← 课程目录 第二章 化学键与分子间作用力 > 2.1 共价键与分子的立体构型
第二章 · 第一节
共价键与分子的立体构型
σ键与π键 · 键参数 · VSEPR模型 · 杂化轨道理论

📖 知识点学习

🎯 学习目标

  • 理解共价键的本质和类型（σ键、π键）
  • 掌握键参数（键长、键能、键角）
  • 能用VSEPR模型预测分子构型
  • 理解杂化轨道理论
知识点一：共价键的本质
共价键
原子间通过共用电子对形成的化学键。本质是电子云的重叠。
共价键的类型
  • σ键：电子云"头碰头"重叠，轴对称，可绕轴旋转
  • π键：电子云"肩并肩"重叠，镜像对称，不可旋转
  • 单键=σ键；双键=σ+π；三键=σ+2π
  • σ键比π键重叠程度大，故σ键更牢固
知识点二：键参数
键参数
描述共价键性质的物理量：键长（两核间距）、键能（气态基态原子形成1mol化学键释放的能量）、键角（相邻两键的夹角）。
键参数与分子性质
  • 键长越短，键能越大，键越牢固
  • 键角决定分子的空间构型
  • 键能可用于计算反应焓变
知识点三：VSEPR模型
价层电子对互斥理论
中心原子的价层电子对（σ键电子对+孤电子对）相互排斥，尽可能远离，使分子采取能量最低的空间构型。
VSEPR模型预测
  • 2对电子对：直线形，键角180°（如CO₂）
  • 3对电子对：平面三角形，键角120°（如BF₃）
  • 4对电子对：正四面体，键角109°28'（如CH₄）
  • 有孤电子对时构型改变：如NH₃(三角锥)、H₂O(V形)
知识点四：杂化轨道理论
杂化轨道
能量相近的原子轨道重新组合形成新的等价轨道。类型有sp（直线形）、sp²（平面三角形）、sp³（正四面体）。
杂化类型与构型
  • sp杂化：2个杂化轨道，180°，直线形（CO₂、BeCl₂）
  • sp²杂化：3个杂化轨道，120°，平面三角形（BF₃、C₂H₄）
  • sp³杂化：4个杂化轨道，109°28'，正四面体（CH₄、NH₃、H₂O）
  • NH₃和H₂O也是sp³杂化，但有孤电子对
σ键
σ
头碰头重叠
轴对称
π键
π
肩并肩重叠
镜像对称

🎬 动画讲解

📢
点击「播放动画」按钮开始学习...

🧪 互动实验：分子构型预测

💡 选择分子，查看VSEPR模型预测的立体构型
⚙️ 选择分子
电子对数2
构型直线形
键角180°
📋 实验结论
VSEPR模型通过计算中心原子的价层电子对数（σ键电子对+孤电子对）来预测分子构型。有孤电子对时实际构型与电子对构型不同，孤电子对对成键电子对的排斥力更大。

📝 例题精讲

💡 提示：点击「下一步」按钮，逐步查看详细解题过程
例题 1判断CH₄分子构型
用VSEPR模型预测CH₄的分子构型和键角。
🔍 解题过程
1中心原子C，价电子4个。与4个H形成4个σ键，孤电子对=0。价层电子对数=4+0=4。
24对电子对→正四面体构型，键角109°28'。C为sp³杂化。CH₄是正四面体结构。
✅ CH₄为正四面体构型，键角109°28'，C为sp³杂化。
例题 2判断H₂O分子构型
用VSEPR模型预测H₂O的分子构型，解释为何键角不是109°28'。
🔍 解题过程
1中心原子O，价电子6个。与2个H形成2个σ键，孤电子对=(6-2)/2=2。价层电子对数=2+2=4。
24对电子对→电子对构型为正四面体，但O有2对孤电子对。实际分子构型为V形。孤电子对排斥力＞成键电子对，压缩键角至104.5°（＜109°28'）。
✅ H₂O为V形构型，键角104.5°。O为sp³杂化，2对孤电子对压缩了键角。

🚀 拓展提升

等电子体原理

原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相似的空间构型和相似的键合特征。如CO₂和N₂O⁻（均为直线形），CO₃²⁻和NO₃⁻（均为平面三角形）。

孤电子对的影响

  • 孤电子对参与VSEPR模型计数
  • 孤电子对不显示在分子构型中
  • 排斥力：孤对-孤对＞孤对-键对＞键对-键对
  • NH₃键角107°＜109°28'，H₂O键角104.5°＜107°

大π键

  • 3个或以上原子p轨道平行重叠形成
  • 如苯中的大π键(π₆⁶)
  • CO₃²⁻、NO₃⁻中存在大π键
  • 大π键使分子更稳定

✏️ 练习巩固

💡 提示：每道题作答后会立即显示解析，请认真思考后再作答
第 1 题★☆☆ 基础
下列关于σ键和π键的说法正确的是？
Aσ键是肩并肩重叠
Bπ键比σ键更牢固
Cσ键头碰头重叠，π键肩并肩重叠
D单键含π键
第 2 题★☆☆ 基础
CH₄分子的空间构型是？
A平面正方形
B平面三角形
C正四面体
D直线形
第 3 题★★☆ 巩固
下列分子中属于直线形的是？
AH₂O
BCO₂
CNH₃
DCH₄
第 4 题★★☆ 巩固
N₂分子中含有___个π键（填数字）。
第 5 题★★★ 拓展
H₂O分子的实际键角约为___°（填数字，保留一位小数）。

🧠 知识点问答

老师来考考你！下面的问题都来自本节课的知识点，看看你掌握了多少。每次点击"再考一次"题目顺序都会随机打乱哦！
🎉

课程完成！

恭喜你完成了「共价键与分子的立体构型」的学习！

📌 核心要点：
① σ键：头碰头重叠，轴对称；π键：肩并肩重叠，镜像对称
② 单键=σ；双键=σ+π；三键=σ+2π
③ 键参数：键长、键能、键角
④ VSEPR：2对直线、3对平面三角、4对正四面体
⑤ 杂化：sp直线、sp²平面三角、sp³正四面体