2020高中化学专题四分子空间结构与物质性质第一单元第二课时价层电子对互斥模型等电子原理讲义测试苏教版.docx

第二课时价层电子对互斥模型等电子原理学习目标1.理解价层电子对互斥模型，学会用价层电子对互斥模型来判断分子或离子的立体构型。2.理解等电子原理及其应用。 自主学习区一、价层电子对互斥模型1.价层电子对互斥模型分子中的价层电子对(包括成键电子对和孤电子对)由于相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的立体构型。2.ABm型分子的价电子对计算方法对于ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：n其中，中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算。二、等电子原理1.等电子原理具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。2.等电子体满足等电子原理的分子称为等电子体。1.价层电子对互斥模型和分子的立体构型二者相同吗？提示：不同。价层电子对互斥模型指的是包括键电子对和孤电子对在内的空间构型；分子的立体构型指的是组成分子的所有原子(只考虑分子内的键)所形成的空间构型。若分子中没有孤电子对，价层电子对互斥模型和分子立体构型一致；若分子中有孤电子对，价层电子对互斥模型和分子立体构型不一致。2.为什么CH4、NH3、H2O的中心原子均为sp3杂化，但键角却分别为109.5、107.3、104.5？提示：因为CH4分子的中心原子碳原子上无孤电子对，4个键伸向正四面体的4个顶点，键角为109.5，NH3分子中氮原子上有一对孤电子对，孤电子对对另外三个键产生排斥作用，使三个键的键角变小，同理，H2O分子中的氧原子上有2对孤电子对，对键排斥力更大，故键角更小。教师点拨区对应学生用书P048一、价层电子对互斥模型与分子空间构型用价层电子对互斥(VSEPR)模型判断分子的构型的关键是确定中心原子的成键情况，然后再根据成键情况和孤对电子来确定分子的空间构型。应用VSEPR法判断简单分子构型的一般原则：(1)确定中心原子价层的电子对数。其中：a为中心原子的价电子数。x为与中心原子结合的原子数。b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，H为1，其他原子8该原子的价电子数。例如：NO中N的价层电子对数(5132)33NO中N的价层电子对数(5122)22(2)确定成键电子对和孤对电子的数目，并以此确定分子的空间构型。例如CO2中C的价层电子对数(422)22，CO2中有两个配位原子(O原子)通过2对电子与中心原子C连接，所以CO2中无孤对电子，即CO2中中心原子的价电子构型为直线形，分子也为直线形，即O C O。又如NH3中N的价层电子对数(513)34,4对电子在空间分布为四面体(此时电子对离得最远，斥力最小)。NH3分子中，只有三个配位原子，所以有三对成键电子，一对孤对电子，所以NH3为三角锥形。(3)如果在ABn分子中，A与B之间是通过两对电子或三对电子(即双键或叁键)结合而成的，则价层电子对互斥模型仍适用，这时可把双键或叁键作为一个电子对来看待。例如(CN)2分子，其成键情况为NCCN即NCCN，如果把NC的叁键作为一个电子对看待，则C的周围相当于2对电子对。根据价层电子对互斥模型这两对电子对将分布在C原子的两侧，因此(CN)2分子为直线形。特别提醒判断分子几何构型时注意：(1)如果在价层电子对中出现孤电子对时，价层电子对空间构型还与下列斥力顺序有关：孤电子对孤电子对孤电子对成键电子对成键电子对成键电子对。因此价层电子对空间构型为三角锥形和四面体形时，孤电子对的存在会改变成键电子对的分布空间。所以SnBr2的键角应小于120，NH3、H2O分子的键角应小于109.5。(2)分子的立体构型是成键电子对的空间构型，不包括孤电子对，因此在价层电子对互斥模型的基础上，略去孤电子对占有的空间便得到分子的立体构型。 练习与实践1.用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体构型：分子或离子结构式分子或离子的立体构型HCNHCN_NH_H3O_BF3_答案直线形正四面体三角锥形平面三角形2.用价层电子对互斥模型推测下列分子的空间构型：BeCl2NH3H2OPCl3答案直线形三角锥形V形三角锥形解析中心原子Be的价电子都参与成键，所以可以根据中心原子的周围原子数来判断为直线形，中心原子有孤对电子，孤对电子也要占据中心原子周围的空间，所以为三角锥形，为V形，为三角锥形。二、等电子原理 1.原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似化学键特征，它们的许多性质是相近的。此原理称为等电子原理，满足等电子原理的分子称为等电子体。CO分子与N2分子具有相同原子总数、相同的价电子总数，是等电子体，其某些性质对比如下：分子熔点/沸点/在水中的溶解度(室温)分子解离能/kJmol1分子的价电子总数CO205.05191.492.3 mL107510N2210.00195.811.6 mL946102.一些常见的等电子体微粒原子总数价电子总数N2、CO、CN、C两原子10电子NO、O两原子11电子CO2、CS2、N2O、BeCl2、CNO、N三原子16电子NO、O3、SO2三原子18电子NO、CO、BO、BF3、SO3四原子24电子SiF4、CCl4、BF、SO、PO五原子32电子CH4、NH五原子8电子特别提醒(1)等电子体的价电子总数相同，而组成原子核外电子总数不一定相同，如CO2和CS2。(2)熟悉一些常见的等电子体，可利用已知物质的结构和性质推测其等电子体的结构和性质。练习与实践3.原子数相同，价电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。(1)根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是_和_；_和_。(2)由短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有_和_。答案(1)N2OCO2N2CO(2)SO2O3解析(1)仅由第2周期元素组成的共价分子，只能是由C、N、O、F组成的N2、CO、N2O、CO2等，而N2与CO的价电子总数均为10，N2O与CO2的价电子总数均为16，且原子数分别相等，符合题意。(2)只要原子总数相同，各原子价电子数之和也相同，即可互称等电子体，NO是三原子组成的离子，其价电子数之和为562118，SO2、O3均含三原子分子，价电子总数为6318。4.依据等电子原理在下表中填出相应的化学式。CH4COC2ONHN2HNON2答案C2H6CO2CONON2O4解析通过对CH4和NH的比较可知，由于C的原子序数比N的原子序数小1，所以C原子的价电子数与N的价电子数相等，因此只要C、N原子数相等且其他元素种类和价电子总数相同即符合题意，不要忘了所带的电荷数。如N2H和C2H6。方法规律等电子体的应用等电子体的许多性质是相近的，立体构型是相同的。利用等电子体可以：(1)判断一些简单分子或离子的立体构型；(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物质找等电子体。本课小结1.价层电子对是指中心原子上的电子对，包括成键电子对和中心原子上的孤电子对。中心原子形成几个键就有几对成键电子对，而中心原子上的孤电子对数可由此式计算：(axb)，其中a表示中心原子的价电子数，x表示与中心原子结合的原子数，b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。2.价层电子对为2时，VSEPR模型为直线形；价层电子对为3时，呈平面三角形；价层电子对为4时，呈四面体形，由此可推测分子的立体构型。 学习效果检测对应学生用书P0501.下列微粒中，含有孤电子对的是()A.SiH4 B.H2O C.CH4 D.NH答案B解析SiH4、H2O、CH4、NH的电子式分别为：，只有H2O分子中的O原子上有2对孤电子对。2.下列分子的VSEPR模型与分子的立体构型相同的是()A.CCl4 B.SO C.NH3 D.H2O答案A解析分子中无孤电子对时VSEPR模型与分子立体构型相同。3.用价层电子对互斥模型预测H2S和BF3的立体构型，两个结论都正确的是()A.直线形；三角锥形 B.V形；三角锥形C.直线形；平面三角形 D.V形；平面三角形答案D解析H2S价层电子对数为4，有两对孤电子对数，为V形，BF3价层电子对数为3，没有孤电子对数，为平面三角形。4.下列各组微粒属于等电子体的是()A.12CO2和14CO B.H2O和NH3C.N2和13CO D.NO和CO答案C解析组成粒子的原子总数相同，价电子总数也相同的粒子称为等电子体。在上述粒子中，C项中两分子的原子总数相同且价电子总数也相同，所以是等电子体。5.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，也可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，空间结构相似的是()A.SO2与O3 B.CO2与NO2C.CS2与NO2 D.PCl3与BF3答案A解析由题中信息可知，只要算出分子中原子数及各原子的最外层电子数之和即可判断。B的最外层电子数为3；C的最外层电子数为4；N、P的最外层电子数为5；O、S的最外层电子数为6；F、Cl的最外层电子数为7。6.用价层电子对互斥模型预测下列粒子的立体结构。(1)H2Se_；(2)OF2_；(3)BCl3_； (4)PCl3_；(5)CO2_； (6)SO2_；(7)H3O_； (8)SO_。答案(1)V形(2)V形(3)平面三角形(4)三角锥形(5)直线形(6)V形(7)三角锥形(8)正四面体形 课时作业对应学生用书P0971.下列关于价电子对互斥模型的叙述不正确的是()A.价电子对互斥模型可用来预测分子的空间构型B.分子中中心原子的价电子对的相互排斥作用决定了分子的空间构型C.中心原子上的孤电子对不参与相互排斥作用D.分子中键角越大，价电子对之间的斥力越小，分子越稳定答案C解析中心原子上的孤电子对会占据中心原子周围的空间，并参与相互排斥作用。2.N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示键，下列说法不正确的是()A.N2分子与CO分子中都含有叁键B.N2分子与CO分子中的键并不完全相同C.N2分子与CO分子互为等电子体D.N2分子与CO分子性质完全相同答案D解析从图示可以看出，N2分子和CO分子中均含有一个键和两个键，所以二者都含有叁键，A项正确；N2分子中的键是由每个N原子各提供两个p电子以“肩并肩”的方式重叠形成的，而CO分子中的一个键是O原子单方面提供电子形成的，B项正确；N2与CO的原子总数和价电子总数均相同，互为等电子体，其性质相似，但并不完全相同，C项正确，D项错误。3.用价层电子对互斥模型预测下列粒子的立体结构是直线形的是()A.PCl3 B.BeCl2 C.NH D.CCl4答案B解析PCl3是三角锥形，BeCl2是直线形，NH是正四面体形，CCl4是正四面体形。4.若ABn的中心原子A上没有孤电子对，运用价电子对互斥模型判断下列说法正确的是()A.若n2，则分子的立体结构为形B.若n3，则分子的立体结构为三角锥形C.若n4，则分子的立体结构为正四面体形D.以上说法都不正确答案C解析若中心原子A上没有孤电子对，则根据斥力最小原则，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。5.下列描述中正确的是()A.CS2为V形分子B.ClO的空间构型为平面三角形C.SF6中有6对完全相同的成键电子对D.SiF4和SO的中心原子均无孤电子对答案C解析CS2为直线形分子，ClO空间构型为三角锥形，SiF4无孤电子对，而SO有1对孤电子对。6.下列微粒的价电子对数正确的是(点“”的原子为中心原子)()A. H44 B. O21C. F32 D. O32答案A解析对ABm型分子中心原子价电子对数：nH4中，n4，A正确；O2中，n2，B不正确；F3中，n3，C不正确；O3中，n3，D不正确。7.已知原子数和价电子数相同的离子或分子结构相似，如SO3、NO都是平面三角形。那么下列分子或离子中与SO有相似结构的是()A.PCl5 B.CCl4 C.NF3 D.N答案B解析SO的价电子数为32个，CCl4的原子数为5，价电子数为44732，故与SO有相似结构(均为正四面体形)。8.下列分子或离子中，中心原子价层电子对互斥模型为四面体且分子或离子的立体构型为V形的是()A.NH B.PH3 C.H3O D.OF2答案D解析价层电子对互斥模型为四面体，则价层电子对数必须为4，而分子的实际空间构型为V形，故说明中心原子的4对价层电子对中有2对为孤对电子，符合要求的是D项。9.下列关于N2O的说法正确的是()A.N2O的空间构型与CO2的构型不同B.N2O的空间构型与H2O的构型相似C.N2O的空间构型与NH3的构型相似D.N2O的空间构型为直线形答案D解析根据等电子体原理可知，等电子体具有相同的结构特征。因此，N2O与其等电子体具有相同的结构特征。N2O的价电子总数为16，原子总数为3。选项涉及CO2、H2O、NH3三种分子，其中CO2是N2O的等电子体，因此N2O的空间构型与CO2一样，也呈直线形。10.下列对应关系不正确的是()选项ABCD中心原子所在族A族A族A族A族分子通式AB4AB3AB2AB2立体构型正四面体形平面三角形直线形V形答案B解析当中心原子在V A族，AB3分子应是三角锥形。当中心原子在A族，AB4分子是正四面体形，AB2分子是直线形。当中心原子在A族，AB2分子是V形。11.根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，下列分子或者离子的中心原子杂化方式及空间构型正确的是()选项分子或离子中心原子杂化方式价电子对互斥模型分子或离子的立体构型ABCl3sp3四面体形三角锥形BCS2sp2平面三角形V形CNF3sp2四面体形平面三角形DCOsp2平面三角形平面三角形答案D解析选项分子或离子中心原子杂化方式价电子对互斥模型分子或离子的立体构型ABCl3sp2平面三角形平面三角形BCS2sp直线形直线形CNF3sp3四面体形三角锥形DCOsp2平面三角形平面三角形12.下列说法正确的是()A.BF3和NCl3分子中各原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构B.P4和CH4都是正四面体分子且键角都为109.5C.NH的电子式为，离子呈平面正方形结构D.PCl3和NH3都是三角锥形分子，都存在未成键电子对成键电子的排斥作用答案D解析NCl3分子中各原子都满足8电子稳定结构，但BF3分子中的B原子不满足8电子稳定结构，A错误；P4为正四面体分子，但其键角为60，B错误；NH为正四面体结构而非平面正方形结构，C错误；PCl3分子中的P和NH3分子中的N都有一对未成键电子，由于未成键电子对成键电子的排斥作用，使其呈三角锥形，D正确。13.(1)计算下列分子或离子中点“”原子的价电子对数。 Cl4_； eCl2_； Cl3_； Cl3_。(2)计算下列微粒中点“”原子的孤电子对数。H2 _； Cl5_； F3_； H3_。答案(1)4234(2)2001解析(1)根据ABm型分子中价电子对数目n的计算公式：nCCl4中C原子的价电子对数为4；BeCl2中Be原子的价电子对数为2；BCl3中B原子的价电子对数为3；PCl3中P原子的价电子对数为4。(2)根据ABm型分子中心原子的孤电子对数(axb)的计算公式：H2S中的S原子的孤电子对数：(621)2；PCl5中的P原子的孤电子对数：(551)0；BF3中的B原子的孤电子对数：(331)0；NH3中的N原子的孤电子对数：(531)1。14.(1)利用VSEPR模型推断分子或离子的空间构型。PO_；CO_；AlBr3(共价分子)_。(2)有两种活性反应中间体微粒，它们的微粒中均含有1个碳原子和3个氢