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2. VSEPR模型

分子结构与性质 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 基于价层电子对互斥理论,通过计算中心原子价层电子对数来预测分子或离子空间构型的模型。

从哪来 建立在原子核外电子排布(确定中心原子价电子数)和原子结构与元素周期律(理解元素化合价及成键规律)的基础之上。

为什么 分子中,中心原子周围的价层电子对(包括成键电子对和孤电子对)都带有负电荷。根据库仑定律,同性电荷相互排斥。为了使体系能量最低、最稳定,这些电子对会尽可能远离彼此,从而在空间上采取特定的几何排列方式,决定了分子的最终形状。

类比法:气球模型** **适合学生
形象思维强、抽象逻辑稍弱的学生。 讲解:把中心原子想象成中心,价层电子对想象成系在中心的气球。气球之间会互相挤压(排斥),为了舒服,它们会尽量散开。 - 2个气球:直线排列(180°)。 - 3个气球:平面三角形(120°)。 - 4个气球:四面体(109.5°)。 - 如果有“死气球”(孤电子对),它虽然不显形,但依然占地方且挤压其他气球,导致角度变小。
公式推导法:AXnEm模型** **适合学生
逻辑严密、擅长数学计算和规则记忆的学生。 讲解:建立计算公式 $n = \frac{1}{2}(V + X - C + A)$。 - $V$:中心原子价电子数(主族序数)。 - $X$:配位原子提供的电子数(H、卤素算1,O、S算0)。 - $C$:阳离子电荷数(减),$A$:阴离子电荷数(加)。 - $n$ 为整数,对应电子对几何构型;再减去孤电子对数 $E$,得到分子构型。 - 强调:先定电子对构型(骨架),再定分子构型(形状)。
对比辨析法:孤电子对的影响** **适合学生
基础扎实、容易混淆相似分子(如CH4与NH3)的学生。 讲解:重点对比 $sp^3$ 杂化体系。 - CH4:4个成键对,无孤对,正四面体,键角109.5°。 - NH3:3个成键对,1个孤对。孤对电子对成键电子对的排斥力 > 成键电子对之间的排斥力。因此,孤对把H-N-H键角“压”小了,变成三角锥形,键角107.3°。 - H2O:2个成键对,2个孤对。两个孤对互相排斥且挤压成键对,键角进一步压缩至104.5°,V形。 - 核心逻辑:孤电子对越多,键角越小,形状越“扁”。
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练一道
基础题
预测 H2O 和 CO2 的空间构型。
变式
预测 SO4^2- 的空间构型。
试试手自己判
检测题
请判断 PCl3 和 PCl5 的空间构型,并比较 P-Cl 键角的大小。
看答案和判分标准
答案:- PCl3: - $n = \frac{1}{2}(5 + 3 \times 1) = 4$。 - 孤电子对 $E = 4 - 3 = 1$。 - 构型:三角锥形。 - PCl5: - $n = \frac{1}{2}(5 + 5 \times 1) = 5$。 - 孤电子对 $E = 5 - 5 = 0$。 - 构型:三角双锥形。 - 键角比较:PCl5 中存在 90° 的键角(轴向与赤道向之间),而 PCl3 的键角约为 100°(受孤对电子压缩,小于 109.5°)。若比较赤道向键角,PCl5 为 120°,PCl3 小于 120°。通常题目考察的是整体构型差异导致的典型角度,PCl5 有 90° 和 120°,PCl3 只有约 100°。若问最小键角,PCl5 更小(90°)。若问最大键角,PCl5 更大(120°)。 *(注:此题旨在考察不同电子对数下的构型差异。更严谨的比较是:PCl3 为三角锥形,键角约100°;PCl5 为三角双锥形,键角有90°和120°。)
判对标准:
1. 正确计算出 PCl3 的 $n=4, E=1$,得出三角锥形。
2. 正确计算出 PCl5 的 $n=5, E=0$,得出三角双锥形。
3. 能指出 PCl3 因有孤电子对,键角被压缩(小于109.5°);PCl5 无孤电子对,理想键角为90°和120°。
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