2018_2019版高中化学第2章化学键与分子间作用力第2节共价键与分子的空间构型第2课时学案鲁科版选修3.doc

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1、1第 2 课时 价电子对互斥理论 等电子原理学习目标定位 理解价电子对互斥理论和等电子原理，能根据有关理论、原理判断简单分子或离子的空间构型。一、价电子对互斥理论1价电子对互斥理论的基本内容：分子中的价电子对(成键电子对)和孤电子对由于相互排斥作用，尽可能趋向彼此远离。(1)当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。(2)当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子的空间构型。(3)电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。(4)成键电子对之间斥力由大到小顺序：叁键叁键叁键双键

2、双键双键双键单键单键单键。(5)含孤电子对的斥力由大到小顺序：孤电子对孤电子对孤电子对 单键单键 单键。2价电子对互斥理论与分子的空间构型(1)分析中心原子中的价电子全部参与形成共价键的分子的空间构型并完成下表(由中心原子周围的原子数 n 来预测)：ABn 空间构型 范例2n2 直线形 CO2、BeCl 2n3 平面三角形 CH2O、BF 3n4 正四面体形 CH4、CCl 4n5 三角双锥形 PCl5n6 正八面体形 SF6(2)中心原子上有孤电子对(价电子中未参与形成共价键的电子对)的分子的空间构型：中心原子上的孤电子对占据中心原子周围的空间，与成键电子对互相排斥，使分子的空间构型发生变化

3、，如：H 2O 为 AB2型分子，氧原子上的两对孤电子对参与互相排斥，所以 H2O 分子的空间构型为V 形而不是直线形。NH 3分子中氮原子上有一对孤电子对参与互相排斥，故 NH3的空间构型不能为平面三角形。常见分子的价电子对互斥模型和空间构型 键成键电子对数孤电子对数价电子对数目电子对的排列方式价电子对空间构型分子或离子的空间构型 实例2 0 2 直线形 直线形BeCl2、CO23 0平面三角形BF3、BCl 32 13 三角形V 形 PbCl24 0正四面体形CH4、CCl 43 1 三角锥形 NH32 24四面体形V 形 H2O3(1)ABm型分子中心原子价电子对数目的计算方法ABm型分

4、子(A 是中心原子，B 是配位原子)中价电子对数 n 的计算：n中 心 原 子 的 价 电 子 数 每 个 配 位 原 子 提 供 的 价 电 子 数 m2(2)在计算中心原子的价电子对数时应注意如下规定作为配位原子，卤素原子和 H 原子均提供 1 个电子，氧族元素的原子不提供电子。作为中心原子，卤素原子按提供 7 个电子计算，氧族元素的原子按提供 6 个电子计算。对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。如 PO 中 P 原子价电子数应加上 3，而 NH 中 N 原子的价电子数应减去 1。34 4计算电子对数时，若剩余 1 个电子，即出现奇数电子，也把这个

5、单电子当作 1 对电子处理。双键、叁键等多重键作为 1 对电子看待。例 1 根据价电子对互斥理论及原子的杂化轨道理论判断，NF 3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为( )A直线形、sp 1杂化B平面三角形、sp 2杂化C三角锥形、sp 2杂化D三角锥形、sp 3杂化答案 D解析 (1)NF 3分子中 N 原子价电子对数 4 N 原子价电子对空间构型为四面5 32 价 电 子 对 互 斥 理 论体形 NF3为三角锥形。 N原 子 孤 电 子 对 数 1 (2)NF3分子中，N 原子杂化轨道数 4 N 原子杂化轨道(sp 3杂化)5 32 杂 化 轨 道 理 论空间构型为四面体形 NF3为三角锥

6、形。 N原 子 孤 电 子 对 数 1方法规律(1)根据价电子对互斥理论分析分子或离子空间构型，关键是分析分子或离子中的中心原子的成键电子对数和孤电子对数。(2)中心原子的价电子对数等于中心原子的杂化轨道数。价电子对数目 2 3 4中心原子杂化方式 sp1 sp2 sp3例 2 用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小。下列判断正确的是( )4ASO 2、CS 2、HI 都是直线形的分子 BBF 3键角为 120，SnBr 2键角大于 120CCOCl 2、BF 3、SO 3都是平面三角形的分子DPCl 3、NH 3、PCl 5都是三角锥形的

7、分子答案 C解析 SO 2是 V 形分子，CS 2、HI 是直线形的分子，A 错误； BF3键角为 120，是平面三角形结构，而 Sn 原子价电子数是 4，在 SnBr2中两个价电子与 Br 形成共价键，还有一对孤对电子，对成键电子有排斥作用，使键角小于 120，B 错误；COCl 2、BF 3、SO 3都是平面三角形的分子，键角是 120，C 正确； PCl3、NH 3都是三角锥形的分子，而 PCl5是三角双锥形结构，D 错误。二、等电子原理1比较 N2和 CO 的结构、性质，填写下表空格：分子 N2 CO原子数 2 2电子数 14 14价电子数 10 10结构空间构型 直线形 直线形沸点/

8、 195.81 191.49熔点/ 210.00 205.05性质液体密度/gcm 3 0.796 0.7932.分析比较 N2和 CO 的结构和性质，你能得出的结论是 CO 分子和 N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数，即等电子体，其性质相近。3等电子原理是指化学通式相同、价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间构型和化学键类型等结构特征，它们的许多性质(主要是物理性质)是相近的。满足等电子原理的分子或离子互称为等电子体。(1)等电子体判断方法化学通式相同，价电子总数相等的分子或离子互为等电子体。(2)常见的等电子体类型 实例 空间构型双原子 10 价电子 N2、CO、NO 、C 、C

9、N 22 直线形三原子 16 价电子 CO2、CS 2、N 2O、CNO 、NO 、N 、SCN 、BeCl 2 2 3 直线形5三原子 18 价电子 NO 、O 3、SO 2 2 V 形四原子 24 价电子 NO 、CO 、BO 、SiO 、BF 3、SO 3 3 23 33 23 平面三角形四原子 26 价电子 NF3、PCl 3、NCl 3、SO 23 三角锥形五个原子 8 价电子 CH4、NH 、SiH 4 4五个原子 32 价电子 SiF4、CCl 4、BF 、SO 、PO 4 24 34正四面体形例 3 等电子体的结构相似、物理性质相似，下列各对粒子中，空间结构相似的是( )ASO

10、 2与 O3 BCO 2与 NO2CCS 2与 NO2 DPCl 3与 BF3答案 A方法规律等电子体应用(1)判断一些简单分子或离子的空间构型；(2)利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；(3)利用等电子原理针对某性质找等电子体。例 4 根据等电子原理，由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称等电子体，它们也具有相似的结构特征。(1)仅由第 2 周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是_和_；_和_。(2)在短周期元素组成的物质中，与 NO 互为等电子体的分子有_。 2答案 (1)N 2 CO CO 2 N 2O (2)SO 2、O 3解析 (1)仅

11、由第 2 周期元素组成的共价分子中，即 C、N、O、F 组成的共价分子，如 N2与CO 价电子总数均为 10，CO 2与 N2O 价电子总数均为 16 个电子。(2)依题意，只要原子数相同，各原子最外层电子数之和也相同，即可互称等电子体，NO为三原子，各原子最外层电子数之和为 562118，SO 2、O 3也为三原子，各原子最 2外层电子数之和为 6318。方法规律替换法写等电子体(1)同主族替换法同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素原子，如 O3与 SO2、CO 2与 CS2互为等电子体。(2)左右移位法将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加 n 和减少 n(

12、n1,2 等)的原子，如 N2与CO、N 和 CNO 互为等电子体。 3将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少) n 的元素带 n 个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如 C 与 O 、N 2O 和 N 互为等电子体。22 22 36(3)叠加法互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，如 N2O 与 CO2互为等电子体。1价电子对互斥理论，杂化轨道理论应用2等电子体化学通式相同，价电子总数相同，其结构相似，物理性质相似。1下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是( )A价层电子对就是 键电子对B孤电子对数由分子式来确定C分子的空间构型是价层电子对互斥的结果D孤电子对

13、数等于 键数答案 C解析 价层电子对数是 键数与孤电子对数之和，孤电子对数是指没有成键的价电子对数，其与中心原子价层电子总数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子数及与中心原子结合的原子数有关，A、B、D 项错误。2已知 CN 与 N2互为等电子体，可推算出 HCN 分子中 键与 键的数目之比为( )A13 B21C11 D12答案 C解析 CN 与 N2互为等电子体，二者结构相似，C 原子与 N 原子之间形成叁键，则 HCN 分子的结构式为 HCN，叁键中含有 1 个 键、2 个 键，单键属于 键，故 HCN 分子中 键与 键的数目之比为 2211。3下列分子或离子的中心原子带有一对孤电子对

14、的是( )AH 2O BBeCl 2CCH 4 DPCl 3答案 D7解析 将选项中各物质的未知数据代入公式：中心原子上的孤电子对数 (a xb)，经计算知，选项中原子上的孤电子对数依次为122、0、0、1。4下列分子或离子中，中心原子价电子对的空间构型为四面体形，且分子或离子空间构型为 V 形的是( )ANH BPH 3 4CH 3O DOF 2答案 D解析 对 ABm型分子中心原子价电子对数：n中 心 原 子 的 价 电 子 数 每 个 配 位 原 子 提 供 的 价 电 子 数 m2NH 中， n 4，成键电子对数为 4，离子空间构型为正四面体形；PH 3中， n 45 4 124，成键

15、电子对数为 3，孤电子对数为 1，分子为三角锥形；H 3O 中，5 32n 4，成键电子对数为 3，孤电子对数为 1，分子为三角锥形；OF 2中，6 3 12n 4，成键电子对数为 2，孤电子对数为 2，分子为 V 形。6 225用价层电子对互斥理论完成下列问题。(1) 键成键电子对数 孤电子对数 空间构型H2SeBCl3PCl3SO2SO24(2)用价电子对互斥理论推断甲醛中 HCH 的键角_(填“” “”或“”)120。答案 (1) 键成键电子对数 孤电子对数 空间构型H2Se 2 2 V 形BCl3 3 0 平面三角形8PCl3 3 1 三角锥形SO2 2 1 V 形SO24 4 0 正

16、四面体形(2)解析 (2)甲醛分子式为 CH2O，C 原子的价电子对数为 (420)3，孤电子对数为 0，12所以 CH2O 为平面分子，由于 C=O 与 CH 之间的排斥作用大于 2 个 CH 键之间的排斥作用，所以甲醛分子中 CH 键与 CH 键之间的夹角小于 120。6请解答下列各题：(1)写出与 H2O 分子互为等电子体的两种微粒的化学式：_、_。(2)写出一种与 NO 互为等电子体的微粒的化学式： 3_。(3)CaCN2中阴离子为 CN ，与 CN 互为等电子体的分子的化学式为22 22_，可推知 CN 的空间构型为_形。22答案 (1)H 2S NH (2)CO (或 BF3、Si

17、O 、SO 3等) (3)CO 2(或 N2O) 直线 2 23 23解析 (1)用 S 原子替换 H2O 中的 O 原子得等电子体 H2S；用 N 原子替换 H2O 中的 O 原子且增加 1 个负电荷得等电子体 NH 。 2(2)用 C 原子或 Si 原子替换 NO 中的 N 原子，同时需增加 1 个负电荷得等电子体 3CO 、SiO ；用 S 原子替换 NO 中的 N 原子，同时需减掉 1 个负电荷得等电子体 SO3；23 23 3同理推出 BF3与 SO3为等电子体。(3)用 2 个 O 原子替换 CN 中的 2 个 N 原子，同时需去掉 2 个负电荷，得其等电子体22CO2；用 1 个

18、 O 原子替换 CN 中的 1 个 C 原子，同时需去掉 2 个负电荷得其另一等电子体22N2O，由于 CO2为直线形分子，故 CN 也是直线形分子。22对点训练题组 1 价电子对互斥理论及应用1下列微粒中，含有孤对电子的是( )ASiH 4 BH 2O CCH 4 DNH 4答案 B9解析 SiH 4、H 2O、CH 4、NH 的电子式分别为 、 、 、 4，只有 H2O 分子中的 O 原子上有 2 对孤对电子。2下列微粒的价层电子对数正确的是(点“”的原子为中心原子)( )A. H4 4 B. O2 1 C. F3 2 D. O3 2C C B S 答案 A解析 对 ABm型分子中心原子价

19、电子对数 nCH4中， n 4，A 正中 心 原 子 的 价 电 子 数 每 个 配 位 原 子 提 供 的 价 电 子 数 m2 4 142确；CO 2中， n 2，B 不正确；BF 3中， n 3，C 不正确；SO 3中，4 022 3 132n 3，D 不正确。6 0323用价电子对互斥理论预测 H2S 和 BF3的空间构型，两个结论都正确的是( )A直线形；三角锥形 BV 形；三角锥形C直线形；平面三角形 DV 形；平面三角形答案 D解析 在 H2S 中，价电子对数为 4，若无孤电子对存在，则其应为正四面体形。但中心原子S 上有两对孤电子对，而且孤电子对也要占据中心原子周围的空间，它们

20、相互排斥，因此H2S 为 V 形结构。在 BF3中，价电子对数为 3，其中心原子 B 上无孤电子对，因此 BF3应为平面三角形。4下列分子或离子中，空间构型不是三角锥形的是( )APCl 3 BCH 3CBBr 3 DH 3O答案 C解析 微粒 价电子对数 孤电子对数 价电子对空间构型 分子空间构型CH 3 4 1 四面体形 三角锥形PCl3 4 1 四面体形 三角锥形BBr3 3 0 平面三角形 平面三角形H3O 4 1 正四面体形 三角锥形105.根据 VSEPR 模型判断下列各组分子或离子结构相同的是( )ASO 2和 CO2 BBF 3和 NH3CNH 3和 H2O DCH 4和 NH

21、 4答案 D解析 A 项中，SO 2分子中 S 有一对孤电子对，而 CO2分子中没有孤电子对，因此 SO2为 V 形而 CO2为直线形；B 项中，BF 3中 B 无孤电子对，而 NH3中有一对孤电子对，因此其构型分别为平面三角形和三角锥形；C 项中，其构型分别为三角锥形和 V 形；D 项中，中心原子的成键情况相同，故分子结构也相同，为正四面体形。6若 ABn的中心原子 A 上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价电子对互斥模型，下列说法正确的是( )A若 n2，则分子的空间构型为 V 形B若 n3，则分子的空间构型为三角锥形C若 n4，则分子的空间构型为正四面体形D以上说法都不正确答案 C解析

22、 若中心原子 A 上没有未用于成键的孤对电子，则根据斥力最小的原则，当 n2 时，分子结构为直线形； n3 时，分子结构为平面三角形； n4 时，分子结构为正四面体形。7(2018曹妃甸一中期末)下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR 模型)的叙述中不正确的是( )AVSEPR 模型可用来预测分子的空间构型B分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间构型C中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥D分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大，分子越稳定答案 D解析 VSEPR 模型可用来预测分子的空间构型，注意实际空间构型要去掉孤电子对， A 正确；空间构型与价电子对相互排斥有关，所

23、以分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间构型， B 正确；中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间排斥力孤电子对和成对电子对间的排斥力， C 正确；分子的稳定性与键角没有关系， D 不正确。8已知在 CH4中，CH 键间的键角为 109.5，NH 3中，NH 键间的键角为 107.3，H 2O中 OH 键间的键角为 104.5，则下列说法中正确的是( )A孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力B孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力11C孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力D题干中的数据

24、不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力与成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系答案 A题组 2 等电子原理及应用9与 NO 互为等电子体的是( ) 3ASO 2 BBF 3 CCH 4 DNO 2答案 B解析 等电子体是化学通式和价电子总数均相同的粒子，NO 的原子数是 4，价电子数是 324，与其互为等电子体的是 BF3。10(2017武汉二中月考)等电子体之间结构相似，物理性质也相近。根据等电子原理可知，由短周期元素组成的粒子，只要其原子总数和价电子总数相同，均可互称为等电子体。下列各组粒子不能互称为等电子体的是( )ACO 和 NO BO 3和 SO223 3CCO 2和 NO DS

25、CN 和 N 2 3答案 C11根据等电子原理：由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，它们具有相似的结构特征。以下各组微粒结构不相似的是( )ACO 和 N2 BO 3和 NO 2CCO 2和 N2O DN 2H4和 C2H4答案 D解析 只有 N2H4和 C2H4不是等电子体。12(2017黑龙江牡丹江一高高二月考)下列关于等电子体的说法中，正确的是( )AN 2与 CO 不互为等电子体，故它们的熔、沸点及溶解度相差较大BPO 与 SO 不互为等电子体，故结构不相似34 24CNO 与 O3互为等电子体，故 NO 为 O3的同素异形体 2 2

26、D苯与硼氮苯互为等电子体，故硼氮苯中含有大 键答案 D解析 N 2与 CO 原子数目相等，价电子总数相等，互为等电子体，A 错误；PO 与 SO 原34 24子数目相等，价电子总数相等，互为等电子体，结构相似，B 错误；NO 与 O3互为等电子 2体，但不互为同素异形体，C 错误；苯与硼氮苯互为等电子体，结构相似，苯分子结构中含有大 键，则硼氮苯中同样含有大 键，D 正确。综合强化13为了解释和预测分子的空间构型，科学家在归纳了许多已知分子空间构型的基础上，提12出了一种十分简单的理论模型价层电子对互斥理论。这种模型把分子分成两类：一类是_；另一类是_。BF3和 NF3都是四个原子的分子，BF

27、 3的中心原子是_，NF 3的中心原子是_；BF 3分子的空间构型是平面三角形，而 NF3分子的空间构型是三角锥形的原因是_。答案 中心原子上的价电子都用于形成共价键 中心原子上有孤电子对 B N BF 3分子中B 原子的 3 个价电子都与 F 原子形成共价键而成平面三角形；而 NF3分子中 N 原子的 3 个价电子与 F 原子形成共价键，还有 1 对未成键的孤电子对，占据了 N 原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形14硒是一种非金属，可以用作光敏材料、电解锰行业催化剂。(1)Se 是元素周期表中第 34 号元素，其基态原子的核外电子排布式为_。(2)根据价电子对互斥理论，可以推知 Se

28、O3分子的空间构型为_，其中 Se 原子采用的轨道杂化形式为_。(3)CSe2与 CO2结构相似，CSe 2分子内 键与 键个数之比为_。CSe 2首次是由 H2Se 与 CCl4反应后制取的，CSe 2分子内的键角_(填“大于” “等于”或“小于”)H 2Se 分子内的键角。HSeH 键角_(填“大于” “等于”或“小于”)AsH3分子内的 HAsH 键角。答案 (1)1s 22s22p63s23p63d104s24p4(或Ar3d 104s24p4) (2)平面三角形 sp 2 (3)11 大于 小于 解析 (1) Se 位于第 4 周期A 族，所以其基态原子价电子排布式为 3d104s2

29、4p4，然后再写电子排布式。(2)SeO 3分子中 Se 原子的价电子对数为 (60)3，成键电子对数为 3，孤12电子对数为 0，所以 Se 原子采取 sp2杂化，该分子为平面三角形。(3)根据等电子原理和价电子对互斥理论，CSe 2与 CO2结构相似，CSe 2分子内 键与 键均为 2 个。CSe 2与 CO2均为直线形分子，键角为 180，H 2Se 与 H2O 互为等电子体，Se 采取 sp3杂化， HSeH 键角接近水分子内 HOH 键角(104.5)。AsH 3与 NH3互为等电子体，As 采取 sp3杂化，HAsH 键角接近 107.3。根据杂化轨道理论，中心原子采取 sp1杂化

30、的键角中心原子采取sp3杂化的键角。中心原子都采取 sp3杂化时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。15等电子体的结构相似、物理性质相近，称为等电子原理。如 N2和 CO 为等电子体。下表为部分元素等电子体分类、空间构型表。等电子体类型 代表物质 空间构型三原子 18 电子等电子体 SO2 V 形13四原子 24 电子等电子体 SO3 平面三角形四原子 26 电子等电子体 SO23 三角锥形五原子 32 电子等电子体 CCl4 四面体形回答下列问题：(1)写出下列物质离子的空间构型：BrO _，CO _， 3 23PO _，NO _。34 2(2)由第 2 周期元素组成，与 F2互为等电子体的

31、离子有_。(3)CNO 与 CO2是等电子体，则 CNO 中 C 原子的杂化方式是_，CNO 的结构式为_。答案 (1)三角锥形 平面三角形 四面体形 V 形 (2)O (3)sp 1 N= =C=O22解析 (1)互为等电子体的物质结构相似。BrO 为四原子 26 电子体，所以其结构与 SO 3相似，为三角锥形；CO 为四原子 24 电子体，与 SO3的结构相似，为平面三角形；同23 23理可知 PO 为正四面体形，NO 与 SO2和 O3为等电子体，为 V 形。34 2(2)F2为双原子 18 电子体，所以由第 2 周期元素组成，与 F2互为等电子体的离子有 O 。22(3)CNO 的结构与 CO2相似，故 C 原子采取 sp1杂化，结构式为N= =C=O 。