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第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
原子光谱是原子中的电子在不同能级轨道上跃迁时吸收或释放能量所得到的光谱，红外光谱不是原子光谱，属于分子光谱。
(1)通过红外光谱中的吸收峰分析出分子中含有的化学键或官能团。
(2)质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。
常见分子的空间结构
分子类型 化学式 电子式 结构式 键角 分子空间结构
三原子
分子 CO2 180° 直线形
H2O
105° V形
分子类型 化学式 电子式 结构式 键角 分子空间结构
四原子
分子 CH2O 约120° 平面三
角形
NH3
107° 三角锥形
五原子
分子 CH4
109°28' 正四面体形
价层电子对互斥模型
1.价层电子对互斥模型
对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的σ键电子对和未成键的孤电子对)之间由于存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对相互排斥最弱的那种结构，以使彼此之间的斥力最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定。
2.价层电子对的计算
(1)中心原子的价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。
(2)σ键电子对数的计算
由化学式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几个σ键电子对。如H2O分子中，O有2个σ键电子对，NH3分子中，N有3个σ键电子对。
3.分子或离子的空间结构
由于价层电子对的相互排斥，可得到含有孤电子对的分子的VSEPR模型，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对，便可得到分子的空间结构。
(1)中心原子不含孤电子对
分子或离子 中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型及名称 分子或离子的
空间结构及名称
CO2 2
直线形
直线形
分子或离子 中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型及名称 分子或离子的
空间结构及名称
3
平面三角形
平面三角形
CH4 4
正四面体形
正四面体形
(2)中心原子含孤电子对
分子或
离子 中心原子上的价层电子对数 中心原子上的
孤电子对数 VSEPR模
型及名称 分子或离子的空间
结构及名称
NH3 4 1
四面体形
三角锥形
H2O 4 2
四面体形
V形
SO2 3 1
平面三角形
V形
(1)由于孤电子对有较大斥力，含孤电子对的分子的实测键角几乎都小于VSEPR模型的预测值。价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对与孤电子对＞孤电子对与成键电子对＞成键电子对与成键电子对。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减小，键角也减小。
(2)价层电子对互斥模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。
(3)价层电子对数相同的分子(离子)空间结构不一定相同，价层电子对数相同，则VSEPR模型相同，但是分子的空间结构还与中心原子的孤电子对数有关。
杂化轨道类型和空间结构
1.杂化轨道理论
(1)杂化轨道理论概述
当原子成键时，原子的价层电子轨道相互混杂，形成与原轨道数目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。
(2)杂化轨道的三种类型
①sp杂化：sp杂化轨道由1个s轨道和1个p轨道杂化而得，杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如BeCl2。
②sp2杂化：sp2杂化轨道由1个s轨道和2个p轨道杂化而得，杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形，如BF3。
③sp3杂化：sp3杂化轨道由1个s轨道和3个p轨道杂化而得，杂化轨道间的夹角为109°28'，呈正四面体形，如CH4。
(3)由杂化轨道数判断中心原子的杂化轨道类型
杂化轨道用来形成σ键和容纳未参与成键的孤电子对，杂化轨道数＝中心原子的孤电子对数＋中心原子的σ键个数。
①价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间结构，而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对。
a.当中心原子无孤电子对时，两者的结构一致。
b.当中心原子有孤电子对时，两者的结构不一致。如中心原子采取sp3杂化时，其价层电子对互斥模型为四面体形，其分子结构可以为四面体形(如CH4)，也可以为三角锥形(如NH3)或V形(如H2O)。
②杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同，中心原子杂化类型相同时，孤电子对数越多，键角越小。
2.杂化轨道类型与空间结构
中心原子的杂
化轨道类型 参与杂化的轨道 生成杂化轨道数 成键电子对数 中心原子上的孤电子对数 分子的
空间结构 实例
分子式 结构式
sp 1个s 1个p 2 2 0 直线形 BeCl2 Cl—Be—Cl
sp2 1个s
2个p 3 3 0 平面三
角形 BF3
2 1 V形 SO2
中心原子的杂
化轨道类型 参与杂化的轨道 生成杂化轨道数 成键电子对数 中心原子上的孤电子对数 分子的
空间结构 实例
分子式 结构式
sp3 1个s
3个p 4 4 0 正四面
体形 CH4
3 1 三角
锥形 NH3
2 2 V形 H2O
杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同，杂化后，形成的一组杂化轨道能量相同。
(3)第三步：略去孤电子对，确定空间结构。
中心原子
上的σ键
电子对数 中心原子
上的孤电
子对数 中心原子
上的价层
电子对数 电子对的
排列方式 VSEPR
模型 分子或离
子的空间
结构
2 0 2 直线形 直线形
3 0 3 平面
三角形 平面
三角形
2 1 V形
中心原子
上的σ键
电子对数 中心原子
上的孤电
子对数 中心原子
上的价层
电子对数 电子对的
排列方式 VSEPR
模型 分子或离
子的空间
结构
4 0 4 正四
面体形 正四
面体形
3 1 三角
锥形
2 2 V形
直线　V　平面三角　三角锥　四面体　120°　正四面体
判断分子(或离子)的空间结构时，要能够正确计算价层电子对数：一是运用计算式推导价层电子对数；二是看σ键电子对数。
根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的空间结构正确的是(　 )
选项 分子式 价层电子对
互斥模型 分子或离子
的空间结构
A BCl3 四面体形 三角锥形
B HCHO 平面三角形 三角锥形
C NF3 四面体形 平面三角形
D 正四面体形 正四面体形
D
中心原子杂化轨道类型的判断方法
1.根据杂化轨道的空间结构或杂化轨道之间的夹角判断
　　根据杂化轨道理论，中心原子轨道采取一定的杂化方式后，其空间结构和键角如表：
杂化轨道类型 杂化轨道空间结构 键角
sp 直线形 180°
sp2 平面三角形 120°
sp3 正四面体形 109°28'
2.根据价层电子对互斥模型判断
　　根据价层电子对互斥模型，判断ABn型共价分子或离子的空间结构和中心原子杂化轨道类型。中心原子的价电子对数与价层电子对互斥模型、中心原子杂化轨道类型的对应关系：
中心原子上的
价层电子对数 VSEPR模型 中心原子轨
道杂化类型
2 直线形 sp
3 平面三角形 sp2
4 正四面体形 sp3
3.根据σ键电子对数和孤电子对数逆向判断
　　根据价层电子对互斥模型，中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数，如果已知σ键电子对数和孤电子对数，就可以逆向判断出中心原子价层电子对数，从而判断出杂化轨道类型。
σ键电子对数 孤电子对数 杂化轨道类型 实例
2 0 sp CO2、BeCl2
2 1 sp2 SO2
2 2 sp3 H2O
3 0 sp2 BF3
3 1 sp3 NH3
4 0 sp3 CCl4
4.含碳化合物中碳原子的杂化轨道类型判断
(1)若碳原子形成4个单键(即饱和碳原子)，则杂化轨道类型为sp3。如CH4、CH3OH等。
(2)若碳原子形成1个双键、两个单键，则杂化轨道类型为sp2。如HCHO、CH2 ===CH2等。
(3)若碳原子形成2个双键，或1个三键、1个单键，则杂化轨道类型为sp。如CO2、HC===CH等。
氧、硒元素位于元素周期表第Ⅵ A族，它们及其化合物在生产、生活中有着广泛的应用。
(1)OF2是一种无色的剧毒气体，主要用于氧化反应、氟化反应、火箭工程助燃剂等。OF2中O原子的杂化轨道类型是　　　　，OF2分子的空间结构为　　　　。
sp3　V形
正四面体形　sp3
(3)已知CSe2与CO2结构相似，①CSe2分子内的键角Se—C—Se、②H2Se分子内的键角H—Se—H、③SeO3分子内的键角O—Se—O，三种键角由大到小的顺序为　　　　(填序号)。
①＞③＞②
解答本题的思路如下：

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