2018-2019版化学新导学笔记苏教选修三通用版讲义：专题4 第一单元 分子构型与物质的性质 第2课时

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第2课时价层电子对互斥理论等电子原理[学习目标定位]理解价层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构型。一、价层电子对互斥理论1．价层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，而趋向于尽可能彼此远离。(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,从而影响分子构型。(3）电子对之间的夹角越大,相互之间的斥力越小。(4）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．价层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n＝2直线形CO2、BeCl2n＝3平面三角形CH2O、BF3n＝4正四面体型CH4、CCl4(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，如：①H2O为AB2型分子，氧原子上有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。②NH3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。③常见分子的价层电子对互斥模型和空间构型σ键电子对数孤电子对数价层电子对数目电子对的排列方式价层电子对互斥模型分子或离子的空间构型实例202直线形直线形BeCl2、CO2303三角形平面三角形BF3、BCl321V形PbCl2404四面体型正四面体型CH4、CCl431三角锥型NH322V形H2O(1）ABm型分子中心原子价层电子对数目的计算方法ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)中价层电子对数n的计算:n＝eq\f(中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m,2）（2)在计算中心原子的价层电子对数时应注意如下规定①作为配位原子，卤素原子和H原子提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子;②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;③对于复杂离子，在计算价层电子对数时,还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。如POeq\o\al(3－，4）中P原子价层电子数应加上3，而NHeq\o\al(＋，4)中N原子的价层电子数应减去1；④计算电子对数时，若剩余1个电子，即出现奇数电子,也把这个单电子当作1对电子处理；⑤双键、叁键等多重键作为1对电子看待.例1根据价层电子对互斥理论及原子的杂化轨道理论判断，NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为()A．直线形、sp杂化B．平面三角型、sp2杂化C．三角锥形、sp2杂化D．三角锥型、sp3杂化答案D解析NF3分子中N原子价电子对数＝eq\f（5＋3,2）＝4eq\o(→,\s\up7（价层电子对)，\s\do5（互斥理论）)N原子价层电子对互拆模型为四面体型,NF3分子的空间构型为三角锥型.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。下列判断不正确的是()A．SO2、CS2都是直线形的分子B．BF3键角为120°，SnBr2键角小于120°C．COCl2、SO3都是平面三角形的分子D．PCl3、NH3都是三角锥型的分子答案A解析SO2是V形分子,CS2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，还有一个孤电子对，对成键电子有排斥作用，使键角小于120°，B正确；COCl2、SO3都是平面三角形的分子,键角是120°，C正确;PCl3、NH3都是三角锥型的分子，D正确。方法规律(1）根据价层电子对互斥理论分析分子或离子的空间构型，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234中心原子杂化方式spsp2sp3二、等电子原理1．比较N2和CO的结构、性质,填写下表空格：分子N2CO结构原子数22电子数1414价电子数1010空间构型直线形直线形性质沸点/℃－195。81－191。49熔点/℃－210。00－205.05液体密度/g·cm－30。7960。7932。根据上表,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，其某些物理性质相近。3．等电子原理是指原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相似的化学键特征，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)等电子体判断方法原子总数相同，价电子总数相同的分子或离子。(2）等电子体应用等电子体的许多性质是相近的，空间构型是相同的。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物质找等电子体。(3)一些常见的等电子体类型实例空间构型双原子10电子的等电子体N2、CO、NO＋、Ceq\o\al（2－，2）、CN－直线形三原子16电子的等电子体CO2、CS2、N2ONOeq\o\al(＋，2）、Neq\o\al（－,3）、BeCl2（g）直线形三原子18电子的等电子体NOeq\o\al（－,2）、O3、SO2V形四原子24电子的等电子体NOeq\o\al（－，3)、COeq\o\al（2－,3）、BOeq\o\al（3－，3)、CSeq\o\al(2－，3）、BF3、SO3(g)平面三角形五原子32电子的等电子体SiF4、CCl4、BFeq\o\al（－，4)、SOeq\o\al(2－,4）、POeq\o\al（3－，4)四个σ键，正四面体型例3已知原子总数和价电子总数相同的离子或分子结构相似，如SO3、NOeq\o\al（－，3）都是平面三角形.那么下列分子或离子中与SOeq\o\al（2－,4）有相似结构的是（)A．PCl5B．CCl4C．NF3D．Neq\o\al（－,3)答案B解析SOeq\o\al（2－，4）的原子数为5,价电子数为32，CCl4的原子数为5，价电子数为4＋4×7＝32，故CCl4与SOeq\o\al(2－，4)有相似结构（均为正四面体型）.例41919年,Langmuir提出等电子原理：原子总数相同、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2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是________和________;________和__________。(2）此后，等电子原理又有所发展.例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子总数相同，各原子最外层电子数之和相同,也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与NOeq\o\al(－,2）互为等电子体的分子有________、________。答案（1）N2COCO2N2O（2）SO2O3解析(1)仅由第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电子总数均为14,CO2与N2O电子总数均为22.(2）依题意，只要原子总数相同，价电子总数也相同，即可互称为等电子体，NOeq\o\al（－，2）为三原子，其价电子总数为（5＋6×2＋1)＝18，SO2、O3也为三原子，各分子价电子总数均为6×3＝18。（1)价层电子对互斥理论、杂化轨道理论应用（2）等电子体原子总数相同,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σ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．孤电子对数等于π键数答案C解析价层电子对数是σ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．用价层电子对互斥理论预测H2S和NOeq\o\al（－，3)的空间结构，两个结论都正确的是（）A．直线形；三角锥型B．V形；三角锥型C．直线形；平面三角形D．V形；平面三角形答案D解析H2S分子的中心原子S原子上含有2个σ键，中心原子上的孤电子对数＝eq\f(1,2）（a－xb）＝eq\f(1，2)×(6－2×1)＝2，所以硫化氢分子的价层电子对互斥模型是四面体型，略去孤电子对后,实际上其空间构型是V形；NOeq\o\al（－，3）的中心原子N原子含有3个σ键，且不含孤电子对，所以其空间构型是平面三角形,故选D.3．下列物质属于等电子体的一组是（)①CH4和NHeq\o\al（＋，4)②B3H6N3和C6H6③F－和Mg④H2O和CH4A．①②B．②③C．③④D．①④答案A解析等电子体要具备两个条件:一是微粒的原子总数相同，二是微粒的价电子总数相同.分析可知①、②两项正确，③项中F－和Mg的价电子总数不同，④项中H2O和CH4的原子总数不相同。4．已知CN－与N2互为等电子体，可推算出HCN分子中σ键与π键的数目之比为()A．1∶3B．2∶1C．1∶1D．1∶2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H—C≡N，叁键中含有1个σ键、2个π键,单键属于σ键，故HCN分子中σ键与π键的数目之比为2∶2＝1∶1。5．用价层电子对互斥理论预测下列粒子的空间结构。（1)OF2____________；（2）BCl3____________；(3）PCl3____________；(4）SOeq\o\al(2－，4）____________。答案(1）V形（2）平面三角形（3)三角锥型（4)正四面体型[对点训练］题组一分子中价电子对数目的确定1．下列微粒中，含有孤电子对的是（）A．SiH4 B．H2OC．CH4 D．NHeq\o\al（＋，4)答案B解析SiH4、H2O、CH4、NHeq\o\al(＋，4）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．下列微粒的价电子对数正确的是（点“eq\a\vs4\al\co1(·)”的原子为中心原子)（）A。eq\o（C，\s\up6(·））H44 B.eq\o(C,\s\up6（·））O21C.eq\o（B,\s\up6（·））F32 D.eq\o（S，\s\up6（·)）O32答案A解析对ABm型分子中心原子价电子对数:n＝eq\f（中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m,2）eq\o（C,\s\up6（·))H4中，n＝eq\f(4＋1×4,2)＝4，A正确;eq\o（C,\s\up6(·))O2中，n＝eq\f(4＋0×2，2）＝2，B不正确；eq\o（B，\s\up6（·）)F3中，n＝eq\f(3＋1×3，2)＝3，C不正确；eq\o（S,\s\up6（·)）O3中，n＝eq\f（6＋0×3，2)＝3，D不正确。题组二价层电子对互斥理论及其应用3．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型，且分子或离子空间构型为V形的是()A．NHeq\o\al（＋，4） B．ClOeq\o\al（－，3）C．H3O＋ D．H2S答案D解析A项，NHeq\o\al(＋,4）中价电子对数＝4＋eq\f(1，2）×(5－1－4×1）＝4，且不含孤电子对，价层电子对互斥模型和离子的空间构型均为正四面体型，故A错误；B项,ClOeq\o\al（－，3)中价电子对数＝3＋eq\f（1，2)×(7＋1－3×2）＝4，价层电子对互斥模型为四面体型,且含有一个孤电子对，所以离子空间构型为三角锥型，故B错误；C项，H3O＋中价电子对数＝3＋1＝4，所以其价层电子对互斥模型为四面体型，该离子中含有一个孤电子对，所以其空间构型为三角锥型，故C错误；D项，H2S中价电子对数＝2＋eq\f（1，2)×（6－2）＝4，价层电子对互斥模型为四面体型，且含有2个孤电子对，所以S原子采用sp3杂化,为V形结构，故D正确.4．用价层电子对互斥理论预测NOeq\o\al(－,2）和BF3的空间构型，两个结论都正确的是（)A．直线形；三角锥型B．V形；三角锥型C．直线形;平面三角形D．V形;平面三角形答案D解析在NOeq\o\al(－,2)中，价电子对数为4，则其应为正四面体型。但中心原子N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,它们相互排斥，因此NOeq\o\al(－,2）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.5．实验测得BH3为平面三角形(键角均为120°），NH3为三角锥型（键角为107。3°），已知电子数相同的微粒具有相似的结构。由此推断:①甲基,②甲基碳正离子(CHeq\o\al(＋,3)），③甲基碳负离子（CHeq\o\al（－,3）)的键角相对大小顺序为（）A．②＞①＞③ B．①＞②＞③C．③＞①＞② D．①＝②＝③答案A解析①甲基（—CH3)含有3个σ键，1个孤电子，碳原子杂化方式是sp3，为三角锥型结构，由于孤电子的影响小于孤电子对,故键角大于107.3°小于120°；②碳正离子（CHeq\o\al(＋,3))含有3个σ键,没有孤电子对，碳原子杂化方式是sp2,为平面三角形结构，键角为120°;③碳负离子(CHeq\o\al(－,3）)含有3个σ键，1对孤电子对，碳原子杂化方式是sp3，为三角锥型结构，键角为107.3°,故选A。6．（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（）A．VSEPR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＞孤电子对和成键电子对间的排斥力,C正确；分子的稳定性与键角没有关系，D不正确。7．已知在CH4中,C—H键间的键角为109。5°，NH3中，N-H键间的键角为107。3°,H2O中O-H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C．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A8．下列说法中正确的是()A．NO2、BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构B．P4和CH4都是正四面体型分子且键角都为109.5°C．NHeq\o\al(＋,4）的电子式为离子呈平面正方形结构D．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强答案D解析NCl3分子的电子式为分子中各原子都满足8电子稳定结构，A错误;P4为正四面体型分子，但其键角为60°，B错误；NHeq\o\al(＋,4)为正四面体型结构而非平面正方形结构,C错误;NH3分子电子式为Heq\o\al（·，·）eq\o（N,\s\up6（··,\o(··,\s\do4（H））)）eq\o\al(·，·)H，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,使其键角为107。3°，呈三角锥型，D正确。题组三等电子原理及应用9．与NOeq\o\al（－，3)互为等电子体的是（）A．SO2B．BF3C．CH4D．NO2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,NOeq\o\al(－，3）的原子数是4,价电子数是24，与其相同的是BF3。10．（2017·武汉二中高二期末）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（）A．COeq\o\al（2－，3)和NOeq\o\al（－,3） B．O3和SO2C．CO2和NOeq\o\al(－,2) D．SCN－和Neq\o\al（－,3）【考点】等电子原理【题点】等电子体的书写和判断答案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()A．CO和N2 B．O3和NOeq\o\al(－，2)C．CO2和N2O D．N2H4和C2H4答案D解析只有N2H4和C2H4不是等电子体。12．（2017·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(）A．N2与CO不互为等电子体，故它们的熔、沸点及溶解度相差较大B．POeq\o\al（3－,4)与SOeq\o\al（2－，4)不互为等电子体,故结构不相似C．NOeq\o\al（－，2）与O3互为等电子体,故NOeq\o\al（－,2）为O3的同素异形体D．苯与硼氮苯(路易斯结构式如图）互为等电子体，故硼氮苯中含有大π键答案D解析N2与CO原子数目相等，价电子总数相等，互为等电子体，A错误；POeq\o\al(3－，4)与SOeq\o\al(2－,4）原子数目相等，价电子总数相等，互为等电子体,结构相似,B错误;NOeq\o\al（－,2）与O3互为等电子体，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π键，则硼氮苯中同样含有大π键,D正确.【考点】等电子原理【题点】等电子原理的应用[综合强化］13．用价层电子对互斥模型推测下列粒子的空间构型。(1）H2Se__________；（2）NHeq\o\al(－,2)__________；（3）BBr3__________；(4)CHCl3__________；（5）SiF4__________。答案（1）V形（2)V形（3）平面三角形（4)四面体型（5)正四面体型解析根据原子的最外层电子排布，可以判断出本题粒子的中心原子含有的孤电子对数和结合的原子数为化学式H2SeNHeq\o\al(－，2)BBr3CHCl3SiF4中心原子含有的孤电子对数22000中心原子的σ键数22344中心原子的价层电子对数44344H2Se、NHeq\o\al(－,2)略去两对孤电子对，空间构型为V形，BBr3为平面三角形,CHCl3分子中由于H原子和Cl原子不同,不能形成正四面体型，SiF4为正四面体型.14．等电子体是指两个或两个以上的分子(或离子），它们的原子数相同、分子（或离子)中价电子数也相同。（1）SiOeq\o\al（2－，3）、SO3、NOeq\o\al(－，3）三种粒子________(填“是”或“不是”）等电子体，其中Si、S、N三种基态原子的第一电离能的大小关系为____________________.（2)C2Oeq\o\al（2－，4)和________是等电子体，C2Oeq\o\al(2－，4）具有较强的还原性,它能使酸性KMnO4溶液褪色,Mn原子在元素周期表中的位置是__________,外围电子排布式为______________。(3)两原子14个电子的等电子体的共同特点是物质中都具有共价叁键，请举出相应的3个例子：________(分子或离子）。每个分子或离子中含__________个σ键,________个π键。答案(1)是N〉S〉Si（2）N2O4第4周期ⅦB族3d54s2（3)N2、CO、CN－12解析(1）三种粒子均为四原子24价电子微粒，属于等电子体。(2）寻找C2Oeq\o\al（2－，4)的等电子体，首先想到将C替换为N,然后凑足价电子总数,