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高一~高中二年级 (15-17岁)

高中化学 分子结构

分子的形状取决于中心原子周围的电子对相互排斥、尽量远离的性质，这叫作价层电子对互斥理论（VSEPR）。 根据与中心原子成键的原子数和孤电子对数，会得到直线形、平面三角形、正四面体形、三角锥形、V 形等形状，孤电子对越多，键角越小。 即使每个键都有极性，只要形状对称，极性就会相互抵消，分子是非极性的，所以要先知道形状才能判断分子的极性。 在图中切换结构时，示例分子的原子排布、键角和极性会一起改变。

分子为什么有确定的形状

💡 把气球绑在一起
①把两个气球绑在一起，它们朝相反方向排成一直线（180°）
②绑三个，就在同一平面内各隔 120° 张开
③绑四个，平面里放不下，只能向立体方向张开，成为正四面体（109.5°）
④电子对也像气球一样相互推挤，选择彼此离得最远的排布，这就是价层电子对互斥理论（VSEPR）

用价层电子对互斥理论看六种形状

直线形
🔍 比较六种结构
①直线形（CO₂）：成键原子 2，孤电子对 0。双键也只算一个方向，所以 C 周围只有两组电子对 → 非极性
②平面三角形（BF₃）：成键原子 3，孤电子对 0 → 非极性
③V 形（SO₂）：成键原子 2，孤电子对 1。三组电子对排成平面三角形，其中一组是孤电子对，所以形状弯折 → 极性
④正四面体形（CH₄）：成键原子 4，孤电子对 0 → 非极性
⑤三角锥形（NH₃）：成键原子 3，孤电子对 1。四组电子对排成正四面体，顶点被孤电子对占据 → 极性
⑥V 形（H₂O）：成键原子 2，孤电子对 2 → 极性

孤电子对与键角

VSEPR 要点
排斥强弱：孤对-孤对 > 孤对-成键对 > 成键对-成键对
孤电子对占据更大的空间，挤压成键电子对
键角比较
CH₄(109.5°) > NH₃(107°) > H₂O(104.5°)
四组电子对中孤电子对从 0 → 1 → 2 个增加时，键角逐渐变小
💡 孤电子对为什么使键角变小
①成键电子对被束缚在两个原子核之间，伸展得比较细
②孤电子对只受中心原子核一个约束，在中心原子附近铺得更开
③铺开的孤电子对更强地推挤成键电子对，使键与键之间的夹角变小
④所以同样是四面体排布，键角从 CH₄ 的 109.5° 到 NH₃ 的 107°，再到 H₂O 的 104.5° 依次减小。在图中依次切换这三种结构，孤电子对会一个个增加

判断极性

判断分子的极性

形状与极性
形状示例对称极性
直线形CO₂是非极性
平面三角形BF₃是非极性
V 形H₂O, SO₂否极性
正四面体形CH₄, CCl₄是非极性
三角锥形NH₃否极性
💡 判断极性分子的三步
①看每个键是否有极性：两个原子电负性不同就是极性键
②看分子形状是否对称，形状用 VSEPR 确定
③对称时键的偶极相互抵消，是非极性分子：CO₂ 的两个 C=O 方向正好相反而抵消
④不对称时偶极之和不为 0，是极性分子：H₂O 是 V 形，两个 O–H 的偶极不能抵消
⑤所以即使由同样的极性键组成，形状不同，分子的极性也不同

动手算一算

例题 1
求甲烷（CH₄）分子的形状与键角。
1
数中心原子 C 周围的电子对组数：与 4 个 H 成键，没有孤电子对。
C 周围电子对 4 组（成键 4，孤对 0）
2
四组电子对彼此最远的排布是正四面体，而且全部成键，所以分子形状也是正四面体形。
正四面体形，109.5°
▸ 正四面体形，109.5°
没有孤电子对，键角就不会变小，保持 109.5°。图中正四面体里的楔形和虚线就是伸向立体方向的两个键。
例题 2
比较水（H₂O）与二氧化碳（CO₂）的分子构型。
1
H₂O 的中心原子 O 上有 2 个成键原子和 2 对孤电子对，共四组电子对。
H₂O：四面体排布中有两个位置是孤电子对 → V 形，104.5°
2
CO₂ 的中心原子 C 有两个双键，没有孤电子对，所以只有两组电子对。
CO₂：电子对 2 组，孤对 0 → 直线形，180°
▸ H₂O 为 V 形，CO₂ 为直线形
两种分子的中心原子都与两个原子成键，但有没有孤电子对把它们分成了 V 形和直线形。所以 H₂O 是极性分子，CO₂ 是非极性分子。

总结

确定分子形状的步骤
① 数中心原子周围的电子对组数 → ② 确认孤电子对数 → ③ 确定形状
电子对组数 = 成键原子数（多重键也算 1）+ 孤电子对数
2022 评价院模考化学Ⅰ类题改编
下列分子中分子构型为直线形的是？
①H₂O
②NH₃
③CH₄
④CO₂
⑤SO₂
▸ ④ CO₂
1
对每种分子，数出中心原子周围的电子对组数和其中的孤电子对数。
2
H₂O、NH₃、SO₂ 有孤电子对，呈 V 形或三角锥形；CH₄ 是正四面体形。只有两组电子对且没有孤电子对的只有 CO₂。
O=C=O：电子对 2 组，孤对 0 → 直线形 180°
🎯 考试重点
①VSEPR：中心原子周围的各组电子对彼此尽量远离
②多重键算作一组电子对
③孤电子对占据更大空间，使键角变小
④CH₄ 正四面体形（非极性），NH₃ 三角锥形（极性），H₂O V 形（极性），CO₂ 直线形（非极性）
⑤分子的极性要结合键的极性与形状的对称性来判断
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共价键
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电负性与键的极性

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