第十章共价键与分子结构（4学时）
教学重点：1.共价键的形成、特点；
2.了解物质的性质与分子结构和键参数的关系；
教学难点：1.价层电子对互斥理论;
2.杂化轨道理论。
分子结构研究的内容包括：
（1）分子或晶体中直接相邻的原子或离子之间的化学键的类型及性质；
（2）分子或晶体中原子或离子的排布（空间构型）；
（3）分子与分子之间存在的相互作用力（范德华力）；
（4）分子的结构与物质的物理、化学性质的关系等。
第一节现代价键理论
离子键理论虽能很好地说明离子型化合物的生成和性质，但对于由相同原
子结合形成的单质分子，例：H
2、Cl
2
、N
2
等的形成，或由性质相近的非金属原
子形成的化合物分子，例HCl、H
2
O等。其原子间的结合力和性质却不能以离
子键理论说明。因为在这类分子的形成过程中原子间并无明显的电子得失，不可能由静电引力把组成分子的原子结合在一起。共价键理论就是说明这类化学键的形成、特点及结合力的本质的理论。
1916年美国化学家路易斯为了说明分子的形成，提出了经典的价键理论。他认为分子中每个原子应具有稳定的稀有气体原子的电子层结构，但该结构不是靠电子转移，而是通过原子间共用一对或若干对电子来实现的。这种分子中原子间通过共用电子对结合形成的化学键称为共价键。例：
该理论优点：解释了相同原子或性质相近的不同原子组成的分子。例Cl
2
HCl，
.
但也存在一些问题：如
1、由经典静电理论，同性电荷应该相斥，而二个电子皆带负电荷，为何不相斥，反而互相配对。
2、不能说明共价键的方向性。
3、有些化合物分子，中心原子最外层电子数虽少于8（如BF
3
）或多
于8（PCl
5
）也能稳定存在。
为解决以上问题，最终由鲍林在前人基础上，提出了现代价键理论，简称VB法（电子配对法）。
一、H 2共价键的形成和本质
从量子力学的观点来看，H 2分子中两个原子核的共用电子对之所以能
形成，是因为两个电子的自旋相反。这是保里不相容原理在分子结构上的应用。根据这一原理，只有自旋相反的电子才能占据同样的空间轨道；而分子中两个
电子要取同样的空间运动状
态，必须自旋相反。 1．H 2共价键的形成
当两个H 原子从远处彼此接近，它们之间的相互作用渐渐增大，如图，表明了H 2分子形成过程能量随核间距的变化。在距离较近时，原子间的相互作用和电子的自旋方向有密切的关系。如果自旋方向相反，在到达平衡距离R 0以前，
随着R 的减小，电子运动的空间轨道发生重叠，电子在两核间出现机会较多，即电子密度较大，体系的能量随着R 的减小，不断降低。直到R=R 0，出现能量最低值D ，原子间的相互作用主要表现为吸引。这种吸引作用使生成H 2分子时放出能量，达到稳定状态。在达到平衡距离以后，R 进一步缩小时，原子核之间存在的斥力使体系的能量迅速升高；这种排斥作用，又将H 原子核推回平衡位置。因此，稳定状态的H 2分子中的两个原子，是在平衡距离R 0附近振动。故R 0为H 2分子的核间距离，等于H 2分子共价键的键长。
R 0=74pm
如果电子的自旋是平行的，那么原子间的相互作用总是推斥的。因此，氢的推斥态不可能形成稳固的分子。
总的来说，这两种结果是：
两原子自旋相反↑↓，电子云分布在核间比较密集，能量降低，形成H 2；两原子自旋方向相同↑↑，电子云分布在核间比较稀疏，能量升高，不能形成分子。
2．共价键的本质：
当自旋相反的两个单电子，相互接近时，由于原子轨道的正正重叠（或负负重叠），核间产生电子云密度较大的区域，从而把两个带正电的核吸引在一
起，体系能量下降，可形成稳定的分子，这种结合力就是共价键。
二、现代价键理论的基本要点
对于H
2
的讨论推广到双原子和多原子分子，其基本要点如下：
1．自旋相反的成单电子相互接近时，核间电子密度较大，可形成稳定的化学键。
2．共价键有饱和性：一个原子有几个未成对电子，就可与几个自旋相反的电子配对成键，这便是共价键的“饱和性”。
例如：Cl：1s22s22p63s23p5
两个Cl原子各有一个未成对的p电子，可组成p-p单键的双原子分子Cl
2
，
当第三个Cl原子接近Cl
2分子时，就没有条件再结合成“Cl
3
”分子。
Cl原子中未成对电子数=共价数
Be：1s22s2没有未成对电子，则不能形成Be
2
分子。
3．共价键有方向性：
这是因为，共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向形成，叫做最大重叠原理。也就是说，轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越大，而形成的共价键也就越稳定。
三、共价键的类型——σ键和π键
1．重叠方式：
对于具有未成对s和p电子的成键原子来说，可形成s-s，p-s，p
x -p
x
，
p y -p
y
，p
z
-p
z
的重叠成键。这些原子轨道之间可以有两种成键方式：一种是沿
着键轴的方向以“头碰头”的方式发生轨道重叠。课件10页如，s-s（H
2
分子中的键）
p
x
-s（HCl分子中的键）
p
x -p
x
（Cl
2
分子中的键）
轨道重叠部分是沿着键轴呈圆柱型而分布的，这种键称为σ键。
另一种原子轨道以“肩并肩”的方式发生轨道重叠，课件11页如
p x -p
x
成σ键后p
y
-p
y
，p
z
-p
z
的轨道重叠部分通过键轴有一个镜面，镜面上下（或
前后）两部分符号相反，所以具有镜面反对称性，这种键称为π键。
2．N
2
分子的结构
N:1s22s22p3，两个氮原子可形成一个共价叁键而构成N
2
分子。由于成键方
式不同，N
2分子中一个是“头碰头”成键，两个是“肩并肩”成键，所以N
2
分子中叁键包含一个σ键，两个π键，且两个π键的成键方向互相垂直。
3．σ键与π键的对比：
4．与重键的关系：
从成键原子间的成键情况看共价键有单键和重键。按价键理论，单键是σ键，重键中总是包含π键。
单键 σ键 F 2 双键 σ键+π键 O 2 叁键 σ键+2π键 N 2 四、配位共价键
按共用电子对提供方式的不同，共价键又可分为正常共价键和配位共价键。
前面所讨论的共价键的共用电子对都是由成键的两个原子各提供一个电子组成的，称为正常共价键。此外，还有一类共价键，其共用电子对完全是由一个成键原子单独提供的。这种由一个原子单独提供共用电子对而形成的共价键称为配位共价键，简称配位键。形成配位键时，提供电子对的原子称为电子对给予体，接受电子对的原子称为电子对接受体。配位键用“→”表示，箭头
方向由电子对给予体指向电子对接受体，以区别于正常共价键。例如：
应该指出的是，正常共价键与配位键的差别仅仅表现在形成过程中，虽然共用电子对的提供方式不同，但在形成化学键后，两者是没有差别的。例如，在H 3O +中，三个O-H 键是完全等同的。
形成配位键的条件是：
（1）电子对给予体最外层有孤对电子； （2）电子对接受体有可接受孤对电子的空轨道。
五、共价键参数：表征化学键性质的物理量，如：电负性、键能、键长、键角
H ++O-H O-H :==H []+
和键的极性等叫键参数。
（一）键能：表征原子间相互作用强弱。
1．定义：在101.3 kPa，298K条件下，拆开1molAB(理想气体，标态)为A、B(理想气体，标态)时过程的焓变，称为AB键的键能，严格地叫标准键离解能。AB（g）→A（g）+B（g）△H0
298
（AB）
例如：H
2的键能为：H
2
（g）→2H(g) D(H-H)=△H0
298
(H
2
)=436kJ/mol
双原子分子，键能就等于键的离解能D。
多原子分子：键能和离解能有区别，
例如，NH
3
分子中有三个等价的N-H键，但每个键的离解能是不一样的。这是因为在多原子分子中，两原子之间的键能虽然主要由两原子本身性质所决定，但也和分子中存在的其它原子略有关系。
NH
3(g)=NH
2
(g)+H(g) D
1
=435.1kJ/mol
NH
2(g)=NH(g)+H(g) D
2
=397.5kJ/mol
NH(g)= N(g) + H(g) D
3
=338.9kJ/mol
NH
3(g)= N(g)+3H(g) D总= D
1
+ D
2
+ D
3
= 1171.5 kJ/mol
在NH
3
分子中N-H键的键能就是三个等价单键的总离解能平均值：
△H0
298
(N-H)=1/3D总=390.5kJ/mol
显然，N-H键的离解能在不同的多原子分子中数值是有差别的，但是一般差别并不算太大。不同的多原子分子中一种键的离解能很接近，我们取不同分子中相同键的离解能的平均值，作为平均键能。平均键能只是一个近似值。有的书上把平均键能统称为键能。
2．键能的变化规律：
a.键能与键数有关
C-C C=C C≡C
346 610 835 kJ/mol
b.键能和原子半径有关：键能∝1/r
c.键能和原子轨道的重叠有关
重叠程度大，则键能大。
一般，键能越大，键越牢固，由该键构成的分子也就越稳定。
（二）键长
1．定义：分子中两个原子核间的平衡距离叫做键长（或核间距）。
2．键长的变化规律：
同一主族元素的单质或同类化合物的双原子分子，键长随原子序数的增大而增加。
F-F Cl-Cl Br-Br I-I
键长(pm)141.8 198.8 228.4 266.6
同一原子间形成的单键、双键、叁键的键长各不一样，键数越多，则键长越短。C-C 154pm C=C 134pm C≡C 120pm
一般，两个原子间形成的键越短，表示化学键越强，越牢固。
3．键能和键长的关系：
键能越大，则键长越短。
（三）键角：分子中键和键之间的夹角。是反映分子空间结构的重要因素之一。
例如：H
2O分子中两个H-O键之间的夹角是104.5°，∴H
2
O是角形结构；
CO
2分子中O-C-O键角等于180°，∴CO
2
分子是一个直线型分子。
键角可通过光谱或衍射等结构实验来测定。
（四）键的极性：
同原子间的共价键不同原子间共价键
电负性: 相同不同
电荷分布: 对称不对称
正负电荷重心: 重合不重合
键的性质: 非极性共价键极性共价键
一般，电负性差值越大，键的极性也越大。
第二节价层电子对互斥理论-重点难点
一、理论的基本要点
1．价层电子对：
在一个共价分子中，中心原子周围电子对排布的几何形状，主要决定于中心原子的价电子层中的电子对数（包括成键电子对和未成键的孤电子对）。这些电子对的位置倾向于分离得尽可能远些，使彼此间的排斥力最小。
例：BeF
2
分子中Be（1s22s2）原子周围价电子层中共有4个电子（Be 原子2个，两个F原子各1个），即两对，这两对电子只有彼此处于Be原子的
两侧，才能使排斥力最小，因此BeF 2分子的构型应为直线型F —Be —F 。
BF 3中（B:2s 22p 1，3个价电子，三个F 原子个1个，共6个价电子，
3对），所以，BF 3的结构是
CH 4中，C 原子的价电子层中共有8个价电子（C:1s 2
2s 2
2p 2
，4个价电
子，四个H 原子各1个），这四对电子若按四面体方式排布彼此间排斥作用最小，因此，CH 4分子应是四面体结构。 2．价层电子对间斥力的大小：
取决于电子对间的相距角度和电子对的成键情况。 a.夹角越小，斥力越大；
30°>60°>90°>120°>150°
b.斥力：孤电子对-孤电子对>孤电子对-成键电子对>成键电子对-成键电子对
因为孤电子对只受到一个原子核的吸引，成键电子对受到两个原子核
的吸引，故孤电子对间的排斥力最大。
3．如果分子中有双键、叁键等多重键时，上述理论亦可适用，即将双键的两对电子和叁键的三对电子作为一个单键来处理。例如CO 2分子中，O=C=O ，C 原子和两个O 原子间各有一个双键，此双键仍作为一个单键处理，因为这两对电子分布在C 原子相对的两侧斥力最小，所以CO 2分子的构型应是直线型。 二、理想的几何构型--记住课件40页 价层电 价层电子对的 子对数 键角 几何构型 2 180° 直线型 3 120° 平面三角形 4 109.5° 正四面体 5 90°、120° 三角双锥 6 90°、180° 正八面体 三、判断分子几何构型的规则---重点 1．确定中心原子价层电子对数：
B
F F
F
=（中心原子原有的价电子数+配体原子
提供的电子数）×1/2 例：NH 3中，N:1s 22s 22p 3， 电子对数= (5+3) ×1/2=4
注a.卤族和氧族元素提供电子的情况： 卤族元素 氧族元素 作为配体 1 0 作为中心原子 7 6 例：CO 2 价电子对数=(4+0)×1/2=2
H 2O 价电子对数=(6+2)×1/2=4 ClF 3 价电子对数=(7+1×3)/2=5 b.讨论对象是离子：
中心原子总的价电子数加上或减去离子电荷相应的电子数 例：NO 2- 价电子对数= (5+0+1)×1/2=3 NH 4+ 价电子对数= (5+4-1)×1/2=4
2．根据中心原子周围的电子对数，选定价电子对的理想几何构型，出现奇数电子把单电子看作电子对。
NO 2 价电子对数=(5+0)×1/2=5/2
可看作3对电子
3．确定分子的可能有的构型： 一对电子连接一个配位原子
成键电子对数=配位体数目 剩余的就是孤电子对数
4．如果一个分子可能有几种构型（要考虑全），根据角度最小的成键电子对、孤电子对之间相互排斥作用的大小，确定排斥力最小的最稳定构型。---重点难点
（1）首先选角度最小孤电子对之间排斥作用数目最少的结构为稳定结构； （2）若孤电子对之间排斥作用数目相等，再选角度最小孤电子对与成键电子对之间排斥作用数目最少的结构为稳定结构；
（3）若孤电子对与成键电子对之间排斥作用数目相等，则最后选角度最小成
N
O
O
.
键电子对之间排斥作用数目最少的结构为稳定结构。
例：ClF 3 价电子对数= (7+3)×1/2=5，价层电子对构型为三角双锥。
成键电子对数=3，孤电子对数=2
(a) (b) (c)
首先分析键角（以中心原子为中心）找出角度最小的键角，上面三种排布中电子对间最小角度为90°，可将90°的各种排斥作用分析对比。 构型 (a) (b) (c) 90°孤-孤电子对 0 1 (舍) 0 90°孤-成电子对 6 (舍) 4
（最稳定）
所以，ClF 3有三种可能的分子构型，c 是最稳定的分子构型（T 型）。 四、判断分子几何构型的实例
1．中心原子价电子层有2对电子的分子构型 BeCl 2 Cl-Be-Cl NO 2+ BeF 2 BeH 2 CO 2
配位数与价电子数相等，都是直线型。 2．中心原子价电子层有3对电子的分子构型 BCl 3 SO 2 NO 2 NO 2-
3．中心原子价电子层有4对电子的分子构型 CH 4 NH 3 H 2O
四面体 三角锥形 角型
4．中心原子价电子层有5对电子的分子构型
PCl 5：三角双锥（配位体数与价电子数相等，电子对的构型与分子构型一致） ClF 3 可能有的构型（三种）
最稳定的构型 T 型
N H
H
..H
O :
:F F F
Cl
。。。。。。。。。。F F F
Cl 。
。。。。。
。。
。。F F
F
Cl 。
。。。。。
。。
。
。
XeF 2：在Xe 的价电子层中共有10个价电子（Xe 有8个，两个F 原子各提供1个）即5对电子， 5对价电子呈三角双锥结构，而XeF 2有三对孤电子对。 （a ） (b) (c)
首先找出最小的键角是90° (a) (b) (c) 孤-孤 0（最稳定）2 2
所以，(a)构型即3对孤电子对位于等边三角形的顶角时排斥力最小，因此，XeF 2最稳定的结构为直线型。
5．中心原子价电子层有6对电子的分子构型 SF 6 八面体 XeF 4
(a) (b)
首先找出最小的键角是90° (a) (b) 孤-孤 0 1 所以，(a)构型稳定。
孤-成 8 6 成-成 4 5
F
F
F
F
F Xe F
。。。。。
。
。。。
。F
Xe F
。
。
。。。。F
Xe F
。
。
第三节轨道杂化理论—重点难点
一、“杂化”和“杂化轨道”
原子轨道在成键的过程中并不是一成不变的。同一原子中能量相近的某些原子轨道，在成键过程中重新组合成一系列能量相等的新轨道而改变了原有轨道的状态。这一过程称为“杂化”。所形成新轨道叫做“杂化轨道”。
二、杂化理论的要点：
CH
4
中C：1s22s22p2
1
．杂化是在分子形成过程中进行的；
2．杂化的原子轨道必须是能量相近的；
3．电子激发→轨道杂化→成键是同时进行的；
4．杂化轨道的能量低于原来较高的原子轨道的能量,
杂化轨道的成键能力比原来的原子轨道更强。
三、杂化轨道的类型：
s-p型杂化：课件20页
1．sp杂化：BeCl
2
Be：2s22p0
1/2p；轨道夹角180
2．sp2杂化：BF
3
B：2s22p1
每条杂化轨道的成分：1/3s，2/3p；轨道夹角120°，呈平面三角形。3．sp3杂化：CH
4
C：2s22p2
激发
能
量2p
2p
?激发
sp杂化轨道
?激发
sp杂化轨道
2
四、NH 3和H 2O 的结构：
实验测定NH 3分子的键角为107.3°，H 2O 分子的键角为104.5°。对于这样的事实如何来说明呢？
对于NH 3分子，成键的N 原子电子层结构：1s 22s 22p 3，有三个未成对的2p 电子，若与H 原子成键时，N 原子不杂化，由于三个2p 轨道互成90
°，那所成的三个N-H 键也应互成90°；若成键时N 原子发生sp 2
杂化，由于三个sp 2
杂化轨道互成120°，那所成三个N-H 键也应互成120°，即键角应为120°。
可这些设想都不符合上述事实。
同样，H 2O 分子也是，O 原子电子层结构：1s 22s 22p 4，有两个未成对的2p 电子，若与H 原子成键时，O 原子不杂化，由于两个2p 轨道互成90°，那所成的两个H-O 键，也应互成90°，即键角为90°；若成键时O 原子发生sp 杂化，由于两个sp 杂化轨道互成180°，那所成两个H-O 键也应互成180°，即键角应为180°。那么这是怎么回事呢？为了解释上面的实验事实，在上述杂化理论的基础上提出了不等性杂化。
不等性杂化
对于NH 3分子，成键过程中N 原子还是杂化的，它发生的是sp 3杂化，形成四个sp 3杂化轨道，可是四个sp 3杂化轨道中，有一个轨道被N 原子已成对的一对2s 电子（也称孤电子对）所占据，另外三个sp 3杂化轨道与三个H 原子的1s 轨道重叠，形成三个N-H 键。由于有一个sp 3杂化轨道为孤电子对所占据，孤电子对就相当于一个成键电子对，但又有所不同，它更靠近N 原子核，占的地方比一个单键更大些，对周围的其它成键电子对就有个排挤作用，这样所形成的三个N-H 键之间就不是109.5°，而要小些，因此是107.3°。 N 223对于H 2O 分子，成键时O 原子发生sp 3杂化，形成四个sp 3杂化轨道，其中两个轨道分别为O 原子本身的2s 和2p 上的两对孤电子对所占据，另外两个sp 3
杂化轨道与两个H 原子的1s 轨道重叠，形成两个O-H 键。由于有两对孤电
sp 杂化
3N
H
H
..
子对，它们对成键电子对的排挤作用更大，所以，两个O-H 键之间夹角为104.5°，即键角为104.5°。 O ：1s 22s 22p 4
由于有的杂化轨道被孤电子对占据，因而所形成的杂化轨道中含的s 成分
就不完全一样，如NH 3中，三个成键的sp 3杂化轨道中s 成分一样，但被孤电子的占据的sp 3
杂化轨道s 成分就大。这种由于有孤电子对的占据而形成不完
全等同的杂化轨道的过程就称作不等性杂化。
第四节：分子间作用力和氢键
上面讨论的化学键(离子键、共价键还有金属键)，都是分子内部原子间较强的结合力，是决定分子化学性质的主要因素。在分子与分子之间，还存在着较弱的作用力，它是决定物质的沸点、熔点、溶解度等物理性质的重要因素。为了更好地说明分子间作用力，我们先来看分子极化的问题。 一、分子的极性 1．什么是分子的极性？
分子就整体而言，通常是电中性的，但其内部也是由带正电的核和核外电子组成的。与键一样，分子内部也有电荷分布是否均匀的问题，因此分子也有极性与否的问题。
非极性分子：相同原子形成单质分子，并且分子正负电荷重心重合。 H 2、O 2 极性分子：不同原子形成单质分子，并且分子中正负电荷重心不重合。 HCl 分子 电负性差 键型 分子类型 Cl 2 0 非极性共价键 非极性分子 HCl >0 极性共价键 极性分子 CO 2 >0 极性共价键 非极性分子 NH 3 >0 极性共价键 极性分子 SO 2 >0 极性共价键 极性分子 BF 3 >0 极性共价键 非极性分子 CCl 4 >0 极性共价键 非极性分子 所以，键有极性，分子不一定有极性。 2．分子极性与键极性的关系：
sp 杂化
3H :
:
分子的极性和键的极性都是反映体系内部电荷分布状况的物理量。不同的
只是分子的极性是指整个分子而言，而键的极性是指分子中某个键来说的。
在双原子分子中，键的极性反映着整个分子的极性。键无极性，其分子就无极性。
多于两个原子的分子，分子的极性既取决于各个化学键，又取决于所有键的整体效果，也就是取决于分子的空间结构。
例如：O—C—O中，电负性O>C，共用电子对偏向O，C—O键是极性键，但由于CO
2
的空间结构是线型对称的，两个C—O键的极性相互抵消，其正负
电荷重心是重合的，CO
2
是非极性分子。
BF
3电负性F>B，但它的结构为正三角形，键的极性也能相互抵消，BF
3
是
非极性分子。
CCl
4
是正四面体构型，键的极性也能相互抵消，C原子在四面体的中心，分子无极性。
3．偶极矩
不同的极性分子，极性是不同的，那么如何表示分子极性的大小呢？分子电偶极矩是衡量分子极性大小的物理量。
物理学中，把大小相等符号相反彼此相距为d的两个电荷（+q和-q）组成的体系称为偶极子，其电量与距离之积，就是分子电偶极矩（μ）。
μ=q·d（d为正负电荷中心之间的距离）
分子电偶极矩是一个矢量，既有数量，又有方向，方向从正极到负极。单位：C·m （电子的电荷q=1.6×10-19）
4．偶极矩μ的应用：
（1）判断分子有无极性：
偶极矩μ= 0的分子，非极性分子；
偶极矩μ≠0的分子，就是极性分子。
（2）判断分子极性的大小：
对于相同类型的分子，偶极矩μ的数值越大，其分子的极性也越大。
如：H
2O的μ= 6.17；H
2
S的μ= 3.67
∴H
2O分子的极性比H
2
S分子的大。
（3）判断分子的空间构型：
常用于多于两个原子的分子，如实验测得NH
3的μ≠0，所以NH
3
分子是极
性分子。由此可推断NH
3分子的空间构型不会是平面三角形，结合NH
3
分子中N
的杂化类型，得出NH 3分子是三角锥形的结构。 分子极化
任何分子都有正负电荷重心，任何分子又都有变形的性能。因而在外电场的作用下，分子的电荷重心可发生相对的位移，即分子发生变形，这个过程就叫分子的极化。 1．非极性分子的极化：
非极性分子正负电荷重心是重合的，但在外电场作用下，正负电荷重心可被拉开，发生变形并产生偶极，这叫诱导偶极（外电场除去，偶极也消除）。
2．极性分子的极化：
极性分子本身具有的偶极叫固有偶极，在没有外电场作用时，极性分子的
固有偶极由于热运动，而杂乱排列。但在外电场作用下，杂乱无章的极性分子可按电场方向定向排列起来，同时由于电场的作用而使偶极加大（固有偶极+诱导偶极）产生一定的变形。
二、分子间作用力 如果将外电场换成极性分子本身所产生的电场，这就与上述情况相似，分
子间彼此有相互作用，也就产生了分子间力，下面就分别来分析这方面的情况。 1． 取向力：
极性分子相互接近时，固有偶极定向排列(异级相吸)产生的静电作用力的作用力。课件52页 说明：
a.取向力只存在于极性分子之间；
b.分子的极性越强，取向力越大。 2．诱导力：极性分子的固有偶极与极 性分子或非极性分子的诱导偶极之间 定向排列(异级相吸)产生的静电作用 力叫诱导力。 说明：
a.诱导力的产生：极性分子与非极性分 子间，极性分子与极性分子间，甚至极 性分子和离子，离子和离子之间也有。
+-.
外电场
+.
.-+-+-+-+-+-++
++----+-+-
+++---
b.极性分子的极性越大，诱导力越大；
c.被诱导分子的变形性越大，相互之间的诱导力也越大。（半径较大的分子容易变形）
3．色散力：
每一分子内电子绕原子核高速运动,产生瞬时偶极, (异级相吸) 产生的作用力。
说明：a.色散力普遍存在于所有分子之间。
b.与分子变形性有关：分子的变形性越大，色散力越大。 由色散力的产生不难预知，在不同的分子间均应有色散力。实验表明，在绝大多数分子之间存在的分子间力（范德华力）都是以色散力为主的。只有极少数极性特别强的共价分子间才可能以取向力为主。H 2O 、NH 3等少数分子间的取向力超过色散力，其它象HCl 、HBr 、HI 、CO 等分子间的作用力都是以色散力为主。可粗略地根据分子量的大小来比较不同物质分子间色散力的强弱。分子量越大，分子结构越复杂，分子间的色散力越强。无论哪种分子之间，诱导力总是占据次要地位。一般地，分子间的作用力越强，相应物质的熔沸点越高，故在比较非极性分子共价化合物的熔沸点相对高低时，可定性地由色散力的大小来判断（离子晶体用晶格能比较）。当然，分子间有氢键存在时，不能只考虑色散力，此时，氢键的作用力会越升至第一位。 4．分子间力的特点：
（1）分子间力包括：取向力、诱导力、色散力，统称为范德华力；
（2）分子间力无方向性、饱和性；
（3）分子间作用力与分子距离有关，f ∝ 1/r 6，因此，在液态或固态的情况
+
-+
-+-
.+
-
.+-+-瞬时瞬时(1)?(2)
+
-+
-+
-+
-
.诱导力-
+
++--
取向力
下，分子间力比较显著，而在气态时，分子间力很小； （4）分子间力的大小约几个或几十个kJ/mol 5．分子间作用力对物质性质的影响： 对熔沸点的影响：
F 2 Cl 2 Br 2 I 2
聚集态 气 气 液 固 非极性分子,只存在色散力
分子量 → 增大, 变形性 → 增大 色散力 → 增大 分子间力 → 增大
随着分子间作用力的增大，熔沸点升高。 三、氢键
卤化氢的熔沸点随着分子量的加大而依次增加，HF 分子量最小，按说其沸点应最小，但实际上却高于同族其它的氢化物，H 2O 也是这样。
进一步研究发现，HF 和H 2O 等熔沸点反常地升高是因为它们分子间除了分子间力外，还存在一种作用力，这就是氢键。
200
300
400
沸点/K
周期数
1．定义：由半径很小，又带正电性的氢原子与另一个有孤电子对且电负性较大、半径较小的原子充分靠近时所产生的吸引力就叫氢键。
用X-H ···Y(X)表示。 2．形成条件：
（1）含有氢原子的分子；
（2）与氢成键的原子的电负性要很大，通常是F 、O 、N 等元素的原子； （3）与氢成键的原子还必须有孤电子对而且原子体积（半径）要小。 3．本质：属于静电引力。 4．特点：
（1）键能在41.84 KJ/mol 以下，比化学键的键能小得多； （2）有方向性、饱和性。
在H 2O 分子中，氧原子的电负性较大、半径较小、吸引电子的能力很强，因而电子云强烈地偏向氧原子，使氢原子好象“裸露”出来一样。由于它带正电荷，半径又特别小，就可以允许另一个水分子中的带负电荷的氧原子的电子云充分接近它，从而产生静电吸引作用，形成氢键。或者说，水分子中的氢原子可以同时和两个吸引电子能力很大、原子半径又小的氧原子相结合，其中，氢原子与一个氧原子以共价键相结合，同时又与另一个氧原子以氢键相结合，从而使水分子发生缔合现象。
冰的结构中许多水分子都以氢键联系起来，形成巨大的缔合分子，其中每个水分子位于四面体中心，它与周围的四个水分子分别以氢键相连结，这样的结构不紧密，密度小。
方向性：O-H ···O 在同一直线上，才能使另一水分子中的O 原子充分接近H 原子，形成稳定的氢键。
饱和性:
个氢原子一般只能和一个原子成键。“裸露”的氢原子非常小，实际是镶嵌在Y 的孤电子对的电子云中，如再与另一个Y(X)结合就要受到电
子云的排斥，不能再成氢键。 5．氢键的类型：
（1）分子间氢键：两个分子之间
H
H H H
O
H
O H
O 不易氢键
H 2O分子之间，NH
3
-H
2
O，HF分子之间
对物质性质的影响：.可使物质的熔点、沸点升高。
（2）分子内氢键：HNO
3
苯酚的邻位上有-CHO、-COOH、-OH、-NO
2
对物质性质的影响：
a.使化合物的熔沸点下降
b.使分子极性减弱，易溶于非极性溶剂。
第五节原子晶体和分子晶体
一、原子晶体
在原子晶体中，占据在晶格结点上的质点是原子，原子之间是通过共价键相互结合在一起的。
典型的原子晶体是金刚石，在金刚石中，每个C原子形成四个sp3杂化轨道，C原子间以共价键相连，形成正四面体，由于与一个C原子相邻的有4个C原子，所以C原子的配位数是4。
属于原子晶体的单质还有可做半导体元件的单晶Si、Ge；化合物有：SiC、
GaAs、SiO
2
、BN、AlN。
SiC、GaAs等晶体的结构和金刚石类似，只是两种不同的原子相间排列而已。原子晶体中由于在各个方向上这种共价键是相同的，因此不存在独立的小分子，整个分子看成是一个大分子，晶体有多大，分子就有多大。
SiO
2的结构是每个Si原子位于四面体的中心，O原子位于四面体的顶点，
H H
O
O
O
H
O N
O
H
O H
O
H
O
C=
每个O原子和2个Si原子相连，无限延伸。Si和O的配位数分别是4和2。
在原子晶体中由于晶格结点间的作用力是共价键，比较牢固，键的强度较高，要拆开这种原子晶体中的共价键需要消耗较大的能量。所以，原子晶体的特点是：
1．一般具有较高的熔点、沸点和硬度。在工业上常被选为磨料或耐火材料。金刚石的熔点高达4024K，硬度极大。
2．延展性很小，性脆。
3．一般是电的绝缘体，由于晶体中没有离子，所以固态、熔融态都不导电，但是某些原子晶体如硅、锗、砷化镓可作为优良的半导体材料。
4．在一般溶剂中均不溶解。
二、分子晶体
在分子晶体中，分子占据着晶格结点的位置，分子可以是极性分子或非极性分子，晶格结点间是分子间作用力，某些分子晶体中还存在氢键（例如冰）。
二氧化碳（俗称干冰）为分子晶体。干冰分子晶体中，质点间作用力是分子间力，但每个CO
分子内，C原子与O原子之间仍是共价键结合的。
2
小分子，从而化学由于分子晶体中存在独立的小分子，如干冰存在着CO
2
”确实能代表一个分子的组成。
式“CO
2
由于分子间力比化学键（共价键、离子键、金属键）弱的多，所以分子晶体的特点是：
1．一般硬度较小，具有较低的熔点（一般低于580K左右）。
2．有较大的挥发性，例如碘片、萘晶体等。
3．是电的绝缘体，熔融状态也不导电。
分子的几何构型优化计算（2）Molecular Modelling Experiments (2) (Gaussian98) 1.优化目的： 对分子性质的研究是从优化而不是单点能计算开始。这是因为我们认为在自然情况下分子主要以能量最低的形式存在。只有能量最低的构型才能具有代表性，其性质才能代表所研究体系的性质。在建模过程中，我们无法保证所建立的模型有最低的能量，所以所有研究工作的起点都是构型优化，要将所建立的模型优化到一个能量的极小点上。只有找到合理的能够代表所研究体系的构型，才能保证其后所得到的研究结果有意义。 分子性质研究的一般模式: 2 高斯中所用到的一些术语的介绍 Gaussian98的界面
2.1势能面 在不分解的前提下，分子可以有很多个可能的构型，每个构型都有一个能量值，所有这些可能的结构所对应的能量值的图形表示就是一个势能面，势能面描述的是分子结构和其能量之间的关系，以能量和坐标作图。根据分子中的原子数和相互作用形式，有可能是二维的，也有可能是多维的。势能面上的每一个点对应一个具有一个能量的结构。能量最低的点叫全局最小点，局域最小点是在势能面上某一区域内能量最小的点，一般对应着可能存在的异构体。鞍点是势能面上在一个方向有极大值而在其他方向上有极小值的点，通常对应的都是过渡态。优化的目的就是找到势能面上的最小点，因为这个点所对应的构型能量最低，是最稳定的。 2.2确定能量最小值 构型优化就是找体系的最小点或鞍点。能量的一阶导（也就是梯度，注意在数学中，一阶导表示着函数的变化趋势，一阶导为零就表明找到了极值点，这是确定最小值的数学基础）是零，这表明在这个点上的力也是零（因为梯度的负值是力）。我们把势能面上这样的点称为静态点（也就是上面所说的极小点）。所有成功的优化都会找到一个静态点，虽然有时找到的静态点并不是想要的静态点。 程序从输入的分子构型开始沿势能面进行优化计算，其目的是要找到一个梯度为零的点。计算过程中，程序根据上一个点的能量和梯度来确定下一步计算的方向和步幅。梯度其实就是我们所说的斜率，表示从当前点开始能量下降最快的方向。以这种方式，程序
第十章 共价键与分子间力 一、是非题： 1. 非极性分子中的化学键都是非极性共价键 （ ） 2. 非极性分子之间只存在色散力，极性分子之间只存在取向力 （ ） 3. 直线分子一定是非极性分子 （ ） 4. sp3杂化轨道是由1s轨道与3p轨道杂化而成（ ） 5. CHCl3分子中的C原子是以sp3不等性杂化轨道成键的，故分子的空间构型为变形四面体 （ ） 6. 氢键是有方向性和饱和性的一类化学键 （ ） 二、选择题： 1. 下列物质中既有离子键，又有共价键的是 （ ） A. NaOH B. H2O C. C2H5OH D. HF E. KCl 2. 下列分子或离子中键角最小的是 （ ） A. SO42- B. HgBr2 C. NF3 D. BF3 E. CS2 3. 下列分子中，C原子与H原子键合所用轨道为sp-s的是 （ ） A. CH4 B. C2H4 C. C2H2 D. C2H6 E. C3H8 4. 下列几组原子轨道沿x轴靠近时，由于对称性不匹配，不能有效地形成分子轨道的是 （ ） A. p y-p x B. p y-p y C. s-p x D. p x-p x E. p z-p z 5. 下列分子中，既是非极性分子又含有π键的是（ ） A. Cl2 B. C2Cl4 C. CHCl3 D. CH2Cl2 E. CH4 6. 下列各组分子间同时存在取向力、诱导力、色散力和氢键的是 （ ） A. 苯和CCl4 B. N2和N2 C. CH3F和C2H2 D. H2O和CH3OH E. O2和N2 7. 根据价电子对互斥理论，SO32-的空间构型为（ ） A. 平面三角形 B. 三角锥形 C. 正四面体形 D. “T”形 E. “V”形 8.下列化合物各自分子之间能形成最强氢键的是（ ） A. NH3 B. H2S C. HCl D. HF E. H2O 三、填充题：
第二章 分子结构 一、 填空题 1、C 2+的分子轨道为_________________，键级___________________； HCl 的分子轨道为________________，键级__________ 。 2、OF， OF +， OF -三个分子中， 键级顺序为________________。 3、HBr 分子基态价层轨道上的电子排布是 _________________________ 。 4、对称元素C 2与σh 组合，得到___________________；C n 次轴与垂直它的C 2组合，得到______________。 5、有一个 AB 3分子，实验测得其偶极矩为零且有一个三重轴，则此分子所属点群是_______________________。 6、判别分子有无旋光性的标准是__________。 7、既具有偶极矩，又具有旋光性的分子必属于_________点群。 二、选择题 1、 H 2+的H ?= 21?2- a r 1 - b r 1 +R 1， 此种形式已采用了下列哪几种方法： (A) 波恩-奥本海默近似 (B) 单电子近似 (C) 原子单位制 (D) 中心力场近似 2、对于"分子轨道"的定义，下列叙述中正确的是： (A) 分子中电子在空间运动的波函数 (B) 分子中单个电子空间运动的波函数 (C) 分子中单电子完全波函数(包括空间运动和自旋运动)
(D) 原子轨道线性组合成的新轨道 3、含奇数个电子的分子或自由基在磁性上： (A) 一定是顺磁性 (B) 一定是反磁性 (C) 可为顺磁性或反磁性 （D ）没有磁性 4、下列分子的键长次序正确的是 (A) OF -> OF > OF + (B) OF > OF -> OF + (C) OF +> OF > OF - (D) OF - > OF +> OF 5、若以x 轴为键轴，下列何种轨道能与p y 轨道最大重叠？ (A) s (B) d xy (C) p z (D) d xz 6、Cr 与 CO 形成羰基化合物 Cr(CO)6，其分子点群为 (A) D 4h (B) T d (C) O h (D) D 6h 7、2，4，6-三硝基苯酚是平面分子，存在离域π键，它是： (A) (B) (C) (D) 1612 Π1814Π1816Π1616Π三、简答题 1、在有机化合物中，C ═O(羰基)的偶极距很大(μ=7.67×10-30C ·m)，而CO 分子的偶极距却很小，解释原因。 2、SO 42-中S —O 键长为149？pm ，比共价单键半径加和值(175？pm)短，说明原因。说明SiF 62-能稳定存在而SiCl 62-不稳定的原因。 判断 NO 和 CO 哪一个的第一电离能小，原因是什么？ 3、CO 是一个极性较小的分子还是极性较大的分子？ 其偶极矩的方向如何？为什么？ 4、写出N 2基态时的价层电子组态， 并解N 2的键长(109.8？pm)特别短、
二、判断分子构型——价层电子对互斥理论（VSEPR） 现代化学的重要基础之一是分子（包括带电荷的离子）的立体结构。实验测出，SO3分子是呈平面结构的，O—S—O的夹角等于120o，而SO32－离子却是呈三角锥体，硫是锥顶，三个氧原子是三个锥角，象一架撑开的照相用的三角架。又例如SO2的三个原子不在一条直线上，而CO2却是直线分子等等。价层电子对互斥理论用以预测简单分子或离子的立体结构，我们不难学会用这种理论来预测和理解分子或离子的立体结构，并用来进一步确定分子或离子的结构。 价层电子对互斥理论认为，在一个共价分子中，中心原子周围电子对排布的几何构型主要决定于中心原子的价电子层中电子对的数目。所谓价层电子对包括成键的σ电子对和孤电子对。价层电子对各自占据的位置倾向于彼此分离得尽可能地远些，这样电子对彼此之间的排斥力最小，整个分子最为稳定。这样也就决定了分子的空间结构。也正因此，我们才可以用价层电子对很方便地判断分子的空间结构。例如：甲烷分子（CH4），中心原子为碳原子，碳有4个价电子，4个氢原子各有一个电子，这样在中心原子周围有8个电子，4个电子对，所以这4个电子对互相排斥，为了使排斥力最小，分子最稳定，它们只能按正四面体的方式排布。这样就决定了CH4的正四面体结构。 利用VSEPR推断分子或离子的空间构型的具体步骤如下： ①确定中心原子A价层电子对数目。中心原子A的价电子数与配位体X提供共用的电子数之和的一半，就是中心原子A价层电子对的数目。例如BF3分子，B原子有3个价电子，三个F原子各提供一个电子，共6个电子，所以B 原子价层电子对数为3。计算时注意：(ⅰ)氧族元素（ⅥA族）原子作为配位原子时，可认为不提供电子（如氧原子有6个价电子，作为配位原子时，可认为它从中心原子接受一对电子达到8电子结构），但作为中心原子时，认为它提供所有的6个价电子。(ⅱ)如果讨论的是离子，则应加上或减去与离子电荷相应的电子数。如PO43－离子中P原子的价层电子数应加上3，而NH4＋离子中N原子的价层电子数则应减去1。(ⅲ)如果价层电子数出现奇数电子，可把这个单电子当作电子对看待。如NO2分子中N原子有5个价电子，O原子不提供电子。因此中心原子N价层电子总数为5，当作3对电子看待。 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，它们趋向于尽可能的相互远离。于是价层电子对的空间构型与价层电子对数目的关系如下表所示：
《共价键和分子间作用力》作业参考解析 1. 下列说法错误的是 A. 按原子轨道重叠方式，共价键可分为σ键和π键 B. σ键构成分子的骨架，π键不能单独存在 C. 配位键既不是σ键，也不是π键 D. 双键或叁键中只有一个σ键 【C】按原子轨道的重叠方式不同，当其头碰头重叠时，形成“σ”键，当其肩并肩重叠时，形成“π”键；由于σ键重叠程度大，稳定性更高，因此可以单独存在，并构成分子的骨架，而π键重叠程度小，稳定性低，容易打开，因此不能单独存在，只能和σ键共存于双键或叁键中；σ键由于头碰头重叠，因此重叠部分对键轴呈圆柱形对称，可以自由旋转，但是π键对键轴呈镜面反对称，因此不能自由旋转；配位键是由一个成键原子提供孤对电子，另一个成键原子提供空轨道形成的，在配位键形成的过程中，两原子的原子轨道可能发生头碰头重叠而形成σ配位键，也可能发生肩并肩重叠而形成π配位键，因此C的说法是不正确的。 2. 下列说法正确的是 A. 若AB2分子为直线型，其中心原子A一定发生了sp杂化 B. HCN是直线型分子，也是非极性分子 C. H-O键能比H-S键能大，因此H2O熔沸点比H2S高 D. 氢键不属于化学键，但是具有饱和性和方向性
【D】A：一般对于AB2分子来说，如果中心原子发生了sp杂化，那么分子的空间构型是直线型的，但是AB2分子如果为直线型，中心原子A不一定发生了sp 杂化，典型的例子就是I3-离子，这个离子的中心原子I发生的是sp3d杂化，价层电子对的空间构型为三角双锥，由于中心原子上有3对孤对电子，分别位于三角双锥中间的三角平面上，因此分子的空间构型就是直线型了（这可以用夹层电子对互斥理论来解释）；B：HCN分子是直线型分子，但是根据其分子中各原子的电负性大小的情况来看，这是一个极性分子；C：体系沸点的高低主要与分子间作用力的大小有关，因此H2O熔沸点之所以比H2S高，是因为水分子之间除了范德华力作用外，还存在很强的氢键作用；D：当一个氢原子形成一个氢键后，就不能再和其它原子之间形成第二个氢键了，这体现了氢键的饱和性，同一个氢原子形成的共价键和氢键之间需以最大角度分布，这体现了氢键的方向性，不过氢键仍然属于分子间作用力，而不属于共价键作用。所以D的说法是正确的。 3. 下列关于H3O+离子的说法，正确的是 A. O发生sp2等性杂化，空间结构为平面正三角形 B. O发生sp2不等性杂化，空间结构为平面三角形 C. O发生sp3等性杂化，空间结构为正四面体型 D. O发生sp3不等性杂化，空间结构为三角锥型 【D】我们知道H2O分子中O发生了sp3不等性杂化，在与氢原子成键后， H2O分子中有两对孤对电子。那么H3O+离子的形成可以认为是由H2O分子中的O提供一对孤对电子，H+离子提供空轨道，在两者之间形成了配位键而形成的，两者之间形成配位键时，并不会改变O原子的原子轨道杂化类型，同时O原子上仍然有1对孤对电子，因此O发生sp3不等性杂化，H3O+离子的空间结构为三角锥型。 4. 下列分子或离子中，不含有孤对电子的是
编号：15 第二节共价键与分子的立体结构 （第1课时） 2010年3月29日 班级__________ 姓名__________ 【学习目标】 1、理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型； 2、学会用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间构型 【学习重难点】 重点：杂化轨道类型难点：杂化轨道类型 【学案导学过程】 活动·探究原理 规律 方法 技巧（一）甲烷分子的形成及立体构型 联想质疑：1、共价键决定原子的结合方式，决定分子的空间构型吗？ 2、利用电子配对理论能解释甲烷的空间构型吗 3、为了解释甲烷的空间构型鲍林提出了什么理论？ 4、甲烷分子形成过程：C: 2s22p x12p y13p z 观察左 图你能 用语言 描述一 下甲烷 的空间 构型的 形成过 程吗？ 思考：1原子轨道为什么可以进行杂化？（提示从共价键键能大小和体系能量 变化来分析）
2、轨道杂化后在数目，形状，能量上是否发生变化？ 3、轨道杂化的结果是什么？ 4、尝试解释轨道杂化 （二）常见的SP杂化过程活动探究：SP杂化： 2、sp2杂化型 直线型 （BeCl 2 ） 交流与 讨论： 用杂化 轨道理 论分析 乙炔分 子的成 键情况 平面正 三角形 （BF3） 交流与 讨论： 用杂化 轨道理 论分析 乙烯分 子的成 键情况【当堂检测】
(A)1．在外界条件的影响下，原子内部______________________________的过程叫做轨道杂化，组合后形成的新的、____________________的一组原子轨道，叫杂化轨道。2．甲烷分子中碳原子的杂化轨道是由一个__________轨道和三个__________轨道重新组合而成的，这种杂化叫_____________________。 3．乙烯分子中碳原子的原子轨道采用sp2杂化。形成乙烯分子时，两个碳原子各用__________的电子相互配对，形成一个σ键，每个碳原子的另外_____________分别与两个氢原子的_______________的电子配对形成共价键；每个碳原子剩下的一个未参与杂化的__________的未成对电子相互配对形成一个__________键。 (B)4．下列分子的中心原子形成sp2杂化轨道的是（） A．H2O B．NH3 C．C2H4D．CH4 5．在乙烯分子中有5个σ键、一个π键，它们分别是（） A．sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键 B．sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键 C．C-H之间是sp2形成的σ键，C-C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 D．C-C之间是sp2形成的σ键，C-H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
共价键及分子结构知识梳理】 一、共价键 1-1共价键的实质、特征和存在实质：原子间形成共用电子对特征：a.共价键的饱和性，共价键的饱和性决定共价分子的。 b共价键的方向性，共价键的方向性决定分子的。 1-2共价键的类型 b键：S-Sb键、S-p c键、p-p b键，特征：轴对称。 n键：p-p n键，特征：镜像对称 【方法引领】b键和n键的存在规律b键成单键；n键成双键、三键。 共价单键为b键；共价双键中有1个b键、1个n键；共价三键中有1个b键、2个n 键。 对于开链有机分子：b键数=原子总数-1 ; n键数=各原子成键数之和- b键数(环 状有机分子，b键数要根据环的数目确定) 原子形成共价分子时，首先形成b键，两原子之间必有且只有1个b键；b键一般比n 键牢固，n键是化学反应的积极参与者。 形成稳定的n键要求原子半径比较小，所以多数情况是在第二周期元素原子间形成。如 C02分子中碳、氧原子之间以p-p b键和p-p n键相连，而SiO2的硅、氧原子之间就没有p-p n键。 【课堂练习1】 (1)下列说法不正确的是 A .乙烷分子中的6个C —H和1个C —C键都为b键，不存在n键 B ?气体单质中，一定有b键，可能有n键 C.两个原子间共价键时，最多有一个b键 D . b键与n键重叠程度不同，形成的共价键强度不同 (2)有机物CH2= CH —CH2—C三CH分子中，C—H b键与C —C b键的数目之比为；b键与n 键的数目之比为。 二、键参数一一键能、键长与键角 2-1键能的意义和应用 a.判断共价键的强弱 b.判断分子的稳定性 c.判断物质的反应活性 d.通过键能大小比较，判断化学反应中的能量变化 【思考】 比较C —C和C= C的键能，分析为什么乙烯的化学性质比乙烷活跃，容易发生加成反 应？ 2-2键长的意义和应用 键长越短，往往键能越大，表明共价越稳定。(键长的长短可以通过成键原子半径大小 来判断) 2个原子间的叁键键长v双键键长v单键键长 2-3键角的意义 键角决定分子的空间构型，是共价键具有方向性的具体表现。 【典例分析】碳、氮两种元素都能形成单键、双键和叁键。测得二者键能有如下规律： 3 E N> 2 E N =N > E N—N； -3E C V E c= c< E C—C 试分析为什么氮分子不易发生加成反应，而乙烯和乙炔容易发生加成反应？
Gaussian中分子的几何构型 分子的几何构型 ************************************ 分子的几何构型（Molecular Geometry） ************************************ 分子的平衡构型（molecular equilibrium geometry）是分子电子能量和核间排斥能 量最小时分子的核排列。 分子势能 一个含有N个原子核的非线性分子的几何构型可以用3N-6个独立的核坐标决定，分子 的电子能量，U(q1,q2,…,q3N-6)是这些坐标的函数。 U = Ee +VNN 注意到3个平移和3个转动自由度（线性分子的转动自由度为2）对U是没有贡献的，因 此对一个双原子分子，U的表达式中仅仅保护一个变量，即两个核之间的距离，U?。 对一个多原子分子，U是每两个原子核之间距离的函数，是分子势能面（potential energy surface, PES）的一部分。对某一特定的分子核排列下U的计算被成为单点 （single-point）计算，因为这一计算仅仅涉及到分子PES上的一个点。 一个大分子可能在其PES上有多个极小点，对应于不同的平衡构象和鞍点。 分子构象（molecular conformation）可以通过指定围绕单键的二面角的指得到。在 能量极小点处的分子构象称为构型（conformer）。 几何构型优化 从初始几何构型出发寻找U的极小值的过程称几何构型优化（geometry optimization） 或者能量极小化（energy minimization）。极小化的算法同时计算U和U梯度。 在一个局部最小点，U的3N-6个偏微分都是0。PES上▽U = 0的点称为稳定点（statio nary point）或者判据点（critical point），它可以是极小点，极大点或者鞍点。 除了▽U之外，一些最小化方法使用到U的二阶偏微分，从而生成Hessian矩阵，又称为 力常数（force constant）矩阵，因为d^2U/Qi^2 = fi为力常数。 如果一个稳定点是电子能量面上的一个极小点，其力常数矩阵的所有特征值都是正值 。然而，若一个稳定点是过渡态（transition state, TS），其中一个特征值是负值。 Newton-Rapson Newton-Rapson方法是一种非常有效的寻找多变量函数的局部极小点的算法，它将函 数用Taylor展开到二次项，包括函数的一次和二次微分，并以此作为函数的近似。 Quasi-Newton-Rapson 计算自洽场（self consistent field, SCF）能量的二阶微分是非常耗时的，因此在 优化时经常使用一种修正的方法，即quasi-Newton（或quasi-Newton-Rapson）方法。 这种方法在每一步优化中通过计算梯度对Hessian值进行初始估算。 优化方法 为了优化几何构型，要先对平衡构型做一个估算，通常使用键长和键角的经验值。此外，我们还要选择
四、化学键理论与分子几何构型 1. (1) ，(I)的稳定性大于(Ⅱ)。 (2) C O O O N O C O O O N O O (I) O C O O N O O C O O O N O O (II) O N O O C O O O N O O C O O (III) O N O O C O N O O C O O (IV) 第(III)式最稳定。 (3) Cu + + NO 2–+ 2H + Cu 2+ + NO + H 2O (4) 若压强降到原来的2/3，则说明3 mol NO 变成2 mol 气态物质： 3NO NO 2 + N 2O ，又由于2NO 2N 2O 4，所以最后的气体总压还要略小于原压的2/3。 2. N N N N N N N N N (IV) (V) (II)、(V)不稳定，舍去，(I)比(III)、(IV)稳定。 N (a)N (b)N (c) N (d)N (e) N (a)—N (b)的键级为5/2~3, N (b)—N (c)的键级为1～3/2, N (c)—N (d)的键级为1～3/2，N (d)—N (e)的键级为5/2～3。 N 5+有极强的氧化性。应在液态HF 中制备N 5+。 3. ArCl + OF + NO + PS + SCl + 键级： 1 2 3 3 2 ArCl +键级最小，最不稳定；虽然NO +与PS +的键级都是3，但NO +是2p —2p 轨道重叠的π键，而PS +是3p —3p 轨道重叠的π键。前者重叠程度大，E π大，所以NO +比PS +稳定，即NO +离子最稳定。 4. (1) B 3N 3H 6 N H H H H H N B N B B H H H H H H N B B H N B N O N O O O N O O (I)(II) N N N N N N N N N N (I) (II) N N N N N (III)
170℃ 四、化学键理论与分子几何构型 1. NO 的生物活性已引起科学家高度重视，它与O 2－ 反应，生成A 。在生理pH 条件下， A 的t 1/2= 1～2秒。 (1) 写出A 的可能的Lewis 结构式，标出形式电荷。判断它们的稳定性。 (2) A 与水中的CO 2迅速一对一地结合，试写出此物种可能的路易斯结构式，表示 出形式电荷，判断其稳定性。 (3) 含Cu +的酶可把NO 2－ 转化为NO ，写出此反应方程式。 (4) 在固定器皿中，把NO 压缩到100atm ，发现气体压强迅速降至略小于原压强的 2/3，写出反应方程式，并解释为什么最后的气体总压略小于原压的2/3。 2. 试画出N 5+离子的Lewis 所有可能结构式，标出形式电荷，讨论各自稳定性，写出各 氮原子之间的键级。你认为N 5+的性质如何？它应在什么溶剂中制得。 3. 在地球的电离层中，可能存在下列离子：ArCl +、OF +、NO +、PS +、SCl +。请你预测 哪一种离子最稳定？哪一种离子最不稳定？说明理由。 4. 硼与氮形成类似苯的化合物，俗称无机苯。它是无色液体，具有芳香性。 (1) 写出其分子式，画出其结构式并标出形式电荷。 (2) 写出无机苯与HCl 发生加成反应的方程式 (3) 无机苯的三甲基取代物遇水会发生水解反应，试判断各种取代物的水解方程式， 并以此判断取代物可能的结构式。 (4) 硼氮化合物可形成二元固体聚合物，指出这种聚合物的可能结构，并说明是否具 有导电性。 (5) 画出Ca 2(B 5O 9)Cl·2H 2O 中聚硼阴离子单元的结构示意图，指明阴离子单元的电 荷与硼的哪种结构式有关。 5. 用VSEPR 理论判断下列物种的中心原子采取何种杂化类型，指出可能的几何构型。 (1)IF 3 (2)ClO 3－ (3)AsCl 3(CF 3)2 (4)SnCl 2 (5)TeCl 4 (6)GaF 63 － 6. 试从结构及化学键角度回答下列问题：一氧化碳、二氧化碳、甲醛、甲酸等分子 (1) 画出各分子的立体构型，并标明各原子间成键情况（σ、π、Πm n ） (2) 估计分子中碳—氧键的键长变化规律 7. 近期报导了用二聚三甲基铝[Al(CH 3)3]2 (A)和2, 6—二异丙基苯胺(B)为原料，通过 两步反应，得到一种环铝氮烷的衍生物(D)： 第一步：A + 2B === C + 2CH 4 第二步：□C □D + □CH 4（□中填入适当系数）请回答下列问题： (1) 分别写出两步反应配平的化学方程式（A 、B 、C 、D 要用结构简式表示 (2) 写出D 的结构式 (3) 设在第一步反应中，A 与过量B 完全反应，产物中的甲烷又全部挥发，对反应后
判断分子空间几何构型的简单方法 电子对数目成键电子对 数目孤电子对数 目 分子的空间 构型 实例 2 2 0 直线型二氧化碳 3 3 0 三角形三氟化硼 2 1 V型二溴化锌4 4 0 四面体甲烷 3 1 三角锥氨气 2 2 V型水 5 5 0 三角双锥五氯化磷 4 1 变形四面体四氟化硫 3 2 T型三氟化溴 2 3 直线型二氟化氙6 6 0 八面体六氟化硫 5 1 四角锥五氟化碘 4 2 正方形四氟化氙以下用G表示电子对数目，V表示分子中所有原子最外层电子数的和，n表示配位原子中除了氢原子以外的其它原子的个数，m表示孤电子对数目，r表示配
位原子中氢原子的个数。 当配位原子中没有氢原子且V≥16时：V=8n＋2m，G=m＋n 例：CO2分子构型的判断 V=4＋6×2=8n＋2m，这里n=2，∴m=0, ∴G=m＋n=0＋2=2，所以CO2的分子构型为直线型 BF3分子构型的判断 V=3＋7×3=8n＋2m，这里n=3，∴m=0, ∴G=m＋n=0＋3=3，所以BF3的分子构型为三角形 PCl5分子构型的判断 V=5＋7×5=8n＋2m，这里n=5，∴m=0, ∴G=m＋n=0＋5=5，所以PCl5的分子构型为三角双锥 SF4分子构型的判断 V=6＋7×4=8n＋2m，这里n=4，∴m=1, ∴G=m＋n=1＋4=5，所以SF4的分子构型为变形四面体 BrF3分子构型的判断 V=7＋7×3=8n＋2m，这里n=3，∴m=2, ∴G=m＋n=2＋3=5，所以BrF3的分子构型为T型 SF6分子构型的判断 V=6＋7×6=8n＋2m，这里n=6，∴m=0, ∴G=m＋n=0＋6=6，所以SF6的分子构型为八面体 XeF4分子构型的判断
170℃四、化学键理论与分子几何构型 1.NO的生物活性已引起科学家高度重视，它与O2－反应，生成A。在生理pH条件下，A 的t1/2= 1～2秒。 (1)写出A的可能的Lewis结构式，标出形式电荷。判断它们的稳定性。 (2)A与水中的CO2迅速一对一地结合，试写出此物种可能的路易斯结构式，表示出形 式电荷，判断其稳定性。 (3)含Cu+的酶可把NO2－转化为NO，写出此反应方程式。 (4)在固定器皿中，把NO压缩到100atm，发现气体压强迅速降至略小于原压强的2/3， 写出反应方程式，并解释为什么最后的气体总压略小于原压的2/3。 2.试画出N5+离子的Lewis所有可能结构式，标出形式电荷，讨论各自稳定性，写出各氮 原子之间的键级。你认为N5+的性质如何？它应在什么溶剂中制得。 3.在地球的电离层中，可能存在下列离子：ArCl+、OF+、NO+、PS+、SCl+。请你预测哪一 种离子最稳定？哪一种离子最不稳定？说明理由。 4.硼与氮形成类似苯的化合物，俗称无机苯。它是无色液体，具有芳香性。 (1)写出其分子式，画出其结构式并标出形式电荷。 (2)写出无机苯与HCl发生加成反应的方程式 (3)无机苯的三甲基取代物遇水会发生水解反应，试判断各种取代物的水解方程式，并 以此判断取代物可能的结构式。 (4)硼氮化合物可形成二元固体聚合物，指出这种聚合物的可能结构，并说明是否具有 导电性。 (5)画出Ca2(B5O9)Cl·2H2O中聚硼阴离子单元的结构示意图，指明阴离子单元的电荷 与硼的哪种结构式有关。 5.用VSEPR理论判断下列物种的中心原子采取何种杂化类型，指出可能的几何构型。 (1)IF3(2)ClO3－(3)AsCl3(CF3)2(4)SnCl2(5)TeCl4(6)GaF63－ 6.试从结构及化学键角度回答下列问题：一氧化碳、二氧化碳、甲醛、甲酸等分子 (1)画出各分子的立体构型，并标明各原子间成键情况（σ、π、Πm n ） (2)估计分子中碳—氧键的键长变化规律 7.近期报导了用二聚三甲基铝[Al(CH3)3]2(A)和2, 6—二异丙基苯胺(B)为原料，通过两 步反应，得到一种环铝氮烷的衍生物(D)： 第一步：A + 2B === C + 2CH4 第二步：□C □D + □CH4（□中填入适当系数） 请回答下列问题： (1)分别写出两步反应配平的化学方程式（A、B、C、D要用结构简式表示 (2)写出D的结构式 (3)设在第一步反应中，A与过量B完全反应，产物中的甲烷又全部挥发，对反应后的 混合物进行元素分析，得到其质量分数如下： C (碳)：73.71% ，N (氮)：6.34% 试求混合物中B和C的质量分数（%） （已知相对原子量：Al：26.98、C：12.01、N：14.01、H：1.01） 8．四氨合铜(II)离子在微酸性条件下，与二氧化硫反应生成一种沉淀物(A)，该沉淀物中Cu:N:S（原子个数比）=1:1:1，结构分析证实：存在一种正四面体和一种三角锥型的分
分子的几何构型优化计算（2） m ents (2) a n98) 1.优化目的： 对分子性质的研究是从优化而不是单点能计算开始。这是因为我们认为在自然情况下分子主要以能量最低的形式存在。只有能量最低的构型才能具有代表性，其性质才能代表所研究体系的性质。在建模过程中，我们无法保证所建立的模型有最低的能量，所以所有研究工作的起点都是构型优化，要将所建立的模型优化到一个能量的极小点上。只有找到合理的能够代表所研究体系的构型，才能保证其后所得到的研究结果有意义。 分子性质研究的一般模式: 2 高斯中所用到的一些术语的介绍 a n98的界面
2.1势能面 在不分解的前提下，分子可以有很多个可能的构型，每个构型都有一个能量值，所有这些可能的结构所对应的能量值的图形表示就是一个势能面，势能面描述的是分子结构和其能量之间的关系，以能量和坐标作图。根据分子中的原子数和相互作用形式，有可能是二维的，也有可能是多维的。势能面上的每一个点对应一个具有一个能量的结构。能量最低的点叫全局最小点，局域最小点是在势能面上某一区域内能量最小的点，一般对应着可能存在的异构体。鞍点是势能面上在一个方向有极大值而在其他方向上有极小值的点，通常对应的都是过渡态。优化的目的就是找到势能面上的最小点，因为这个点所对应的构型能量最低，是最稳定的。 2.2确定能量最小值 构型优化就是找体系的最小点或鞍点。能量的一阶导（也就是梯度，注意在数学中，一阶导表示着函数的变化趋势，一阶导为零就表明找到了极值点，这是确定最小值的数学基础）是零，这表明在这个点上的力也是零（因为梯度的负值是力）。我们把势能面上这样的点称为静态点（也就是上面所说的极小点）。所有成功的优化都会找到一个静态点，虽然有时找到的静态点并不是想要的静态点。 程序从输入的分子构型开始沿势能面进行优化计算，其目的是要找到一个梯度为零的点。计算过程中，程序根据上一个点的能量和梯度来确定下一步计算的方向和步幅。梯度其实就是我们所说的斜率，表示从当前点开始能量下降最快的方向。以这种方式，程序
大学实验化学共价键与分子间力
大学实验化学共价键与分子间力 难题解析[TOP] 例10-1试用杂化轨道理论说明乙烯分子的形成及其构型。 分析根据杂化轨道理论，形成乙烯分子时，C原子的价层电子要杂化。共价键形成时，σ键在成键两原子间能单独存在，且只存在一个； 键在成键两原子间不能单独存在，但可存在多个。乙烯分子中C原子的4个价电子分别与其它原子形成三个σ键，C、C原子间的双键中有一个是π键。三个σ键决定分子构型，因此C原子有三个原子轨道参与杂化，形成三个等性杂化轨道。 解乙烯分子C2H4中有2个C原子和4个H原子，每个基态C原子的价层电子组态为2s2 2p2，在形成乙烯分子的过程中，1个2s电子被激发到2p空轨道上，然后1个2s轨道和2个2p轨道杂化形成3个等同的sp2杂化轨道，彼此间夹角为120o。每个C原子的2个sp2杂化轨道各与1个H原子的1s轨道重叠形成2个C—H σ键；2个C原子间各以1个sp2杂化轨道互相重叠，形成1个σ键。由于2个C原子的这6个sp2杂化轨道处于同一平面，未参与杂化的2p z轨道则垂直于该平面，“肩并肩” 重叠形成1个π键，构成C＝C双键。 乙烯分子中6个原子在一个平面上，分子呈平面构型。 例10-2 利用价层电子对互斥理论预测- I的空间构型。 3 分析先确定中心原子的价电子对数，中心原子提供7个电子，配位提供1个电子，加上负离子的电荷数，得价层电子数的总和再除以2。然后根据价层电子对构型和孤对电子决定- I的空间构型。 3
解 -3I 中有3个I 原子，我们可将其中1个I 作为中心原子，其余2个作为配位体。中 心原子I 有7个价电子，2个配位I 原子各提供1个电子，-3I 离子的负电荷数为1，所以中 心原子的价电子对数为 (7+2+1)/2＝5 。价层电子对构型为三角双锥，因配位原子数为2，说明价层电子对中有2对成键电子对和3对孤对电子，以3对孤对电子处在三角双锥的三 角形平面上排斥能最小，所以-3I 为直线型。 例10-3 试用分子轨道理论比较CO 和N 2的成键类型和键级。 分析 异核双原子分子的原子序数和≤14时，则符合分子轨道能级图10-13（b ）的能级顺序；＞14时，则符合分子轨道能级图10-13 (a)的能级顺序。 解 CO 分子中的电子总数为14，和N 2分子中的一样多，故CO 和N 2具有完全相同的分子轨道电子排布式、成键类型和键级。 它们的分子轨道式为 ] )(σ)(π)(π)(σ)(σ)(σ)[(σ22p 22p 22p 2* 2s 22s 2*1s 21s x z y 键级＝32 410＝ 这样的分子称为等电子体，它们具有某些相近的性质。如N 2的熔点和沸点分别为63K 和77K ，CO 的熔点和沸点分别为74K 和81K 。 例10-4 下列说法是否正确？说明理由。 (1) 非极性分子中不含极性键。 (2) 直线型分子一定是非极性分子。 (3) 非金属单质的分子间只存在色散力。 (4) 对羟基苯甲醛的熔点比邻羟基苯甲醛的熔点高。 解 (1) 说法不正确。有的分子含极性键，但空间构型完全对称，键的极性可以相互抵消，因而是非极性分子。
第六章分子结构与晶体结构 教学内容： 1.掌握杂化轨道理论、 2.掌握两种类型的化学键（离子键、共价键）。 3.了解现代价键理论和分子轨道理论的初步知识，讨论分子间力和氢键对物质性质的影响。 教学时数：6学时 分子结构包括： 1.分子的化学组成。 2.分子的构型：即分子中原子的空间排布，键长，键角和几何形状等。 3.分子中原子间的化学键。 化学上把分子或晶体中相邻原子（或离子）之间强烈的相互吸引作用称为化学键。化学键可分为：离子键、共价键、金属键。 第一节共价键理论 1916年，路易斯提出共价键理论。 靠共用电子对，形成化学键，得到稳定电子层结构。 定义：原子间借用共用电子对结合的化学键叫做共价键。 对共价键的形成的认识，发展提出了现代价键理论和分子轨道理论。 1.1共价键的形成 1.1.1 氢分子共价键的形成和本质（应用量子力学） 当两个氢原子（各有一个自旋方向相反的电子）相互靠近，到一定距离时，会发生相互作用。每个H原子核不仅吸引自己本身的1s电子还吸引另一个H原子的1s电子，平衡之前，引力＞排斥力，到平衡距离d，能量最低：形成稳定的共价键。 H原子的玻尔半径：53pm，说明H2分子中两个H原子的1S轨道必然发生重叠，核间形成一个电子出现的几率密度较大的区域。这样，增强了核间电子云对两核的吸引，削弱了两核间斥力， 体系能量降低，更稳定。（核间电子在核间同时受两个核的吸引比单独时受核的吸引要小，即位能低，∴能量低）。
1.1.2 价键理论要点 ①要有自旋相反的未配对的电子 H↑+ H↓ -→ H↑↓H 表示：H:H或H-H ②电子配对后不能再配对即一个原子有几个未成对电子，只能和同数目的自旋方向相反的未成对电子成键。如：N：2s22p3，N≡N或NH3 这就是共价键的饱和性。 ③原子轨道的最大程度重叠 （重叠得越多，形成的共价键越牢固） 1.1.3 共价键的类型 ①σ键和π键（根据原子轨道重叠方式不同而分类） s-s ：σ键，如：H-H s-p ：σ键，如：H-Cl p-p ：σ键，如：Cl-Cl π键， 单键：σ键 双键：一个σ键，一个π键 叁键：一个σ键，两个π键 例：N≡N σ键的重叠程度比π键大，∴π键不如σ键牢固。 σ键π键 原子轨道重叠方式头碰头肩并肩 能单独存在不能单独存在 沿轴转180O符号不变符号变 牢固程度牢固差 含共价双键和叁键的化合物的重键容易打开，参与反应。
第10章共价键与分子结构 1.写出下列物质的Lewis结构式并说明每个原子如何达到八电子结构：HF，H2Se， H2C2O4(草酸)，CH3OCH3(甲醚)，H2CO3，HClO，H2SO4，H3PO4。 解： ，，，， ，，。 上述分子中的原子除H原子外，其他原子通过所形成的共价键共有电子和价电子层孤对电子共同构成8电子结构。 2、用杂化轨道理论说明下列化合物由基态原子形成分子的过程（图示法）并判断分子的空间构型和分子极性：HgCl2，BF3，SiCl4，CO2，COCl2，NCl3，H2S，PCl5。 解： ①HgCl2 HgCl2分子的中心原子为Hg原子。基态时Hg原子的价电子构型为6s2。当Hg 原子与Cl原子相遇形成HgCl2时，Hg的6s轨道中的1个电子激发到1个6p轨道，然后6s轨道和该6p轨道采用sp杂化形成2个等同的sp杂化轨道： 并分别与两个Cl原子的3p单电子轨道重叠形成2个Hg-Cl σ键。HgCl2分子构型是直线形，为非极性分子。 ②BF3 BF3分子的中心原子是B原子。基态时B原子的价电子构型为2s22p1。当B原子与F原子相遇形成BF3分子时，B原子2s轨道中的1个电子激发到1个空的2p 轨道，然后采用sp2杂化形成3个等同的sp2杂化轨道： 并分别与3个F原子2p单电子轨道重叠形成3个B-F σ键。BF3分子构型是平面三角形，为非极性分子。 ③SiCl4 Si原子为SiCl4的中心原子，基态时价电子构型为3s23p2，当Si原子与Cl原子相遇形成SiCl4分子时，Si原子3s轨道的1个电子激发到一个空的3p轨道，然后
采用sp3杂化形成4个等同的sp3杂化轨道： 并分别与4个Cl原子3p单电子轨道重叠形成4个Si-Cl σ键。SiCl4分子构型是正四面体，为非极性分子。 ④CO2 C原子为CO2的中心原子。基态时C原子价电子构型为2s22p2，当C原子与O 原子相遇形成CO2分子时，C原子2s轨道的1个电子激发到一个空的2p轨道，然后采用sp杂化形成2个等同的sp杂化轨道： 并分别与2个O原子的2p单电子轨道重叠形成2个σ键，两个O原子的一个2p 单电子轨道与C原子未参与杂化的2p轨道肩并肩重叠形成π键。CO2分子构型是直线形，为非极性分子。 ⑤COCl2 C原子为COCl2的中心原子。基态时C原子价电子构型为2s22p2，当C原子与O 原子、Cl原子相遇形成COCl2分子时，C原子2s轨道的1个电子激发到一个空的2p轨道，然后采用sp2杂化形成3个sp2杂化轨道： 其中2个sp2杂化轨道分别与2个Cl原子的3p单电子轨道重叠形成2个C-Clσ键，另一个sp2杂化轨道和O原子的2p单电子轨道形成C-Oσ键，O原子另一个2p单电子轨道与C原子未参加杂化的2p轨道肩并肩重叠形成π键。COCl2分子构型是三角形，为极性分子。 ⑥NCl3 N原子为NCl3的中心原子。基态时N原子价电子构型为2s22p3, 当N原子与Cl 原子相遇形成NCl3分子时，N原子采取sp3杂化形成4个sp3杂化轨道： 其中3个sp3杂化轨道分别与3个Cl原子的3p单电子轨道重叠形成3个C-Clσ键，另一个sp3轨道被孤对电子占据。NCl3分子构型是三角锥，为极性分子。 ⑦H2S S原子为H2S的中心原子。基态时S原子价电子构型为3s23p4, 当S原子与H 原子相遇形成H2S分子时，S原子采取sp3杂化形成4个sp3杂化轨道： 其中2个sp3杂化轨道分别与2个H原子的1s单电子轨道重叠形成2个H-Sσ键，另外2个sp3杂化轨道被孤对电子占据。H2S分子构型是V形，为极性分子。
分子的空间构型 【学习目标】 1、理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型； 2、学会用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间构型； 3、掌握价层电子对互斥理论，知道确定分子空间构型的简易方法； 【学习重点】杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、分子空间构型的简易方法 【学习难点】杂化轨道理论、价层电子对互斥理论 【学习方法】讲解法、归纳法 【课时安排】1课时 【教学过程】 〖复习回顾〗 1、共价键的类型分为（成键方式“头碰头”）和（成键方式“肩并肩”） 2、描述共价键的键参数分别为、、。〖你知道吗〗 1、C原子与H原子结合形成的分子为什么是CH4，而不是CH2或CH3？CH4分子为什么具有正四面体的空间构型？ 2、为什么H2O分子是“V”型、键角是104.5°，而不是“直线型”或键角是“90°”？ 一、杂化轨道理论（1931年，美国化学家鲍林L.Pauling提出） 基本要点：①.成键时能级相近的价电子轨道混合杂化，形成新的价电子轨道—杂化轨道。 ②.杂化前后轨道数目不变。 ③.杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。 1、等性sp3杂化型（CH4） 轨道排布式： 电子云示意图： 正四面体 （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，所以C原子与H原子结合成稳定的CH4，而不是CH2。
2、等性sp2杂化型（BF3） 用轨道排布式表示B原子采取sp2杂化轨道成键的形成过程： 电子云示意图： 3、等性sp杂化型（气态BeCl2） 用轨道排布式表示Be原子采取sp杂化轨道成键的形成过程： 电子云示意图： 【例题选讲】 例1：根据乙烯、乙炔分子的结构，试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。 例2：试用杂化轨理论解释石墨、苯的结构 4.杂化的分类: 由原子轨道组合成一组简并杂化轨道的杂化过程称为等性杂化。完全由一组具有未成对电子的原子轨道或空轨道参与的杂化都是等性杂化。 如果杂化后所得到的一组杂化轨道并不完全简并，则称为不等性杂化。有孤对电子 ．．．．参与的杂化都是不等性杂化。 5．小结：几种常见的杂化轨道类型 杂化类型sp sp2 sp3 杂化轨道排布直线形三角形四面体杂化轨道中孤对电子数0 0 0 1 2 分子空间构型直线形平面三角形正四面体三角锥形V 形 实例BeCl2 乙炔乙烯 BF3 CH4 CCl4 NH3 H2O 键角180°120°109.5°107.3°104.5°