高中化学-第二章-分子结构与性质-2-1-形形色色的分子-价层电子对互斥理论教学案-新人教版选修3-

wordword/word第一课时形形色色的分子价层电子对互斥理论学习目标：1.认识共价分子结构的多样性和复杂性。2.能根据有关理论判断简单分子或离子的构型。3.能说明简单配合物的成键情况。[知识回顾]1．键能：气态基态原子形成1_mol化学键释放的最低能量。键能越大，化学键越稳定。2．键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。键长越短，键能越大，共价键越稳定。3．键角：在原子数超过2的分子中，两个共价键的夹角。键角是描述分子立体结构的重要参数。4．等电子体是指原子总数相等、价电子总数相同的微粒，其电子总数不一定相同。[要点梳理]1．形形色色的分子(1)三原子分子(AB2型)(2)四原子分子(AB3型)(3)五原子分子(AB4型)最常见的为正四面体形，如CH4、CCl4等，键角为109°28′。化学式结构式比例模型球棍模型CH42.价层电子对互斥理论(1)内容价层电子对互斥理论认为，分子的立体结构是“价层电子对”相互排斥的结果。价层电子对是指分子中的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。(2)价层电子对数的确定σ键电子对数可由分子式确定。而中心原子上的孤电子对数，确定方法如下：中心原子上的孤电子对数＝eq\f(1,2)(a－xb)；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。(3)VSEPR模型和分子的立体结构H2O的中心原子上有2对孤电子对，与中心原子上的σ键电子对相加等于4，它们相互排斥形成四面体形VSEPR模型。略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对，因而H2O的立体结构为V形。知识点一常见分子的立体构型1．分子的键角和空间结构分子类型分子的立体结构键角A－－A2直线(对称)形－AB直线(非对称)形－AB2或A2BAB2直线(对称)形180°A2B折线(不对称)形<180°AB3正三角(对称)形120°AB3三角锥(不对称)形<120°AB4正四面体(对称)形109°28′2.其他分子的空间构型(立体结构)[问题探究]1．四原子分子都为平面三角形或三角锥形吗？[答案]不是。H2O2分子的构型类似于一本打开的书，两个氧原子在两页书的交接处，两个H原子分别在翻开的书的两页上，如图1所示：再如白磷(P4)分子为正四面体形，如图2所示。2．五原子分子都是正四面体结构吗？[答案]不是，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等，虽为四面体结构，但由于碳原子所连的四个原子不相同，四个原子电子云的排斥力不同，使四个键的键角不全相等，所以并不是正四面体结构。1．常见直线形分子：双原子分子、H结构式为(H－C≡N)、乙炔(H－C≡C－H)。2．四原子分子中，CH2O分子中的C=O、C－H键的键长不同，其分子构型为等腰三角形；SO3、BF3为平面正三角形；P4(白磷)为正四面体形()，键角为60°。3．AB4型分子或离子：CX4(X为卤素原子或氢原子)、SiCl4、SiH4、NHeq\o\al(＋,4)、SOeq\o\al(2－,4)。同为三原子或四原子分子，其分子空间构型不同，是由于分子中的成键电子对和中心原子上的孤电子对相互排斥，结果趋向尽可能彼此远离，从而在空间均匀分布，达到斥力最小。1．硫化氢(H2S)分子中，两个H－S键的夹角接近90°，说明H2S分子的空间构型为________；二氧化碳(CO2)分子中，两个C=O键的夹角为180°，说明CO2分子的空间构型为________；甲烷(CH4)分子中，任意两个C－H键的夹角都为109°28′，说明CH4分子的空间构型为________。[解析]本题考查利用已学知识分析分子的空间结构。解题时，要密切联系所学的化学键、键参数、元素的性质和递变规律等来解题。用键角可直接判断分子的空间构型。S、O同主族，因此H2S和H2O分子的空间构型相似，为V形。其他分子的空间构型参照知识点进行判断。[答案]V形直线形正四面体形2．下列各组的几种分子中所有原子都可能处于同一平面的是()A．CH4、CS2、BF3 B．CO2、H2O、NH3C．C2H4、C2H2、C6H6 D．CCl4、BeCl2、PH3[解析]题中的CH4和CCl4为正四面体形分子，NH3和PH3为三角锥形分子，这几种分子的所有原子不可能都在同一平面上，CS2、CO2、C2H2和BeCl2为直线形分子，C2H4为平面形分子，C6H6为平面正六边形分子，这些分子都是平面形结构，故选C。[答案]C知识点二价层电子对互斥理论1．确定中心原子A的价层电子对数目(1)中心原子A的价电子数与配体X提供共用的电子数之和的一半，即中心原子A价层电子对数目。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)，计算时注意：氧族元素原子作为配位原子时，可认为不提供电子，但作中心原子时可认为它提供所有的6个价电子。(2)如果讨论的是离子，则应加上或减去与离子电荷相应的电子数。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。2．分子空间构型的确定根据分子中成键电子对数和孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子几何构型。各种分子的空间构型如下表：电子对数目电子对的空间构型成键电子对数孤电子对数电子对的排列方式分子的空间构型实例2直线形20直线形HgCl2BeCl2CO23三角形30三角形BF3BCl321V形SnBr2PbCl24四面体形40正四面体形CH4CCl431三角锥形NH3PCl322V形H2O5三角双锥形50三角双锥PCl5SbCl56八面体形60正八面体形SF642正方形XeF4[问题探究]1．应用价层电子对互斥模型如何将分子分类？[答案]应用价层电子对互斥模型将分子分成两大类：一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键，如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子，它们的立体构型可应用中心原子周围的原子数来预测；一类是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，如H2O和NH3中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，因而H2O分子呈V形，NH3分子呈三角锥形。2．如何确定COeq\o\al(2－,3)和NHeq\o\al(＋,4)的中心原子的孤电子对数？[答案]阳离子：a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数(绝对值)，故NHeq\o\al(＋,4)中中心原子为N，a＝5－1，b＝1，x＝4，所以中心原子孤电子对数＝eq\f(1,2)(a－xb)＝eq\f(1,2)(4－4×1)＝0。阴离子：a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数(绝对值)，故COeq\o\al(2－,3)中中心原子为C，a＝4＋2，b＝2，x＝3，所以中心原子孤电子对数＝eq\f(1,2)(a－xb)＝eq\f(1,2)(6－3×2)＝0。价层电子对互斥模型中心原子代表物中心原子结合的原子数分子模型空间构型无孤对电子CO22AB2直线形CH2O3AB3平面三角形CH44AB4正四面体有孤对电子H2O2AB2V形NH33AB3三角锥形使用价层电子对互斥理论判断分子空间构型时需注意：价层电子对互斥构型是价层电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对的空间构型，不包括孤电子对。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对未用于形成共价键的电子对，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．计算eq\o(C,\s\do4(·))O2、eq\o(C,\s\do4(·))H4、eq\o(N,\s\do4(·))H3、Heq\o(C,\s\do4(·))l中心原子上的孤电子对数(点“·”的原子为中心原子)。[答案]CO2中C原子的孤电子对数＝eq\f(1,2)(4－2×2)＝0；CH4中C原子的孤电子对数＝eq\f(1,2)(4－1×4)＝0；NH3中N原子的孤电子对数＝eq\f(1,2)(5－1×3)＝1；HCl中Cl原子的孤电子对数＝eq\f(1,2)(7－1×1)＝3。2．用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型：BeCl2________，SCl2________，BF3________，PF3________，NHeq\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模型和分子的空间构型。分子或离子结构式中心原子孤电子对数分子或离子的价层电子对数VSEPR模型空间构型BeCl2Cl—Be—Cl02直线形直线形SCl224四面体形V形BF303平面三角形平面三角形PF314四面体形三角锥形NHeq\o\al(＋,4)04正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]直线形V形平面三角形三角锥形正四面体形三角锥形(1)对于ABn型分子空间构型确定的一般步骤为①确定中心原子(A)的价层电子对数。②根据计算结果找出理想的VSEPR模型。③略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间，剩下的便是分子的立体构型。(2)ABn型分子空间构型快速判断方法①n＝2时，中心原子无孤对电子的是直线形，中心原子有孤对电子为V形，如CO2直线形，H2O为V形。②n＝3时，中心原子无孤对电子的为平面三角形，有孤对电子的为三角锥形。BF3为平面三角形，H3O＋为三角锥形。③n＝4时，为正四面体。[知识脉络]eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(分子的立体构型：直线形、V形、平面三角形、三角锥,形、正四面体形等。,价层电子对互斥模型：分子中“价层电子对”相互排斥,的结果。)))[核心要点]1．常见分子、离子的立体构型：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，SO2呈V形，COeq\o\al(2－,3)呈平面三角形，NHeq\o\al(＋,4)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，呈正四面体形，由此可推测分子的立体构型。1．下列分子或离子中，不含孤电子对的是()A．H2O B．H3O＋C．NH3 D．NHeq\o\al(＋,4)[解析]分别写出其电子式，即可得出答案。[答案]D2．在以下的分子或离子中，空间结构的几何形状不是三角锥形的是()A．NF3 B．CHeq\o\al(－,3)C．CO2 D．H3O＋[解析]NF3、CHeq\o\al(－,3)、H3O＋中的中心原子价层电子对数为4，分别有孤电子对数为1，它们均为三角锥形，CO2为直线形。[答案]C3．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]熟悉常见物质的空间构型：C2H2、CS2是直线形分子，C6H6为平面正六边形分子，NH3为三角锥形分子，所有原子不可能处在同一平面上。[答案]C4．用价层电子对互斥理论预测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[解析]H2S分子中心原子S有未用于形成共价键的孤电子对，占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥使H2S分子呈V形；而BF3分子中心原子B的价电子都用于形成共价键，故BF3是平面三角形。[答案]D5．判断下列离子的几何构型。(1)COeq\o\al(2－,3)________；(2)SOeq\o\al(2－,4)________；(3)[AlF6]3－________。[解析]本题可由VSEPR理论进行推断(酸根离子中配位原子O、S可看为不提供共用电子)。(1)C：价层电子数4，负电荷相当于两个电子。共6个电子。因此价层电子对数目为3，故离子COeq\o\al(2－,3)为平面三角形。(2)中心原子S的价层电子对数为(6＋2)/2＝4，故SOeq\o\al(2－,4)离子为正四面体形。(3)价层电子数：中心原子Al的价电子数为3,6个F提供6个电子，负电荷相当于3个电子，共3＋6＋3＝12，价层电子对数为6。故离子构型为正八面体形。[答案](1)平面三角形(2)正四面体形(3)正八面体形6．用VSEPR模型预测SO2、H3O＋的立体结构。分子结构式VSEPR模型分子的立体结构SO2O