VSEPR 模型与分子构型分子库

实验目的

会用价层电子对互斥模型，由价层电子对数和孤电子对数判断分子或离子的空间结构。

实验原理

价层电子对数 = σ键电子对数 + 孤电子对数。价层电子对相互排斥，会尽量远离：2对为直线形，3对为平面三角形，4对为四面体形。孤电子对占据位置，但分子的空间结构只看原子的排布，所以 NH₃ 为三角锥形，H₂O 为V形。孤电子对的排斥作用较强，使键角变小。

实验器材

• CO₂ 分子模型
• BF₃ 分子模型
• CH₄ 分子模型
• NH₃ 分子模型
• H₂O 分子模型
• SO₂ 分子模型
• NH₄+ 离子模型

实验步骤

1. 选择一个分子，旋转并缩放模型，观察原子的空间排布
2. 数出中心原子的σ键电子对数和孤电子对数
3. 计算价层电子对数，写出对应的 VSEPR 模型
4. 去掉孤电子对，得到分子或离子的实际空间结构
5. 对比 CH₄、NH₃、H₂O 的键角，总结孤电子对的影响

实验现象与结论

CO₂ 为直线形，键角180°；BF₃ 为平面三角形，键角120°；CH₄ 为正四面体形，键角109°28′；NH₃ 为三角锥形，键角约107°；H₂O 为V形，键角约105°。价层电子对数相同时，孤电子对越多，键角越小。

常见问题

怎样计算中心原子的价层电子对数？

价层电子对数等于与中心原子成键的σ键电子对数加上中心原子的孤电子对数。双键、三键只算一个σ键。

为什么 H2O 的键角比 CH4 小？

H₂O 的中心原子有2对孤电子对，CH₄ 没有。孤电子对排斥力较强，压缩了成键电子对之间的夹角。