2023-2024学年苏教版选择性必修2 专题4　第1单元　课时2　分子的空间结构模型(价层电子对互斥模型)　等电子原理 学案

课时2分子的空间结构模型(价层电子对互斥模型)等电子原理1.了解价层电子对互斥理论，通过对价层电子对互斥模型的探究，建立判断分子空间构型的思维模型。2.了解等电子体的概念及判断方法，能用等电子原理解释物质的结构和某些性质，结合实例说明“等电子原理”的应用。[学生用书P91]eq\a\vs4\al(活动一：讨论几种常见分子的空间结构)分子键长/pm键角CO2116180°H2O96104°30′NH3101107°18′CH4109109°28′1.上述分子中的中心原子杂化方式是什么？【答案】二氧化碳分子中碳原子sp杂化，其余分子的中心原子均为sp3杂化。2.结合相关数据和下图所示的分子结构，讨论键角有什么差异，其中可能的原因是什么？NH3分子和H2O分子的结构示意图【答案】甲烷分子中的键角大于氨气，NH3分子中的键角大于水分子。键角的大小除与杂化类型有关，还与分子中的孤电子对数目有关，孤电子对数目越多，键角越小。3.阅读教材，了解测定分子空间结构的方法有哪些？【答案】用实验的方法可以测定分子的空间结构，如红外光谱、晶体的X射线衍射、核磁共振等。eq\a\vs4\al(活动二：了解价层电子对互斥模型)1.分子中的价电子对(包括__成键电子对__和__孤电子对__)由于相互__排斥__作用，而趋向于尽可能彼此__远离__以减小__斥力__，分子尽可能采取__对称__的空间结构。2.讨论价层电子对互斥模型与分子的价电子对的几何构型。(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，分子呈__对称__的空间结构。(2)价电子对数与价电子分布的几何构型的关系价电子对(n)分布的几何构型具有相同价电子对数的分子，中心原子的杂化轨道类型相同，价电子对分布的几何构型也相同。例如，CH4、NH3和H2O分子的价电子对数都是4，中心原子均采取sp3杂化，价电子对分布的几何构型均为正四面体。该模型的提出主要考虑价电子对之间的斥力，而分子结构的影响因素往往比较复杂。因此应用该模型预测的结果与实验测定有偏差，也不能说明各分子结构中化学键形成的原因和相对稳定性。所以，分子结构的确定最终必须以实验测定为依据。3.讨论分子的几何构型。(1)对于价电子对全是成键电子对的分子，价电子对的几何构型与分子的空间结构是一致的。填写下表：分子BeCl2BF3CH4价电子对数234几何构型直线形平面三角形正四面体球棍模型(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)的分子的几何构型。由于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，使分子的几何构型发生变化。如H2O分子氧原子上有两对孤电子对参与互相排斥，所以H2O分子的空间结构为__V形__；NH3分子中氮原子上有一对孤电子对参与互相排斥，NH3的空间结构是__三角锥形__。4.讨论电子对之间斥力的大小和分子中键角大小之间的关系。(1)不同的电子对之间的斥力大小顺序是什么？为什么会出现斥力不同？【答案】价电子对之间的斥力大小顺序：孤电子对与孤电子对之间的斥力＞孤电子对与成键电子对之间的斥力＞成键电子对与成键电子对之间的斥力。斥力大小不同的原因是孤电子对比成键电子对更靠近中心原子的原子核，与其他电子对之间的斥力更大。（2）为什么CH4、NH3和H2O分子中键角依次减小？【答案】孤电子对数目的增多，孤电子对对成键电子对的排斥作用增强，使得成键电子对与成键电子对之间的键角也被“压缩”而减小。如CH4分子中C原子的杂化轨道上没有孤电子对，NH3分子中N原子的杂化轨道上有1对孤电子对，H2O分子中O原子的杂化轨道上有2对孤电子对，因此CH4、NH3和H2O分子中键角依次减小。eq\a\vs4\al(活动三：学习ABm型分子的价层电子对的计算方法)1.对于ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)的价电子对数可以通过下式确定：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)中心原子的价层电子数等于中心原子的__最外层电子数__，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；配位原子中卤素原子和H原子提供__1__个电子，氧族元素的原子提供__0__个电子。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，即：价层电子对数＝eq\f(1,2)(中心原子的价电子数＋配位原子提供的价电子数±eq\f(负,正)离子电荷数)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。2.填写常见分子的价层电子对互斥模型和分子的空间结构。σ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层电子对互斥模型分子或离子的空间结构实例202直线形直线形BeCl2、CO2303三角形平面三角形BF3、BCl321V形PbCl2404四面体形正四面体形CH4、CCl431三角锥形NH322V形H2Oeq\a\vs4\al(活动四：拓展视野——等电子原理)1.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，这一原理称为“等电子原理”。原子总数相同、__价电子总数__相同的分子或离子互称为等电子体。2.利用等电子原理可判断简单分子或离子的空间结构，如NH3与H3O＋互为__等电子体__，二者空间构型相同，均为__三角锥__形。3.常见的等电子体。类型实例空间结构双原子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)正四面体形[学生用书P94]1.下列各组微粒属于等电子体的是()A.12CO2和14COB.H2O和NH3C.NO＋和CN－D.NO和CO【解析】根据等电子体的条件：①原子总数相同，②价电子数之和相等，判断NO＋和CN－属于等电子体，C正确。【答案】C2.(2020·吕叔湘中学诊断考试)水分子在特定条件下容易得到一个H＋，形成水合氢离子(H3O＋)。下列对上述过程的描述不合理的是()A.氧原子的杂化类型发生了改变B.微粒的形状发生了改变C.微粒的化学性质发生了改变D.微粒中的键角发生了改变【解析】水中氧的杂化为sp3，H3O＋中氧的杂化为sp3，则氧原子的杂化类型没有改变，A不合理；水分子为V形，H3O＋为三角锥形，则微粒的形状发生了改变，B合理；因结构不同，则性质不同，微粒的化学性质发生了改变，C合理；水分子为V形，H3O＋为三角锥形，微粒中的键角发生了改变，D合理。【答案】A3.下列分子或离子中，中心原子价层电子对的空间结构为四面体形且分子或离子的空间结构为三角锥形的是()①NHeq\o\al(＋,4)②PH3③H3O＋④SOeq\o\al(2－,4)A.①②B.②③C.③④D.①④【解析】所给分子或离子中中心原子价层电子对数：①4＋eq\f(1,2)×(5－1－4×1)＝4，②3＋eq\f(1,2)×(5－3×1)＝4，③3＋eq\f(1,2)×(6－1－3×1)＝4，④4＋eq\f(1,2)×(6＋2－4×2)＝4，所以价层电子对的空间结构均为四面体形；若分子或离子空间结构为三角锥形，则中心原子结合三个原子，即存在一对孤电子对，②③符合，B正确。【答案】B4.(2022·海门中学高三入学考试)肼(N2H4)是发射航天飞船常用的高能燃料，可通过反应2NH3＋NaClO=N2H4＋NaCl＋H2O制备。下列有关微粒的描述不正确的是()A.NH3分子空间结构为三角锥形B.N2H4的结构式为C.NaClO既含离子键又含共价键D.中子数为18的氯的核素：eq\o\al(35,17)Cl【解析】NH3分子中N原子的价层电子对数＝3＋eq\f(5－3×1,2)＝4，孤电子对数为1，所以为三角锥形结构，A正确；N2H4分子中两个N原子共用一对电子，每个N原子和两个H原子分别共用一对电子，结构式为，B错误；NaClO为钠离子和次氯酸根离子形成的化合物，次氯酸根离子中含有共价键，故既含离子键又含共价键，C正确；质子数为17、中子数为18的氯原子质量数为17＋18＝35，可以表示为eq\o\al(35,17)Cl，D正确。【答案】B5.(2021·淮安期末)C2H5OH具有还原性，一种催化氧化乙醇的反应为2C2H5OH＋O2eq\o(→,\s\up7(Cu),\s\do5(△))2CH3CHO＋2H2O。下列有关叙述正确的是()A.16O原子中的中子数为16B.H2O的空间结构是直线形C.CH3CHO分子中σ键和π键的数目之比为5∶2D.C2H5OH与H2O互溶是因为C2H5OH与H2O形成分子间氢键【解析】16O原子中质子数为8，质量数为16，则中子数＝16－8＝8，A错误；H2O的空间结构是V形，B错误；单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，故CH3CHO分子中含有6个σ键、1个π键，σ键和π键的数目之比为6∶1，C错误；C2H5OH与H2O互溶主要是因为C2H5OH与H2O可形成分子间氢键，增大了分子间作用力，D正确。【答案】D6.(2021·南京六校期末联考)二氧化硫虽然是形成酸雨的主要物质，但对食品有漂白和防腐作用，使用二氧化硫能够达到使产品外观光亮、洁白的效果，也是制取硫酸重要的原料气；已知二氧化硫与氧气反应的热化学方程式为2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g)ΔH＝－197kJ·mol－1。下列有关说法正确的是()A.SO3是共价晶体B.SO2的水溶液放置在空气中，pH会增大C.SO3的空间结构为平面三角形D.SO2制取SO3利用了SO2的氧化性【解析】SO3熔、沸点较低，是由分子构成的分子晶体，A错误；SO2的水溶液放置在空气中会被氧化为硫酸，酸性增强，pH减小，B错误；SO3中心原子的价层电子对数为3＋eq\f(6－2×3,2)＝3，不含孤电子对，空间结构为平面三角形，C正确；该反应中SO2中S元素的化合价升高被氧化，利用的是还原性，D错误。【答案】C7.下列分子的空间结构模型正确的是()ABCDCO2H2ONH3CH4【解析】CO2的空间结构是直线形，A错误；H2O的空间结构为V形，B错误；NH3的空间结构为三角锥形，C错误；CH4是正四面体结构，D正确。【答案】D8.(2020·山东济宁高二期末)氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间结构和中心原子(S)采取的杂化方式的说法正确的是()A.三角锥形、sp3B.平面三角形、sp3C.平面三角形、sp2D.三角锥形、sp2【解析】根据价层电子对互斥模型确定微粒的空间结构，SOCl2中S原子形成2个S—Cl键，1个S=O键，价层电子对数＝σ键个数＋孤电子对数＝3＋eq\f(6－1－1－1×2,2)＝4，杂化轨道数是4，故S原子采取sp3杂化，中心原子上有一对孤电子对，分子空间结构为三角锥形，A正确。【答案】A9.(2021·苏州相城区质检)CHeq\o\al(＋,3)、—CH3、CHeq\o\al(－,3)都是重要的有机反应中间体，有关它们的说法正确的是()A.它们互为等电子体，碳原子均采取sp2杂化B.CHeq\o\al(－,3)与NH3、H3O＋互为等电子体，几何构型均为正四面体形C.CHeq\o\al(＋,3)中的碳原子采取sp2杂化，所有原子均共面D.CHeq\o\al(＋,3)与OH－形成的化合物中含有离子键【解析】等电子体是指价电子数和原子数分别都相等的物质，甲烷分子变成CHeq\o\al(＋,3)、—CH3、CHeq\o\al(－,3)时，失去的分别是氢负离子、氢原子和氢离子，原子个数相同，价电子数不同，A错误；CHeq\o\al(－,3)与NH3、H3O＋均具有8个价电子、4个原子，互为等电子体，立体构型均为三角锥形，不是正四面体形，B错误；CHeq\o\al(＋,3)中的碳原子含有eq\f(4－1－3×1,2)＝0对孤对电子，所以CHeq\o\al(＋,3)中的碳原子采取sp2杂化，所有原子均共面，C正确；CHeq\o\al(＋,3)与OH－形成的化合物为CH3OH，只含有共价键，不含有离子键，D错误。【答案】C10.(2020·云南昭通期末)下列有关SO3的说法正确的是()A.空间结构与NH3相似B.空间结构与SO2相似C.空间结构与BF3相似D.空间结构与P4相似【解析】SO3分子的空间结构为平面三角形。氨气分子中中心原子价层电子对数＝σ键个数＋孤电子对数＝3＋eq\f(1,2)×(5－3×1)＝4，且含有一对孤电子对，所以其空间结构为三角锥形，A错误；SO2分子中，S原子形成2个σ键，孤电子对数为eq\f(1,2)×(6－2×2)＝1，价层电子对数＝σ键个数＋孤电子对数＝2＋1＝3，且含有一对孤电子对，所以空间结构为V形，B错误；BF3分子中中心原子硼原子的价层电子对数＝3＋eq\f(1,2)×(3－3×1)＝3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，C正确；白磷(P4)属于单质，空间结构为正四面体形，D错误。【答案】C11.(1)在BF3分子中，F—B—F的键角是__120°__，硼原子