怎樣快速推斷分子的立體構型

人教課標版高中化學選修3——《物質結構與性質》中介紹了用價層電子對互斥理論（簡稱VSEPR理論）預測AXn型分子的立體構型的方法。該方法的要點是：（1）確定中心原子A的價層電子對數；（2）由VSEPR模型確定分子（或離子）的立體構型。

VSEPR理論因為方法簡單而得到普遍應用。但是按上述方法確定價層電子對數感覺還是有些麻煩，現介紹一種確定價層電子對數的簡便方法。

中心原子（A）的價層電子數=中心原子（A）的價電子數+配位原子（X）提供的電子數。價層電子對數=價層電子數×。每個配位原子（X）提供的電子數等于該化合物中X的化合價的絕對值。若為離子，則結果應減去或加上該離子失去或得到的電子數；若配位原子為氧族元素原子，則認為其不提供電子給中心原子。

舉例如下：分別求H2O、BeCl2、NO2、NH4+、SO42-的空間構型。

解析：對于H2O，中心原子O最外層6個電子加上2個H原子提供的2個電子，故價層電子數為8，價層電子對數為4。VSEPR模型為四面體，但O原子只與兩個H原子成鍵，說明四面體四個頂點中兩個頂點為H原子占據，另兩個頂點為未參與成鍵的孤對電子占據，故H2O分子立體構型為V形。

對于BeCl2，Be原子最外層2個電子、2個Cl原子提供2個電子，價電子數共4個，共2對，故立體構型為直線形。

NO2分子中，N原子最外層5個電子，認為O原子不提供電子，故中心原子價層電子對數為2.5進為3，VSEPR模型為平面三角形，但N原子只結合兩個O原子，兩個O原子占據三角形兩個頂點，故另一頂點為孤對電子占據，N原子處于三角形中心，故NO2立體構型為V形。

對于NH4+，N原子最外層5個電子，4個H原子提供4個電子，又失去一個電子，故價層電子對數為×（5+4-1）=4，立體構型為正四面體。

SO42-類似可得：S最外層6個電子，O原子不提供電子，又得到2個電子，故價層電子對數為×（6+2）=4，立體構型為正四面體。

該方法與課本所述方法比較，省去了孤對電子的計算，因而能快速地確定分子的立體構型。但是對于中心原子以雙鍵或三鍵與配位原子成鍵的，有時候按此方法得出的結論是錯誤的，這是因為，當中心原子以雙鍵或三鍵與配位原子成鍵時，從空間結構上看，原子之間有無π鍵并不影響其空間構型。但在計算時，是把其中的π鍵電子對當作σ鍵電子對數計算的，因此結論錯誤。按VSEPR理論，價層電子對數是孤對電子數與σ鍵電子對數之和，故若能準確寫出物質的電子式或結構式，即可準確判斷出其立體構型。

如求HCN、NH3、HCHO的立體構型。

解析：分別寫出HCN、NH3、HCHO的電子式，結構式如下：

電子式：

結構式：

不論是看結構式還是電子式，都可發現：

在HCN中，中心原子C分別與H、N形成σ鍵，故有兩個σ鍵，因為C原子最外層4個電子中，有2個與N原子形成了2個π鍵，故沒有孤對電子，故按照價層電子對互斥理論，價層電子對數為2，立體構型為直線形。

在NH3分子中，N原子提供3個電子分別與3個N原子形成3個σ鍵，N原子外層5個電子，還有2個電子未參與成鍵，為孤對電子，故σ電子對數為3，孤電子對數為1，VSEPR模型為四面體，空間構型為三角錐形。

對于甲醛HCHO，中心原子C原子最外層4個電子，提供2個電子與O原子形成雙鍵，另2個電子分別與2個H原子形成σ鍵，故σ電子對數3，孤對電子為0，立體構型為平面三角形。

我們知道，CH4立體構型為正四面體，CCl4分子可看作CH4中4個H原子被Cl原子取代的產物，故立體構型也為正四面體，類似的，CHCl3、CH2Cl2等立體構型為四面體。由此可知，一種分子若能看作另一分子中某些原子被同價態（絕對值相等）的原子取代的產物，則兩分子立體構型相同。如，HClO分子與H2O、H2S分子立體構型都為V形，CS2與CO2立體構型都為直線形，BCl3與BF3都為平面三角形，SiCl4與CF4都為正四面體等。

還可以依據等電子原理確定某些分子（或離子）的空間構型。等電子原理的內容是：原子總數相等，價電子總數也相等的微粒（稱為等電子體）結構相似，物質性質具有相似性。

根據等電子原理，兩種互為等電子體的微粒其立體構型相同。因此，一種分子（或離子）的立體構型可通過求其等電子體的立體構型獲得。如，NO2和CO2為電子體，O3與SO2為等電子體，H3O+與NH3為等電子體，故可知NO2立體構型為直線形，O3為V形，H3O+為三角錐形，等等。

對于不屬于AXn型的比較復雜的分子，有些可以通過把分子分割為AXn型來判斷，如H2O2分子，結構式H—O—O—H，可分別看作兩個HO2結構疊加兩成。根據前述判斷方法，H2O立體構型為V形，有兩個孤電子對，故從空間孤對電子斥力最小的要求看，H2O2最穩定結構應為N形，兩個H原子處于不同平面；而對于C2H2分子而言，其立體構型可看作兩個H—C≡C結構的組合而H—C≡C結構應為直線形，故H—C≡C-H為直線形結構。

（作者單位 陜西省商洛市商州區中學）