第二章 第二节 分子的立体结构.docx

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第二章第二节分子的立体结构

第二节分子的立体结构

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。

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：

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。

（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。

②如果讨论的是离子，则应加上或减去与离子电荷相应的电子数。

如PO

中P原子价层电子

数应加上3，而NH

中N原子的价层电子数应减去1。

③如果价层电子数出现奇数电子，可把这个单电子当作电子对看待。

（2）确定价层电子对的空间构型

由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能的相互远离。

价层电子对的空间构

型与价层电子对数目的关系：

价层电子对数目

2

3

4

5

6

价层电子对构型

直线形

三角形

四面体

三角双锥

八面体

（3）分子空间构型确定

根据分子中成键电子对数和孤对电子数，可以确定相应的较稳定的分子几何构型。

如下表：

A的电子对数

成键电子对数

孤电子对数

几何构型

中心原子A价层电子对的排列方式

分子的几何构型实例

2

2

0

直线形

——A——

BeCl2HgCl2（直线形）

CO2

3

3

0

平面三角形

（平面三角形）

2

1

三角形

（V形）

4

4

0

四面体

（四面体）

3

1

四面体

NH3（三角锥）

2

2

四面体

H2O（V形）

6

6

0

八面体

SF6（八面体）

4

2

八面体

XeF4（平面正方形）

5.价电子对数计算方法

对于ABm型分子（A为中心原子，B为配位原子），分子的价电子对数可以通过下式确定：

n＝

其中，中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算。

先根据价电子对数判断分子的VSEPR

模型，再根据中心原子是否有孤对电子判断分子的立体结构模型。

三、杂化轨道理论的简述

1.杂化轨道理论认为：

在形成分子时，通常存在激发、杂化、轨道重叠等过程。

但应注意，原子轨道的杂化，只有在形成分子的过程中才会发生，而孤立的原子是不可能发生杂化的。

同时只有能量相近的原子轨道（如2s,2p等）才能发生杂化，而1s轨道与2p轨道由于能量相差

较大，它是不能发生杂化的。

2.杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键与键间排斥力大小决定于键的方向，即决定于杂化轨道间的夹角。

由于键角越大化学键之间的排斥力越小，对sp杂化来说，当键角为180°时，其排斥力最小，所以sp杂化轨道成键时分子呈直线形；对sp2杂化来说，当键角为120°时，其排斥力最小，所以sp2杂化轨道成键时，分子呈平面三角形。

由于杂化轨道类型不同，杂化轨道夹角也不相同，其成键时键角也就不相同，故杂化轨道的类型与分子的空间构型有关。

3.杂化轨道的数目与组成杂化轨道的各原子轨道的数目相等。

四、ABm型杂化类型的判断

1.公式

电子对数n＝

（中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数）

2.根据n值判断杂化类型

一般有如下规律：

当n＝2，sp杂化；n＝3，sp2杂化；n＝4，sp3杂化。

例如：

SO2　n＝

（6＋0）＝3　sp2杂化

NO

　n＝

（5＋1）＝3　sp2杂化

NH3　n＝

（5＋3）＝4sp3杂化

注意　①当上述公式中电荷数为正值时取“－”，电荷数为负值时取“＋”。

②当配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为零。

五、配合物

1.配位键是一种特殊的共价键，但形成配位键的共用电子是由一方提供而不是由双方共同提供的。

2.过渡金属原子或离子都有接受孤对电子的空轨道，对多种配体具有较强的结合力，因而过渡金属配合物远比主族金属配合物多。

3.配合物的电离

配合物溶于水易电离为内界配离子和外界离子，而内界的配体离子和分子通常不能电离。

如[Co（NH3）5Cl]Cl2===[Co（NH3）5Cl]2＋＋2Cl－，有三分之一的氯不能电离。

　下列叙述正确的是（　　）

A.NH3是极性分子，分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心

B.CCl4是非极性分子，分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心

C.H2O是极性分子，分子中O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央

D.CO2是非极性分子，分子中C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央

解析　本题主要考查常见物质的结构和空间构型。

NH3是三角锥形的立体极性分子，A错；CCl4是以C原子为中心的正四面体形结构，B错；CO2是C原子在2个O原子中央的直线形

分子，D错；而水分子是O在两个H中间的“V”形分子，即

，故选C。

答案　C

本题考查我们对常见物质的结构和空间构型的掌握情况。

熟记常见物质的空间构型：

直线形

平面三角形

三角锥形

正四面体形

键角

180°

120°

107°

109°28′

实例

CO2、BeCl2

BF3

NH3

CH4、CCl4

　根据价层电子对互斥理论及原子的杂化理论判断NF3分子的空间构型和中心原子

的杂化方式为（　　）

A.直线形　sp杂化　B．三角形　sp2杂化C.三角锥形　sp2杂化D．三角锥形　sp3杂化

解析　判断分子的杂化方式要根据中心原子的孤对电子数以及与中心原子相连的原子个数。

在NF3分子中N原子的孤对电子数为1，与其相连的原子数为3，所以根据理论可推知中心

原子的杂化方式为sp3杂化，空间构型为三角锥形，类似于NH3。

答案　D

轨道杂化时，轨道的数目不变，轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变。

对于判断分子

的杂化方式及空间构型，一般要求我们熟记教材上常见的分子就可以了。

　下列过程与配合物的形成无关的是（　　）

A.除去Fe粉中的SiO2可用强碱溶液

B.向一定量的AgNO3溶液中加入氨水至沉淀消失

C.向含Fe3＋的溶液中加入KSCN溶液

D.向一定量的CuSO4溶液中加入氨水至沉淀消失

解析　对于A项，除去Fe粉中的SiO2是利用SiO2可与强碱反应的化学性质，与配合物的形成无关；对于B项，AgNO3与氨水反应先生成AgOH沉淀，再生成[Ag（NH3）2]＋；对于C项，Fe3＋与KSCN反应生成[Fe（SCN）n]3－n；对于D项，CuSO4与氨水反应生成Cu（OH）2沉淀，再

生成[Cu（NH3）4]2＋。

答案　A

配位键是一种特殊的化学键，共用电子对是一方单独提供的。

掌握常见的配位化合物。

配合

物离子的一个重要性质是难电离，非常稳定，但可以转化。

用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构：

提示　

分子或离子　　结构式　　VSEPR模型　　分子或离子

　　　　　　　　　　　　　　　　　　的立体结构

　HCN　　　H—C≡N　

　　直线形

用杂化轨道理论探究氰化氢（HCN）分子和甲醛（CH2O）分子的结构。

1.写出HCN分子和CH2O分子的路易斯结构式。

HCN　　CH2O

提示　H—C≡N

2.用VSEPR模型对HCN分子和CH2O分子的立体结构进行预测（用立体结构模型表示）。

HCN　　CH2O

提示　

3.写出HCN分子和CH2O分子的中心原子的杂化类型。

HCN的C　　CH2O的C　

提示　sp杂化　sp2杂化

4.分析HCN分子和CH2O分子中的π键。

提示　结论：

HCN分子中C采取sp杂化形成直线形分子，另外HCN分子中还含有一个C—H

σ键，一个C—Nσ键，两个C—Nπ键；CH2O分子中碳原子的价电子采取sp2杂化形成平面三角形分子，C原子有一个未成对电子的2p轨道，与O原子一个未成对电子的2p轨道形成π键。

1.

ABn

分子的立体结构

典型例子

n＝2

直线形

BeCl2　CO2

n＝3

平面三角形

CH2O　BF3

n＝4

正四面体形

CH4　CCl4

2.乙炔分子中的碳原子采取sp杂化，与两个氢形成两个σ键，两个碳原子形成一个σ键。

乙

炔分子中的C≡C除一个σ键，另外形成两个π键。

3.甲醛分子中的碳采取了sp2杂化，形成三个σ键，另有C、O原子之间的π键。

其立体结构为：

。

4.

5.略

1.在下列分子中，电子总数最少的是（　　）

A.H2SB．O2C．COD．NO

答案　C

解析　分子中电子总数即组成原子的电子总数之和。

H2S：

18e－；O2：

16e－；CO：

14e－；NO：

15e－。

2.在以下的分子或离子中，空间结构的几何形状不是三角锥形的是（　　）

A.NF3B．CH

C．CO2D．H3O＋

答案　C

解析　NF3、CH

和H3O＋的中心原子N、C、O均为sp3杂化，但由于形成3个共价键，有一个杂化轨道被孤对电子占据，又由于价层电子对相互排斥，所以它们均为三角锥形。

CO2中的C以sp杂化，形成直线形分子。

3.有关甲醛分子的说法正确的是（　　）

A.C原子采用sp杂化B.甲醛分子为三角锥形结构

C.甲醛分子为平面三角形结构D.在甲醛分子中没有π键

答案　C

解析　甲醛分子中的中心原子采用sp2杂化，是平面三角形结构，键角为120°，分子中含有一个π键。

4.[Cu（NH3）4]2＋配离子中，中心离子的配位数为（　　）

A.1B．2C．3D．4

答案　D

解析　本题关键是找到配体，很明显在该离子中的配体为NH3，所以配位数为4。

5.苯分子（C6H6）为平面正六边形结构，下列有关苯分子的说法错误的是（　　）

A.苯分子中的中心原子C的杂化方法为sp2

B.苯分子内的共价键键角为120°

C.苯分子中的共价键的键长均相等

D.苯分子的化学键是单、双键相交替的结构

答案　D

解析　由于苯分子的结构为平面正六边形，可以说明分子内的键角为120°，所以中心原子的

杂化方式为sp2杂化，所形成的共价键是完全相同的。

6.下列分子的中键角最大的是（　　）

A.CO2B．NH3C.H2OD．CH2＝CH2

答案　A

解析　本题考查的是常识问题，四个选项的键角分别为180°、107°、105°、120°。

7.对SO3的说法正确的是（　　）

A.结构与NH3相似B．结构与SO2相似

C.结构与BF3相似D．结构与P4相似

答案　C

解析　根据价层电子对互斥原理可知，在SO3中，S原子没有孤对电子，但与S原子相连的

原子个数为3，因此S原子采用sp2杂化方式，分子结构呈平面三角形。

8.在SO2分子中，分子的空间结构为V形，S原子采用sp2杂化，那么SO2的键角（　　）

A.等于120°B．大于120°C.小于120°D．等于180°

答案　C

解析　由于SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上讲其键角为120°，但是由于SO2分子中的S原子有一对孤对电子，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此分子中的键角要

小于120°。

9.三氯化氮（NCl3）是一种淡黄色的油状液体，测得其分子具有三角锥形结构。

则下面对于NCl3

的描述不正确的是（　　）

A.它是一种极性分子

B.它的挥发性比PBr3要大

C.它还可以再以配位键与Cl－结合

D.已知NBr3对光敏感，所以NCl3对光也敏感

答案　C

解析　本题是知识的迁移题，由于该分子具有三角锥形的结构，那么就与NH3的结构有相似之处，依据氨的电子式我们可以写出NCl3的电子式，由此可见N原子没有空轨道，所以无法再与Cl－形成配位键。

由于NCl3和PBr3都是分子晶体，Mr（NCl3）

10.试用杂化轨道理论说明下列分子或离子的立体构型。

（1）SiF4（正四面体形）

（2）BCl3（平面三角形）

（3）NF3（三角锥形，键角为102°）

答案　

（1）Si原子是sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，键角都是109°28′，正好与四个只有一个不成对的电子的F原子成键。

（2）B原子是sp2杂化，形成三个在同一平面上的sp2杂化轨道，键角都是120°，为平面三角形结构。

（3）N原子是sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，键角应该是109°28′，而N原子最外层有五个电子，有一对电子正好占据一个四面体形轨道，另三个不成对电子各占据一个sp3杂化轨道，与三个F原子成键，而占据一个sp3杂化轨道的一对电子对其他三个N—F键的排斥作用，使其他三个N—F键有点收缩，键角为102°。

解析　根据分子或离子的立体构型，结合中心原子的价电子情况进行推导。

学案1　分子的立体结构

1.用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是（　　）

A.直线形；三角锥形B．V形；三角锥形

C.直线形；平面三角形D．V形；平面三角形

答案　D

解析　根据价层电子对互斥理论可推知，H2S为V形，BF3为平面三角形。

本题主要考查同

学们对价层电子对互斥理论的理解及应用——判断分子的立体构型。

2.能说明CH4分子的5个原子不在同一平面而为正四面体结构的是（　　）

A.两个键之间夹角为109°28′B.C—H键为极性共价键

C.4个C—H键的键能、键长相同D.二氯甲烷没有同分异构体

答案　AD

解析　CH4分子的空间结构由两个键之间的的夹角决定，只有为正四面体结构，C位于正四面体中心，才有键角为109°28′。

分子的空间构型与共价键的极性无关；同样二氯甲烷没有同分异构体也说明了CH4分子为正四面体结构，如果为平面结构，则二氯甲烷就存在两种构

型：

①

；C项中因为同为C—H键，不论分子构型如何，它们的键能、键长都相等。

3.用价层电子对互斥模型推测下列分子的空间构型：

①BeCl2　　②NH3　　③H2O　　④PCl3

答案　①直线形　②三角锥形　③V形　④三角锥形

解析　①中心原子Be的价电子都参与成键，所以可以根据中心原子的周围原子数来判断①为直线形。

②③④中心原子有孤对电子，孤对电子也要占据中心原子周围的空间，所以②为三角锥形，③为V形，④为三角锥形。

4.若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模型，下

列说法正确的是（　　）

A.若n＝2，则分子的立体结构为V形

B.若n＝3，则分子的立体结构为三角锥形

C.若n＝4，则分子的立体结构为正四面体形

D.以上说法都不正确

答案　C

解析　若中心原子A上没有未用于成键的孤对电子，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子结构为直线形；n＝3时，分子结构为平面三角形；n＝4时，分子结构为正四面体形。

1.下列分子或离子中，不含有孤对电子的是（　　）

A.H2OB．H3O＋C．NH3D．NH

答案　D

解析　选D。

分别写出其电子式

H

＋　

N

H　　

＋即可得出答案。

2.三氯化氮（NCl3）在常温下是一种淡黄色液体，其分子结构呈三角锥形，以下关于NCl3的叙

述正确的是（　　）

A.分子中N—Cl键是非极性键

B.分子中不存在孤对电子

C.它的沸点比PCl3沸点低

D.因N—Cl键键能大，所以NCl3的沸点高

答案　C

解析　选C。

NCl3分子中中心原子N和氯原子间形成三个σ极性键，N原子的周围仍然存在一对孤对电子；共价化合物的熔、沸点是由分子间作用力决定的，而分子间作用力的大小又

由相对分子质量决定，所以NCl3的熔、沸点较低。

3.下列推断正确的是（　　）

A.NO2、SO2、BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构

B.P4和CH4都是正四面体分子且键角都为109°28′

C.NH

的电子式：

[H

N

H]＋，离子呈平面正方形结构

D.NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强

答案　D

解析　选D。

NCl3分子的电子式为

N····

，分子中各原子都满足8电子稳定结构，A错误；P4为正四面体分子，但其键角为60°，B错误；NH

为正四面体结构而非平面正方形结构，C错误；NH3分子电子式为H

H，有一对未成键电子，由于未成键电子对成键电子的排斥作用，使其键角为107°，呈三角锥形，D正确。

4.下列分子中，所有原子不可能共处在同一平面上的是（　　）

A.C2H2　　　B．CS2　　　C．NH3　　　D．C6H6

答案　C

解析　选C。

C2H2、CS2为直线形，C6H6为正六边形，NH3为三角锥形，只有C选项的所有

原子不可能在同一平面上。

5.下列说法中，正确的是（　　）

A.由分子构成的物质中一定含有共价键

B.形成共价键的元素不一定是非金属元素

C.正四面体结构的分子中的键角一定是109°28′

D.CO2和SiO2都是直线形分子

答案　B

解析　选B。

分子构成的物质中不一定有共价键，如He；AlCl3中Al与Cl间以共价键结合，但Al为金属元素；P4为正四面体结构，键角为60°；CO2分子的中心原子无孤对电子，为直

线形结构，而SiO2晶体中不存在单个分子。

6.最近媒体报道了一些化学物质，如爆炸力极强的N5、结构类似白磷的N4、比黄金还贵的18O2、

太空中的甲醇气团等。

下列说法中，正确的是（　　）

A.18O2和16O2是两种不同的核素

B.将ag铜丝灼烧成黑色后趁热插入甲醇中，铜丝变红，质量小于ag

C.N4为正四面体结构，每个分子中含有6个共价键，键角为109°28′

D.2N5===5N2是化学变化

答案　D

解析　选D。

核素是指具有一定质子数和中子数的原子，而18O2和16O2是单质，A错；将ag铜丝灼烧成黑色后趁热插入甲醇中，发生反应2Cu＋O2

2CuO和CuO＋CH3OH―→Cu＋HCHO＋H2O，在反应前后铜的质量没变，B错；N4和白磷分子一样，为正四面体结构，含有6条共价键，键角应为60°，C错；N5和N2互为同素异形体，相互转化为化学反应，D

正确。

7.下列物质中既有极性键，又有非极性键的直线形分子的是（　　）

A.CS2B．CH4C.CH3CH2ClD．HC≡CH

答案　D

8.下列分子和离子中，中心原子价层电子对的几何构型为四面体且分子或离子的空间构型为

V形的是（　　）

A.NH

B．PH3C．H3O＋D．OF2

答案　D

解析　选D。

中心原子价层电子对的几何构型为四面体，所以应该是sp3杂化，空间构型为V形的是只有3个原子组成的分子，所以答案D对；A选项三角锥形的NH3结合一个H＋变为四面体；B项中PH3为三角锥形；C中H3O＋是V形H2O结合一个H＋变为三角锥形结构。

9.若ABn的中心原子上有一对孤对电子未能成键，当n＝2时，其分子结构为____________；

当n＝3时，其分子结构为______________。

答案　V形　三角锥形

解析　若中心原子上有未成键的孤对电子，根据价层电子互斥理论，其与成键电子之间存在

斥力，AB2型分子为V形（如SO2），AB3型分子为三角锥形（如NH3）。

10.为了解释和预测分子的空间构型，科学家在归纳了许多已知的分子空间构型的基础上，提出了一种十分简单的理论模型——价层电子对互斥模型。

这种模型把分子分成两类：

一类是________________________________________________________________________：

另一类是______________________________________________________________。

BF3和NF3都是四个原子的分子，BF3的中心原子是________，NF3的中心原子是________；BF3分子的立体构型是平面三角形，而NF3分子的立体构型是三角锥形的原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　中心原子上的价电子都用于形成共价键　　中心原子上有孤对电子　　B　N　BF3分子中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键而呈平面三角形，而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成共价键，还有一对未成键的电子对，占据了N原子周围的空间，参

与相互排斥，形成三角锥形。

解析　多原子分子的中心原子的价层电子均是未成对电子时，和其他原子全部形成化学键，若有成对电子，则以孤对电子的形式存在，故价层电子对互斥理论把分子按中心原子的成键情况分成两类。

BF3的中心原子是B原子，共有三个价电子，全部用于成键，根据价电子对互斥模型，应为平面三角形最稳定；NF3分子的中心原子是N原子，有五个价电子，只用了三个成键，还有一对孤对电子，根据价电子对互斥模型，孤对电子参与价键的排斥，使三个

共价键偏离平面三角形而形成三角锥形。

学案2　杂化轨道理论

1.用杂化轨道理论解释CH4分子的形成过程。

答案　碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃