運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷分子構(gòu)型

閆象全

一、價(jià)層電子對(duì)互斥理論要點(diǎn)

由價(jià)層電子對(duì)互斥理論可以歸納得到以下的四個(gè)要點(diǎn)：

1.分子或離子的空間構(gòu)型決定了中心原子周圍的價(jià)層電子數(shù)。

2.價(jià)層電子對(duì)盡可能彼此遠(yuǎn)離，使它們之間的斥力最小。

3.通常采取對(duì)稱結(jié)構(gòu)，分子的構(gòu)型總是采取電子對(duì)排斥力平衡的形式。

4.ABn型分子的幾何構(gòu)型取決于中心原子A的價(jià)層中電子對(duì)的排斥作用。

二、推斷分子或離子空間構(gòu)型的步驟

1.確定中心原子中價(jià)層電子對(duì)數(shù)

（1）中心原子價(jià)層電子對(duì)總數(shù)和對(duì)數(shù)

①中心原子價(jià)層電子總數(shù)等于中心原子A的價(jià)電子數(shù)加上配體在成鍵過(guò)程中提供的電子數(shù)，如CCl4：4+1×4=8

②氧族元素的原子作中心原子時(shí)，價(jià)電子數(shù)為6，如H2O、H2S；作配體時(shí)，提供電子數(shù)為0，如在CO2中O提供的是0個(gè)電子。

③處理離子體系時(shí)，要加減離子價(jià)。如：PO3-4：5+0×4+3=8；NH+4：5+1×4-1=8。

④總數(shù)除以2，即可得電子對(duì)數(shù)：總數(shù)為奇數(shù)時(shí)，對(duì)數(shù)進(jìn)1。例如：總數(shù)為9，對(duì)數(shù)為5。

⑤中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)計(jì)算公式：

價(jià)層電子對(duì)數(shù)=（中心原子價(jià)電子數(shù)+配位原子提供的電子數(shù)-離子電荷代數(shù)值）/2

如PO3-4：磷原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=[5+0-（-3）]/2=4；NH3：氮原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)=（5+1×3）/2=4。

（2）根據(jù)中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)，找到相應(yīng)電子對(duì)的排布，這種排布方式可使電子對(duì)之間的斥力最小（見(jiàn)表1）。

三角形 四面體 三角雙錐 八面體（3）分子的構(gòu)型取決于中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)目及電子對(duì)的構(gòu)型。

（4）配位原子按相應(yīng)的幾何構(gòu)型排布在中心原子周圍，每1對(duì)電子連接1個(gè)配位原子，剩下未結(jié)合的電子便是孤對(duì)電子，孤對(duì)電子的位置會(huì)影響分子的空間構(gòu)型。

孤對(duì)電子與成鍵電子對(duì)比較的原則是：孤對(duì)-孤對(duì)的排斥力>>孤對(duì)-成鍵電子對(duì)的排斥力>成鍵-成鍵電子對(duì)的排斥力。在包括有多重鍵的分子中，多重鍵作單鍵處理，多重鍵對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥力大小次序?yàn)椋喝I>雙鍵>單鍵。

（5）中心原子相同時(shí)，配體電負(fù)性越大，鍵角越小。如，鍵角：NF3

配位原子相同時(shí)，中心原子的電負(fù)性越小，鍵角越小。如，NH3>PH3；H2O>H2S。

2.判斷分子的空間構(gòu)型

根據(jù)中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)，找出相應(yīng)的價(jià)層電子對(duì)構(gòu)型，再根據(jù)價(jià)層電子對(duì)中的孤對(duì)電子數(shù)，確定電子對(duì)的排布方式和分子的空間構(gòu)型。電子對(duì)相互排斥，在空間達(dá)到平衡取向。

（1）若在ABn分子中，配體數(shù)和電子對(duì)數(shù)相一致，即中心原子無(wú)孤對(duì)電子時(shí)，則分子構(gòu)型和電子對(duì)構(gòu)型一致。其一般規(guī)律見(jiàn)表2。

CH4、SiH4、NH+4（2）當(dāng)配體數(shù)少于中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)時(shí)，一部分電子對(duì)成為成鍵電子對(duì)，另一部分電子成為孤對(duì)電子，確定出孤對(duì)電子的位置，分子構(gòu)型才能確定。如，中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4，則價(jià)層電子對(duì)排布構(gòu)型為四面體形，但如果有孤對(duì)電子時(shí)，一對(duì)孤對(duì)電子占據(jù)一個(gè)頂點(diǎn)，每個(gè)配位原子占據(jù)一個(gè)頂點(diǎn)，從而會(huì)形成不同的分子構(gòu)型。如H2O和NH3中的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)相同，都是4個(gè)，但由于H2O中有兩個(gè)頂點(diǎn)是孤對(duì)電子占據(jù)，所以形成的分子構(gòu)型是“V”形，而NH3中的中心原子只有一對(duì)孤對(duì)電子，即只有一個(gè)頂點(diǎn)是孤對(duì)電子占據(jù)，所以形成的分子構(gòu)型是三角錐形。

三、典例精講，融會(huì)貫通

例1下列物質(zhì)的分子的幾何構(gòu)型為正四面體的是 （ ）。

A.CH4 B.PH3 C.H2O D.CO2

解析根據(jù)中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)及孤對(duì)電子對(duì)數(shù)的換算方法，將四種分子中的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)等比較見(jiàn)表3。

構(gòu)型CH440四面體形正四面體形PH341四面體形三角錐形H2O42四面體形V形CO220直線形直線形答案：A

例2利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷下列分子和離子的幾何構(gòu)型（價(jià)層電子總數(shù)、電子對(duì)數(shù)、電子對(duì)構(gòu)型和分子構(gòu)型）：AlCl3、H2S、SO2-3、NH+4、NO-2、IF3。

解析根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論中的電子數(shù)的計(jì)算方法計(jì)算出價(jià)層電子數(shù)、電子對(duì)數(shù)、從而得到相應(yīng)的電子對(duì)構(gòu)型，再根據(jù)中心原子的電子對(duì)和孤對(duì)電子對(duì)數(shù)的關(guān)系得到相應(yīng)的分子的空間構(gòu)型，具體表4。

體形V形T字形總之，分子構(gòu)型是中學(xué)化學(xué)中必須掌握，也是高考必考的知識(shí)點(diǎn)，運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥理論進(jìn)行分子構(gòu)型判斷是比較簡(jiǎn)捷的方法，掌握其判斷依據(jù)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兪接?xùn)練，就可以達(dá)到熟練運(yùn)用的目的。（收稿日期：2015-10-15）