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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．价电子对互斥理论与分子立体构型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立体构型并完成下表由中心原子周围的原子数n来预测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立体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，使分子的立体构型发生变化，如
①H2O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分子的立体构型为V形而不是直线形
②NH3分子中氮原子上有一对孤电子对参与互相排斥，故NH3的立体构型不能为平面三角形
③常见分子的价电子对互斥模型和空间构型[归纳总结]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1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；2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；3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原子价层电子数应加上3，而NH中N原子的价层电子数应减去1；4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；5双键、叁键等多重键作为1对电子看待[活学活用]1．若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，运用价层电子对互斥理论，下列说法正确的是 A．若n＝2，则分子的空间构型为V形B．若n＝3，则分子的空间构型为三角锥形C．若n＝4，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电子对，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子的空间结构为直线形；n＝3时，分子的空间结构为平面三角形；n＝4时，分子的空间结构为正四面体形2．下列分子和离子中，中心原子价层电子对的空间构型为四面体形且分子或离子的空间构型为V形的是 A．NHB．PH3C．H3O＋D．OF2答案 D解析 四个选项中的分子或离子中心原子的价层电子对数都为4且空间构型都为四面体形，但只有OF2中心原子结合两个F原子，分子的空间构型为V形分子的空间构型与分子中中心原子的价层电子对的空间构型不是一回事二 等电子原理1．比较N2和CO的结构、性质，填写下表空格
2.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，是等电子体，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4．常见的等电子体[归纳总结]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2．等电子体应用等电子体的许多性质是相近的，空间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[活学活用]3．1919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 1N2 CO CO2 N2O 2SO2 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电子总数均为14，CO2与N2O电子总数均为222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5＋6×2＋1＝18，SO
2、O3也为三原子，各分子价电子总数均为6×3＝181．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，物理性质相似当堂检测1．用价电子对互斥模型预测下列粒子的空间构型是直线形的是 A．PCl3B．BeCl2C．NHD．CCl4答案 B解析 PCl3是三角锥形，BeCl2是直线形，NH是正四面体形，CCl4是正四面体形2．下列物质中既有极性键，又有非极性键的直线形分子的是 A．CS2B．CH4C．CH3CH2ClD．HC≡CH答案 D3．能说明CH4分子的5个原子不在同一平面而为正四面体构型的是 A．两个键之间夹角为
109.5°B．C—H键为极性共价键C．4个C—H键的键能、键长相同D．碳的价层电子都形成共价键答案 A4．关于CO2与CS2的下列说法正确的是 A．它们互为等电子体B．CO2为直线形而CS2为V形C．它们分子中的化学键类型不同D．CS2比CO2稳定答案 A解析 CO2与CS2的化学通式相同，价电子总数也相同，互为等电子体；二者结构相似，都为直线形的分子；在CO2分子中，C原子与每个O原子均形成两个共价键，一个σ键，一个π键，同样CS2分子中，C原子与每个S原子也形成双键，一个σ键，一个π键，键角都是180°，但由于C===O键长比C===S键长短，C===O键能比C===S键能大，故CO2比CS2稳定5．用价电子对互斥模型预测下列粒子的空间结构1H2Se____________； 2OF2____________；3BCl3____________；4PCl3____________；5CO2____________；6SO2____________；7H3O＋____________；8SO____________答案 1V形 2V形 3平面三角形 4三角锥形 5直线形 6V形 7三角锥形 8正四面体形40分钟课时作业[基础过关]
一、价电子对互斥理论及其应用1．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；三角锥型B．V形；三角锥型C．直线形；平面三角形D．V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，则其应为正四面体构型但中心原子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2．对SO3的说法正确的是 A．结构与NH3相似B．结构与SO2相似C．结构与BF3相似D．结构与P4相似答案 C解析 根据价电子对互斥理论可知，在SO3中，S原子没有孤电子对，但与S原子相连的原子个数为3，因此SO3分子结构呈平面三角形3．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．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 判断分子的杂化方式要根据中心原子的孤电子对数以及与中心原子相连的原子个数在NF3分子中，N原子的孤电子对数为1，与其相连的原子数为3，所以根据理论可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化，空间构型为三角锥形，类似于NH3
二、分子中价电子对数目的确定4．下列微粒中，含有孤电子对的是 A．SiH4B．H2OC．CH4D．NH答案 B解析 SiH
4、H2O、CH
4、NH的电子式分别为HSiH、HH、HCH、[HNH]＋，只有H2O分子中的O原子上有2对孤电子对5．下列微粒的价电子对数正确的是点“”的原子为中心原子 A.H4 4B.O2 1C.F3 2D.O3 2答案 A解析 对ABm型分子中心原子价电子对数n＝H4中，n＝＝4，A正确；O2中，n＝＝2，B不正确；F3中，n＝＝3，C不正确；O3中，n＝＝3，D不正确6．下列说法中正确的是 A．NO
2、BF
3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构B．P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为
109.5°C．NH的电子式为[HNH]＋，离子呈平面正方形结构D．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强答案 D解析 NCl3分子的电子式为N，分子中各原子都满足8电子稳定结构，A错误；P4为正四面体形分子，但其键角为60°，B错误；NH为正四面体形结构而非平面正方形结构，C错误；NH3分子电子式为HH，有一对未成键电子，由于未成键电子对成键电子的排斥作用，使其键角为
107.3°，呈三角锥形，D正确
三、等电子原理及应用7．与NO互为等电子体的是 A．SO2B．BF3C．CH4D．NO2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，与其相同的是BF38．已知原子数和价电子数相同的离子或分子结构相似，如SO
3、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 A．PCl5B．CCl4C．NF3D．N答案 B解析 SO的价电子数为32个，CCl4的原子数为5，价电子数为4＋4×7＝32，故与SO有相似结构均为正四面体形；PCl5分子中价电子数为5＋7×5＝40，NF3分子中价电子数为5＋7×3＝26，N的价电子数为5×3＋1＝169．通常把化学通式和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体人们发现等电子体的空间构型相同，则下列有关说法中正确的是 A．CH4和NH是等电子体，键角均为60°B．NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道答案 B解析 CH4和NH都是正四面体构型，键角均为
109.5°，A项不正确；NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构，B项正确；H3O＋和PCl3价电子总数不相等，不是等电子体，C项不正确；B3N3H6结构与苯相似，也存在“肩并肩”式重叠的轨道，D项不正确[能力提升]10．硫化氢H2S分子中，两个H—S键夹角接近90°，说明H2S分子的空间构型为__________；二氧化碳CO2分子中，两个C===O键夹角是180°，说明CO2分子的空间构型为________；四氯化碳CCl4分子中，任意两个C—Cl键的夹角都是
109.5°，说明CCl4分子的空间构型为________________答案 V形 直线形 正四面体形解析 用键角可直接判断分子的空间构型三原子分子键角为180°时为直线形，小于180°时为V形S、O同主族，因此H2S和H2O分子的空间构型相似，为V形由甲烷分子的空间构型可判断CCl4的分子构型11．用价电子对互斥模型推测下列分子的空间构型1H2Se____________；2NH____________；3BBr3______________；4CHCl3________；5SiF4__________答案 1V形 2V形 3平面三角形 4四面体形 5正四面体形解析 根据原子的最外层电子排布，可以判断出本题分子的中心原子含有的孤电子对数和结合的原子数为H2Se、NH分子略去两对孤电子对，分子构型为V形，BBr3为平面三角形，CHCl3分子中由于H原子和Cl原子不同，不能形成正四面体形，SiF4为正四面体形12．1计算下列分子或离子中划“____”原子的价电子对数
①CCl4____________；
②BeCl2__________；
③BCl3____________；
④PCl3____________；2计算下列微粒中划“____”原子的孤电子对数
①H2S____________；
②PCl5____________；
③BF3____________；
④NH3____________答案 1
①4
②2
③3
④4 2
①2
②0
③0
④1解析 1根据ABm型分子中价电子对数目n的计算公式n＝
①CCl4中C原子的价电子对数为＝4；
②BeCl2中Be原子的价电子对数为＝2；
③BCl3中B原子的价电子对数为＝3；
④PCl3中P原子的价电子对数为＝42根据ABm型分子中心原子的孤电子对数＝a－mb的计算公式
①H2S中的S原子的孤电子对数×6－2×1＝2；
②PCl5中的P原子的孤电子对数×5－5×1＝0；
③BF3中的B原子的孤电子对数×3－3×1＝0；
④NH3中的N原子的孤电子对数×5－3×1＝113．a、b、c、d为四种由短周期元素构成的中性粒子，它们都有14个电子，且除a外都是共价型分子回答下列问题1a是单核粒子，a单质可用作半导体材料，a原子核外电子排布式为______________2b是双核化合物，常温下为无色无味气体b的化学式为________人一旦吸入b气体后，就易引起中毒，是因为_____________________________而中毒3c是双核单质，写出其电子式________________c分子中所含共价键的类型为____________填“极性键”或“非极性键”c单质常温下性质稳定，不易起反应，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________4d是四核化合物，其结构式为______________；d分子内所含共价键有________个σ键，________个π键；σ键与π键的强度大小关系为σ______π填“”、“”或“＝”，原因是________________________________________________________________________答案 11s22s22p63s23p2 2CO CO一旦被吸入肺里后，会与血液中的血红蛋白结合，使血红蛋白丧失输送氧气的能力 3N⋮⋮N 非极性键 N2分子中的共价叁键键能很大，共价键很牢固 4H—C≡C—H 3 2 形成σ键的原子轨道的重叠程度比π键的重叠程度大，形成的共价键强解析 本题考查关于共价键的综合知识由题意知，a是单原子粒子，含14个电子，是Si，Si可作半导体材料；b是两个原子的化合物，根据其物理性质无色无味气体，推断b为CO，CO一旦进入肺里，会与血液中的血红蛋白结合而使血红蛋白丧失输送氧气的能力，使人中毒；c是双原子单质，每个原子有7个电子，故c为N2，N2分子的结构式为N≡N，为非极性键，N2分子中的共价叁键键能很大，所以N2分子很稳定；d是四核化合物，即4个原子共有14个电子，只能是烃，故d为C2H2，C2H2的结构式为H—C≡C—H，有两个H—Cσ键，一个C—Cσ键，两个π键[拓展探究]14．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、空间构型表试回答下列问题1下面物质分子或离子的空间构型BrO__________，CO________，ClO________2由第2周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有__________3SF6的空间构型如图1所示，请再按照图1的表示方法在图2中表示OSF4分子中O、S、F原子的空间位置已知OSF4分子中O、S间为共价双键，S、F间为共价单键答案 1三角锥形 平面三角形 四面体形 2O3解析 解决本题的关键是互为等电子体的物质结构相似、物理性质相似1BrO为四原子26电子体，所以其结构与SO一样为三角锥形；CO为四原子24电子体，与SO3的结构相同，为平面三角形；同理可知ClO为四面体形2F2为双原子14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O3SF6为七原子48电子体，空间构型为八面体形，如图1；OSF4为六原子40电子体，其空间构型为三角双锥形ABn立体构型范例n＝2直线形CO
2、BeCl2n＝3平面三角形CH2O、BF3n＝4正四面体形CH
4、CCl4n＝5三角双锥形PCl5n＝6正八面体形SF6σ键电子对数孤电子对数价层电子对数目电子对的排列方式价电子对互斥模型分子或离子的立体构型 实例202直线形直线形BeCl
2、CO2303三角形平面三角形BF
3、BCl321V形PbCl2404四面体形正四面体形CH
4、CCl431三角锥形NH322V形H2O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/℃－
195.81－
191.49熔点/℃－
210.00－
205.05液体密度/g·cm－
30.
7960.793类型实例空间构型两个原子10个价电子的等电子体N
2、CO、NO＋、C、CN－直线形三个原子16个价电子的等电子体CO
2、CS
2、N2O、NCO－、NO、N、SCN－、BeCl2直线形三个原子18个价电子的等电子体NO、O
3、SO2V形四个原子24个价电子的等电子体NO、CO、BO、CS、BF
3、SO3平面三角形五个原子32个价电子的等电子体SiF
4、CCl
4、BF、SO、PO四个σ键，正四面体形化学式H2SeNHBBr3CHCl3SiF4中心原子含有的孤电子对数22000中心原子的σ键数22344中心原子的价层电子对数44344等电子体类型代表物质空间构型四原子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CCl4四面体形六原子40电子等电子体PCl5三角双锥形七原子48电子等电子体SF6八面体形。
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