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專題4 分子空間結構與物質性質
專題復習
一、雜化軌道的理論
1.概念：外界條件下，能量相近的原子軌道混雜起來，重新組合新軌道的過程叫做原子軌道的雜化，雜化后的新軌道就稱為雜化軌道。
2.要點：
（1）參與雜化的原子軌道能量相近（同一能級組或相近能級組的軌道）
（2）雜化前后原子軌道數目不變：
參加雜化的軌道數目等于形成的雜化軌道數目；
雜化改變了原子軌道的形狀、方向，成鍵時更有利于軌道間的重疊。
（3）雜化后的軌道之間盡可能遠離，在空間取最大夾角分布，能使相互間排斥力最小。
甲烷分子中碳原子的4個sp3雜化軌道分別與4個氫原子的1s軌道重疊，形成4個相同的C-H σ鍵，呈正四面體形。
甲烷分子中C—H鍵之間的夾角——鍵角
都是109°28＇。
sp3雜化
sp2雜化
2s
2p
↑↓
↑
基態
激發
2s
2p
↑
↑
激發態
↑
雜化
↑
↑
↑
未雜化軌道
σ
σ
σ
120°
F原子的2p軌道
BF3分子
sp雜化
2s
2p
↑↓
基態
激發
2s
2p
↑
↑
激發態
雜化
氯原子的3p軌道
σ
σ
氣態BeCl2分子
分子的空間結構與雜化軌道類型的關系
(1)雜化軌道全部用于形成σ鍵時
雜化軌道類型 sp sp2 sp3
參與雜化的 原子軌道 一個ns和 一個np軌道 一個ns和 兩個np軌道 一個ns和
三個np軌道
軌道夾角 180° 120° 109°28′
雜化軌道 示意圖
實例 BeCl2 BF3 CH4
分子結構 示意圖
分子的空間 結構名稱 直線形 平面正三角形 正四面體形
(1)根據雜化軌道的空間分布判斷
判斷分子的中心原子的雜化類型
若呈直線形，則分子的中心原子發生sp雜化。
若為正四面體形，則分子的中心原子發生sp3雜化；
若呈平面三角形，則分子的中心原子發生sp2雜化；
(2)根據雜化軌道之間的夾角判斷
若為180°，則分子的中心原子發生sp雜化。
若夾角為109°28′，則分子的中心原子發生sp3雜化；
若夾角為120°，則分子的中心原子發生sp2雜化；
判斷分子的中心原子的雜化類型
二、價層電子對互斥(VSEPR models)模型
分子中的價電子對（包括成鍵電子對和孤電子對）由于相互排斥作用，而趨向于盡可能彼此遠離以減小斥力，分子盡可能采取對稱的空間結構。
內容:分子的空間結構是中心原子的“價電子對”相互排斥的結果。
能量最低
最穩定
價電子對
互相排斥
盡可能遠離
ABm型分子的價電子對計算方法
對于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子的價電子對數可以通過下式確定：
價電子對的計算
2
中心原子的價電子數+每個配位原子提供的價電子數×m
n=
對于主族元素，等于原子的最外層電子數，如：C為4個，N為5個；
對于陽離子，等于價電子數-離子電荷數，如：NH4+為5-1=4個；
對于陰離子，等于價電子數+|離子電荷數|，如：PO43-為5+3=8個。
2
中心原子的價電子數+每個配位原子提供的價電子數×m
n=
作為配位原子，鹵素原子、氫原子提供1個價電子，氧原子和硫原子按不提供價電子計算；
作為中心原子，鹵素原子按提供7個價電子計算，氧族原子按提供6個價電子計算；
為與中心原子結合的原子最多能接受的電子數，H為1，
其他原子＝ 8－該原子的價電子數。 如：O為2、N為3（化合價數）
如果分子中中心原子的雜化軌道上存在孤電子對，由于孤電子對比成鍵電子對更靠近中心原子的原子核，因而價電子對之間的斥力大小順序為：
隨著孤電子對數目的增多，孤電子對對成鍵電子對的排斥作用增強，使得成鍵電子對與成鍵電子對之間的鍵角也被“壓縮”而減小。
孤電子對與孤電子對之間的斥力
>
孤電子對與成鍵電子對之間的斥力
成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力
>
ABn 型分子的VSEPR模型和立體結構
價電子對數 VSEPR 模型 成鍵電子對數 孤對電子對數 分子類型 電子對的排布模型 立體結構 實 例
2
3
直線形
2 0 AB2
直線形
3 0 AB3
平面
三角形
2 1 AB2
V形
O3 SO2
平面
三角形
BF3、BCl3、
SO3
CO2、BeCl2
價電子對數 VSEPR 模型 成鍵電子對數 孤對電子對數 分子類型 電子對的排布模型 立體結構 實 例
4
正四面體
正四
面體
三角
錐形
V形
H2O
4 0 AB4
3 1 AB3
2 2 AB2
NH3、NF3
CH4、CCl4
ABn 型分子的VSEPR模型和立體結構
三、等電子原理
1、等電子體
具有相同價電子數和相同原子數的分子或離子
具有相同的結構特征，性質相近
2、等電子體原理
3、等電子原理應用：可以判斷一些簡單分子或離子的立體結構。
四、分子的極性
1.分子的極性
極性分子：
非極性分子：
正電中心和負電中心不重合的分子。
正電中心與負電中心重合的分子。
2．非極性分子、極性分子的判斷
(1)雙原子分子的極性取決于成鍵原子之間的共價鍵是否有極性，以極性鍵結合的雙原子分子是極性分子，以非極性鍵結合的雙原子分子是非極性分子。
(2)以極性鍵結合的多原子分子(ABm型)，分子是否有極性取決于分子的空間結構。若配位原子對稱地分布在中心原子周圍，整個分子的正、負電荷重心相重合，則分子為非極性分子。
3．分子的極性對物質物理性質的影響
(1)在其他條件相同時，分子的極性越大，范德華力越大，物質的熔點、沸點越高。
(2)對物質溶解性的影響——“相似相溶規則”。
由非極性分子構成的物質一般易溶于非極性溶劑，由極性分子構成的物質一般易溶于極性溶劑。
五、手性分子
1.概念：
如果一對分子，它們的組成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一樣互為鏡像（對映異構），在三維空間里不能重疊，這對分子互稱手性異構體。有手性異構體的分子稱為手性分子。
2．手性碳原子
當四個不同的原子或基團連接在同一碳原子上時，形成的化合物存在手性異構體。其中，連接四個不同的原子或基團的碳原子稱為手性碳原子。
六、配合物
1．概念
由提供孤電子對的配位體與接受孤電子對的中心原子以配位鍵結合形成的化合物。
2．組成
3．常見的能形成配合物的中心原子(或離子)和配位體
(1)常見的能形成配合物的中心原子(或離子)：Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等。
(2)常見的能形成配合物的配位體的分子：H2O、NH3、CO等。
(3)常見的能形成配合物的配位體的離子：F－、Cl－、CN－、SCN－等。
含有兩種或兩種以上配位體的配合物，若配位體在空間的排列方式不同，就能形成不同的幾何構型的配合物。
如：Pt(NH3)2Cl2有順式和反式兩種異構體。
極性分子
非極性分子
4．配合物的異構現象
5．配合物的應用
1．在化學分析中，常用形成配合物的方法來檢驗金屬離子、分離物質、定量測定物質的組成。
2．在生產中，配合物被廣泛應用于染色、電鍍、硬水軟化、金屬冶煉領域。
3．在許多尖端領域如激光材料、超導材料、抗癌藥物的研究、催化劑的研制等方面，配合物發揮著越來越大的作用。
4．配合物在生命體中有著非常重要的作用，許多酶的作用與其結構中含有形成配位鍵的金屬離子的配合物有關。
1．對溶解性的影響：某些難溶物形成配合物時可使溶解度增大。如AgOH可溶于氨水中，I2在濃KI溶液中比在水中的溶解度大得多。
2．顏色的改變：當簡單離子形成配離子時其性質往往有很大差異。我們根據顏色的變化就可以判斷是否有配離子形成。如Fe3＋與SCN－在溶液中可生成紅色的鐵的硫氰酸根配離子。無水CuSO4為白色，溶于水得藍色溶液，就是因為Cu2＋與H2O形成了天藍色的[Cu(H2O)4]2＋。
6. 配合物的形成對性質的影響
3．穩定性增強：配合物具有一定的穩定性，配合物中的配位鍵越強，配合物越穩定。例如，血紅蛋白中的Fe2＋與CO形成的配位鍵比Fe2＋與O2形成的配位鍵強，因此血紅蛋白中的Fe2＋與 CO結合后，就很難再與O2結合，血紅蛋白失去輸送氧氣的功能，從而導致人體CO中毒。

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