2020高中化学 专题四 分子空间结构与物质性质 第一单元 第二课时 价层电子对互斥模型 等电子原理

-1-EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.第二课时价层电子对互斥模型等电子原理[学习目标]1.理解价层电子对互斥模型，学会用价层电子对互斥模型来判断分子或离子的立体构型。2.理解等电子原理及其应用。自主学习区一、价层电子对互斥模型1.价层电子对互斥模型分子中的价层电子对(包括□01成键电子对和□02孤电子对)由于□03相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的立体构型。2.ABm型分子的价电子对计算方法对于ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：n＝中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m2其中，中心原子的价电子数等于□04中心原子的最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子提供□051个价电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算。二、等电子原理1.等电子原理具有□01相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有□02相同的结构特征。2.等电子体满足等电子原理的分子称为等电子体。1.价层电子对互斥模型和分子的立体构型二者相同吗？提示：不同。①价层电子对互斥模型指的是包括σ键电子对和孤电子对在内的空间构型；分子的立体构型指的是组成分子的所有原子(只考虑分子内的σ键)所形成的空间构型。②若分子中没有孤电子对，价层电子对互斥模型和分子立体构型一致；若分子中有孤电子对，价层电子对互斥模型和分子立体构型不一致。2.为什么CH4、NH3、H2O的中心原子均为sp3杂化，但键角却分别为109.5°、107.3°、104.5°？提示：因为CH4分子的中心原子碳原子上无孤电子对，4个σ键伸向正四面体的4个顶点，键角为109.5°，NH3分子中氮原子上有一对孤电子对，孤电子对对另外三个σ键产生排斥作用，使三个σ键的键角变小，同理，H2O分子中的氧原子上有2对孤电子对，对σ键排斥力更大，故键角更小。-2-教师点拨区对应学生用书P048一、价层电子对互斥模型与分子空间构型用价层电子对互斥(VSEPR)模型判断分子的构型的关键是确定中心原子的成键情况，然后再根据成键情况和孤对电子来确定分子的空间构型。应用VSEPR法判断简单分子构型的一般原则：(1)确定中心原子价层的电子对数。其中：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，H为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。例如：NO－3中N的价层电子对数＝12(5＋1－3×2)＋3＝3NO＋2中N的价层电子对数＝12(5－1－2×2)＋2＝2(2)确定成键电子对和孤对电子的数目，并以此确定分子的空间构型。例如CO2中C的价层电子对数＝12(4－2×2)＋2＝2，CO2中有两个配位原子(O原子)通过2对电子与中心原子C连接，所以CO2中无孤对电子，即CO2中中心原子的价电子构型为直线形，分子也为直线形，即OCO。又如NH3中N的价层电子对数＝12(5－1×3)＋3＝4,4对电子在空间分布为四面体(此时电子对离得最远，斥力最小)。NH3分子中，只有三个配位原子，所以有三对成键电子，一对孤对电子，所以NH3为三角锥形。(3)如果在ABn分子中，A与B之间是通过两对电子或三对电子(即双键或叁键)结合而成的，则价层电子对互斥模型仍适用，这时可把双键或叁键作为一个电子对来看待。例如(CN)2分子，其成键情况为∶N⋮×××C××C×××⋮N∶即N≡C—C≡N，如果把N≡C的叁键作为一个电子对看待，则C的周围相当于2对电子对。根据价层电子对互斥模型这两对电子对将分布在C-3-原子的两侧，因此(CN)2分子为直线形。特别提醒判断分子几何构型时注意：(1)如果在价层电子对中出现孤电子对时，价层电子对空间构型还与下列斥力顺序有关：孤电子对—孤电子对孤电子对—成键电子对成键电子对—成键电子对。因此价层电子对空间构型为三角锥形和四面体形时，孤电子对的存在会改变成键电子对的分布空间。所以SnBr2的键角应小于120°，NH3、H2O分子的键角应小于109.5°。(2)分子的立体构型是成键电子对的空间构型，不包括孤电子对，因此在价层电子对互斥模型的基础上，略去孤电子对占有的空间便得到分子的立体构型。[练习与实践]1.用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体构型：分子或离子结构式分子或离子的立体构型①HCNH—C≡N__________②NH＋4__________③H3O＋__________④BF3__________答案直线形正四面体三角锥形平面三角形2.用价层电子对互斥模型推测下列分子的空间构型：①BeCl2②NH3③H2O④PCl3答案①直线形②三角锥形③V形④三角锥形解析①中心原子Be的价电子都参与成键，所以可以根据中心原子的周围原子数来判断为直线形，②③④中心原子有孤对电子，孤对电子也要占据中心原子周围的空间，所以②为三角锥形，③为V形，④为三角锥形。-4-二、等电子原理1.原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似化学键特征，它们的许多性质是相近的。此原理称为等电子原理，满足等电子原理的分子称为等电子体。CO分子与N2分子具有相同原子总数、相同的价电子总数，是等电子体，其某些性质对比如下：分子熔点/℃沸点/℃在水中的溶解度(室温)分子解离能/kJ·mol－1分子的价电子总数CO－205.05－191.492.3mL107510N2－210.00－195.811.6mL946102.一些常见的等电子体微粒原子总数价电子总数N2、CO、CN－、C2－2两原子10电子NO、O＋2两原子11电子CO2、CS2、N2O、BeCl2、CNO－、N－3三原子16电子NO－2、O3、SO2三原子18电子NO－3、CO2－3、BO3－3、BF3、SO3四原子24电子SiF4、CCl4、BF－4、SO2－4、PO3－4五原子32电子CH4、NH＋4五原子8电子特别提醒(1)等电子体的价电子总数相同，而组成原子核外电子总数不一定相同，如CO2和CS2。(2)熟悉一些常见的等电子体，可利用已知物质的结构和性质推测其等电子体的结构和性质。[练习与实践]3.原子数相同，价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。-5-(1)根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是__________和__________；__________和__________。(2)由短周期元素组成的物质中，与NO－2互为等电子体的分子有__________和__________。答案(1)N2OCO2N2CO(2)SO2O3解析(1)仅由第2周期元素组成的共价分子，只能是由C、N、O、F组成的N2、CO、N2O、CO2等，而N2与CO的价电子总数均为10，N2O与CO2的价电子总数均为16，且原子数分别相等，符合题意。(2)只要原子总数相同，各原子价电子数之和也相同，即可互称等电子体，NO－2是三原子组成的离子，其价电子数之和为5＋6×2＋1＝18，SO2、O3均含三原子分子，价电子总数为6×3＝18。4.依据等电子原理在下表中填出相应的化学式。CH4CO2－3C2O2－4NH＋4N2H2＋6NO＋2N2答案C2H6CO2CONO－3N2O4解析通过对CH4和NH＋4的比较可知，由于C的原子序数比N的原子序数小1，所以C原子的价电子数与N＋的价电子数相等，因此只要C、N原子数相等且其他元素种类和价电子总数相同即符合题意，不要忘了所带的电荷数。如N2H2＋6和C2H6。方法规律等电子体的应用等电子体的许多性质是相近的，立体构型是相同的。利用等电子体可以：(1)判断一些简单分子或离子的立体构型；(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物质找等电子体。本课小结1.价层电子对是指中心原子上的电子对，包括成键电子对和中心原子上的孤电子对。中-6-心原子形成几个σ键就有几对成键电子对，而中心原子上的孤电子对数可由此式计算：12(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。2.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。学习效果检测对应学生用书P0501.下列微粒中，含有孤电子对的是()A.SiH4B.H2OC.CH4D.NH＋4答案B解析SiH4、H2O、CH4、NH＋4的电子式分别为：，只有H2O分子中的O原子上有2对孤电子对。2.下列分子的VSEPR模型与分子的立体构型相同的是()A.CCl4B.SO2－3C.NH3D.H2O答案A解析分子中无孤电子对时VSEPR模型与分子立体构型相同。3.用价层电子对互斥模型预测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；平面三角形答案D解析H2S价层电子对数为4，有两对孤电子对数，为V形，BF3价层电子对数为3，没有孤电子对数，为平面三角形。4.下列各组微粒属于等电子体的是()A.12CO2和14COB.H2O和NH3C.N2和13COD.NO和CO答案C解析组成粒子的原子总数相同，价电子总数也相同的粒子称为等电子体。在上述粒子中，C项中两分子的原子总数相同且价电子总数也相同，所以是等电子体。-7-5.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，也可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，空间结构相似的是()A.SO2与O3B.CO2与NO2C.CS2与NO2D.PCl3与BF3答案A解析由题中信息可知，只要算出分子中原子数及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。6.用价层电子对互斥模型预测下列粒子的立体结构。(1)H2Se______________；(2)OF2______________；(3)BCl3______________；(4)PCl3______________；(5)CO2______________；(6)SO2______________；(7)H3O＋______________；(8)SO2－4____________。答案(1)V形(2)V形(3)平面三角形(4)三角锥形(5)直线形(6)V形(7)三角锥形(8)正四面体形课时作业对应学生用书P0971.下列关于价电子对互斥模型的叙述不正确的是()A.价电子对互斥模型可用来预测分子的空间构型B.分子中中心原子的价电子对的相互排斥作用决定了分子的空间构型C.中心原子上的孤电子对不参与相互排斥作用D.分子中键角越大，价电子对之间的斥力越小，分子越稳定答案C解析中心原子上的孤电子对会占据中心原子周围的空间，并参与相互排斥作用。2.N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，下列说法不正确的是()A.N2分子与CO分子中都含有叁键B.N2分子与CO分子中的π键并不完全相同C.N2分子与CO分子互为等电子体D.N2分子与CO分子性质完全相同-8-答案D解析从图示可以看出，N2分子和CO分子中均含有一个σ键和两个π键，所以二者都含有叁键，A项正确；N2分子中的π键是由每个N原子各提供两个p电子以“肩并肩”的方式重叠形成的，而CO分子中的一个π键是O原子单方面提供电子形成的，B项正确；N2与CO的原子总数和价电子总数均相同，互为等电子体，其性质相似，但并不完全相同，C项正确，D项错误。3.用价层电子对互斥模型预测下列粒子的立体结构是直线形的是()A.PCl3B.BeCl2C.NH＋4D.CCl4答案B解析PCl3是三角锥形，BeCl2是直线形，NH＋4是正四面体形，CCl4是正四面体形。4.若ABn的中心原子A上没有孤电子对，运用价电子对互斥模型判断下