2019_2020学年高中化学专题分子构型与物质的性质第2课时价层电子对互斥理论等电子原理教案苏教版.docx

第2课时价层电子对互斥理论等电子原理核心素养发展目标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。一、价层电子对互斥模型1价层电子对互斥模型的基本内容分子中的价电子对(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，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。2价电子对的计算(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(2)在计算中心原子的价层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PO中P原子价层电子数应加上3，而NH中N原子的价层电子数应减去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。3价层电子对互斥模型与分子的几何构型(1)中心原子中的价电子全部参与形成共价键的分子的几何构型如下表所示(由中心原子周围的原子数m来预测)：ABm几何构型示例m2直线形CO2、BeCl2m3平面三角形CH2O、BF3m4正四面体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)的分子的几何构型：中心原子上的孤电子对占据中心原子周围的空间，与成键电子互相排斥，使分子的几何构型发生变化，如：H2O、NH3等。H2O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形而不是四面体型。NH3分子中氮原子上有一对孤电子对参与互相排斥，故NH3的空间构型是三角锥型。常见分子的价层电子对互斥模型和空间构型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例1下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的是()AH2OBHClCNHDPCl3答案A解析A项，氧原子有两对未成键的价电子对；B项，HCl分子属于AB型分子，没有中心原子；C项，NH的中心原子的价电子全部参与成键；D项，磷原子有一对未成键的价电子对。例2(2018凉山木里中学高二期中)用价层电子对互斥理论预测H2S和NH3的几何结构，下列说法正确的是()A直线形；三角锥型BV形；三角锥型C直线形；平面三角形DV形；平面三角形答案B解析H2S中S原子的价电子对数2(621)4，含有2对孤电子对，所以其几何结构为V形；NH3中N原子的价电子对数3(531)4，含有1对孤电子对，所以其几何结构为三角锥型。思维启迪分子空间构型的确定思路中心原子价电子对数n分子的空间模型略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间注意(1)价层电子对互斥模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。(2)常见的分子空间构型：直线形、V形、平面三角形、三角锥型、四面体型等。二、等电子原理1等电子原理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”。2等电子体原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子互称为等电子体。3等电子原理的应用(1)利用等电子原理可判断简单分子或离子的空间构型，如NH3与H3O互为等电子体，二者空间构型相同。(2)应用于制造新材料。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、C、CN直线形三原子16电子的等电子体CO2、CS2、N2ONO、N、BeCl2(g)直线形三原子18电子的等电子体NO、O3、SO2V形四原子24电子的等电子体NO、CO、BO、CS、BF3、SO3(g)平面三角形五原子32电子的等电子体SiF4、CCl4、BF、SO、PO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、NO都是平面三角形。那么下列分子或离子中与SO有相似结构的是()APCl5BCCl4CNF3DN答案B解析SO的原子数为5，价电子数为32，CCl4的原子数为5，价电子数为44732，故CCl4与SO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NO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，NO为三原子，其价电子总数为(5621)18，SO2、O3也为三原子，各分子价电子总数均为6318。(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正误判断(1)孤电子对的空间排斥力大于键电子对的排斥力()(2)所有的三原子分子都是直线形结构()(3)价层电子对互斥模型和分子的空间构型都是相同的分子构型()(4)SO2与CO2分子的组成相似，故它们的空间构型相同()(5)只有原子总数和价电子总数相同的分子才是等电子体()(6)互为等电子体的物质，物理性质、化学性质都相似()2甲酸分子(HCOOH)中碳原子的价层电子对数为()A1B2C3D4答案C3用价层电子对互斥理论判断SO3的空间构型为()A正四面体型BV形C三角锥型D平面三角形答案D解析SO3的中心原子硫原子的价电子数为6，与中心原子结合的原子数为3，氧原子最多能接受的电子数为2，则中心原子的孤电子对数(632)0，故价电子对数键电子对数3，SO3的空间构型与其价层电子对互斥模型一致，为平面三角形。4下列离子的价层电子对互斥模型与其空间构型一致的是()ASOBClOCNODClO答案B解析SO的价层电子对数为4，且含有一对孤电子对，所以其价层电子对互斥模型为四面体型，而SO的空间构型为三角锥型，A项错误；ClO的价层电子对数为4，不含孤电子对，所以其价层电子对互斥模型与其空间构型一致，B项正确；NO的价层电子对数为3，其中含有一对孤电子对，其价层电子对互斥模型与其空间构型不一致，C项错误；ClO的价层电子对数为4，也含有一对孤电子对，其价层电子对互斥模型与其空间构型不一致，D项错误。5下列分子或离子之间互为等电子体的是()ACH4和H3OBNO和SO2CO3和CO2DN2和C答案D解析由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，价电子总数相同，即互为等电子体。CH4和H3O原子数不同，A错误；NO和SO2原子数、价电子数均不同，B错误；O3和CO2中价电子总数不同，C错误；N2和C原子数相同，价电子总数相同，D正确。6用价层电子对互斥理论完成下列问题(点“”的原子为中心原子)。键电子对数孤电子对数空间构型H2SCl3Cl3O2O答案键电子对数孤电子对数立体构型H2S22V形Cl330平面三角形Cl331三角锥型O221V形O40正四面体型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()ASiH4BH2OCCH4DNH答案B2下列分子或离子中，中心原子未用来成键的电子对最多的是()ASF6BNH3CH2SDBCl3答案C3乙醇分子中氧原子的价电子对数为()A1B2C3D4答案D解析乙醇的结构简式为CH3CH2OH，氧与氢原子、碳原子成键，即氧原子有2对键电子对。由于碳原子只拿出一个电子与氧原子成键，故氧原子的价电子对数4。题组二利用价层电子对互斥理论判断分子的空间构型4下列关于价层电子对互斥模型的叙述中不正确的是()A价层电子对互斥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中心原子上的孤电子对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解析价层电子对互斥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；中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间的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。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：甲基，甲基碳正离子(CH)，甲基碳负离子(CH)的键角相对大小顺序为()ABCD答案A解析甲基(CH3)含有3个键，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；甲基碳正离子(CH)含有3个键，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；甲基碳负离子(CH)含有3个键，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宁夏校级月考)下列物质的空间构型与NH3分子相同的是()AH3OBH2OCCH4DCO2答案A解析氨分子中N原子的价电子对数4，含有一对孤电子对，故氨分子为三角锥型结构。H3O中氧原子的价电子对数4，含有一对孤电子对，所以它为三角锥型结构，A项正确；H2O中氧原子的价电子对数4，含有2对孤电子对，所以水分子为V形结构，B项错误；同理可确定CH4是正四面体型结构，CO2为直线形结构，C、D项错误。7用价层电子对互斥理论预测NO和BF3的空间构型，两个结论都正确的是()A直线形；三角锥型BV形；三角锥型C直线形；平面三角形DV形；平面三角形答案D8短周期主族元素A、B可形成AB3分子，下列有关叙述正确的是()A若A、B为同一周期元素，则AB3分子一定为平面正三角形B若AB3分子中的价电子个数为24，则AB3分子可能为平面正三角形C若A、B为同一主族元素，则AB3分子一定为三角锥型D若AB3分子为三角锥型，则AB3分子一定为NH3答案B解析A项，若为PCl3，则分子为三角锥型，错误；B项，BCl3满足要求，其分子为平面正三角形，正确；C项，若分子为SO3，则为平面正三角形，错误；D项，分子不一定为NH3，也可能为NF3等。题组三等电子原理及其应用9下列物质属于等电子体的一组是()ACH4和NHBB3H6N3和C8H8CF和MgDH2O和CH4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A项正确，C项中F和Mg的价电子总数不同，B、D项中的原子总数不相同。10等电子体是指原子总数相同、价电子总数也相同的微粒。下列各选项中的两种微粒不互为等电子体的是()AN2O和CO2BO3和NOCCH4和NHDOH和NH答案D解析A项中的N2O和CO2均含3个原子和16个价电子，B项中的O3和NO均含3个原子和18个价电子，C项中的CH4和NH均含5个原子和8个价电子，因此，A、B、C三项均符合等电子体的定义；D项中的OH和NH虽然都含有8个价电子，但二者所含原子总数不相同，不符合等电子体的含义。11(2018四川武侯区校级期末考试)根据等电子原理，下列各对粒子中，空间结构相似的是()ASO2和O3BCO2和NO2CCS2和NO2DPCl3和BF3答案A解析由题中信息可知，只要算出分子中各原子的最外层电子数之和即可判断。B的最外层电子数为3；C的最外层电子数为4；N、P的最外层电子数为5；O、S的最外层电子数为6；F、Cl的最外层电子数为7。12根据等电子原理判断，下列说法中错误的是()AB3N3H6分子中所有原子均在同一平面上BB3N3H6分子中存在双键，可发生加成反应CH3O和NH3互为等电子体，均为三角锥形结构DCH4和NH互为等电子体，均为正四面体结构答案B解析等电子原理是指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。苯是B3N3H6的等电子体，因此，它们的结构相同。苯分子中所有的原子均在同一平面上，苯分子中不存在双键，存在大键，A正确、B错误；H3O和NH3互为等电子体，NH3为三角锥型结构，则H3O也是三角锥型结构；CH4和NH互为等电子体，CH4是正四面体结构，所以NH也是正四面体结构。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)NH_；(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H2SeNHBBr3CHCl3SiF4中心原子含有的孤电子对数22000中心原子的键数22344中心原子的价电子对数44344H2Se、NH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根据等电子原理，回答下列问题。(1)CO分子的结构式为_。(2)已知反应CaC22H2OCHCHCa(OH)2。CaC2中C与O互为等电子体，O的电子式可表示为_；1molO中含有的键的数目为_。(3)二氧化钛(TiO2)是常用的、具有较高催化活性和稳定性的光催化剂，常用于污染处理。O2在其催化作用下，可将CN氧化成CNO，进而得到N2。写出一种与CN互为等电子体的单质分子的结构式_，根据等电子原理写出HCN分子的结构式_。与CNO互为等电子体的分子、离子化学式分别为_、_(各写一种)。CNO的空间构型为_，CNO中键与键的个数比为_。答案(1)CO(2)OO22NA(3)NNHCNCO2(或N2O、CS2、BeCl2等)N直线形11解析根据等电子原理：原子总数、价电子总数相同的分子或离子具有相似的结构特征和许多相近的性质来回答问题。(1)CO与N2互为等电子体，故CO结构式为CO。(2)由CaC2与H2O反应的产物为CHCH，可推知CaC2中存在C，其电子式为CC2，结构式为CC2，故C的等电子体O的电子式为OO2，结构式为OO2，1个OO键中含有1个键和2个键，所以1 mol O中含有2NA个键。(3)用O原子替换CN中的N原子，同时减少1个负电荷，用N原子替换CN中的C原子，同时减少1个负电荷，分别得到CN的两种等电子体CO和N2。根据等电子体原理可推知CN的结构式为CN，则HCN的结构式为HCN。用O原子替换CNO中的N原子同时要去掉1个负电荷可得CNO的等电子体CO2，用S替换CO2中的O原子得等电子体CS2，CO与N2互为等电子体，用N2替换CNO中的CO可得等电子体N，用N原子替