分子空间结构与物质性质 · 一 · 「价层电子对互斥模型」

• 价层电子对互斥模型（Valence Shell Electron Pair Repulsion , $\text{VSEPR}$ ）可以用来预测分子的立体模型

• 理论认为，分子的空间构型是中心原子周围的「价层电子对」相互排斥的结果。价层电子对是指分子中的中心原子与结合原子间的 $\sigma$ 键电子对 和 中心原子上的孤电子对，由于相互排斥作用，尽可能趋向彼此远离，排斥力最小

• 多重键只计其中的 $\sigma$ 键电子对，不计 $\pi$ 键电子对

判断分子中中心原子上的价层电子对数

情况一 题目给定分子式

$$\begin{gathered} \mathrm{价}\mathrm{层}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}\mathrm{数}=\mathrm{孤}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}\mathrm{数}+\mathrm{成}\mathrm{键}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}\mathrm{数} \\ \mathrm{孤}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}\mathrm{数}=\frac{1}{2}(a-xb) \end{gathered}$$

$a$ 是中心原子的价电子数（阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数）；

$x$ 是与中心原子结合的原子数；$b$ 是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数：（氢为 $1$，其他原子为 “$8$ 减去该原子的价电子数”，如氧和氧族元素中的 $\mathrm{S}、\mathrm{Se}$ 等均为 $2$，卤族元素均为 $1$；等等 ）

分子或离子	中心原子	$a$	$x$	$b$	孤电子对数	价层电子对数	说明	$\text{VSEPR}$ 模型
$\mathrm{SO}{\phantom{A}}_2$	$\mathrm{S}$	$6$	$2$	$2$	$\frac{1}{2}(6-2\times 2)=1$	$2+1=3$	$2\sigma +1\mathrm{孤}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}$	平面三角形
$\mathrm{NH}{\phantom{A}}_4^{+}$	$\mathrm{N}$	$5-1=4$	$4$	$1$	$\frac{1}{2}(4-4\times 1)=0$	$4+0=4$	$4\sigma +0\mathrm{孤}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}$	正四面体形
$\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3^{2-}$	$\mathrm{C}$	$4+2=6$	$3$	$0$	$\frac{1}{2}(6-3\times 2)=1$	$3+0=3$	$3\sigma +0\mathrm{孤}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}$	平面三角形

注意：价层电子对数 $\ne {\displaystyle \frac{\mathtt{\text{价电子数}}}{2}}$

价电子数：对于主族元素而言，最外层电子就是价电子；稀有气体没有价电子数。 对于副族元素而言，除了最外层电子外，次外层的 $d$ 电子也是价电子

价层电子对数： 成键电子对数 和 孤电子对数 的和

情况二 题目给定结构式

看最外层电子数可以形成几个共价键（包含 $\sigma$ 键和 $\pi$ 键），剩余的电子数/2，即为孤电子对数。如果是阳离子（或阴离子），则最外层电子数减去（或加上）其电荷的绝对值

1. [ 2020 全国卷 Ⅲ ] $\mathrm{B}{\phantom{A}}_3\mathrm{H}{\phantom{A}}_6^{3-}$ 的结构为：

$\mathrm{B}$ 原子最外层有 3 个电子，有 3 个电子形成共价键，无孤电子对，因此 $\mathrm{B}$ 原子的杂化轨道类型为：$s{p}^2$

2. 中的 $\mathrm{N}$ 最外层有 5 个电子，由 3 个电子形成共价键，因此，还剩下 2 个电子未形成共价键，因此， $\mathrm{N}$ 原子含一个孤电子对，杂化轨道类型为：$s{p}^3$

$\text{VSEPR}$ 模型与分子空间结构

分子立体构型为实际构型，不包含孤电子对；$\text{VSEPR}$ 模型包含孤电子对

分子	价层电子对数	$\sigma$ 键电子对数	孤电子对数	$\text{VSEPR}$ 模型	分子立体构型
$\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2$	$2$	$2$	$0$	直线形	直线形
$\mathrm{BF}{\phantom{A}}_3$	$3$	$3$	$0$	平面三角形	平面三角形
$\mathrm{SO}{\phantom{A}}_2$	$3$	$2$	$1$	平面三角形	$V$ 形
$\mathrm{CH}{\phantom{A}}_4$	$4$	$4$	$0$	正四面体形	正四面体形
$\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3$	$4$	$3$	$1$	四面体	三角锥
$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$	$4$	$2$	$2$	四面体	$V$ 形

电子间排斥力大小：孤电阻对 $-$ 孤电阻对 $>$ 孤电阻对 $-$ 成键电子对 $>$ 成键电子对 $-$ 成键电子对