价层电子对互斥理论
价层电子对互斥理论
第7讲价层电子对互斥理论根据预习里已经学习的内容，你发现常见分子或者离子的空间构型可以通过记忆获取。
但是，分子或者微粒的种类数目有许许多多，陌生微粒的空间构型应该如何推断呢？1．价层电子对互斥理论(VSEPR)分子中的价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对，由于电子对的相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离，分子尽可能采取对称的立体构型，以减小斥力。
2．价层电子对的确定方法(1)a 表示中心原子的价电子数。
对主族元素：a ＝最外层电子数； 对于阳离子：a ＝价电子数－离子电荷数； 对于阴离子：a ＝价电子数＋|离子电荷数|。
(2)x 表示与中心原子结合的原子数。
(3)b 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。
3．VSEPR 模型预测分子或离子的立体构型 (1)中心原子上的价电子都用于形成共价键的分子讲义一、导入二、知识讲解知识点1 价层电子对互斥理论平面三角形正四面体形(2)中心原子上有孤电子对的分子对于中心原子上有孤电子对(未用于形成共价键的电子对)的分子，中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并互相排斥使分子呈现不同的立体构型。
VSEPR模型与分子的立体构型不一定一致，分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。
两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。
三、例题精析【教学建议】此处内容主要用于教师课堂的精讲，每个题目结合试题本身、答案和解析部分，教师有的放矢的进行讲授或与学生互动练习。
例题11．用价层电子对互斥理论判断SO3的分子构型为()A．正四面体形B．V形C．三角锥形D．平面三角形解析：选D SO3中S原子的价层电子对数为3，其全部用于形成共价键，S原子周围有3个氧原子，属于平面三角形。
例题22．连线题。
价层电子对互斥理论
三角 BF3、 SO3 形 SnBr2、 V形 PbCl2
价层 电子 对数 目
价层电 σ 键 孤电 电子对 分子的 子对的 电子 子对 的排列 空间构 实例 空间构 方式 型 对数 数 型
4 4 四面体 形 3 2
0 1 2
四面体 CH4、 CCl4 形
三角锥 NH3、 PCl3 形 V形 H2O
4+2=6 6-1=5
3 3
2 1
1、对阳离子来说，a为中心原子的价电子数减去离子的电荷 数，其它不变。 2、对阴离子来说，a为中心原子的价电子数加上离子的电荷 数，其它不变。
四、分子空间构型的确定
价层电子对有成键电子对和孤电子对之分，在得到价层 电子对数之后可得到VSEPR模型，然后我们略去VSEPR模型 中中心原子上的孤对电子，便可得到分子的立体构型。
NH3
CH4
a
孤对电子对数
x b 中心原子 上的孤电 子对数
分子 中心 或离 原子 子 H2O CO2
O
C N C
6
4 5 4
2
2 3 4
1
2 1 1
2
0 1 0
NH3
CH4
CO32-
H30+ 的孤对电子对数求法？
分子或 中心 离子 原子 CO32H30+ C O
a
x
b
中心原子 上的孤电 子对数 0 1
这样已知价层电子对的数目，就可以确定VSEPR模型。
三、价层电子对的确定方法
注：1、σ键电子对数可由分子式确定，例如：H2O 为2 NH3 为3 2、中心原子的孤对电子 =1/2（a-xb） a为中心原子的价电子数 x为与中心原子结合的原子数 b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数
价层电子对互斥理论
90°孤电子对—成键电子对排斥作用数 4 6 3
90°成键电子对—成键电子对排斥作用数 2 0 2 最稳定的几何构型为a ClF3的结构“T”型 这与实验完全相符.
ClF3
分子构型：T字型
Chlorine trifluoride, ClF3 Lewis structure: Central atom chlorine Valence electrons on central atom 7 3 F atoms each contribute 1 electron: 3 Total 10 Divide by 2 to give electron pairs 5 5 electron pairs: trigonal bipyramidal geometry for the five shapedetermining electron pairs
电子构型与分子构型不一致
电子数为5时，孤对总是尽 先处于三角双锥的腰部位置
VP = 5，电子对空间构型为三角双锥， LP占据轴向还是水平方向三角形的某个顶点？
原则：斥力最小.
例如：SF4 VP=5 LP=1 F
F F
SF
F
F
LP－BP(90o)
3
S
F F
2
结论：LP占据水平方向三角形, 稳定分子构型为 变形四面体 (跷跷板形).
价层电子对互斥理论 ——VSEPRT
一、 VSEPRT的V基BT本和要H点OT都可以解释共价键 M1.价电型小斥中何的论E理构层子主的作心构le用—论型c电即对要那用原型好轨的价t子对—来可，在r子主的 是 种 越o子 ，地 道形层或此V判 以 并nM对主要构 取 几 小MS解 成成电离P，断 预 且如EX数a要周决型 各 何 ，释 键与子子Pi人分 见 十n：r决围R定， 电 构 不型分 ，特对究R们子 和 分TI定配于理 子 型 难分e子 有点的C竟（价提或 判 成p于l置中想 对 ， 得子u的 些，种2采V层出离 断 功-ls中a的心的 之 据 出或,空 情尤类C用i电了子 分 和loe心原原l价 间 价离n间 况n其和F哪子一几 子 有cT3原子子层排层子e构是是数、种对个何稳效hS子或M电斥电中e型难H目S类的h较构定.oF的MeO原子作子r，.以型空4e但为型的y等Tl的价)子对用对确这的间可一实的几.层团构最排定杂个构以个用理何的的化型较分几.
价层电子对互斥理论
90°
形状 直线形 平面三角形 正四面体 三角双锥 八面体 名称
活动二:价层电子对互斥模型（VSEPR） 理论内涵
理论提出 预测分子的立体构型 理论应用
1940 西奇威克(N.V.Sidgwick)、坡维尔(H.M.Powell)提出 1960S吉列斯比(R.J.Gillespie)、尼霍尔姆(R.S.Nyholm)发展
高二 选修3
价层电子对互斥理论
（VSEPR theory）
形形色色的分子
原子通过共用电子对所形成的相互作用（共价键）结合成分子。 分子的立体构型是“价层电子对”相互排斥的结果。
活动一：模型初探
用气球模型的空间互斥类比电子对的电性互斥
电子 对数
2
3
4
5
6
气球 模型
VSEPR 模型
180°
90° 90°
价层电子对互斥模型（VSEPR）
1.分子的立体构型取决于中心原 子理价论层应电用子对排布。
2.分子的立体构型采用价层电子 对相互排斥作用最理小论的提构出型。
理论内涵
3.价层电子对之间保持最大距离 ，分子采用对称结构。
H
·· ··
H ·· C ·· H
斥力最小 能量最低
H
价层电子对互斥模型（VSEPR）
分子：价电子数（最外层电子数） 阳离子：价电子数－电荷数 阴离子：价电子数 + 电荷数
①σ键电子对数可由分子式确定。
②中心原子上的孤电子对数= 12（a－xb）
中心原子结合 的原子数
与中心原子结合的原子 最多能接受的电子数
O2 N3 N4
6
2 12
5
311
5-1=4 4 1 0
价层电子对互斥理论
7.3.3 价层电子对互斥理论（VSEPR）1940年由西奇维克（N.V.Sidgwick）提出的价层电子对互斥理论，可以相当成功地简便地判断许多共价型分子的几何构型。
1．分子几何学分子的形状或分子内某个部位的形状（几何构型），对于化学反应致关重要，也与其物理性质密切相关。
知道分子的几何构型，就可以确定其对称类型，这对简化近似求解体系的波函数也很重要。
研究分子构型的学科叫分子几何学。
（1）几何构型与分子设计。
人接触路易氏毒气后，皮肤严重烧伤，肺和支气管迅速遭到损害，最终导致死亡。
原因是毒剂破坏了人体内含硫酶的生物活性。
英国人在可能遭到路易氏毒气袭击前就研制了一种具有特定结构和电子密度分布的解毒剂，它可以和砷形成稳定的配合物。
另外，失能剂的设计、催化剂的设计，以及在超分子中分子间的识别、自组装等都有分子几何构型匹配的问题。
（2）分子几何构型与气味。
有人将气味分成七种类型，即樟脑型、醚型、花香型、麝香型、薄荷型、辛辣型及腐臭型。
其它气味则是两种或几种气味的混合。
每种气味都与人的嗅觉系统中适当形状的神经末梢的感受器相适应。
例如六氯乙烷和环辛烷组成不同，但分子形状相似，都能与一个半球形感受器相匹配，因而都有樟脑型气味。
（3）分子几何构型与对称性。
甲烷是气体，易燃；而四氯化碳是液态，阻燃。
但是由于它们具有相同的四面体构型（相同的对称性），因此它们都是非极性分子，都没有旋光性等。
互为镜像的对应异构体往往也具有不同的性质。
如四嘧唑（驱虫灵）只有左旋的有药物作用，而右旋的没有。
农药、抗癌药物也有同样情况。
通过考察分子的成键过程后，不难发现分子的几何形状是与分子的电子结构相对应。
因此，尽管分子的几何形状千差万别，但都能从其内部的电子结构和分子中原子间相互作用找到根据。
价层电子对互斥理论就是讨论如何预测和研究分子的静态构型。
2．价层电子对互斥理论（1）价层电子对互斥理论的基本要点：价层电子对互斥理论认为，在一个多原子共价分子中，中心原子周围配置的原子或原子团（一般称之为配位体）的相对位置，主要决定于在中心电子的价电子层中电子对的互相排斥，它们（在保持与核一距离的情况下）趋向于尽可能的远离，使斥力最小，分子最稳定。
价层电子对互斥理论
a ) 键角 角度小时，电对距离近，斥力大 ； b ) 电子对的种类 角度相同时，
孤对电子 —— 孤对电子 斥力最大 因为负电集中。
孤对电子 —— 成键电对 斥力居中
成键电对 —— 成键电对 斥力最小 因为有配体原子 核会分散电对的负电。
结论 要尽量避免具有较大斥力的电子对分布在互成 90°
的方向上。
2
● 确定电子对的空间排布方式
中心原子上不含孤对电子的共价分子的几何形状
通式 AB2
共用 电子对
2
原子A在原子B周围的排列方式 （理想的BAB键角）
直线(180°)
结构
AB3
3
平面三角形(120°)
AB4
4
正四面体(109°28’)
AB5
5
AB6
6
三角双锥(BaABa, 180°) (BeABe, 120°) (BeABa, 90°) Ba–轴向B原子，Be平伏B原子
19
5 对电子，4 个配体，1 对孤对电子，有 2 种情况供选择 ：
甲
乙
孤对 － 孤对
0
0
孤对 － 成键
2
3
成键 － 成键
4
3
从 90 °方向上的分布情况看，‘ 甲 ’ 稳定，称变形四面体。
5 对电子，3 个配体，2 对孤对电子，有 3 种情况供选择 ：
甲
乙
丙
孤对 － 孤对 0
0
1
孤对 － 成键 6
化，由原子核间产生相对位移，即键长，键角变化引起的。
诱导极化又称形变极化，对于极性分子还有定向极化，极性
分子在电场中永久偶极矩转到与电场方向反平行，采取择优
引起的，诱导极化产生诱导偶极矩 ，
价层电子对互斥模型(VSEPR)
02
03
指导新物质合成
基于价层电子对互斥模型，化学家可 以预测新物质的可能几何构型，从而 指导新物质的合成和性质研究。
对其他学科的启示
物理学
价层电子对互斥模型中的电子排斥作用与物理学中的电磁 相互作用有相似之处，为理解电磁现象提供了新的视角。
材料科学
将价层电子对互斥模型应用于材料科学，有助于理解不同材料 的电子结构和性质，为新型材料的研发提供理论支持。
些因素，以更准确地预测分子的空间构型和性质。
04 价层电子对互斥模型的应用
在化学反应中的作用
预测分子间的相互作用
价层电子对互斥模型可以用于预测分子 间的相互作用，如氢键、离子键和共价 键的形成，从而帮助理解化学反应的机 理。
VS
预测反应活性
通过分析分子中的价层电子对分布，可以 预测分子的反应活性，从而预测化学反应 的方向和速率。
概念
该模型认为，在分子中，价层电子对 会尽可能地相互远离，以减少相互排 斥的能量，从而形成稳定的分子构型 。
发展历程与重要性
发展历程
价层电子对互斥模型最初由美国化学 家罗伯特·马利肯和丹麦物理学家哈那 德·詹森在20世纪50年代提出。
重要性
该模型在化学领域中具有重要意义， 因为它提供了一种简便的方法来预测 分子的空间构型，有助于理解分子的 性质和行为。
与价键理论的关系
关系
价层电子对互斥模型和价键理论是相辅相成的理论体 系。
区别
价键理论主要关注电子的成键和反键轨道，而价层电 子对互斥模型则更侧重于预测分子的空间构型。
联系
在价键理论的基础上，价层电子对互斥模型可以进一 步揭示分子构型的奥秘。
价层电子对互斥模型的基本原
价层电子对互斥理论
价层电子对互斥理论——一种快速判断分子和离子构型的方法分子中的价电子对（包括成键电子对n，和孤电子对m）由于相互排斥作用，尽可能趋向彼此远离以减小斥力。
【注意】如果分子中存在孤对电子对，由于孤对电子对比成键电子对更靠近原子核，它对相邻成键电子对的排斥作用较大，因而使相应的键角变小。
价电子对数计算(1)价电子对数=成键电子对n+孤对电子对m(2)成键电子对n=与中心原子成键的原子个数(3)孤电子对m=(中心原子价电子数-与中心原子结合的原子未成对电子数和)/2(4)阳离子在分子上减去所带电荷数阴离子在分子上加上所带电荷数2价电子对数与杂化轨道空间构型关系推断分子空间构型的具体步骤⑴、先确定中心原子的价层电子对数，再确定杂化轨道的空间构型n=2 直线形n=3 平面三角形n=4 正四面体⑵、确定中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型。
①若孤电子对数为0，则分子的空间构型和杂化轨道的空间构型相同②若孤电子对数不为0，则分子的空间构型和杂化轨道的空间构型不同。
分子CO2 BeCl2 BF3 CH4 HeO2 NH3价电子对数 2 2 3 4 4 4杂化轨道构型直线型直线型正三角形正四面体正四面体正四面体有无孤对电子无无无无有有分子空间结构直线形直线型平面三角形正四面体V型三角锥型推断离子空间构型的方法方法同分子空间构型的确定。
区别在于算中心原子价电子对数时，正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数。
ABm型分子（或离子）空间构型对于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子中的价电子对数可以用下式计算：n=（中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×m）/2价电子对数目为2、3、4时，价电子对的几何分布分别呈直线形、平面三角形、正四面体构型。
注意：①中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数。
②配位原子中卤素原子、氢原子提供一个价电子，氧原子硫原子按不提供价电子计算，但做为中心原子时提供6个价电子。
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CH4
0
2 __
0
3 __
0
4 __
分子或离子
CO2
2 CO3
CH4
分子或离子的立 体构型 分子或离子的立 体构型名称
直线形 _______ 平面三角形 __________ 正四面体形 ___________
(2)当中心原子有孤电子对时,两者的构型不一致。
分子 H 2O 2 __ 4 __ NH3 1 __ 4 __
阳离 子 阴离 子
价电子 中心原子的_______ 数减去离子的电荷数 ___________________ 价电子数 中心原子的_________ 加上离子的电荷数 _________________
3.价层电子对互斥模型的两种类型:
(1)当中心原子无孤电子对时,两者的构型一致。
分子或离子 中心原子上的孤电 子对数 分子或离子的价层 电子对数 VSEPR模型 VSEPR模型名称 直线形 _______ 平面三角形 ___________ 正四面体形 ___________ CO2
为4,所以 NH 的VSEPR模型与立体构型均为正四面体形。 4
3.五原子分子都是正四面体结构吗? 提示:不是,如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等,虽为四面体结构,但由于碳原 子所连的四个原子不相同,四个原子电子云的排斥力不同,使四个键的 键角不全相等,所以并不是正四面体结构。 4.一个分子的VSEPR模型与分子的真实空间构型一致吗? 提示:不一定一致。只有孤电子对数为0时,分子的立体构型与VSEPR模 型才一致。
第二节 分子的立体构型 第1课时 价层电子对互斥理论
探究
价层电子对互斥理论 研读教材·自主认知
一、形形色色的分子 直线 形和__ V 形两种。例如, 1.三原子分子:其立体构型有_____ 化学式 电子式 结构式 键角 分子的立 体结构模型 立体 构型 直线形 _______ V形 ____
CO2
109 °28' ________
二、价层电子对互斥理论
σ 键电子对 和 1.价层电子对互斥理论:分子中的价层电子对(包括___________ 中心原子上的孤电子对 由于_________ 相互排斥 作用,而趋向尽可能彼此远 _____________________)
斥力 分子尽可能采取_____ 对称 的空间构型。 离以减小_____,
2.价层电子对的确定方法:
计算方法 分子
a 价电子数 中心原子的_________
x 与中心原子 结合的原子 数 与中心原子 结合的原子 数 与中心原子 结合的原子 数
b 与中心原子结合 的原子最多能接 受的电子数 与中心原子结合 的原子最多能接 受的电子数 与中心原子结合 的原子最多能接 受的电子数
1 2 1 (6-2×2)=1; 2
2 (2)请分析计算 NH 和 CO3 的成键电子对数、孤电子对数、价层电子 4
对数与计算SO2的有什么区别。
提示:它们在计算中心原子的价电子数时不同 , NH 中的氮原子外层有 4
5个电子,而计算a时却为(5-1),说明阳离子在计算a时为中心原子的
2 中C的价电子数为4,而计算a时 价电子数减去阳离子所带电荷数; CO3
2.若ABn分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对,根据 价层电子对互斥理论,下列说法正确的是 A.若n=2,则分子的立体构型为V形 B.若n=3,则分子的立体构型为三角锥形 C.若n=4,则分子的立体构型为正四面体形 D.以上说法都不正确 ( )
【解析】选C。若中心原子A上没有未成键的孤电子对,则根据斥力最 小的原则,当n=2时,分子的立体构型为直线形;n=3时,分子的立体构 型为平面三角形;当n=4时,分子的立体构型为正四面体形。
【补偿训练】用价层电子对互斥理论判断SO3的分子构型为( A.正四面体形 C.三角锥形 B.V形 D.平面三角形
)
【解析】选D。SO3中的硫原子表现+6价,硫原子的价电子全部用于形 成了共价键,硫周围有3个氧原子,故选D。
直线形 V形 平面三 角形 三角 锥形
Cl—Be—Cl
BF3
0
3
PF3
1
4
分子 或离 子
中心 原子 孤电 子对 数
分子或 离子的 价层电 子对数
VSEPR 模型
空间 构型
结构式
NH 4
0
4
正四 面体
正四面 体形SO源自2 314
四面体
三角 锥形
答案:直线形 V形
锥形
平面三角形
三角锥形
正四面体形 三角
NH3
107° ______
正四面体 形。例如, 3.五原子分子:其可能的立体构型更多,最常见的是_________ 分子的立体 结构模型 立体 构型 正四面 _______ 体形 _____ 正四面 _______ 体形 _____
化学式
电子式
结构式
键角
CH4
109 °28' ________
CCl4
中心原子上的孤电子对数
分子的价层电子对数 VSEPR模型 VSEPR模型名称 分子的立体构型 分子的立体构型名称
四面体形 _________
四面体形 _________
V形 ____
三角锥形 _________
合作探究·核心归纳
1.已知H2O2和P4的结构如下: H 2O 2 P4
根据二者的结构,回答下列问题:
【归纳总结】
用价层电子对互斥理论推断粒子空间构型的步骤
利用VSEPR理论预测分子立体构型的思路为:σ 键电子对数+孤电子对数
=价层电子对数
体构型。
VSEPR模型
分子(或离子)的立
(1)确定中心原子的价层电子对数:正确确定σ 键数和a、x、b的值是计
算价层电子对的关键,也是判断预测VSEPR模型和立体构型的关键。
H 2O
180° O＝C＝O ______ 105° ______
平面三角 形和_______ 三角锥 形两种立体构型。 2.四原子分子:大多数采取_________ 例如, 化学 式 CH2O 电子式 结构式 键角 120° ______ 分子的立 体结构模型 立体 构型 平面 _____ 三角形 ______ 三角 _____ 锥形 _____
AB4
无孤电子对
四面体形
过关小练·即时应用
1.用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型:
BeCl2:
BF3:
,SCl2:
,PF3:
2 : , SO3
,
,
: NH 4
。
【解题指南】解答本题需注意以下3点: (1)先确定每个结构中成键电子对数及孤电子对数。 (2)再根据VSEPR模型判断分子或离子的立体构型。 (3)注意孤电子对对分子构型的影响。
却为(4+2),说明阴离子在计算a时为中心原子价电子数加上阴离子所
带的电荷数(绝对值)。
的立体 (3)根据价层电子对互斥理论,判断 NH 的 VSEPR 模型和 NH 4 4
构型。
1 提示: NH 中心氮原子上的孤电子对数为 (a-xb),其中a=5-1=4, 4 2
x=4,b=1,所以
1 (a-xb)=0,即 NH 的孤电子对数为0;其中σ键数 4 2
(1)四原子分子都为平面三角形或三角锥形吗?
提示:不是。如H2O2和P4都是四原子分子,但是H2O2的分子构型是一个
二面角构型,P4为正四面体形。
(2)空间构型相同的分子,其键角完全相同吗?
提示:不一定。如P4和CH4都是正四面体形,但是P4的键角为60°,CH4的
键角为109°28′。
2.试结合价层电子对数的计算公式,探究以下问题: (1)如何计算SO2的成键电子对数、孤电子对数、价层电子对数? 提示:SO2分子中的中心原子是S,成键电子对数为2; 孤电子对数= (a-xb)= 价层电子对数=2+1=3。
(2)确定价层电子对的空间构型:由于价层电子对之间的相互排斥作用, 它们趋向于尽可能相互远离。价层电子对的空间构型与价层电子对数 目的关系: 价层电子 对数目 价层电子 对构型
2 直线形
3 三角形
4 四面体
5 三角 双锥
6 八面体
(3)分子空间构型确定:根据分子中成键电子对数和孤电子对数,可以 确定相应的较稳定的分子几何构型。如表: 分子类型 AB2 AB3 中心原子 有孤电子对 无孤电子对 有孤电子对 无孤电子对 空间构型 V形 直线形 三角锥形 平面三角形
【解析】根据各分子的电子式和结构式,分析中心原子的孤电子对数, 依据中心原子连接的原子数和孤电子对数 ,确定VSEPR模型和分子的空 间构型。具体如下:
分子 或离 子 BeCl2 SCl2
中心 原子 孤电 子对 数
0 2
分子或 离子的 价层电 子对数
2 4
VSEPR 模型
空间 构型
结构式
直线形 四面体 平面三 角形 四面体