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先求中心原子孤电子对数(m)
利用经验规律:可用AXna±来表示只含一个中心原子的分子或离子的组成。
各符号含义:
说明:
①阳离子时相当于中心原子失电子,则“-”a,如NH4+中,m=0
②阴离子时相当于中心原子得电子,则“+”a,如SO42—、PO43—、NO3—中,m=0
HCN、CH2O中m=0,H3O+中m=1
③若m为小数时,则进一步取整数。如NO2中m=0.5,这时应当作m=1。
2.求m+n(m+n指中心原子的孤对电子对数与相连的其他原子数之和,称为价层电子对数,即杂化轨道数),规律见如下表格(应熟记!):
(m+n) | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
空间构型(即价电子对分布的几何构型) | 直线形 | 平面三角形 | 正四面体 | 三角双锥 | 正八面体 |
杂化类型 | SP | SP2 | SP3 | ∕ | ∕ |
杂化轨道夹角 | 180° | 120° | 109.5° | / | / |
注:通常也可由分子的空间构型来反推杂化类型!如金刚石、晶体硅、SiO2晶体结构中有正四面体结构,所以金刚石中的碳原子、晶体硅和SiO2晶体中的硅原子也都是采用SP3杂化形成共价键的;苯和石墨(平面形结构!)中的碳原子也都是采用SP2杂化形成共价键的。
二、该方法通常适合AXn分子或离子,对多元化合物无法处理。但我们熟悉的多元化合物分子可这样处理:
如:C2H2:因其结构为H-C≡C-H,直线型,故中心原子C的杂化类型为SP杂化,孤电子对数m=0(即碳的4个价电子全部参与成键了!)
HCN:因其结构为H-C≡N,孤电子对数m=0(即碳的4个价电子全部参与成键了!),n=2,m+n=2,故中心原子C的杂化类型为SP杂化,直线型分子。
CH2O:因孤电子对数m=0(即碳的4个价电子全部参与成键了!),n=3,m+n=3,故中心原子C的杂化类型为SP2杂化,平面三角型分子。
CH3Cl:因孤电子对数m=0(即碳的4个价电子全部参与成键了!),n=4,m+n=4,故中心原子C的杂化类型为SP3杂化,四面体型分子(注:三个SP3杂化轨道分别与三个H通过σ键结合,另一个SP3杂化轨道与一个Cl原子结合,C-H键与C-Cl键的键长不相同,故应该构成四面体分子,而不是正四面体分子!)
C2H4:中心原子C的杂化类型为SP2杂化,平面型分子。一般地:饱和烷烃中的碳采用SP3杂化;烯烃中的不饱和碳原子采用SP2杂化;炔烃中的不饱和碳原子采用SP杂化;
三、练习
化学式 | 中心原子含有 孤对电子对数(m) | 中心原子结合的 原子数(n) | 中心原子价电子对数(m+n) | 杂化类型 | 价电子对分布的几何构型 | 杂化轨道夹角 | 分子的空间构型 |
CO2 | 0 | 2 | 2 | SP | 直线形 | 180° | 直线形 |
BeCl2 | 0 | 2 | 2 | SP | 直线形 | 180° | 直线形 |
CS2 | 0 | 2 | 2 | SP | 直线形 | 180° | 直线形 |
▲HCN | 0 | 2 | 2 | SP | 直线形 | 180° | 直线形 |
▲C2H2 | 0 | / | / | SP | 直线形 | 180° | 直线形 |
BF3 | 0 | 3 | 3 | SP2 | 平面三角形 | 120° | 平面三角形 |
SO2 | 1 | 2 | 3 | SP2 | 平面三角形 | 120° | V形 |
SO3 | 0 | 3 | 3 | SP2 | 平面三角形 | 120° | 平面三角形 |
NO3— | 0 | 3 | 3 | SP2 | 平面三角形 | 120° | 平面三角形 |
▲CH2O | 0 | 3 | 3 | SP2 | 平面三角形 | 120° | 平面三角形 |
▲C2H4 | 0 | / | / | SP2 | 平面形 | 120° | 平面形 |
CH4 | 0 | 4 | 4 | SP3 | 正四面体 | 109.5° | 正四面体 |
PO43— | 0 | 4 | 4 | SP3 | 正四面体 | 109.5° | 正四面体 |
H3O+ | 1 | 3 | 4 | SP3 | 正四面体 | 109.5° | 三角锥形 |
H2S | 2 | 2 | 4 | SP3 | 正四面体 | 109.5° | V形 |
NH3 | 1 | 3 | 4 | SP3 | 正四面体 | 109.5° | 三角锥形 |
▲CH3Cl | 0 | 4 | 4 | SP3 | 正四面体 | 109.5° | 四面体 |
H2O | 2 | 2 | 4 | SP3 | 正四面体 | 109.5° | V形 |
OF2 | 2 | 2 | 4 | SP3 | 正四面体 | 109.5° | V形 |
SiO44— | 0 | 4 | 4 | SP3 | 正四面体 | 109.5° | 正四面体 |
SiCl4 | 0 | 4 | 4 | SP3 | 正四面体 | 109.5° | 正四面体 |
NH4+ | 0 | 4 | 4 | SP3 | 正四面体 | 109.5° | 正四面体 |
SO42- | 0 | 4 | 4 | SP3 | 正四面体 | 109.5° | 正四面体 |
H3O+:4条SP3杂化轨道中,其中3条SP3杂化轨道分别与3个H原子形成共价键,另一条SP3杂化轨道没有和其他原子形成共价键,故分子空间构型是三角锥型而不是正四面体!
H2O:4条SP3杂化轨道中,其中2条SP3杂化轨道分别与2个H原子形成共价键,另两条SP3杂化轨道没有和其他原子形成共价键,故分子空间构型是V型而不是正四面体!
OF2:4条SP3杂化轨道中,其中2条SP3杂化轨道分别与2个H原子形成共价键,另两条SP3杂化轨道没有和其他原子形成共价键,故分子空间构型是V型而不是正四面体!
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