化学人教版选修3学案第二章第二节第一课时价层电子对互斥理论Word版含解析

第二节eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(,,,,,,))分子的立体构型第一课时价层电子对互斥理论—————————————————————————————————————[课标要求]1．认识共价分子结构的多样性和复杂性。2．能根据价层电子对互斥理论判断简单分子或离子的构型。1．常见分子的立体构型：CO2呈直线形，H2O呈V形，HCHO呈平面三角形，NH3呈三角锥形，CH4呈正四面体形。2．价层电子对是指中心原子上的电子对，包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对。中心原子形成几个σ键就有几对σ键电子对，而中心原子上的孤电子对数可由下式计算：eq\f(1,2)(a－xb)，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。3．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。eq\a\vs4\al(形形色色的分子)1．三原子分子的立体构型有直线形和V形两种化学式电子式结构式键角立体构型立体构型名称CO2O=C=O180°直线形H2O105°V形2．四原子分子大多数采取平面三角形和三角锥形两种立体构型化学式电子式结构式键角立体构型立体构型名称CH2O约120°平面三角形NH3107°三角锥形3．五原子分子的可能立体构型更多，最常见的是正四面体化学式电子式结构式键角立体构型立体构型名称CH4109°28′正四面体形CCl4109°28′正四面体形1．下列分子的立体结构模型正确的是()ABCD解析：选DCO2分子是直线形，A项错误；H2O分子为V形，B项错误；NH3分子为三角锥形，C项错误；CH4分子是正四面体结构，D项正确。2．硫化氢(H2S)分子中，两个H—S键的夹角都接近90°，说明H2S分子的立体构型为________________；二氧化碳(CO2)分子中，两个C=O键的夹角是180°，说明CO2分子的立体构型为______________；甲烷(CH4)分子中，任意两个C—H键的夹角都是109°28′，说明CH4分子的立体构型为__________________。解析：用键角可直接判断分子的立体构型。三原子分子键角为180°时为直线形，小于180°时为V形。五原子分子键角约109.5℃答案：V形直线形正四面体形eq\a\vs4\al(价层电子对互斥理论)1．价层电子对互斥理论(VSEPR)分子中的价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对，由于电子对的相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离，分子尽可能采取对称的立体构型，以减小斥力。2．价层电子对的确定方法(1)a表示中心原子的价电子数。对主族元素：a＝最外层电子数；对于阳离子：a＝价电子数－离子电荷数；对于阴离子：a＝价电子数＋|离子电荷数|。(2)x表示与中心原子结合的原子数。(3)b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。3．VSEPR模型预测分子或离子的立体构型(1)中心原子上的价电子都用于形成共价键的分子ABnn＝2n＝3n＝4价层电子对数__2____3____4__电子对排布方式立体构型名称直线形平面三角形正四面体形键角180°120°109°28′实例CO2BF3CH4(2)中心原子上有孤电子对的分子对于中心原子上有孤电子对(未用于形成共价键的电子对)的分子，中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并互相排斥使分子呈现不同的立体构型。化学式含孤电子对的VSEPR模型分子或离子的立体构型分子或离子的立体构型名称H2OV形NH3三角锥形HCN直线形H3O＋三角锥形SO2V形[特别提醒]VSEPR模型与分子的立体构型不一定一致，分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。1．价层电子对数是2、3、4的分子或离子所对应的VSEPR模型是什么？提示：价层电子对数VSEPR模型2直线形3平面三角形4正四面体形2．VSEPR模型是四面体形的分子或离子其立体构型是否一定是四面体形？提示：不一定，还有可能是三角锥形或V形。σ键电子对数孤电子对数价层电子对数电子对的排列方式VSEPR模型分子或离子的立体构型实例202直线形直线形HgCl2、BeCl2、CO2303三角形平面三角形BF3、BCl321V形SnBr2、PbCl2404四面体形正四面体形CH4、CCl431三角锥形NH3、NF322V形H2O1．用价层电子对互斥理论判断SO3的分子构型为()A．正四面体形 B．V形C．三角锥形 D．平面三角形解析：选DSO3中S原子的价层电子对数为3，其全部用于形成共价键，S原子周围有3个氧原子，属于平面三角形。2．连线题。VSEPR模型分子或离子立体构型A．正四面体①BF3aB．直线形②NHeq\o\al(＋,4) B．平面三角形C．平面三角形③SOeq\o\al(2－,3)c．正四面体D．四面体④BeCl2 D．三角锥形答案：A—②—c，B—④—a，C—①—b，D—③—d[三级训练·节节过关]1．下列分子的立体构型是正四面体形的是()A．CH4 B．NH3C．H2O D．C2H4解析：选A氨分子是三角锥形，水分子是V形，乙烯分子是平面形。2．下列分子中，所有原子不可能共处在同一平面上的是()A．C2H2 B．CS2C．NH3 D．C6H6解析：选CC2H2、CS2分子为直线形，C6H6分子为平面正六边形，所有原子共平面；而NH3分子为三角锥形，所有的原子不可能在同一平面上。3．下列分子或离子的中心原子，带有一对孤电子对的是()A．H2O B．BeCl2C．CH4 D．PCl3解析：选D方法一：选项中四种物质的电子式依次为H2O有2对孤电子对，BeCl2和CH4没有孤电子对，PCl3有一对孤电子对。方法二：将选项中各物质的数据代入公式：中心原子上的孤电子对数＝eq\f(1,2)(a－xb)，经计算知，选项中原子上的孤电子对数依次为2、0、0、1。4．根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间构型不相似的是()A．SO2和O3 B．NHeq\o\al(＋,4)和CH4C．H3O＋和NH3 D．CO2和H2O解析：选DA项中，SO2和O3的立体构型均为V形；B项中，NHeq\o\al(＋,4)和CH4的立体构型均为正四面体形；C项中，NH3和H3O＋立体构型均为三角锥形；D项中，CO2为直线形，而H2O为V形，D项符合题意。5．用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的立体构型分子或离子VSEPR模型名称立体构型名称BeCl2SCl2PF3NHeq\o\al(＋,4)SOeq\o\al(2－,3)解析：根据各分子的电子式和结构式，分析中心原子的孤电子对数，依据中心原子连接的原子数和孤电子对数，确定VSEPR模型和分子的立体构型。分子或离子中心原子孤电子对数价层电子对数VSEPR模型名称立体构型名称BeCl202直线形直线形SCl224四面体形V形PF314四面体形三角锥形NHeq\o\al(＋,4)04四面体形正四面体形SOeq\o\al(2－,3)14四面体形三角锥形答案：分子或离子VSEPR模型名称立体构型名称BeCl2直线形直线形SCl2四面体形V形PF3四面体形三角锥形NHeq\o\al(＋,4)四面体形正四面体形SOeq\o\al(2－,3)四面体形三角锥形1．下列分子中，所有原子均处于同一平面上的是()A．CH2O B．P4C．CF4 D．NCl3解析：选AP4为空心正四面体形，CF4为正四面体形，NCl3为三角锥形，只有A项的所有原子在同一平面上。2．下列分子或离子中，不含有孤电子对的是()A．H2OB．H3O＋C．NH3D．NHeq\o\al(＋,4)解析：选DH2O有2对孤电子对，H3O＋和NH3有1对孤电子对，NHeq\o\al(＋,4)没有孤电子对。3．下列分子的空间构型是正四面体形的是()①CH4②NH3③CF4④SiH4⑤C2H4⑥CO2A．①②③ B．①③④C．②④⑤ D．①③⑤解析：选BC与Si价层电子都是ns2np2结构，在CH4、CF4、SiH4分子中，C、Si原子参与成键时都是形成了四个共价单键，故它们的空间构型都是正四面体形。而NH3、CO2、C2H4分子的空间构型分别是三角锥形、直线形、平面形。4．用VSEPR模型预测下列分子构型与H2O相似，都为V形的是()①OF2②BeCl2③SO2④CO2A．①②B．②③C．①③D．②④解析：选COF2中价层电子对数为2＋eq\f(1,2)(6－2×1)＝4，其VSEPR模型为四面体形，因含2对孤电子对，故分子构型为V形；SO2价层电子对数为2＋eq\f(1,2)(6－2×2)＝3，其VSEPR为平面三角形，含有一对孤电子对，分子构型为V形；BeCl2、CO2中，中心原子价电子全部成键，是直线形。5．用价层电子对互斥理论判断NOeq\o\al(－,3)的立体构型()A．正四面体 B．V形C．三角锥形 D．平面三角形解析：选DNOeq\o\al(－,3)中，中心原子N上的价层电子对数为eq\f(1,2)×(5＋1)＝3，VSEPR模型为平面三角形，又因为其孤电子对数为0，即价层电子对全部用于形成σ键，故NOeq\o\al(－,3)为平面三角形。6．下列分子中，价层电子对互斥模型与分子的立体结构模型相同的是()①CH2O②CO2③NCl3④H2SA．①② B．②③C．③④ D．①④解析：选A两种模型相同，说明中心原子的价电子均参与成键，无孤电子对存在。7．用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体构型，其中不正确的是()A．NHeq\o\al(＋,4)为正四面体形 B．CS2为直线形C．HCN为折线形(V形) D．PCl3为三角锥形解析：选CNHeq\o\al(＋,4)、CS2、HCN、PCl3结构中价层电子对数分别为4对、2对、2对、4对，VSEPR模型分别为正四面体形、直线形、直线形、四面体形，其中前三者中心原子均参与成键，立体构型就是VSEPR模型，PCl3分子中有1对孤电子对，所以立体构型为三角锥形。8．在以下的分子或离子中，其空间结构不是三角锥形的是()A．NF3 B．CHeq\o\al(－,3)C．BCl3 D．H3O＋解析：选C根据价电子对互斥理论，B原子与Cl原子形成三对价电子对，故应是平面三角形结构；其他中心原子均有4对共用价电子对，故应是四面体结构，又由于均含有1对未成键电子对，故均为三角锥形结构。9．用价层电子对互斥理论推测下列分子(或离子)的空间构型：(1)H2S(2)NHeq\o\al(－,2)(3)CHCl3(4)SiF4解析：根据原子的最外层电子的排布，可以判断出本题分子的中心原子含有的孤对电子对数和结合的原子数为：化学式H2SNHeq\o\al(－,2)CHCl3SiF4中心原子含有孤对电子对数2200中心原子结合的原子数2244根据上述的数据不难判断出各种分子的空间构型。答案：(1)H2S为V形(2)NHeq\o\al(－,2)为V形(3)CHCl3为四面体形(4)SiF4为正四面体形10．有下列分子或离子：①CS2，②PCl3，③H2S，④CH2O，⑤H3O＋，⑥NHeq\o\al(＋,4)，⑦BF3，⑧SO2。粒子的立体构型为直线形的有________；粒子的立体构型为V形的有______；粒子的立体构型为平面三角形的有______；粒子的立体构型为三角锥形的有______；粒子的立体构型为正四面体形的有________。解析：中心原子上孤电子对数及粒子的立体构型如下表。ABn中心原子孤电子对数分子或离子分子或离子的立体构型AB20CS2直线形AB3CH2O、BF3平面三角形AB4NHeq\o\al(＋,4)正四面体AB21SO2V形AB3PCl3、H3O＋三角锥形AB22H2SV形答案：①③⑧④⑦②⑤⑥1．用价层电子对互斥模型预测下列微粒的立体结构是直线形的是()A．PCl3 B．SO3C．CF4 D．CS2解析：选DPCl3有孤对电子，是三角锥形，SO3无孤对电子，是平面三角形，CS2无孤对电子，是直线形，CF4无孤对电子，是正四面体形。2．多核离子所带电荷可以认为是中心原子得到或失去电子导致，根据VSEPR模型，下列离子中所有原子都在同一平面的一组是()A．NOeq\o\al(－,2)和NHeq\o\al(－,2) B．H3O＋和ClOeq\o\al(－,3)C．NOeq\o\al(－,3)和CHeq\o\al(－,3) D．POeq\o\al(3－,4)和SOeq\o\al(2－,4)解析：选ANOeq\o\al(－,2)、NHeq\o\al(－,2)中N原子的价层电子对数分别为3、4，VSEPR为平面形、正四面体形，而NOeq\o\al(－,2)中有一对孤电子对，NHeq\o\al(－,2)有两对孤电子对，两分子都是V形，原子都在同一平面内，A项正确；H3O＋中的原子价层电子对数为4，有一对孤电子对，故H3O＋为三角锥形，ClOeq\o\al(－,3)价层电子对数为4，有一对孤电子对，为三角锥形，B错误；NOeq\o\al(－,3)中N原子的价层电子对数为3，没有孤电子对，为平面三角形，CHeq\o\al(－,3)中C原子的价层电子对数为4，有一对孤电子对，CHeq\o\al(－,3)为三角锥形，C错误；POeq\o\al(3－,4)、SOeq\o\al(2－,4)中心原子价层电子对数均为4，都没有孤电子对，均为正四面体形，D错误。3．下列分子和离子中，中心原子价层电子对的几何构型为四面体且分子或离子的立体构型为三角锥形的是()①NHeq\o\al(＋,4)②PH3③H3O＋④SOeq\o\al(2－,4)A．①② B．②③C．③④ D．①④解析：选B所给分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，所以价层电子对的几何构型均为四面体，若分子或离子构型为三角锥形，则中心原子需结合三个原子，即存在一个孤电子对，②、③项符合。4．以下分子或离子的结构为正四面体且键与键夹角为109°28′的是()①CH4②SiCl4③CH3Cl④P4⑤SOeq\o\al(2－,4)A．①②④ B．①②③④⑤C．①② D．①②⑤解析：选D在CH4和SiCl4中，中心原子价层电子对数均为4，且没有孤电子对，4个氢原子在空间呈正四面体形排列，且键角为109°28′；CH3Cl可看成CH4中一个氢原子被一个氯原子替换，由于氢原子与氯原子间的排斥作用力不同且氢原子与氯原子半径不同，故CH3Cl的立体构型不是正四面体；P4是正四面体结构，但键角为60°；SOeq\o\al(2－,4)中，S原子价层电子对数为4，没有孤电子对，SOeq\o\al(2－,4)为正四面体形，键角为109°28′。5．下列对应关系不正确的是()选项ABCD中心原子所在族ⅣAⅤAⅣAⅥA分子通式AB4AB3AB2AB2立体构型正四面体形平面三角形直线形V形解析：选B当中心原子在ⅤA族，AB3分子应是三角锥形；当中心原子在ⅣA族，AB4分子是正四面体形，AB2分子是直线形；当中心原子在ⅥA族，AB2是V形。6．用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，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；平面三角形解析：选D在H2S分子中，其中心原子S价层电子对数为4，其VSEPR模型为正四面体形，S与H成键后，还有两对孤电子对，因此H2S为V形结构；在BF3分子中，其中心原子B价层电子对为3，其VSEPR模型为平面三角形，B上无孤电子对，因此BF3为平面三角形。7．若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价层电子对互斥理论，下列说法正确的是()A．若n＝2，则分子的立体结构为V形B．若n＝3，则分子的立体结构为三角锥形C．若n＝4，则分子的立体结构为正四面体形D．以上说法都不正确解析：选C若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子的立体结构为直线形；当n＝3时，分子的立体结构为平面三角形，当n＝4时，分子的立体结构为正四面体形。8．(1)利用VSEPR推断分子或离子的立体构型。ClOeq\o\al(－,4)：__________________；CS2：________________；AlBr3(共价分子)：__________________。(2)有两种活性反应中间体粒子，它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种微粒的球棍模型，写出相应的化学式：____________________________(3)按要求写出第二周期非金属元素的原子构成的中性分子的化学式。平面形分子________，三角锥形分子________，四面体形分子________。解析：ClOeq\o\al(－,4)是AB4型，成键电子对是4，为四面体形。CS2是AB2型，成键电子对是2，是直线形。AlBr3是AB3型，成键电子对是3，是平面三角形。AB3型，中心原子无孤电子对的呈平面三角形，有一对孤电子对的呈三角锥形，所以分别是CHeq\o\al(＋,3)、CHeq\o\al(－,3)。第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式，呈三角锥形的是NF3，呈平面三角形的是BF3，呈四面体形的是CF4。答案：(1)四面体形直线形平面三角形(2)CHeq\o\al(＋,3)CHeq\o\al(－,3)(3)BF3NF3CF49．20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)，用于预测简单分子的立体结构。其要点可以概括为：Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成，A为中心原子，X为与中心原子相结合的原子，E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，(n＋m)称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥，均匀地分布在中心原子周围的空间。Ⅱ.分子的立体构型是指分子中的原子在空间的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对。Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力的主要顺序为：ⅰ.孤电子对之间的斥力>孤电子对与共用电子对之间的斥力>共用电子对之间的斥力；ⅱ.双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键与单键之间的斥力；ⅲ.X原子得电子能力越弱，A—X形成的共用电子对之间的斥力越强；ⅳ.其他。请仔细阅读上述材料，回答下列问题：(1)由AXnEm的VSEPR理想模型填写下表：n＋m2①________VSEPR理想模型②________正四面体价层电子对之间的理想键角③________109.5°(2)请用VSEPR模型解释CO2为直线