cs2的空间构型
-
2023年3月2日发(作者：幼儿情商)1
第二节分子的空间构型
一、等电子原理
原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，许多性质是相似的，此原理称为等电子原理。
（1）等电子体的判断方法：在微粒的组成上，微粒所含原子数目相同；在微粒的构成上，微粒所含价电子数
目相同；在微粒的结构上，微粒中原子的空间排列方式相同。（等电子的推断常用转换法，如CO
2
=CO+O=N
2
+O=N
2
O=
N
2
+N—=N
3
—或SO
2
=O+O
2
=O
3
=N—+O
2
=NO
2
—）
（2）等电子原理的应用：利用等电子体的性质相似，空间构型相同，可运用来预测分子空间的构型和性质。
等电子体的判断方法
具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征，这一原理称为等电子原理。如果仅从概念字面
出发，判断与A粒子互为等电子体的B粒子的化学式，往往感觉无从下手，或东拼西凑的试写，试写也往往只注
意“价电子数”或“原子数”相同某一方面而错答。如写CH
4
分子的等电子体时许多学生写成NH
3
（原子数不同）、CCl
4
（价电子数不同）等，至于再稍复杂一些的，错的更多，实际体现为问题解决方法的欠缺。等电子体的判断一般可
采取以下几种方法：
1、同族元素互换法
即将既定粒子中的某元素换成它的同族元素。如：
（1）CCl
4
的等电子体确定：换IVA族元素有SiCl
4
、GeCl
4
等；换VIIA族元素有CF
4
、CBr
4
、CI
4
、CFCl
3
、……；
同时换可有SiF
4
、SiFCl
3
、……。
（2）CO
2
的等电子体确定：可将O原子换为S原子得COS、CS
2
，注意不能将C原子换为Si原子，因为CO
2
和
SiO
2
的结构不同（前者为分子晶体，后者为原子晶体）。同理，不能将BeCl
2
的等电子体确定为MgCl
2
或BeF
2
（后
两种为离子晶体）。
（3）SO
4
2－的等电子体确定：将一个O原子换为S原子得S
2
O
3
2－；NO
3
－的等电子体可确定为PO
3
－。
（4）对于原子晶体类也可作类似推导：金刚石Cn与晶体硅Sin互为等电子体。
2、价电子迁移法
即将既定粒子中的某元素原子的价电子逐一转移给组成中的另一种元素的原子，相应原子的质子数也随之减少或增
加，变换为具有相应质子数的元素。
一般来说，讨论的元素为s区或p区元素，即主族元素居多，通常相关元素的族序数满足A+B=C+D（或A+B=2C）
关系的，可考虑将A、B等个数换为C、D（或1A、1B换为2C）。如：
（1）CO
2
的等电子体确定，除了上述结果以外，还可以采用价电子迁移法：C、O原子的价电子数分别为4、6，
从周期表中的位置看，中间夹着N元素，N原子价电子数为5，一个O原子拿一个电子给C原子，在电性不变条
件下质子数同时变为7（价电子同时变为5），则可换为两个N原子（由此也可以看出N
2
与CO互为等电子体）得
N
2
O；如果将C原子的两个价电子转移给两个O原子，元素原子分别转换为1个Be、2个Cl，就可以得到CO
2
的
另一个等电子体BeCl
2
。
同样可以判断：金刚石C
2
n与晶体硅Si
2
n的等电子体还可以为金刚砂(SiC)n、GaAs、AlP等；石墨C
2
n与白石墨
(BN)n互为等电子体；无机苯B
3
N
3
H
6
与有机苯C
6
H
6
互为等电子体。
（2）离子之间的等电子体也可以推导：与N
3
－的等电子体查找方法，可将2个N原子换为1个C原子和一个O原
子可得CNO－。
2
3、电子—电荷互换法
即将既定粒子中的某元素原子的价电子转化为粒子所带的电荷。这种方法可实现分子与离子的互判。如：
CN－的等电子体查找可用N原子1个电子换作1个负电荷，则N原子换为C原子，离子带2个负电荷，其等电子
体即为C
2
2－；反之，将CN－的电荷转化为1个电子，该电子给C原子，即得N
2
，若给N原子即得CO。同样可判
断HNO
3
的等电子体为HCO
3
－；ICl
4
－与XeCl
4
互为等电子体。
【练习】
1.与CNO－互为等电子体的分子、离子化学式依次为、（各写一种）。
2.（1）根据等电子原理，写出CO分子的结构式；
（2）写出NO
2
+离子的电子式。
【例1】通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体．人们发现等电子体的空间结构相同，则下
列有关说法中正确的是（）
A
．
CH
4
和
NH
4
+是等电子体，键角均为
60
°
B
．
NO
3
﹣和
CO
3
2﹣是等电子体，均为平面正三角形结构
C
．
H
3
O+和
PCl
3
是等电子体，均为三角锥形结构
D
．
B
3
N
3
H
6
和苯是等电子体，
B
3
N
3
H
6
分子中不存在
“
肩并肩
”
式重叠的轨道
【例
2
】与
CO
3
2﹣不是等电子体的是（）
A
．
SO
3
B
．
BF
3
C
．
NO
3
﹣D
．
PCl
3
【练习】
1.根据等电子原理判断，下列说法中错误的是（）
A
．
B
3
N
3
H
6
分子中所有原子均在同一平面上
B
．
B
3
N
3
H
6
分子中存在双键，可发生加成反应
C
．
H
3
O+和
NH
3
是等电子体，均为三角锥形
D
．
CH
4
和
NH
4
+是等电子体，均为正四面体
3
2．下表为周期表的一部分，其中的编号代表对应的元素。
(1)写出上表中元素I的价层电子排布图。元素C、D、E、F的第一电离能由大到小的顺序是(用元素符号表示)。
(2)元素A分别与C、D、E形成最简单的常见化合物分子甲、乙和丙。下列有关叙述不正确的有（）
A．甲、乙和丙分子的空间构型分别为正四面体形、三角锥形、V形
B．甲、乙和丙分子中，中心原子均采取sp3的杂化方式
C．三种分子中键角由大到小的顺序是丙>乙>甲
D．甲、乙和丙分子均为由极性键构成的极性分子
(3)由元素J、C、E组成一种化学式为J(CE)的配位化合物，该物质常温下呈液态，熔点为
—20．5℃，沸点为103~C，易溶于非极性溶剂。据此可判断：该化合物的晶体中存在的作用力有（）
A．离子键B．极性键C．非极性键D．范德华力E．氢键F．配位键
Ⅱ．(1)BCl3中B原子的杂化方式为。第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有种。写出与BCl3结构相同的一
种等电子体(写离子)。
(2)科学家测得胆矾中既含有配位键，又含有氢键，其结构示意图可简单表示如下：
①胆矾的化学式用配合物的形式表示为的
②胆矾中SO4
2-的空间构型为
4
二、价电子互斥理论：
（1）价电子互斥理论的基本要点：AB
n
型分子（离子）中中心原子A周围的价电子对的几何构型，主要取决
于价电子对数（n），价电子对尽量远离，使它们之间斥力最小。
（2）AB
n
型分子价层电子对的计算方法：
①对于主族元素，中心原子价电子数=最外层电子数，配位原子按提供的价电子数计算，如：PCl
5
中
②O、S作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为6；
Cl原子作为配位原子时，按提供1个价电子计算，作中心原子时价电子数为7.
③离子的价电子对数计算
如：NH
4
+：；SO
4
2-：
3、杂化轨道理论
（1）杂化轨道理论的基本要点：
①能量相近的原子轨道才能参与杂化。
②杂化后的轨道一头大，一头小，电子云密度大的一端与成键原子的原子轨道沿键轴方向重叠，形成σ键；由
于杂化后原子轨道重叠更大，形成的共价键比原有原子轨道形成的共价键稳定。
③杂化轨道能量相同，成分相同，如：每个sp3杂化轨道占有1个s轨道、3个p轨道。
④杂化轨道总数等于参与杂化的原子轨道数目之和。
（2）s、p杂化轨道和简单分子几何构型的关系
杂化类型
spsp2sp3sp3不等性杂化
轨道夹角
180o120o109o28′
中心原子位置ⅡA，ⅡBⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA
中心原子孤对电子数
000123
分子几何构型直线形平面三角形正四面体形三角锥形V字形直线形
实例
BeCl
2
、HgCl
2
BF
3
CH
4
、SiCl
4
NH
3
、PH
3
H
2
O、H
2
S
HCl
（3）杂化轨道的应用范围：杂化轨道只应用于形成σ键或者用来容纳未参加成键的孤对电子。
（4）中心原子杂化方式的判断方法：看中心原子有没有形成双键或叁键，如果有1个叁键，则其中有2个π
键，用去了2个p轨道，形成的是sp杂化；如果有1个双键则其中有1个π键，形成的是sp
2杂化；如果全部是单
键，则形成的是sp
3杂化。
5
4、分子空间构型、中心原子杂化类型和分子极性的关系
分子（离子）中心原子价
电子对
杂化类型VSEPR模型分子空间构
型
键角分子的极性
CO
2
2sp
直线直线形
180o非
SO
2
3sp2平面三角V字形极
H
2
O、OF
2
、
4sp3平面三角V字形——极
HCN2sp
直线直线形
180o极
NH
3
4sp3正四面体三角锥形107o18′极
BF
3
、SO
3
3sp2平面三角平面三角形
120o非
H
3
O+4sp3正四面体三角锥形107o18′——
CH
4
、CCl
4
4sp3正四面体正四面体形109o28′非
NH
4
+4sp3正四面体正四面体形109o28′非
HCHO、COCl
2
3sp2平面三角平面三角形——极
杂化类型的判断方法
1、取代法
以中学常见的、熟悉的基础物质分子为原型，用其它原子或原子团取代原型分子中的部分原子或原子团，得到的新
分子中心原子与原型分子对应的中心原子的杂化类型相同。如：
(1)CH
3
CH=CH
2
分子中C原子的杂化类型判断，看作乙烯基取代了甲烷分子中的一个H原子，则甲基C原子为sp3
杂化，也可看作甲基取代了乙烯分子中的一个H原子，故两个不饱和C原子均为sp2杂化；
(2)(CH
3
)
3
N看作三个甲基取代了NH
3
分子中的三个H原子而得，所以其分子中N原子采用sp3杂化；
(3)H
2
O
2
看作羟基取代了H
2
O分子中一个H原子，H
2
O
2
中O原子应为sp3杂化；
(4)B(OH)
3
看作三个羟基取代了BF
3
中的F原子，可知B(OH)
3
中B原子为sp2杂化。
2、价电子对数计算法
对于ABm型分子(A为中心原子，B为配位原子)，分子的价电子对数可以通过下列计算确定：n=1/2（中心原子的
价电子数+每个配位原子提供的价电子数×m），
配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算；
若为离子，须将离子电荷计算在内：n=1/2（中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×m±离子电荷数），
阳离子取“－”，阴离子取“+”。
根据价电子对数可以有以下结论：
分子价电子对数几何构型中心原子杂化类型
BeCl
2
2直线型sp
BF
3
3平面三角形sp2
SiCl
4
4正四面体sp
3
一般来讲，计算出的n值即为杂化轨道数，能直接对映中心原子的杂化类型。如：SO
4
2－的n=4，中心原子S原子
为sp3杂化；NO
3
－的n=3，中心原子N原子为sp2杂化；ClO
3
－、ClO
4
－的n均为4，Cl原子均为sp3杂化（但离子
空间构型不同，从价层电子对互斥模型看，前者为三角锥形，后者为正四面体型）。
这种方法不适用于结构模糊或复杂的分子、离子，如NO
2
+、H
2
B=NH
2
等的中心原子杂化类型学生就很难用该法进
行判断，但可以从其它途径确定。
6
3、等电子原理应用
等电子体具有相同的结构特征，则等电子体的中心原子的杂化类型相同。用此方法将结构模糊或复杂的分子、离子
转化成熟悉的等电子体，然后进行确定。如NO
2
+、H
2
B=NH
2
分别与CO
2
、CH
2
=CH
2
互为等电子体，而CO
2
、CH
2
=CH
2
中心原子C原子分别为sp、sp2杂化，则NO
2
+中心原子N原子为sp杂化，H
2
B=NH
2
中心原子B、N原子均为sp2
杂化。
4、价键直查法
从杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未杂化轨道形成键，杂化轨道形成键，若未参与成键，剩余的必然是杂化
轨道上的孤对电子。
在能够明确结构式的分子、离子中心原子杂化类型分析时，可直接用下式判断：杂化轨道数n=中心原子的键数+
中心原子的孤电子对数（多重键中只有一个键，其余均为键），可方便找到中心原子的杂化类型。如：
(1)SiF
4
分子中Si原子轨道杂化类型分析，基态Si原子有4个价电子，与4个F原子恰好形成4个键，无未成键电
子，n=4，则SiF
4
分子中Si原子采用sp3杂化；
(2)基态C原子有4个价电子，在HCHO分子中，C原子与2个H原子形成2个键，与O原子形成C=O双键，C=O
双键中有1个键、1个键，C原子无剩余价电子，n=3，则HCHO分子中C原子采用sp2杂化；
(3)三聚氰胺中有两种环境的N原子，环外N原子形成3个键，用去基态N原子5个价电子中的3个,余下1个孤
电子对，n=4，则环外N原子采用sp3杂化，环内N原子形成2个键、1个键，用去基态N原子5个价电子中的3
个,余下1个孤电子对，n=3，则环内N原子采用sp2杂化。
【练习】
1.三聚氰胺的结构简式如右：
⑴三聚氰胺的分子式为____________；分子中碳原子的杂化方式是______；分子中处于同一平面的氮原子有______
个。
⑵三聚氰胺的水溶液呈弱碱性，其原因是_______________________________________。
⑶三聚氰胺在高温下可释放氰化物，六氰合亚铁离子[Fe(CN)6
4-]中也含有CN-，写出一种与CN-互为等电子体的单质
分子的路易斯结构式________________。
⑷三聚氰胺性状为纯白色单斜棱晶体，无味，密度1.573g／cm3(16℃)。常压熔点354℃（分解）；快速加热
升华，升华温度300℃。据此可判断三聚氰胺的晶体类型应为______________晶体。
7
【例1】以N
A
表示阿伏加德罗常数，则下列说法正确的是（）
A．1molNH
3
分子中含有3N
A
个σ键和4N
A
个sp3杂化轨道
B．1molCO
2
分子中含有2N
A
个σ键和2N
A
个sp杂化轨道
C．1molC
2
H
2
分子中含有2N
A
个σ键、2N
A
个π键
D．1molC
2
H
4
分子中含有4N
A
个σ键、2N
A
个π键
【例
2
】下列说法中正确的是（）
A
．
PCl
3
分子是三角锥形，这是因为
P
原子是以
sp2杂化的结果
B
．
sp3杂化轨道是由任意的
1
个
s
轨道和
3
个
p
轨道混合形成的四个
sp3杂化轨道
C
．凡中心原子采取
sp3杂化的分子，其
VSEPR
模型都是四面体
D
．
AB
3
型的分子立体构型必为平面三角形
【例3】
1932
年美国化学家鲍林首先提出了电负性的概念．电负性（用
X
表示也是元素的一种重要性质，下表给出
的是原子序数小于
20
的
16
种元素的电负性数值：
元素
HLiBeBCNOF
电负性
2.11.01.52.02.53.03.54.0
元素
NaMgAlSiPSClK
电负性
0.91.51.72.33.00.8
请仔细分析，回答下列有关问题：
①
预测元素周期表中，
X
值最小的元素位置和名称：（放射性元素除外）．
②
根据表中的所给数据分析，同周期内的不同元素
X
的值变化的规律是
通过分析
X
值变化规律，确定
P
、
Mg
的
X
值范围：＜
X
（
P
）＜，＜
X
（
Mg
）＜．
③
经验规律告诉我们：当形成化学键的两原子相应元素的电负性差值大于
1.7
时，所形成的一般为离子键；当小
于
1.7
时，一般为共价键．试推断
AlCl
3
、
Al
2
O
3
中形成的化学键的类型分别为（填离子键或共价键）
④
根据所学分子的立体构型和杂化方式来填写下列表格
微粒
BeCl
2
H
2
SNH
3
CO
3
2﹣BF
3
中心原子杂化方
式
微粒的空间构型
8
【练习】
1.下表是元素周期表的一部分．表中所列的字母分别代表一种化学元素．
试回答下列问题：（答案中涉及字母均用具体元素符号作答）
（1）I的元素符号为，K的元素名称为，J在周期表中的位置是；
（2）写出基态时J元素原子的电子排布式，N元素原子的简化电子排布式．
（3）ABGH的原子半径大小顺序是；ABCD的第一电离能大小顺序是；
ABCD的电负性大小顺序是ABGH的最高价氧化物的水化物酸性强弱顺序是；
（4）AC
3
2﹣的中心原子的杂化轨道类型是，微粒的空间构型是；BD
3
中心原子的杂化轨道类型是；分
子的空间构型是；
（5）根据等电子原理，指出B
2
C与AC
2
，AC与B
2
互为等电子体，那么A
2
B分子中的σ键数目为，π键数目
为，AC分子中的σ键数目为，π键数目为；
（6）在L
3
[J（AB）
6
]中中心离子是，配体是，配位数是．
2.K
4
[Fe（CN）
6
]强热可发生反应：3K
4
[Fe（CN）
6
]2（CN）
2
↑+12KCN+N
2
↑+Fe
3
C+C
（1）K
4
[Fe（CN）
6
]中Fe2+的配位数为（填数字）；Fe2+基态核外电子排布式为．
（2）（CN）
2
分子中碳原子杂化轨道类型为；1mol（CN）
2
分子中含有σ键的数目为．
（3）O
2
2+与CN﹣互为等电子体，则O
2
2+的电子式为．
（4）Fe
3
C的晶胞结构中碳原子的配位数为6，碳原子与紧邻的铁原子组成的空间构型为．