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    苏教版高中化学选择性必修2专题4第1单元第2课时价层电子对互斥模型和等电子原理学案
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    高中苏教版 (2019)第一单元 分子的空间结构第2课时导学案及答案

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    这是一份高中苏教版 (2019)第一单元 分子的空间结构第2课时导学案及答案,共9页。学案主要包含了价层电子对互斥模型,等电子原理等内容,欢迎下载使用。

    一、价层电子对互斥模型
    1.价层电子对互斥理论
    (1)价电子对:包括成键电子对和孤电子对,即价电子对=成键电子对+孤电子对。
    (2)分子中的价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结构。
    2.价电子对数(ABm型分子)的计算方法
    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:
    价电子对数目(n)=
    eq \f(中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×m,2)
    (1)对于主族元素,中心原子的价电子数=最外层电子数。
    (2)配位原子中卤素原子、氢原子按提供1个价电子数计算。如PCl5 中n=5。O、S作为配位原子时按不提供价电子计算。
    (3)对于复杂离子,在计算价电子对数时,还应加上或减去离子所带的电荷数。如NHeq \\al(+,4)中n=4,SOeq \\al(2-,4)中n=4。
    (4)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。如NO2中n=3。
    3.价层电子对互斥模型(也称价层电子对分布的几何构型)与分子空间结构
    (1)价电子对数与配位原子数目相等的ABm型分子的几何构型
    根据分子的价电子对数,可以很方便的确定价电子对数都是成键电子对的ABm型分子的几何构型。
    (2)孤电子对数≠0的分子几何构型
    一般来说,孤电子对、成键电子对之间斥力大小的顺序为
    孤电子对与孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对与成键电子对之间的斥力。
    判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
    (1)价层电子对互斥模型就是分子空间结构。 (×)
    (2)NH3分子为三角锥型,N原子发生sp2杂化。(×)
    (3)只要分子构型为平面三角形,中心原子均为sp2杂化。(√)
    (4)中心原子是sp杂化的,其分子构型不一定为直线形。(×)
    (5)价层电子对互斥理论中,π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数。(√)
    (6)SOeq \\al(2-,4)的空间结构为正四面体型。(√)
    二、等电子原理
    1.概念: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。符合此条件的分子或离子互为等电子体。
    2.典例:CO和N2,它们的分子中价电子总数是10,都形成1个σ键和2个π键,CO的结构式为CO,CO和N2键能都较大,性质也相似。
    3.应用:利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的空间结构。
    1.原子数目相等和电子数目相等的微粒叫等电子体,下列各组微粒中属于等电子体的是( )
    A.CH4、NH3 B.S2-、Cl-
    C.CO2、HClD.OH-、NHeq \\al(-,2)
    B [A项,CH4和NH3电子数分别为6+1×4=10、7+1×3=10,原子数目不相等,A错误;B项,S2-和Cl-电子数分别为16+2=18、17+1=18,原子数目相等,故B正确;C项,CO2和HCl电子数分别为6+8×2=22、1+17=18,原子数目不相等,C错误;D项,OH-和NHeq \\al(-,2)电子数分别为8+1+1=10、7+1×2+1=10,原子数目不相等,D错误。]
    2.已知CO2为直线形结构,SO3为平面正三角形结构,NF3为三角锥型结构,请推测COS、COeq \\al(2-,3)、PCl3的空间结构。
    [解析] COS与CO2互为等电子体, 结构相似, 所以COS为直线形结构;COeq \\al(2-,3)与SO3互为等电子体, 结构相似, 所以COeq \\al(2-,3)为平面正三角形结构;PCl3与NF3互为等电子体, 结构相似, 所以PCl3为三角锥型结构。
    [答案] COS为直线形结构;COeq \\al(2-,3)为平面正三角形结构;PCl3为三角锥型结构。
    《中华本草》等中医典籍中,记载了炉甘石(ZnCO3)入药,可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。炉甘石洗剂,用于急性瘙痒性皮肤病,如荨麻疹和痱子。局部外用,用时摇匀,取适量涂于患处,每日2~3次。主要功效用于急性瘙痒性皮肤病,如荨麻疹和痱子。
    [问题1] ZnCO3中,阴离子的价层电子对数是多少?中心碳原子的孤电子对数和σ键数目分别为多少?
    [提示] 价层电子对数=(4+2)/2=3, σ键数目=氧原子数=3,孤电子对数=价层电子对数-σ键数=0。
    [问题2] COeq \\al(2-,3)的价层电子对分布的几何构型和空间结构分别什么?
    [提示] 平面三角形、平面三角形。
    [问题3] 各写出一种与 COeq \\al(2-,3)互为等电子体的分子和离子的化学式。
    [提示] SO3(BF3)、NOeq \\al(-,3)(SiOeq \\al(2-,3))。
    一、价层电子对互斥模型的应用
    1.根据价层电子对互斥理论,首先计算出价电子对数,价电子对数与杂化轨道数相同,再由杂化轨道数判断杂化类型。
    2.根据成键电子对数与孤电子对数的关系,可以判断分子的空间结构。
    【特别提醒】 价层电子对互斥理论说明的是价层电子对的空间结构,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。
    (1)当中心原子无孤电子对时, 两者的结构一致;
    (2)当中心原子有孤电子对时, 两者的结构不一致。
    二、等电子原理的应用
    利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的空间结构。
    1.SOeq \\al(2-,4)、POeq \\al(3-,4)等离子符合AX4通式,价电子总数为32,中心原子采取sp3杂化,呈四面体空间结构。
    2.SOeq \\al(2-,3)、POeq \\al(3-,3)等离子符合AX3通式,价电子总数为26,中心原子采取sp3杂化,由于存在一对孤电子对,呈三角锥空间结构。
    3.等电子体不仅有相似的空间结构,而且有相似的性质。如晶体硅、锗是良好的半导体材料,它们的等电子体AlP、GaAs也是良好的半导体材料。
    4.常见的等电子体汇总
    [注意] 等电子体结构相同,物理性质相近,但化学性质不同。
    1.等电子体之间结构相似、物理性质也相近。根据等电子原理,由短周期元素组成的微粒,只要其原子总数和原子最外层电子总数相同,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( )
    A.COeq \\al(2-,3)和NOeq \\al(-,3)B.O3和SO2
    C.CO2和NOeq \\al(-,2)D.SCN-和Neq \\al(-,3)
    C [C选项中,CO2与NOeq \\al(-,2)具有相同的原子总数,但最外层电子总数不同,CO2为16, 而NOeq \\al(-,2)为18, 故二者不能互称为等电子体。]
    2.(1)与NH3BH3原子总数相等的等电子体是________(写分子式)。
    (2)与NHeq \\al(+,4)互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。
    (3)与O3分子互为等电子体的一种阴离子为________(填化学式)。
    [解析] (1)原子总数相同、价层电子总数相同的微粒互称为等电子体,与NH3BH3互为等电子体的分子为CH3CH3。
    (2)考虑与N元素相邻主族的元素,可知与NHeq \\al(+,4)互为等电子体的分子是CH4或SiH4。
    (3)等电子体是指价层电子总数和原子总数均相同的分子、离子或原子团,O3与NOeq \\al(-,2)均为3原子、18价层电子的微粒,故二者互为等电子体。
    [答案] CH3CH3 CH4或SiH4 NOeq \\al(-,2)
    3.填写下列表格。
    [答案] ① 0 2 2 直线形 直线形 sp
    ② 3 1 4 四面体型 直线形 sp3
    ③ 0 2 2 直线形 直线形 sp
    ④ 2 2 4 四面体型 V形 sp3
    ⑤ 0 3 3 平面三角形 平面三角形 sp2
    ⑥ 0 3 3 平面三角形 平面三角形 sp2
    ⑦ 0 3 3 平面三角形 平面三角形 sp2
    1.用价层电子对互斥理论预测H2S和COCl2的空间结构,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
    D [H2S分子中的中心原子S原子上的孤电子对数是eq \f(1,2)×(6-1×2)=2,则H2S分子中的中心原子的价层电子对数是4,其中2对是孤电子对,因此分子空间结构是V形;而COCl2分子中的中心原子C原子上的孤电子对数是eq \f(1,2)×(4-2×1-1×2)=0,则COCl2分子中的中心原子的价层电子对数是3,因此分子空间结构是平面三角形,故选D。]
    2.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
    A.BeCl2与BF3B.CO2与SO2
    C.CCl4与NH3D.C2H2与C2H4
    C [BeCl2、BF3分子中的中心原子杂化类型分别为sp、sp2;CO2、SO2分子中的中心原子杂化类型分别为sp、sp2;C2H2、C2H4分子中的中心原子杂化类型分别为sp、sp2。]
    3.通常把原子总数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结构相同,则下列有关说法中正确的是( )
    A.CH4和NHeq \\al(+,4)是等电子体,键角均为60°
    B.NOeq \\al(-,3)和COeq \\al(2-,3)是等电子体,均为平面三角形结构
    C.H3O+和PCl3是等电子体,均为三角锥型结构
    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
    B [CH4和NHeq \\al(+,4)是正四面体结构,键角是109°28′,A错;NOeq \\al(-,3)和COeq \\al(2-,3)是等电子体,均为平面三角形结构,B对;H3O+和PCl3的价电子总数不相等,不互为等电子体,C错;苯分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道,故其等电子体B3N3H6分子中也存在,D错。]
    4.回答下列问题。
    (1)根据等电子原理,仅由第二周期元素形成的共价分子中,互为等电子体的是________和________;________和________。
    (2)在短周期元素组成的物质中,与NOeq \\al(-,2)互为等电子体的分子有________、________。
    (3)与H2O互为等电子体的一种阳离子为________(填化学式),阴离子为________。
    (4)与N2互为等电子体的阴离子是________,阳离子是________。
    [答案] (1)N2 CO N2O CO2 (2)SO2 O3
    (3)H2F+ NHeq \\al(-,2) (4)CN-(或Ceq \\al(2-,2)) NO+
    5.指出下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化类型。
    (1)H2S________________,CO2________________________,
    PH3________________,PCl3__________________________,
    BF3________________,HCN_____________________________,
    HCHO________________,SO2__________________________,
    SiH4________________。
    (2)NHeq \\al(+,4)________________,NOeq \\al(-,2)________________________,
    SOeq \\al(2-,4)________________,SOeq \\al(2-,3)______________________,
    ClOeq \\al(-,3)________________,ClOeq \\al(-,4)_______________________,
    SiOeq \\al(2-,3)________________。
    [答案] (1)V形、sp3 直线形、sp 三角锥型、sp3 三角锥型、sp3 平面三角形、sp2 直线形、sp 平面三角形、sp2 V形、sp2 正四面体型、sp3 (2)正四面体型、sp3 V形、sp2 正四面体型、sp3 三角锥型、sp3 三角锥型、sp3 正四面体型、sp3 平面三角形、sp2学 习
    任 务
    1.了解价层电子对互斥模型,能根据此理论解释或预测简单分子的空间结构。
    2.了解等电子原理的内容。
    价电子
    对数
    电子对排布方式
    几何构型
    键角
    实例
    2
    直线形
    180°
    CO2、
    BeCl2、CS2
    3
    平面三角形
    120°
    BF3、SO3
    4
    正四面体
    109°28′
    CH4、CCl4
    分子
    价电子
    对数
    成键电
    子对数
    孤电子
    对数
    几何
    构型
    键角
    同类型
    分子
    NH3
    4
    3
    1
    三角锥型
    107.3°
    NF3、PCl3
    H2O
    4
    2
    2
    V形
    104.5°
    H2S、SCl2
    价层电子对的计算与应用
    价层电
    子对数
    σ键电
    子对数
    中心原子
    上的孤电
    子对数
    价层电子
    对分布几
    何构型
    分子空
    间结构
    实例
    2
    2
    0
    直线形
    直线形
    CO2、CS2、
    BeCl2、NOeq \\al(+,2)
    3
    3
    0
    平面
    三角形
    平面
    三角形
    BF3、SO3、
    NOeq \\al(-,3)、COeq \\al(2-,3)、
    CH2O
    2
    1
    V形
    SO2、NO2、
    NOeq \\al(-,2)
    4
    4
    0
    四面体型
    正四面
    体型
    所有AB4型
    分子和离子
    3
    1
    三角
    锥型
    NH3、NF3、
    PCl3、SOeq \\al(2-,3)、
    ClOeq \\al(-,3)
    2
    2
    V形
    H2O、H2S、
    SCl2
    微粒
    价电子总数
    立体构型
    CO2、SCN-、NOeq \\al(-,2) 、Neq \\al(-,3)
    16e-
    直线形
    COeq \\al(2-,3) 、NOeq \\al(-,3) 、SO3
    24e-
    平面三角形
    SO2、O3、NOeq \\al(-,2)
    18e-
    V形
    SOeq \\al(2-,4) 、POeq \\al(3-,4)、SiCl4、SiOeq \\al(4-,4)
    32e-
    正四面体型
    POeq \\al(3-,3) 、SOeq \\al(2-,3) 、ClOeq \\al(-,3)
    26e-
    三角锥型
    CO、N2
    10e-
    直线形
    CH4、NHeq \\al(+,4)
    8e-
    正四面体型
    序号
    化学式
    孤电
    子对

    σ键电
    子对数
    价层电
    子对数
    价层电子对分布几
    何构型
    分子或
    离子的
    空间结
    构名称
    中心
    原子
    杂化
    类型

    CO2

    ClO-

    HCN

    H2O

    SO3

    COeq \\al(2-,3)

    NOeq \\al(-,3)
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