内容正文:
■河南省郑州市第七高级中学 王晓蕾
键角是分子(或离子)中一个原子与其他
两个原子形成的两个化学键之间的夹角。键
角是反映分子(或离子)空间结构的重要参
数。键角大小的比较是物质结构与性质模块
中常考的高频考点,很多同学在处理此类问
题时,时常不得要领,出错率较高。若从以下
三个方面来分析处理,可以大幅降低此类问
题的出错率。根据价层电子对互斥理论的分
析,影响键角大小的因素主要有:①中心原子
的杂化类型;②中心原子的孤电子对数;③中
心原子的电负性大小等。现通过具体实例说
明如何比较物质中的键角大小。
一、确定中心原子的杂化方式
由价层电子对互斥理论(VSEPR理论)可
知:①中心原子为sp3 杂化时,VSEPR模型键
角为109.5°;②中 心 原 子 为sp2 杂 化 时,
VSEPR模型键角为120°;③中心原子为sp杂
化时,VSEPR模型键角为180°。当分子中心
原子没有孤电子对时,VSEPR模型键角即为
分子的键角,则键角大小关系为sp>sp2>sp3。
例 1 分子CO2、BF3、CH4 的键角由大
到小的顺序为 。
解析:CO2 分子中,C原子为sp杂化,空
间构型为直线形,键角为180°。BF3 分子中,
B原子为sp2 杂化,空间构型为平面三角形,
键角为120°。CH4 分子中,C原子为sp3 杂
化,空间构型为正四面体形,键角为109.5°。
所以CO2、BF3、CH4 的键角由大到小的顺序
为CO2>BF3>CH4。
答案:CO2>BF3>CH4
例 2 SO2-4 和 NO-3 中,键角更大的
是 。
解析:SO2-4 离子中,中心S原子为sp3 杂
化,空间构型为正四面体形,键角为109.5°。
NO-3 离子中,N原子为sp2 杂化,空间构型
为平面三角形,键角为120°。因此键角NO-3
大于SO2-4 。
答案:NO-3
二、确定中心原子的孤电子对数
孤电子对与成键电子对的电子云分布不
同。成键电子由于受到两个成键原子核的吸
引,电子云分布集中在键轴的位置;而孤电子
对则只受到中心原子核的吸引,电子云在原
子周围占据的体积比较“肥大”。因此,孤电
子对对相邻电子对的排斥力更强烈,从而导
致成键电子对之间的夹角被压缩,即键角变
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知识篇 知识结构与拓展
高考理化 2024年10月
小。根据价层电子对互斥理论,电子对的斥
力由大到小的顺序为: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,即中心原子杂化类型相同时,孤电
子对数越多,则键角就越小。
例 3 H2O、NH3、CH4 的键角由大到
小的顺序为 。
解析:CH4 的键角为109.5°,NH3 的键
角为107.3°,H2O的键角为104.5°,这三种
分子键 角 逐 渐 减 小 的 原 因 是:CH4、NH3、
H2O中心原子杂化类型均为sp3 杂化,但中
心原子的孤电子对数依次为0、1、2对,根据
价层电子对互斥理论,孤电子对数越多,对成
键电子的斥力越大,故三者键角依次减小。
答案:CH4>NH3>H2O
例 4 H3O+
中 H—O—H 的键角比
H2O中 H—O—H 的键角 (填“大”或
“小”),原因是 。
答案:大 H3O+ 和
H2O中心原子杂化
类型均为sp3 杂化,
H3O+中氧原子有1对孤
电子对,H2O中氧原子有2对孤电子对,孤
电子对数越多,对成键电子的斥力越大,键角
越小。所以 H3O+
中 H—O—H 的键角比
H2O中H—O—H的键角大
三、确定中心原子的电负性大小
当分子或离子的中心原子杂化类型相
同,孤电子对数也相同时,成键原子的电负性
强弱直接影响成键电子对的偏移方向和偏移
程度。若中心原子电负性强,则成键电子对
偏向中心原子,中心原子的电子云密度增大,
成键电子对之间的排斥作用力增大,键角变
大;若中心原子电负性弱,则成键电子对偏离
中心原子,则中心原子的电子密度减小,成键
电子对之间的排斥作用力减弱,键角变小。
例 5 NH3 和PH3 两种气体分子中,
键角更大的是 。
解析:在NH3 和PH3 分子中,中心原子
杂化类型均为sp3 杂化,中心原子的孤电子
对数也相同,但中心原子N的电负性强于P
的电负性,中心原子的电负性越强,成键电子
对离中心原子越近,则成键电子对之间的排
斥力越大,键角变大,所以 NH3 的键角比
PH3 的大。
答案:NH3
例 6 比较NF3 和NCl3 两种分子中的
键角大小,并说明理由: 。
答案:键角的大小关系为NF3<NCl3,在
NF3 和NCl3 分子中,中心原子杂化类型均为
sp3 杂化,中心原子的孤电子对数也均为1
对,但配位原子F的电负性强于Cl的电负
性,在NF3 中成键电子对偏向电负性较大的
F原子一边,中心原子的电子密度减小,成键
电子对之间的排斥作用力减弱,键角变小
巩固练习
1.H3BO3 分子中 O—B—O的键角
(填 “大 于”“等 于”或 “小 于”)
BH-4 中
H—B—H的键角,判断依据是 。
2.比较SO2-4 和H2O分子中的键角大小
并给出相应解释: 。
3.NH3 分子在独立存在时,H—N—H
键角为107.3°。如图是[Zn(NH3)6]2+ 的部
分结构以及 H—N—H键角的测量值。解释
NH3 形成如下配合物后 H—N—H 键角变
大的原因: 。
答案:1.大于 H3BO3 分子中的B采取
sp2 杂化,而BH-4 中的B采取sp3 杂化,sp2
杂化形成的键角大于sp3 杂化形成的键角
2.SO2-4 的键角大于 H2O分子的键角,
SO2-4 和 H2O中心原子杂化类型均为sp3 杂
化,中心原子的孤电子对数依次为0、2对,孤
电子对数越多,对成键电子的斥力越大,键角
越小
3.NH3 分子中 N原子的孤电子对进入
Zn2+的空轨道形成配位键后,原孤电子对与
成键电子对间的排斥作用变为成键电子对间
的排斥作用,排斥作用减弱,所以键角变大
(责任编辑 谢启刚)
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知识篇 知识结构与拓展
高考理化 2024年10月