2018-2019版高中化学 第2章 化学键与分子间作用力 第2节 共价键与分子的空间构型 第2课时学案 鲁科版选修3.doc

第2课时价电子对互斥理论等电子原理学习目标定位理解价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空间构型。一、价电子对互斥理论1价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，尽可能趋向彼此远离。(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，从而影响分子的空间构型。(3)电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。(4)成键电子对之间斥力由大到小顺序：叁键叁键叁键双键双键双键双键单键单键单键。(5)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n2直线形CO2、BeCl2n3平面三角形CH2O、BF3n4正四面体形CH4、CCl4n5三角双锥形PCl5n6正八面体形SF6(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：H2O为AB2型分子，氧原子上的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。NH3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。常见分子的价电子对互斥模型和空间构型键成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电子对空间构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PbCl2404四面体形正四面体形CH4、CCl431三角锥形NH322V形H2O(1)ABm型分子中心原子价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)中价电子对数n的计算：n(2)在计算中心原子的价电子对数时应注意如下规定作为配位原子，卤素原子和H原子均提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子。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。对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。如PO中P原子价电子数应加上3，而NH中N原子的价电子数应减去1。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。双键、叁键等多重键作为1对电子看待。例1根据价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、sp1杂化B平面三角形、sp2杂化C三角锥形、sp2杂化D三角锥形、sp3杂化答案D解析(1)NF3分子中N原子价电子对数4N原子价电子对空间构型为四面体形NF3为三角锥形。(2)NF3分子中，N原子杂化轨道数4N原子杂化轨道(sp3杂化)空间构型为四面体形NF3为三角锥形。方法规律(1)根据价电子对互斥理论分析分子或离子空间构型，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sp1sp2sp3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。下列判断正确的是()ASO2、CS2、HI都是直线形的分子 BBF3键角为120，SnBr2键角大于120CCOCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子DPCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子答案C解析SO2是V形分子，CS2、HI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，还有一对孤对电子，对成键电子有排斥作用，使键角小于120，B错误；COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子，键角是120，C正确； PCl3、NH3都是三角锥形的分子，而PCl5是三角双锥形结构，D错误。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/195.81191.49熔点/210.00205.05液体密度/gcm30.7960.7932.分析比较N2和CO的结构和性质，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，即等电子体，其性质相近。3等电子原理是指化学通式相同、价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间构型和化学键类型等结构特征，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)等电子体判断方法化学通式相同，价电子总数相等的分子或离子互为等电子体。(2)常见的等电子体类型实例空间构型双原子10价电子N2、CO、NO、C、CN直线形三原子16价电子CO2、CS2、N2O、CNO、NO、N、SCN、BeCl2直线形三原子18价电子NO、O3、SO2V形四原子24价电子NO、CO、BO、SiO、BF3、SO3平面三角形四原子26价电子NF3、PCl3、NCl3、SO三角锥形五个原子8价电子CH4、NH、SiH4正四面体形五个原子32价电子SiF4、CCl4、BF、SO、PO例3等电子体的结构相似、物理性质相似，下列各对粒子中，空间结构相似的是()ASO2与O3 BCO2与NO2CCS2与NO2 DPCl3与BF3答案A方法规律等电子体应用(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性质找等电子体。例4根据等电子原理，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，也可互称等电子体，它们也具有相似的结构特征。(1)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)在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有_。答案(1)N2COCO2N2O(2)SO2、O3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价电子总数均为10，CO2与N2O价电子总数均为16个电子。(2)依题意，只要原子数相同，各原子最外层电子数之和也相同，即可互称等电子体，NO为三原子，各原子最外层电子数之和为562118，SO2、O3也为三原子，各原子最外层电子数之和为6318。方法规律替换法写等电子体(1)同主族替换法同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素原子，如O3与SO2、CO2与CS2互为等电子体。(2)左右移位法将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n1,2等)的原子，如N2与CO、N和CNO互为等电子体。将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如C与O、N2O和N互为等电子体。(3)叠加法互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，如N2O与CO2互为等电子体。1价电子对互斥理论，杂化轨道理论应用2等电子体化学通式相同，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孤电子对数等于键数答案C解析价层电子对数是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已知CN与N2互为等电子体，可推算出HCN分子中键与键的数目之比为()A13 B21C11 D12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HCN，叁键中含有1个键、2个键，单键属于键，故HCN分子中键与键的数目之比为2211。3下列分子或离子的中心原子带有一对孤电子对的是()AH2O BBeCl2CCH4 DPCl3答案D解析将选项中各物质的未知数据代入公式：中心原子上的孤电子对数(axb)，经计算知，选项中原子上的孤电子对数依次为2、0、0、1。4下列分子或离子中，中心原子价电子对的空间构型为四面体形，且分子或离子空间构型为V形的是()ANH BPH3CH3O DOF2答案D解析对ABm型分子中心原子价电子对数：nNH中，n4，成键电子对数为4，离子空间构型为正四面体形；PH3中，n4，成键电子对数为3，孤电子对数为1，分子为三角锥形；H3O中，n4，成键电子对数为3，孤电子对数为1，分子为三角锥形；OF2中，n4，成键电子对数为2，孤电子对数为2，分子为V形。5用价层电子对互斥理论完成下列问题。(1)键成键电子对数孤电子对数空间构型H2SeBCl3PCl3SO2SO(2)用价电子对互斥理论推断甲醛中HCH的键角_(填“”“”或“”)120。答案(1)键成键电子对数孤电子对数空间构型H2Se22V形BCl330平面三角形PCl331三角锥形SO221V形SO40正四面体形(2)解析(2)甲醛分子式为CH2O，C原子的价电子对数为(420)3，孤电子对数为0，所以CH2O为平面分子，由于C=O与CH之间的排斥作用大于2个CH键之间的排斥作用，所以甲醛分子中CH键与CH键之间的夹角小于120。6请解答下列各题：(1)写出与H2O分子互为等电子体的两种微粒的化学式：_、_。(2)写出一种与NO互为等电子体的微粒的化学式：_。(3)CaCN2中阴离子为CN，与CN互为等电子体的分子的化学式为_，可推知CN的空间构型为_形。答案(1)H2SNH(2)CO(或BF3、SiO、SO3等)(3)CO2(或N2O)直线解析(1)用S原子替换H2O中的O原子得等电子体H2S；用N原子替换H2O中的O原子且增加1个负电荷得等电子体NH。(2)用C原子或Si原子替换NO中的N原子，同时需增加1个负电荷得等电子体CO、SiO；用S原子替换NO中的N原子，同时需减掉1个负电荷得等电子体SO3；同理推出BF3与SO3为等电子体。(3)用2个O原子替换CN中的2个N原子，同时需去掉2个负电荷，得其等电子体CO2；用1个O原子替换CN中的1个C原子，同时需去掉2个负电荷得其另一等电子体N2O，由于CO2为直线形分子，故CN也是直线形分子。对点训练题组1价电子对互斥理论及应用1下列微粒中，含有孤对电子的是()ASiH4 BH2O CCH4 DNH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对孤对电子。2下列微粒的价层电子对数正确的是(点“”的原子为中心原子)()A.H44 B.O21 C.F32 D.O32答案A解析对ABm型分子中心原子价电子对数nCH4中，n4，A正确；CO2中，n2，B不正确；BF3中，n3，C不正确；SO3中，n3，D不正确。3用价电子对互斥理论预测H2S和BF3的空间构型，两个结论都正确的是()A直线形；三角锥形 BV形；三角锥形C直线形；平面三角形 DV形；平面三角形答案D解析在H2S中，价电子对数为4，若无孤电子对存在，则其应为正四面体形。但中心原子S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H2S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。4下列分子或离子中，空间构型不是三角锥形的是()APCl3 BCHCBBr3 DH3O答案C解析微粒价电子对数孤电子对数价电子对空间构型分子空间构型CH41四面体形三角锥形PCl341四面体形三角锥形BBr330平面三角形平面三角形H3O41正四面体形三角锥形5.根据VSEPR模型判断下列各组分子或离子结构相同的是()ASO2和CO2 BBF3和NH3CNH3和H2O DCH4和NH答案D解析A项中，SO2分子中S有一对孤电子对，而CO2分子中没有孤电子对，因此SO2为V形而CO2为直线形；B项中，BF3中B无孤电子对，而NH3中有一对孤电子对，因此其构型分别为平面三角形和三角锥形；C项中，其构型分别为三角锥形和V形；D项中，中心原子的成键情况相同，故分子结构也相同，为正四面体形。6若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价电子对互斥模型，下列说法正确的是()A若n2，则分子的空间构型为V形B若n3，则分子的空间构型为三角锥形C若n4，则分子的空间构型为正四面体形D以上说法都不正确答案C解析若中心原子A上没有未用于成键的孤对电子，则根据斥力最小的原则，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。7(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()AVSEPR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对电子对间的排斥力， C正确；分子的稳定性与键角没有关系， D不正确。8已知在CH4中，CH键间的键角为109.5，NH3中，NH键间的键角为107.3，H2O中OH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A题组2等电子原理及应用9与NO互为等电子体的是()ASO2 BBF3 CCH4 DNO2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，NO的原子数是4，价电子数是24，与其互为等电子体的是BF3。10(2017武汉二中月考)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()ACO和NO BO3和SO2CCO2和NO DSCN和N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()ACO和N2 BO3和NOCCO2和N2O DN2H4和C2H4答案D解析只有N2H4和C2H4不是等电子体。12(2017黑龙江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()AN2与CO不互为等电子体，故它们的熔、沸点及溶解度相差较大BPO与SO不互为等电子体，故结构不相似CNO与O3互为等电子体，故NO为O3的同素异形体D苯与硼氮苯互为等电子体，故硼氮苯中含有大键答案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；PO与SO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；NO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键，则硼氮苯中同样含有大键，D正确。综合强化13为了解释和预测分子的空间构型，科学家在归纳了许多已知分子空间构型的基础上，提出了一种十分简单的理论模型价层电子对互斥理论。这种模型把分子分成两类：一类是_；另一类是_。BF3和NF3都是四个原子的分子，BF3的中心原子是_，NF3的中心原子是_；BF3分子的空间构型是平面三角形，而NF3分子的空间构型是三角锥形的原因是_。答案中心原子上的价电子都用于形成共价键中心原子上有孤电子对BNBF3分子中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键而成平面三角形；而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成共价键，还有1对未成键的孤电子对，占据了N原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形14硒是一种非金属，可以用作光敏材料、电解锰行业催化剂。(1)Se是元素周期表中第34号元素，其基态原子的核外电子排布式为_。(2)根据价电子对互斥理论，可以推知SeO3分子的空间构型为_，其中Se原子采用的轨道杂化形式为_。(3)CSe2与CO2结构相似，CSe2分子内键与键个数之比为_。CSe2首次是由H2Se与CCl4反应后制取的，CSe2分子内的键角_(填“大于”“等于”或“小于”)H2Se分子内的键角。HSeH键角_(填“大于”“等于”或“小于”)AsH3分子内的HAsH键角。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p4(或Ar3d104s24p4)(2)平面三角形sp2(3)11大于 小于解析(1) Se位于第4周期A族，所以其基态原子价电子排布式为3d104s24p4，然后再写电子排布式。(2)SeO3分子中Se原子的价电子对数为(60)3，成键电子对数为3，孤电子对数为0，所以Se原子采取sp2杂化，该分子为平面三角形。(3)根据等电子原理和价电子对互斥理论，CSe2与CO2结构相似，CSe2分子内键与键均为2个。CSe2与CO2均为直线形分子，键角为180，H2Se与H2O互为等电子体，Se采取sp3杂化， HSeH键角接近水分子内HOH键角(104.5)。AsH3与NH3互为等电子体，As采取sp3杂化，HAsH键角接近107.3。根据杂化轨道理论，中心原子采取sp1杂化的键角中心原子采取sp3杂化的键角。中心原子都采取sp3杂化时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。15等电子体的结构相似、物理性质相近，称为等电子原理。如N2和CO为等电子体。下表为部分元素等电子体分类、空间构型表。等电子体类型代表物质空间构型三原子18电子等电子体SO2V形四原子24电子等电子体SO3平面三角形四原子26电子等电子体SO三角锥形五原子32电子等电子体CCl4四面体形回答下列问题：(1)写出下列物质离子的空间构型：BrO_，CO_，PO_，NO_。(2)由第2周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有_。(3)CNO与CO2是等电子体，则CNO中C原子的杂化方式是_，CNO的结构式为_。答案(1)三角锥形平面三角形四面体形V形(2)O(3)sp1N=C=O解析(1)互为等电子体的物质结构相似。BrO为四原子26电子体，所以其结构与SO相似，为三角锥形；CO为四原子24电子体，与SO3的结构相似，为平面三角形；同理可知PO为正四面体形，NO与SO2和O3为等电子体，为V形。(2)F2为双原子18电子体，所以由第2周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有O。(3)CNO的结构与CO2相似，故C原子采取sp1杂化，结构式为N=C=O。