常见分子、离子的立体构型

化学空间构型化学空间构型是指分子或离子在空间中所占据的特定位置和相对位置的排列方式。

化学空间构型决定了分子的物理性质和化学性质，对于理解分子的结构和反应机理至关重要。

本文将介绍几种常见的化学空间构型，包括线性、平面、立体等构型，并探讨它们在化学中的应用和影响。

线性构型是最简单的化学空间构型之一，分子中的原子或基团在一条直线上排列。

例如，氢气分子（H2）和氧气分子（O2）都具有线性构型。

线性构型的特点是分子非常稳定且具有高度对称性，这使得线性分子具有较高的解离能和较低的极性。

线性构型在有机合成中也有广泛的应用，例如线性烷烃和线性芳香烃是许多有机化合物的基础结构。

平面构型是分子中的原子或基团在同一平面上排列。

例如，苯分子（C6H6）具有平面构型，其中六个碳原子和六个氢原子都在同一平面上。

平面构型的分子通常具有较高的共轭性和极性，这使得它们在光学、电子传输和催化等领域具有重要的应用。

例如，平面构型的芳香烃是许多有机光电材料和荧光染料的基础结构。

立体构型是分子中的原子或基团在三维空间中排列的方式。

立体构型的特点是分子具有复杂的空间结构和立体异构体，这对于分子的空间相互作用和化学反应具有重要影响。

立体构型在有机化学中尤为重要，例如立体异构体可以导致不同的生物活性，这对于药物设计和合成具有重要意义。

此外，立体构型也是金属配合物和配位化合物中的重要特征，它们对于催化剂和材料的性能起着决定性的作用。

化学空间构型的研究不仅有助于理解分子的结构和性质，还可以为化学合成和材料设计提供指导。

通过对化学空间构型的探索和优化，可以合成出具有特定功能和性能的化合物和材料。

例如，通过调控分子的立体构型，可以合成出具有手性的药物，这对于提高药物的选择性和减少副作用至关重要。

此外，化学空间构型还可以影响分子之间的相互作用，例如通过分子间的空间排列可以形成氢键、范德华力等非共价相互作用，这对于理解分子的自组装和晶体结构具有重要意义。

直 线 型：CO 2、C 2H 2、HCN 、BeCl 2、HgCl 2等平面三角形：包括v 型（BF 3、BCl 3、SO 3、CH 2O 、CO 32-等）、平面三角形（SO 2等）；四 面 体：包括v 型（H 2O 、H 2S 等）、三角锥形（NH 3、H 3O +、NF 3、SO 32-等）、正四面体（CH 4、NH 4+等）。

常 见 分 子 离 子 的 立 体 构 型编 号分子 或离子电 子 式中心原子 axb中心原子上的 孤 电 子 对 数δ键电子对数 价层电子对数VSEPR模 型 VSEPR 模 型 名 称分子或离子 立 体 构 型 分子或离子立体 构 型 名 称 杂 化 轨 道 数 杂化轨道 类 型实例1CO 2C4 2 2 0 2 2直线型直线型0+2Sp2SO 3S 6 3 2 0 3 3平面三角形平面三角形 0+3 Sp23CH 2OC 4 34/30 3 3平面三角形平面三角形 0+3 Sp24CO 32-C 4+2=6 3 2 0 3 3平面三角形平面三角形 0+3 Sp25SO 2S 6 2 2 1 2 3平面三角形V 型1+2Sp26H 2OO 6 1 2 2 2 4四面体V 型2+2Sp37NH 3N 5 3 1 1 3 4四面体三角锥形1+3Sp38H 3O +O 6-1=5 3 1 1 3 4四面体三角锥形1+3Sp39CH 4C 4 4 1 0 4 4正四面体正四面体0+4Sp310NH 4+N 5-1=4 4 1 0 4 4正四面体正四面体0+4Sp3OO价层电子对=中心原子的孤电子对+δ键电子对数1、中心原子的孤电子对=1/2（a-xb ）a ：为中心原子的价电子数（原子：价电子数=原子最外层电子书；阳离子：中心原子的价电子数-离子的电荷数；阴离子：中心原子的价电子数+离子的电荷数）2、δ键电子对数有分子数确定，即中心原子形成几个δ键，就有几对。

（具体：共价单键是δ键，共价双键1个δ键，1个 键；）共价三键1个δ键，2个 键Sp 杂化：得到的为直线型； Sp2杂化：得到的为平面三角形； Sp3杂化：得到的为四面体。

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。

直 线 型：CO 2、C 2H 2、HCN 、BeCl 2、HgCl 2等平面三角形：包括v 型（BF 3、BCl 3、SO 3、CH 2O 、CO 32-等）、平面三角形（SO 2等）；四 面 体：包括v 型（H 2O 、H 2S 等）、三角锥形（NH 3、H 3O +、NF 3、SO 32-等）、正四面体（CH 4、NH 4+等）。

常 见 分 子 离 子 的 立 体 构 型编 号分子 或离子电 子 式中心原子 axb中心原子上的 孤 电 子 对 数δ键电子对数 价层电子对数VSEPR模 型 VSEPR 模 型 名 称分子或离子 立 体 构 型 分子或离子立体 构 型 名 称 杂 化 轨 道 数 杂化轨道 类 型实例1CO 2C4 2 2 0 2 2直线型直线型0+2Sp2SO 3S 6 3 2 0 3 3平面三角形平面三角形 0+3 Sp23CH 2OC 4 34/30 3 3平面三角形平面三角形 0+3 Sp24CO 32-C 4+2=6 3 2 0 3 3平面三角形平面三角形 0+3 Sp25SO 2S 6 2 2 1 2 3平面三角形V 型1+2Sp26H 2OO 6 1 2 2 2 4四面体V 型2+2Sp37NH 3N 5 3 1 1 3 4四面体三角锥形1+3Sp38H 3O +O 6-1=5 3 1 1 3 4四面体三角锥形1+3Sp39CH 4C 4 4 1 0 4 4正四面体正四面体0+4Sp310NH 4+N 5-1=4 4 1 0 4 4正四面体正四面体0+4Sp3OO价层电子对=中心原子的孤电子对+δ键电子对数1、中心原子的孤电子对=1/2（a-xb ）a ：为中心原子的价电子数（原子：价电子数=原子最外层电子书；阳离子：中心原子的价电子数-离子的电荷数；阴离子：中心原子的价电子数+离子的电荷数）2、δ键电子对数有分子数确定，即中心原子形成几个δ键，就有几对。

（具体：共价单键是δ键，共价双键1个δ键，1个 键；）共价三键1个δ键，2个 键Sp 杂化：得到的为直线型； Sp2杂化：得到的为平面三角形； Sp3杂化：得到的为四面体。

其次节⎪⎪分子的立体构型 第一课时价层电子对互斥理论————————————————————————————————————— [课标要求]1．生疏共价分子结构的多样性和简单性。

2．能依据价层电子对互斥理论推断简洁分子或离子的构型。

1．常见分子的立体构型：CO 2呈直线形，H 2O 呈V 形，HCHO 呈平面三角形，NH 3呈三角锥形，CH 4呈正四周体形。

2．价层电子对是指中心原子上的电子对，包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对。

中心原子形成几个σ键就有几对σ键电子对，而中心原子上的孤电子对数可由下式计算：12(a －xb )，其中a表示中心原子的价电子数，x 表示与中心原子结合的原子数，b 表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。

3．价层电子对为2时，VSEPR 模型为直线形；价层电子对为3时，呈平面三角形；价层电子对为4时，呈四周体形，由此可推想分子的立体构型。

形形色色的分子1．三原子分子的立体构型有直线形和V 形两种化学式 电子式结构式 键角 立体构型立体构型名称CO 2O===C===O180°直线形H 2O105°V 形2．四原子分子大多数实行平面三角形和三角锥形两种立体构型化学式电子式结构式键角立体构型立体构型名称CH 2O约120°平面三角形NH 3107°三角锥形3．五原子分子的可能立体构型更多，最常见的是正四周体化学式电子式结构式键角立体构型立体构型名称CH 4109°28′正四周体形CCl 4109°28′正四周体形1．下列分子的立体结构模型正确的是( )ABCD解析：选D CO 2分子是直线形，A 项错误；H 2O 分子为V 形，B 项错误；NH 3分子为三角锥形，C 项错误；CH 4分子是正四周体结构，D 项正确。

2．硫化氢(H 2S)分子中，两个H —S 键的夹角都接近90°，说明H 2S 分子的立体构型为________________；二氧化碳(CO 2)分子中，两个C===O 键的夹角是180°，说明CO 2分子的立体构型为______________；甲烷(CH 4)分子中，任意两个C —H 键的夹角都是109°28′，说明CH 4分子的立体构型为__________________。

［知识要点］一、常见多原子分子的立体结构：（原子数目相同的分子的立体结构不一定相同）CH4 NH3 CH2O CO HbO原子数目化学式分子结构键角中心原子3CO直线形180°无孤对电子fO V形105°有孤对电子4CHO平面三角形120°无孤对电子NH三角锥形107°有孤对电子5CH正四面体形109° 28' 无孤对电子【小结】同为三原子分子或四原子分子，分子的空间构型不同。

所以多原子分子的立体结构不但与所连原子数目有关，还与其他因素（比如中心原子是否有孤对电子及孤对电子的数目）有关二、价层电子对互斥模型：（用中心原子是否有孤对电子及孤对电子的数目，预测分子的立体结构）价层电子对互斥模型认为分子的立体结构是由于分子中的价电子对（成键电子对和孤对电子对）相互排斥的结果。

中心原子价层电子对（包括成键电子对和未成键的孤对电子对）的互相排斥作用，使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型，即分子尽可能采取对称的空间构型这种模型把分子分为两类：1、中心原子上的价电子都用于形成共价键（中心原子无孤对电子）中心原子无孤对电子，分子中存在成键电子对与成键电子对间的相互排斥，且作用力相同，分子的空间构型以中心原子为中心呈对称分布。

如CO、CHO CH、HCN等分子。

它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测：ABn立体结构范例n=2直线形COn=3平面三角形CHOn=4正四面体形CH42、中心原子上有孤对电子（未用于形成共价键的电子对）的分子。

中心原子上有孤对电子，分子中存在成键电子对与成键电子对间的相互排斥、成键电子对与孤对电子对间的相互排斥、孤对电子对与孤对电子对间的相互排斥。

孤对电子要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，使分子呈现不同的立体构型如H2O和NH,中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，中心原子周围的S键+孤对电子数=4,所以NH与H2O的VSEPF理想模型都是四面体形。

考点八十九分子的立体构型聚焦与凝萃1．了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)；2．能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推想常见的简洁分子或离子的立体构型；3．生疏一些典形的分子构型（如：CH4、NH3、C2H4等）；4．进一步了解有机化合物中碳的成键特征；5．知道配位键、配位化合物的概念；6．知道配位键、配位化合物的表示方法；7．了解配位键的形成过程；8．了解常见的配位化合物，知道配位化合物在国防及工农业中有重要作用。

解读与打通常规考点一、分子的立体构型1．价层电子对互斥理论（1）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。

（2）孤电子对的排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。

电子对数成键对数孤电子对数电子对立体构型分子立体构型实例键角2 2 0 直线形直线形BeCl2180°3 3 0三角形平面正三角形BF3120°2 1 V形SnBr2105°4 4 0正四周体形正四周体形CH4109°28′3 1 三角锥形NH3107°2 2 V形H2O 105°留意：（1）价层电子对互斥理论说明的是价层电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。

①当中心原子无孤电子对时，两者的构型全都；②当中心原子有孤电子对时，两者的构型不全都。

（2）价层电子对互斥理论能猜测分子的几何构型，但不能解释分子的成键状况，杂化轨道理论能解释分子的成键状况，但不能猜测分子的几何构型。

两者相结合，具有肯定的互补性，可达处处理问题简便、快速、全面的效果。

2．杂化轨道理论当原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。

杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。

sp杂化：同一原子中 ns-np 杂化成新轨道：一个 s 轨道和一个 p 轨道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。