高中化學一輪復習中VSEPR理論在鍵角大小比較中的應用

金敖然

(廣西壯族自治區南寧市第三中學)

在一輪復習備考“物質結構與性質”模塊的時候,學生經常遇到涉及分子中比較共價鍵夾角大小的問題.對于此類問題,教材上沒有直接的講解,有些輔導材料上的解釋也不夠系統和全面.在缺乏理論指導的情況下,學生在解答此類問題時往往無從下手,錯誤率很高.筆者通過剖析價層電子對互斥(VSEPR)理論,指導學生分析、判斷鍵角的大小,培養學生的空間想象和邏輯思維能力以及分析問題、解決問題的能力,提高高三備考的效率.

1 VSEPR理論

雜化軌道理論可以很好地解釋分子的空間構型,但是若想進一步解釋采用相同雜化類型的分子,其分子中因結合原子不同而造成結構上的變化,即鍵角的改變,雜化軌道理論就顯得“力不從心”了.高中階段用VSEPR 理論解釋或者預測分子的幾何模型簡單有效且易懂.VSEPR 理論認為分子的立體構型取決于中心原子周圍電子對之間的相互排斥,當排斥力存在時,整個分子的空間構型趨向于電子對排斥力最小的結構,維系體系能量最低.具體表現在兩個方面,一方面是看中心原子的價層電子對數目.價層電子對數＝成鍵電子對數+孤電子對數,成鍵電子對數或者σ鍵電子對數等于中心原子結合的原子數.中心原子孤電子對數的計算式為,a為中心原子的價電子數,x為結合原子數,b為結合原子所能接受的電子數.例如SO3,其成鍵電子對數為3,孤電子對數為,價層電子對總數為3.價層電子對總數決定分子的基本空間構型.另一方面,要考慮不同情況下的電子對之間斥力不同,對空間基本構型產生的影響不同,使鍵角發生改變.

2 依據VSEPR理論判斷分子的空間構型

2.1 價層電子對總數對空間構型的影響

前面講過如何確定一個分子的價層電子對數目.價層電子對數目是影響分子空間構型的主要因素,如表1所示.

表1

圖1

圖2

表2

比較分子中的C—Ga—C 鍵角大小:Ga(CH3)3________Ga(CH3)3(Et2O)(填“＞”“＜”或“＝”),其原因是________.

2.2 孤電子對對空間構型的影響

成鍵電子對與孤電子對在中心原子周圍形成的電子云分布方式不一樣,成鍵電子對由于受到2個原子核的吸引,電子云沿鍵軸方向“拉長”,而孤電子對只受中心原子吸引,因而電子云更加“聚攏”于中心原子一側,占據較大空間.這樣孤電子對對相鄰電子對的排斥力就更大,NH3中成鍵電子對與孤電子對的電子云分布情況如圖3所示.不同電子對之間的排斥力大小順序為:孤—孤＞孤—鍵＞鍵—鍵.孤電子對越多,對成鍵電子對的斥力越大,共價鍵鍵角就越小.

圖3

A.CH4和H2O 的VSEPR 模型均為四面體

C.CF4和SF4均為非極性分子

D.XeF2與XeO2的鍵角相等

圖4 SF4 分子的空間構型

圖5 XeF2 分子的空間構型

2.3 多重鍵對空間構型的影響

共價鍵包括單鍵、雙鍵、三鍵、大π鍵等.我們通常把含有π鍵的共價鍵稱作重鍵.π鍵不影響分子的骨架,但是π鍵增多,成鍵電子占據的空間就越大,對其他電子對的斥力也隨之增大,導致鍵角改變.一般來講,π鍵的成分越多斥力越大,包含多重鍵的鍵角會變大,而單鍵之間的鍵角會變小.

圖6 甲醛分子構型

2.4 中心原子相同,配原子不同

當中心原子相同,配原子不同時,由于配原子的電負性不同,配原子的電負性越大成鍵電子對越靠近配原子,距離中心原子越遠,成鍵電子對的斥力就會越小,其鍵角也會變小.

2.5 配原子相同,中心原子不同

當配原子相同,中心原子不同時,隨著中心原子的電負性增大,中心原子對成鍵電子對吸引力增強,成鍵電子對靠近中心原子,造成成鍵電子對間的斥力增加,鍵角增大,

3 結束語

學生通過學習,深入理解VSEPR理論,了解影響鍵角大小的因素,綜合運用所學知識,可以準確預測分子結構中的鍵角大小關系.通過學習這部分知識,可以提升空間想象能力,提高分析問題和運用知識解決問題的能力,同時可以促進對雜化軌道理論、原子核外電子排布規律以及電負性等知識的理解,整體提升高三一輪復習中物質結構知識模塊的復習效果.

(完)