等。以上三种情况中，孤对电子的位置只有一种选择。电子对等。以上三种情况中，孤对电子的位置只有一种选择。 a ) 键角键角 角度小时，电对距离近，斥力大角度小时，电对距离近，斥力大 ； 结论结论 要尽量避免具有较大斥力的电子对分布在互成要尽量避免具有较大斥力的电子对分布在互成 90的方向上。的方向上。孤对电子孤对电子 成键电对成键电对 斥力居中斥力居中 成键电对成键电对 成键电对成键电对 斥力

9、最小斥力最小 因为有配体原子因为有配体原子 核会分散电对的负电核会分散电对的负电电子对的种类电子对的种类 角度相同时，角度相同时，孤对电子孤对电子 孤对电子孤对电子 斥力最大斥力最大 因为负电集中因为负电集中b ) 孤对孤对 孤对孤对 0 0 孤对孤对 孤对孤对 0 0 1 5 对电子，对电子，4 个配体，个配体，1 对孤对电子，有对孤对电子，有 2 种情况供选择种情况供选择 ： 甲甲 乙乙 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 ” 字形。字形。 孤对孤对 成键

10、成键 2 3 成键成键 成键成键 4 3 从从 90 方向上的分布情况看，方向上的分布情况看， 甲甲 稳定，称变形四面体。稳定，称变形四面体。 孤对孤对 成键成键 6 4 3 成键成键 成键成键 0 2 2 6 对电子对对电子对 1 对孤对电子对孤对电子 四角锥四角锥 6 对电子对对电子对 2 对孤对电子对孤对电子 正方形正方形 6 8 8 8 5 10 3 4 4 4 3 5 三角形三角形 正四面体正四面体 正四面体正四面体 正四面体正四面体 三角形三角形 三角双锥三角双锥 例例 1 利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何构型。要求写出价

11、层电子总数、对数、电子对构型和分子构型构型。要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型 。 AlCl3 H2S SO32 - NH4 + NO2 IF3解：总数解：总数 对数对数电子对构型电子对构型 分子构型分子构型 三角形三角形 V字构型字构型 三角锥三角锥 正四面体正四面体 V字形字形 T字形字形AlClClClSOOONHHHHNOOFFFSHH 1、 多重键的处理多重键的处理 某配体（非某配体（非 VI A 族）与中心之间有双键或三键时，价层电子族）与中心之间有双键或三键时，价层电子对数减对数减 1 或减或减 2 。 如，乙烯如，乙烯 以左碳为中心以左碳为中心 价电子总数价电子总

12、数 4 + 1 2 + 2 = 8 4 对对 减减 1 3 对对 3 个配体个配体 平面三角形平面三角形 。HHCCH2需要说明的几个问题需要说明的几个问题 2、影响键角的因素、影响键角的因素 （1）孤对电子的影响）孤对电子的影响 孤对电子的负电集中，将排斥其余成键电对，使键角变小。孤对电子的负电集中，将排斥其余成键电对，使键角变小。 NH3 4 对对 电对构型四面体电对构型四面体 分子构型三角锥分子构型三角锥 键角键角 HNH 为为 107，这是由于孤对电子对，这是由于孤对电子对 NH 成键电对的排斥，成键电对的排斥，使使 10928变小的原因。变小的原因。 CHOH 甲醛甲醛 价层电子对数

13、价层电子对数 3 对，对， 中心与中心与 VI A 族元素的双键，族元素的双键， 对数不减对数不减 1，平面三角形。，平面三角形。（2）重键的影响）重键的影响 键角本应该为键角本应该为 120 ，由于双键的电子云密度大，斥力大，由于双键的电子云密度大，斥力大，故故 H C H 键角小于键角小于 120 ， 而而 H C O 键角大于键角大于 120 。 （3）中心电负性的影响）中心电负性的影响 NH3 HNH 107 键角依次减小，如何解释？键角依次减小，如何解释？ PH3 HPH 93 AsH3 HAsH 92 SbH3 HSbH 91 配体一致，中心电负性大，使成键电对距中心近，于是相互配

14、体一致，中心电负性大，使成键电对距中心近，于是相互间距离小。故斥力使键角变大，以达平衡。如间距离小。故斥力使键角变大，以达平衡。如 NH3 中中 HNH 键角大些，而键角大些，而 SbH3 中中 HSbH 键角小些。键角小些。 （4）配体电负性的影响）配体电负性的影响 中心相同，配体电负性大时，成键电对距离中心远，于是相中心相同，配体电负性大时，成键电对距离中心远，于是相互间距离大，键角可以小些。故有：互间距离大，键角可以小些。故有： PCl3 ( 100 ) PBr3 ( 101.5 ) P I3 ( 102 ) （1）价电子对互斥理论不能用于过渡金属化合物，价电子对互斥理论不能用于过渡金属

15、化合物，但过渡金属具有充满、半充满或全空的但过渡金属具有充满、半充满或全空的d d轨道时适用。轨道时适用。 （2 2）价电子对互斥理论对极少数化合物判断不准，如：）价电子对互斥理论对极少数化合物判断不准，如：CaFCaF2 2、SrFSrF2 2、BaFBaF2 2，是弯曲型而不是预期的直线型。，是弯曲型而不是预期的直线型。 （3）无法说明键的形成原理和键的相对稳定性。）无法说明键的形成原理和键的相对稳定性。3、VSEPR的局限性的局限性例例 求求H H3 3O O+ +和和SOSO4 42 2 的价电子对数的价电子对数 ，并推测其分子空间构型。，并推测其分子空间构型。解：解： H H3 3O

16、 O+ +的价电子对数的价电子对数 n n = (6+3 = (6+3 1 1 1)/2 =41)/2 =4价电子对的排布为正四面体形，其中一对为孤电子对，所价电子对的排布为正四面体形，其中一对为孤电子对，所以分子空间构型为三角锥形。以分子空间构型为三角锥形。 SOSO4 42 2 的价电子对数的价电子对数 n n = (6 = (6 0 +2)/2 = 4 0 +2)/2 = 4价电子对的排布为正四面体形，无孤电子对，所以分子空价电子对的排布为正四面体形，无孤电子对，所以分子空间构型也是正四面体形。间构型也是正四面体形。应应 用：用：解：解： CH4 n = (4 +4 1)/2 =4 CH

17、4分子构型为正四面体形。分子构型为正四面体形。 H2O n = (6 +2 1)/2 =4 H2O的价电子对应为正四面体排布，其中两对为孤电的价电子对应为正四面体排布，其中两对为孤电 子对，所以分子构型应为子对，所以分子构型应为V形。形。 NH3 n = (5+3 1)/2 =4 NH3的价电子对应为正四面体排布，其中一对为孤电子对，的价电子对应为正四面体排布，其中一对为孤电子对，所以分子构型应为三角锥形。所以分子构型应为三角锥形。 所以三个分子的键角从大到小的顺序是：所以三个分子的键角从大到小的顺序是：CH4、NH3、H2O。练习：练习：用用VSEPR理论预测理论预测CH4、H2O、NH3分

18、子的空间构型，分子的空间构型，并判断它们键角的相对大小。并判断它们键角的相对大小。解： n = (6+41)/2 =5 价电子对排布为三角双锥形，有1对孤电子对，孤电子对有两种排布方式。SFFFFaFFFSFb根据根据VSEPR理论判断理论判断SF4的空间构型。的空间构型。两种中夹角为两种中夹角为9090 ，电子对间斥力最大，所，电子对间斥力最大，所以考虑以考虑9090 夹角。夹角。a.a.孤电子对与键电子对成孤电子对与键电子对成9090 有三对；键电有三对；键电子对与键电子对成子对与键电子对成9090 有三对有三对(bp (bp bp 3) bp 3)； b.b.孤电子对与键电子对成孤电子对与键电子对成9090 有两对；键电有两对；键电子对与键电子对成子对与键电子对成9090 有四对；所以结构有四对；所以结构b b能能量更低更稳定，为变形四面体。量更低更稳定，为变形四面体。 练习：练习：应用应用VSEPR理论分析理论分析ClF3、XeOF3+ 可能可能的构型中最稳定的结构？的构型中最稳定的结构？abc900 LpLp1900