问答题 在下列各对化合物中,哪一种化合物的键角大?说明原因。
【正确答案】(a) 键角CH4>NH3
   CH4分子的中心原子采取sp3等性杂化,键角为109°28′,而NH3分子的中心原子为sp3;不等性杂化,有一对孤对电子,孤对电子的能量较低,距原子核较近,因而孤对电子对成键电子的斥力较大,使NH3分子键角变小,为107°18′。
【答案解析】
【正确答案】(b) 键角Cl2O>OF2
   OF2和Cl2O分子的中心原子氧均为sp3不等性杂化,有二对孤对电子,分子构型为V形。但配位原子F的电负性远大于Cl的电负性,OF2分子中成键电子对偏向配位原子F,Cl2O分子中成键电子对偏向中心原子O,在OF2分子中两成键电子对间的斥力小而Cl2O分子中两成键电子对斥力大,因而Cl2O分子的键角大于OF2分子的键角。一般都用配位原子与中心原子电负性来解释键角大小。
   仅从成键电子对间的斥力来解释分子键角的大小不尽合理。在分子中,孤对电子的能量要比成键电子对能量低,孤对电子距中心原子的核更近,因而孤对电子与成键电子对间的斥力要大于成键电子对与成键电子对间的斥力。显然这与OF2分子的键角小于Cl2O分子的键角相矛盾。实际上,Cl2O分子的键角为111°,比sp3等性杂化轨道间的键角还要大。那么,怎样解释OF2键角小于Cl2O键角更合理呢?
   在OF2和Cl2O分子中,中心原子O的半径较小且电负性较大。在OF2分子中,成键电子对偏向F原子,结果使O原子上的孤对电子更靠近O原子,孤对电子的能量进一步降低,则使O的孤对电子对成键电子对斥力增大。同时,O上孤对电子的能量降低,则孤对电子在不等性的sp3杂化轨道中占有更多的s轨道成分,而成键电子中有较多的p轨道成分,使成键电子对间夹角变小。另外,OF2分子中两个F原子半径较小,两个F原子问的斥力可忽略;但在Cl2O分子中,两个Cl原子间的斥力则较大,因Cl原子的半径远大于F原子的半径。
【答案解析】
【正确答案】(c) 键角NH3>NF3
   NH3和NF3;分子中,H和F的半径都较小,分子中H与H及F与F间斥力可忽略。决定键角大小的主要因素是孤对电子对成键电子对的斥力大小。
   NF3分子中成键电子对偏向F原子,则N上的孤对电子更靠近原子核,能量更低,因此孤对电子对成键电子对的斥力更大。在NH3分子中,成键电子对偏向N原子,成键电子对间的斥力增大,同时N上的孤对电子受核的引力不如NF3分子中大。孤对电子的能量与成键电子对能量相差不大。造成孤对电子与成键电子对的压力与成键电子对和成键电子对的斥力相差不大。所以,NH3分子中键角与109°28′相差不大(107°18′)。
【答案解析】
【正确答案】(d) 键角NH3>PH3
   NH3分子和PH3分子的构型均为三角锥形。配体相同,但中心原子不同。N的电负性大而半径小,P的电负性小而半径大。半径小电负性大的N原子周围的孤对电子和成键电子对间尽量保持最大角度才能保持斥力均衡,因而NH3分子中的键角接近109°28′。此外,PH3键角接近90°(实际为93°18′)也可能与P有与sp3轨道能量相近的3d轨道有关,如AsH3,PH3,PF3及H2S等键角都接近90°。
【答案解析】