第34讲价层电子对互斥模型、杂化轨道理论及应用
[复习目标]1.掌握价层电子对互斥模型和杂化轨道理论的内容并能用其推测简单分子或离子的空间结构。2.掌握键角大小原因并能作出规范描述。
1．价层电子对互斥模型
(1)理论要点
①价层电子对在空间上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。
②孤电子对排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。
(2)价层电子对互斥模型推测分子(离子)的空间结构的关键——价层电子对数的计算
价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数
说明：σ键电子对数＝中心原子结合的原子数；
中心原子上的孤电子对数＝eq\f(1,2)(a－xb)，其中
①a表示中心原子的价电子数。
对于主族元素：a＝原子的最外层电子数。
对于阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数。
对于阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值)。
②x表示与中心原子结合的原子数。
③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(氢为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。如氧和氧族元素中的S、Se等均为2，卤族元素均为1)。
例如，SOCl2的空间结构的判断：
SOCl2的中心原子为S，σ键电子对数为3，孤电子对数为eq\f(1,2)×(6－1×2－2×1)＝1，价层电子对数为4，这些价层电子对互相排斥，形成四面体形的VSEPR模型，由于中心原子上有1个孤电子对，则SOCl2的空间结构为三角锥形。
思考利用价层电子对互斥模型判断H2SO3和SOeq\o\al(2－,3)的空间结构。
提示H2SO3的中心原子为S，σ键电子对数为3，孤电子对数为eq\f(1,2)×(6－1×2－2×1)＝1，价层电子对数为4。这些价层电子对互相排斥，形成四面体形的VSEPR模型，由于中心原子上有1个孤电子对，所以H2SO3的空间结构为三角锥形。
SOeq\o\al(2－,3)的中心原子为S，σ键电子对数为3，孤电子对数为eq\f(1,2)×(6＋2－3×2)＝1，价层电子对数为4。这些价层电子对互相排斥，形成四面体形的VSEPR模型，由于中心原子上有1个孤电子对，所以SOeq\o\al(2－,3)的空间结构也为三角锥形。
2．杂化轨道理论
(1)杂化轨道理论概述
中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角就不同，形成分子的空间结构就不同。
(2)杂化轨道三种类型
(3)由杂化轨道数判断中心原子的杂化类型
杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对，所以有公式：杂化轨道数＝中心原子的孤电子对数＋中心原子的σ键个数＝中心原子的价层电子对数。
3.VSEPR模型与微粒空间结构的关系
完成下列表格
实例
价层电子对数
σ键电子对数
孤电子对数
中心原子杂化轨道类型
VSEPR模型
分子(离子)空间结构
BeCl2、CS2
2
0
sp
直线形
BF3、SO3、COeq\o\al(2－,3)
3
sp2
平面三角形
O3、SO2
1
V形
SnCl4、POeq\o\al(3－,4)、NHeq\o\al(＋,4)
4
sp3
四面体形
正四面体形
PH3、SOeq\o\al(2－,3)
三角锥形
H2S、Ieq\o\al(＋,3)
1．价层电子对互斥模型中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数()
2．N2分子中N原子没有杂化，分子中有1个σ键、2个π键()
3．只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化()
4．分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子一定为正四面体结构()
5．SiF4与SOeq\o\al(2－,3)的中心原子均为sp3杂化()
6.为四角锥结构，中心原子I没有孤电子对()
7．六氟化硫分子空间结构呈正八面体形，其中心原子的价层电子对数为4()
答案1.√2.√3.√4.×5.√6.×7.×
一、价层电子对数及杂化方式的判断
1．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()
A．CO2与SO2B．CH4与NH3
C．BeCl2与BF3D．C2H6与C2H2
答案B
解析CO2中C形成2个σ键，无孤电子对，为sp杂化，SO2中S形成2个σ键，孤电子对数＝eq\f(6－2×2,2)＝1，为sp2杂化，故A错误；CH4中C形成4个σ键，无孤电子对，为sp3杂化，NH3中N形成3个σ键，孤电子对数＝eq\f(5－3×1,2)＝1，为sp3杂化，故B正确；BeCl2中Be形成2个σ键，无孤电子对，为sp杂化，BF3中B形成3