ABm型分子构型的判断

《选修三第二章第二节分子的立体构型》导学案<第4课时）【课标要求】知识与技能要求：复习巩固本节知识【本节重点知识再现】一、常见分子的空间构型1.双原子分子都是直线形，如：HCl、NO、O2、N2等。

2.三原子分子有直线形，如CO2、CS2等；还有“V”形，如H2O、H2S、SO2等。

3.四原子分子有平面三角形，如BF3、BCl3、CH2O等；有三角锥形，如NH3、PH3等；也有正四面体，如P4。

4.五原子分子有正四面体，如CH4、CCl4等，也有不规则四面体，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。

b5E2RGbCAP另外乙烯分子和苯分子都是平面形分子。

二、价层电子对互斥模型1.理论模型分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对>，由于相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。

2.价电子对之间的斥力(1>电子对之间的夹角越小，排斥力越大。

(2>由于成键电子对受两个原子核的吸引，所以电子云比较紧缩，而孤对电子只受到中心原子的吸引，电子云比较“肥大”，对邻近电子对的斥力较大，所以电子对之间斥力大小顺序如下：p1EanqFDPw 孤电子对－孤电子对>孤电子对－成键电子>成键电子－成键电子(3>由于三键、双键比单键包含的电子数多，所以其斥力大小次序为三键>双键>单键。

3.价层电子对互斥模型的两种类型价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对空间构型，不包括孤对电子。

DXDiTa9E3d(1>当中心原子无孤对电子时，两者的构型一致；(2>当中心原子有孤对电子时，两者的构型不一致。

4.用价层电子对互斥理论推断分子或离子的空间构型具体步骤：(1>确定中心原子A价层电子对数目中心原子A的价电子数与配体X提供共用的电子数之和的一半，即中心原子A价层电子对数目。

计算时注意：①氧族元素原子作为配位原子时，可认为不提供电子，但作中心原子时可认为它提供所有的6个价电子。

中心原子杂化轨道类型的判断方法高中化学选修模块《物质结构与性质》中介绍了杂化轨道理论，这一重要理论能解释大多数分子几何构型及价键结构。

在使用该理论时，首先必须确定中心原子的杂化形式，在未知分子构型的情况下，判断中心原子杂化轨道类型有时比较困难，成为教学难点。

下面总结几种高中阶段判断中心原子杂化轨道类型的方法。

一、根据分子的空间构型判断根据杂化轨道理论，中心原子轨道采取一定的杂化方式后，其空间构型和键角如下：由此，可以根据分子的空间构型或键角来判断中心原子轨道的杂化方式。

例如：学生对于一些常见的简单分子的结构都是熟悉的，C2H2、CO2为直线型分子，键角为 180°，推断其 C 原子的杂化轨道类型为 sp；C2H4、C6H6为平面型分子，键角为 120°，推断其 C原子的杂化轨道类型为 sp2；CH4、CCl4为正四面体，键角109．5°，推断其C原子的杂化轨道类型为 sp3。

还可以扩展到以共价键形成的晶体，如：已知金刚石中的碳原子、晶体硅和石英中的硅原子，都是以正四面体结构形成共价键的，所以也都是采用 sp3杂化；已知石墨的二维结构平面内，每个碳原子与其它三个碳原子结合，形成六元环层，键角为 120°，由此判断石墨的碳原子采用 sp2杂化。

二、根据价层电子对互斥理论判断教材的“拓展视野”中介绍了价层电子对互斥理论，根据该理论能够比较容易而准确地判断 ABm型共价分子或离子的空间构型和中心原子杂化轨道类型。

中心原子的价电子对数与价电子对的几何分布、中心原子杂化轨道类型的对应关系如下表（价电子对数＞4的，高中阶段不作要求）。

运用该理论的关键是能准确计算出中心原子的价电子对数，其计算方法是：1、n＝［中心原子（A）的价电子数＋配位原子（B）提供的价电子数×m］÷2。

2、对于主族元素，中心原子（A）的价电子数＝最外层电子数；配位原子中卤族原子、氢原子提供 1个价电子，氧族元素的原子按不提供电子计算；离子在计算价电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。

键的极性和分子的极性判断分子是极性分子还是非极性分子需要看正电中心和负电中心是否重合（很难直接判断），或者看键的极性的向量和是否为0。

方法1：参考物理上求合力是否为0的方法，如下图方法2（经验规律）：一般来说对于AB m型分子，若中心原子A化合价的绝对值等于其价电子数，该分子为非极性分子；若中心原子A化合价的绝对值不等于其价电子数，该分子为极性分子。

如PCl3是极性分子而PCl5是非极性分子。

解释：中心原子化合价等于价电子数说明所有价电子均参与成键，结合价层电子对互斥理论，价层电子通常会均匀分布，从而使各化学键极性的向量和为0。

方法3：根据所含键的类型及分子的立体构型判断（在本章很多资料包括金版教程35页提到对称、非对称的概念，注意此处的对称与数学上的对称不同，对于AB m型分子只有中心原子化学键类型和物质类别的关系:1.不含有化学键的物质：稀有气体分子。

2.只含非极性键的物质：同种非金属元素构成的单质。

H2、P4、金刚石等3.只含极性键的物质：一般是不同非金属元素构成的共价化合物。

HCl、NH3等4.含非极性键和极性键的物质：H2O2、C2H2、CH3CH3、C6H6等5.只含离子键的物质：活泼金属与活泼非金属元素形成的化合物。

MgCl2、K2O等6.含离子键和非极性键的物质：Na2O2、CaC2等7.含离子键和极性键的物质：NaOH等8.含离子键、极性键和非极性键的物质：CH3COONa等9.只含金属键的物质：金属和合金（第三章内容）10.含金属键和共价键的物质:石墨（第三章内容）分子极性与键的极性的关系：1.只含非极性键的物质一定是非极性分子（除O3外的单质分子。

O3分子是V形结构，存在一个大π键，从而导致整个分子正电中心与负电中心不重合。

有时候题中会考查O3的分子构型，可根据O3与SO2互为等电子体判断）。

2. AB型的双原子分子只含一个极性键，一定是极性分子。

3.只含极性键的AB m型分子可能是极性分子（如H2O、NH3等），也可能是非极性分子（如CO2、BF3、CCl4等）。

杂化轨道理论为了更好地解释多原子分子的实际空间构型和性质，1931年鲍林和斯莱脱(Slater)在电子配对理论的基础上，提出了杂化轨道理论(hybrid orbital theory)，丰富和发展了现代价键理论。

1、杂化轨道理论的基本要点原子在形成分子时，为了增强成键能力，同一原子中能量相近的不同类型（s、p、d…）的几个原子轨道可以相互叠加进行重新组合，形成能量、形状和方向与原轨道不同的新的原子轨道。

这种原子轨道重新组合的过程称为原子轨道的杂化，所形成的新的原子轨道称为杂化轨道。

注意：①、只有在形成分子的过程中，中心原子能量相近的原子轨道才能进行杂化，孤立的原子不可能发生杂化。

②、只有能量相近的轨道才能互相杂化。

常见的有：ns、np 、nd；(n-1)d 、ns、np；③、杂化前后，总能量不变。

但杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠，即杂化轨道的成键能力比未杂化的原子轨道的成键能力增强，形成的化学键的键能大。

这是由于杂化后轨道的形状发生了变化，电子云分布集中在某一方向上，成键时轨道重叠程度增大，成键能力增强。

④、杂化所形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道的数目，亦即杂化前后，原子轨道的总数不变。

⑤、杂化轨道的空间构型取决于中心原子的杂化类型。

不同类型的杂化，杂化轨道的空间取向不同，即一定数目和一定类型的原子轨道间杂化所得到的杂化轨道具有确定的空间几何构型，由此形成的共价键和共价分子相应地具有确定的几何构型。

☆什么叫杂化？同一原子的能量相近的原有的原子轨道“混杂”起来，重新组合形成新轨道的过程，叫做杂化。

☆什么叫杂化轨道？新组合的原子轨道叫做杂化轨道。

☆为什么要杂化？杂化轨道形成的化学键的强度更大，体系的能量更低。

☆杂化的动力：受周围原子的影响。

☆为什么杂化后成键，体系的能量降低？杂化轨道在一个方向上更集中，便于轨道最大重叠。

☆杂化轨道的构型决定了分子的几何构型：杂化轨道有利于形成σ键，但不能形成π键。

分子或离子空间构型的判断方法在高考试题中，分子或离子空间构型的判断是一种常考的问题，要求“能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构”。

现将几种判断粒子空间构型的简单方法总结如下。

一、根据杂化理论判断。

即中心原子的杂化方式的判断方法。

杂化轨道数=中心原子所结合的原子数+(中心原子的价电子数﹣周边原子未成对电子总数)/2(ABm型)说明：若是离子，中心原子的价电子数还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。

判断思路：先判断中心原子杂化方式，然后根据中心原子所结合的原子数和孤电子对数再判断分子的空间构型。

例1．推测常见分子的杂化方式与空间构型：CO2、BF3、CH4、NH3、H2O。

O2：2+(4-4)/2=2BF3：3+(3-3)/2=3CH4：4+(4-4)/2=4NH3：3+(5-3)/2=4H2O：2+(6-2)/2=4中心原子是分别采用sp、sp2、sp3、sp3、sp3杂化，杂化轨道形状分别为直线形(夹角为180º)、平面正三角形(夹角为120º)、正四面体形(夹角为109º28′)、正四面体形、正四面体形。

由于CO2、BF3、CH4中没有孤对电子，分子的空间构型与杂化轨道的空间形状一致。

由于NH3、H2O分别有1对、2对孤对电子，分子的空间构型与杂化轨道的空间形状不一致，所以NH3呈三角锥形，受1对孤对电子的排斥，键角变小，键角是107º18′；H2O呈V形，受2对孤对电子的排斥，排斥作用比NH3更强，键角变得更小些，键角是104.5º。

例2．推测下列微粒的杂化方式与空间构型：SO3、SO2、CO32－、O4。

SO3：3+(6-6)/2=3SO2：2+(6-4)/2=3CO32－：3+(6-6)/2=3O4：3+(6-6)/2=3(O4以其中1个O原子作为中心原子，其余3个O原子作为配位原子)。

杂化轨道数全是3，中心原子均是采用sp2杂化；由于SO3、O4、CO32－均没有孤对电子，均呈平面正三角形，键角等于120º。

判断分子空间几何构型的简单方法
分子空间几何的构型是研究分子的化学性质和关联性质的重要参考，由此可以知道物质的密度、电荷密度分布特征和电子激发态的迁移以及分子的位移和变形，从而能够更好的预测分子的后续反应特性。

在实际的研究过程中，如何判断分子空间几何构型，是一个关于分子结构与功能之间关系的重要步骤。

最常用的方法是通过实验观察，采用X射线衍射或NMR技术，对分子中的原子进行测看和定位，获取分子空间几何构型的具体信息，从而判断该物质的构型模式。

但是，随着科技的发展，计算机模拟技术也在不断完善，它将实验所需的大量重复工作，转化为电脑的模拟运算，从而使得对分子构型的判断非常简单。

另一种常用的方法是对分子的构型进行理论推演，根据分子中所包含的原子及其电子表象力、共价键角以及化学键长等特征，以某种特定斥力场下的极限决定方程来预测分子的几何构型、结构和性质，从而进行判断。

而这种方法的优势在于可以较为直观的得到分子的轨道构型，而对于复杂的分子构型来说也是一种很直接的判断方法。

综上所述，判断分子空间几何构型的简单方法有实验观察和计算理论推演两种。

实验观察可以采用X射线衍射或NMR技术，而理论推演则是根据分子中所包含的原子及其相关特征，利用某种特定斥力场下的极限决定方程来判断分子的构型。

虽然这两种方法都能够较快得到预期结果，但在实际中，如何根据判断出来的结果应用到研究中还需要仔细结合该分子特性深入思考。

1.离子晶体中的化学键都是离子键。

（）1.错2.CO 分子含有配位键。

（）2.对3.所有分子的共价键都具有饱和性与方向性，而离子键没有饱和性与方向性。

（）3.错4. 中心原子所形成的杂化轨道数等于参加杂化的原子轨道数。

（）4.对5. 原子轨道发生杂化后可以增强成键能力。

（）5.对6. 杂化轨道具有能量相等、空间伸展方向一定的特征。

（）6.对7. 凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其空间构型都是正四面体。

（）7.错8. 在任何情况下，每一个sp2杂化轨道所含的s、p成分均相同。

（）8.错9. 由分子轨道理论可推知 O2-、O22-都比 O2稳定。

（）9.错10. 按照分子轨道理论，N2+和 N2-的键级相等。

（）10.对11. 色散力存在于一切分子之间。

（）11.对12. 弱极性分子之间的分子间力均以色散力为主。

（）12.对13. 氢键只存在于 NH3、H2O、HF 的分子之间，其它分子间不存在氢键。

（）13.错14. 根据价层电子对互斥理论，分子或离子的空间构型取决于中心原子的价层电子对数。

（）14.对15. 对 AB m型分子 ( 或离子 ) 来说，当中心原子 A 的价电子对数为 m 时，分子的空间构型与电子对在空间的构型一致。

（）15.对16. AsF5是三角双锥形分子。

（）16.错17. SO42-、ClO4-、PO43-的空间构型相同。

（）17.对18. 下列化合物中既有离子键又有共价键和配位键的是（）。

18.D(A) KF； (B) H2SO4； (C) CuCl2； (D) NH4NO3。

19. 关于离子键的本性，下列叙述中正确的是（）。

19.D(A) 主要是由于原子轨道的重叠； (B) 由一个原子提供成对共用电子；(C) 两个离子之间瞬时偶极的相互作用； (D) 正、负离子之间的静电吸引为主的作用力。

20. 下列各组卤化物中，离子键成分大小顺序正确的是（）。

20.A(A) CsF > RbCl > KBr > NaI；(B) CsF > RbBr > KCl > NaF；(C) RbBr > CsI > NaF > KCl；(D) KCl > NaF > CsI > RbBr。