高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第2章 微粒间相互作用与物质性质第2节 共价键与分子的空间结构教案配套课件ppt

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知识点一　价电子对互斥理论
一、价电子对互斥理论的基本观点不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子的空间结构分子中的中心原子的价电子对——　　　　　　(bp)和　　　　　　(lp)由于相互　　　　作用,处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此　　　。
二、ABm型分子中心原子价电子对数的计算价电子对数=成键电子对数+孤电子对数说明:1.成键电子对数=σ键电子对数=中心原子结合的原子数
另外,在计算中心原子的价电子对数时应注意如下规定:(1)中心原子价电子数的确定方法对于分子,中心原子的价电子数=最外层电子数;对于阳离子,中心原子的价电子数=最外层电子数-离子电荷数;对于阴离子,中心原子的价电子数=最外层电子数+离子电荷数。
(2)配位原子的未成对电子数确定方法与中心原子结合的原子称为配位原子,氢原子为1,其他原子=8-该原子的最外层电子数。(如氧和氧族元素中的S、Se等均为2,卤族元素均为1)例如,NH3分子中中心N原子价电子对数的计算过程如下:成键电子对数=σ键电子对数=中心原子结合的原子数=3;孤电子对数= =1。因此NH3分子中中心N原子价电子对数为4,分子中有一对孤电子对。
三、电子对之间的相互排斥作用大小的一般规律1.成键电子对之间的斥力由大到小顺序　　　 　　>　　　　　　>　　　　 　　>　　　　　　　　>　　　　　　。 2.含孤电子对的斥力由大到小顺序　　　　　 　≫　　　　　　　 　>　　　　　　 　。 
成键电子对—成键电子对
四、根据价电子对互斥理论判断分子或离子的空间结构价电子对互斥(VSEPR)理论指的是价电子对的空间结构,而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对。如H2O分子VSEPR模型为四面体形,略去两对孤电子对的空间方向,分子结构为角形
1.当中心原子无孤电子对时,结构保持一致(1)有机分子(以乙酸为例)乙酸分子中,羧基上的碳原子的价电子对均为成键电子对,因此 部分呈三角形。
(2)常见无机分子或离子
2.当中心原子有孤电子对时,两者的结构不一致。例如:(1)有机分子(以乙醇为例)乙醇分子中,羟基上的氧原子的价电子对数为　　　,故价电子对空间结构为　　　　　　,但氧原子上有　　　对孤电子对,因此C—O—H呈　　　。
名师点拨两个原子间的成键电子不论是单键还是多重键,都看作一个空间取向;一对孤电子对看作一个空间取向。特别提醒我们可以先分析分子中的中心原子的价电子对存在几个空间取向,再让这几个空间取向尽量彼此远离,就可以推测出分子的空间结构。
深度思考(1)俗称光气的二氯甲醛分子(COCl2)为三角形,但C—Cl键与C═O键之间的夹角为124.1°,C—Cl键与C—Cl键之间的夹角为111.8°,解释其原因。
提示 COCl2为平面三角形分子,但由于C═O键与C—Cl键之间电子对的作用强于C—Cl键与C—Cl键之间电子对的作用,所以使C═O键与C—Cl键之间的夹角增大(>120°),使C—Cl键与C—Cl键之间的夹角减小(<120°)。
(2)CH4分子中的键角为109°28',NH3分子中的键角为107.3°,H2O分子中的键角为104.5°。从价电子对互斥理论分析导致这三种分子键角差异的原因是什么?
提示 三种物质的中心原子都是sp3杂化,VSEPR模型都是正四面体结构,其中CH4的中心原子没有孤电子对,四个杂化轨道都有成键电子对,键角为109°28'。NH3和H2O的中心原子N、O分别有一个、两个杂化轨道填入孤电子对,孤电子对的排斥力比成键电子对大,因此键角被压缩;孤电子对越多,斥力越大,键角越小,故NH3的键角为107.3°、H2O的键角为104.5°。
(3)根据以下事实总结,分析判断一个化合物的中心原子价电子对数的一般方法。
提示 ①通过分子的空间结构判断。如果是直线形,则中心原子价电子对数为2;如果是三角形,则中心原子价电子对数为3,如果是角形(有一对孤电子对),中心原子价电子对数是3,角形(有两对孤电子对),中心原子价电子对数是4;如果是四面体形或三角锥形(有一对孤电子对),则中心原子价电子对数为4。②对于以碳原子为中心的分子或离子,通过分析中心原子有没有形成双键或三键进行判断。如果有一个三键,则其中有两个是π键,中心原子价电子对数为2;如果有一个双键,2个单键,则其中有一个π键,中心原子价电子对数为3;如果全部是单键,则中心原子价电子对数为4。
拓展应用计算出中心原子价电子对数也可以判断中心原子的杂化方式,不管中心原子有无孤电子对,中心原子价电子对数确定,中心原子杂化方式确定,如下表所示:
正误判断(1)孤电子对的空间排斥力大于σ键电子对的排斥力。(　　)(2)价电子对就是σ键电子对。(　　)提示 价电子对数=σ键电子对数+孤电子对数。(3)VSEPR模型和分子的空间结构一定是一致的。(　　)提示 中心原子有孤电子对时不一致。(4)SO2与CO2分子的组成相似,故它们的空间结构相同。(　　)提示 SO2为角形分子,CO2为直线形分子。(5)价电子对数等于杂化轨道数。(　　)
探究角度1 价电子对数与孤电子对数的计算例1 甲酸分子(HCOOH)中碳原子的价电子对数为(　　)A.1B.2C.3D.4
解析 该有机物中碳原子不存在孤电子对,价电子对数=σ键数,碳原子形成3个σ键,故选C。
[对点训练1]用价电子对互斥理论完成下列问题(加“·”的原子为中心原子)。
探究角度2 分子或离子空间结构的确定例2 判断下列离子的空间结构:
解析 根据中心原子形成的成键电子对数和孤电子对数判断价电子对数,结合价电子对互斥理论判断分子或离子的空间结构。
[对点训练2]用价电子对互斥理论判断SO3的空间结构为(　　)A.正四面体形B.角形C.三角锥形D.平面三角形
解析 SO3的中心原子硫原子的价电子对数为3+ =3,SO3的空间结构与其价电子对互斥模型一致,为平面三角形。
探究角度3 键角的判断与比较例3 (1)CH4、BF3、CO2键角从大到小的顺序为　　　　　　　　　　　。(2)H2O、NH3、CH4键角从大到小的顺序为　　　　　　　　　　　。 (3)H2O与H2S键角从大到小的顺序为　　　　　　　　　。 (4)NF3与NH3键角从大到小的顺序为　　　　　　　　　。 (5)HCHO中两个C—H间的夹角　　　　(填“>”或“<”)120°。 
CO2>BF3>CH4
CH4>NH3>H2O
解析 (1)CH4、BF3、CO2的中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化,它们对应的键角为109°28'、120°、180°,键角会依次增大。(2)H2O、NH3、CH4分子的中心原子采取的都是sp3杂化,但孤电子对数不同。其孤电子对数分别为2、1、0,在H2O分子中,键角要受2对孤电子对的压缩,键角最小。(3)H2O与H2S分子中的O与S原子都采取了sp3杂化,都有2对孤电子对,但O原子的电负性大,H2O比H2S键角大。
(4)NF3与NH3比较,中心原子都是N原子且都为sp3杂化,但因为F原子的电负性大于H原子,使成键电子离N原子更远,两个N—F键间的斥力减小,可以靠得更近,所以其键角更小。(5)在HCHO分子中,C原子为sp2杂化,但由于C原子与O原子间以双键C═O结合,该双键对C—H键的斥力要更大些。所以两个C—H键的键角小于120°。
归纳总结　比较键角大小的步骤归纳如下:(1)首先看中心原子杂化类型中心原子杂化类型是决定键角大小的最根本的原因,中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化类型的,它们对应的键角会依次增大。(2)再确定中心原子孤电子对数中心原子杂化类型相同的分子,中心原子所含孤电子对数目越多,键角越小。(3)再看电负性中心原子杂化类型相同,孤电子对数也相同的分子,可以比较原子的电负性。①若中心原子相同,则配位原子电负性越大,键角越小;②若配位原子相同,则中心原子电负性越大,键角越大。(4)最后看化学键类型双键间斥力>双键与单键间的斥力>单键间的斥力。
1.基本观点　　 　　相同且　　　　　　　　相等的分子或离子具有相同的空间结构和相同的化学键类型等结构特征。 2.等电子体满足等电子原理的分子或离子互称为　　　　　　　。等电子体具有相同的原子总数和价电子总数。 
3.应用举例利用等电子体原理可以推断一些简单分子或离子的空间结构。互为等电子体的分子或离子,其中心原子的杂化类型相同,与成键原子形成的化学键类型相同。(1)CS2与　　　　　互为等电子体,CS2的结构式为S═C═S,C原子的杂化类型为　　　,分子空间结构为　　　　　　。 (2)PH3、AsH3、H3O+与NH3互为等电子体,可知它们的空间结构均为　　　　 　。 
4.常见的等电子体满足等电子原理的微粒称为等电子体,常见的等电子体如下:
名师点拨利用替换法写等电子体(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的其他原子,如O3与SO2、CO2与CS2分别互为等电子体。(2)左右移位法。
(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CO和N2互为等电子体,则N2O与CO2也互为等电子体。
深度思考等电子有哪些应用?
提示 (1)判断一些简单分子或离子的空间结构;(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相应的等电子体。
正误判断(1)N2与CO互为等电子体。(　　)(2)化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子叫等电子体。(　　)(3)H3O+和PCl3互为等电子体,均为三角锥形结构。(　　)提示 H3O+价电子总数为8,PCl3价电子总数为26,二者不互为等电子体。
探究角度 等电子原理例题 下列几组微粒互为等电子体的是(　　)①NO+和CN-　②CO2和CS2　③N2O和CO2　④BF3和SO3A.①②B.③④C.①③④D.①②③④
解析 ①NO+和CN-中,原子总数都为2,价电子总数分别为5+6-1=10和4+5+1=10,二者互为等电子体;②CO2和CS2中均含3个原子,O和S同主族,价电子总数相等,二者互为等电子体;③N2O和CO2均含3个原子,价电子总数分别为5×2+6=16和4+6×2=16,二者互为等电子体;④BF3和SO3均含4个原子,价电子总数分别为3+7×3=24和6×4=24,二者互为等电子体。故①②③④都符合题意,D正确。
[对点训练]与 互为等电子体的是(　　)A.SO2D.NO2
解析 等电子体是原子总数和价电子总数均相同的粒子, 的原子数是4,价电子数是24,与其相同的是AlCl3。
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题组1 价电子对互斥理论1.用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构,其中不正确的是(　　)A. 为正四面体形B.CS2为直线形C.HCN为角形D.PCl3为三角锥形
解析 、CS2、HCN中心原子上的价电子都用于形成共价键,没有孤电子对,所以其结构分别为正四面体形、直线形、直线形;PCl3中心P原子上有一对孤电子对未用于形成共价键,其空间结构为三角锥形。
2.下列关于价电子对互斥理论(VSEPR理论)的叙述中正确的是(　　)A.VSEPR理论只可用来预测分子的空间结构B.分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构C.分子中键角越大,价电子对相互排斥力越大,分子越不稳定D.中心原子上的孤电子对不参与互相排斥
解析 价电子对互斥理论可用来预测分子或者离子的空间结构,A错误;空间结构与价电子对相互排斥有关,因此分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构,B正确;多原子分子内,两个共价键之间的夹角越大,价电子对相互排斥力越小,分子越稳定,C错误;中心原子上的孤电子对参与相互排斥,如H2O中心原子为O,有2对孤电子对,空间结构为角形,D错误。
3.回答下列问题。(1)用价电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间结构:
②BBr3　　　　 　; ③CHCl3　　　　　;④SiF4　　 　　　; 
(2)用价电子对互斥理论推断PCl3中Cl—P—Cl的键角　　　(填“>”“<”或“=”)109°28'。 
(2)PCl3分子中P的价电子对数为3+ =4,孤电子对数为1,由于孤电子对与P—Cl键的排斥作用大于P—Cl键间的排斥作用,所以Cl—P—Cl的键角小于109°28'。
题组2 等电子原理4.下列各组微粒互为等电子体的是(　　)A.12CO2和14CO2B.NCl3和NH3C.N2和CN-D.NO和CO
解析 根据等电子体的条件:①原子总数相同,②最外层电子数之和相等,N2和CN-原子数为2,价电子总数为14,互为等电子体。
5.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(　　)A.SO2与O3B.CO2与NO2C.CO2与SiO2D.PH3与BF3
解析 A项中SO2与O3互为等电子体,故结构相似。特别注意C项,SiO2是由原子构成的,不是由分子组成的,不与CO2互为等电子体。
6.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。请回答:(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 互为等电子体的分子有　　　　　。