高中化学第2节 共价键与分子的空间结构第2课时学案设计

第2课时　价电子对互斥理论

课程标准

1．知道什么是价电子对，初步认识价电子对互斥理论。

2．能用价电子对互斥理论预测简单离子或分子的空间构型。

学法指导

1.通过阅读教材，结合教材P49“活动·探究”了解价电子对互斥理论及利用价电子对互斥理论预测分子的空间结构。

2．价电子对互斥理论可以更好地帮助理解杂化轨道理论。

必备知识·自主学习——新知全解一遍过

知识点一价电子对互斥理论

1.价电子对互斥理论

(1)基本观点：分子中的中心原子的价电子对——____________和____________由于____________作用，处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。

(2)空间取向的说明

①两个原子间的________电子不论是单键还是多重键，都看作一个空间取向；

②一对____________可看作一个空间取向。

(3)孤电子对的计算方法

中心原子上的孤电子对数＝(________________－其他原子的________________之和)/2。

说明：中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子最多能接受的电子数＝8－该原子的价电子数。

2．价电子对与分子空间结构的对应关系表

微点拨

(1)对于主族元素来讲，价电子数等于原子最外层电子数。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。

(2)计算价电子对数时，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。

(3)双键、三键等多重键作为1对电子看待。

例如，H2O中的中心原子为氧原子，其价电子数为6，与氧原子结合的氢原子的未成对电子数为1，可知：

氧原子上的孤电子对数＝＝2，则中心原子O原子价电子对数为2＋2＝4。

的价电子对数：4＋＝4，

的价电子对数：4＋＝4。

学思用

1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)价电子对互斥理论可用来预测分子的空间结构。(　　)

(2)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结构。(　　)

(3)中心原子上的孤电子对不参与相互排斥作用。(　　)

(4)分子中键角越大，价电子对之间的斥力越大。(　　)

(5)AB3型的分子空间结构必为平面三角形。(　　)

2．(1)请填写以下表格中的空白：

(2)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。

知识点二  等电子原理

1.基本观点：________相同且________相等的________具有相同的________和相同的________等结构特征。

2．应用举例

利用等电子原理可以推断简单分子或原子团的空间结构。

(1)CO、CN－与N2互为等电子体，则CO的结构式为________，CN－的结构式为________。

(2)CS2与CO2互为等电子体，则CS2的结构式为________，碳原子的杂化类型为________，分子空间结构为________。

、、SO3与BF3互为等电子体，则它们的空间结构为________。

学思用

1．SiCl4、、、四种微粒是等电子体吗？为什么？若是，微粒的空间构型是什么？

2．NH3和H3O＋两种微粒是等电子体吗？为什么？若是，微粒的空间构型是什么？

关键能力·课堂探究——学科素养全通关

提升点一价电子对互斥理论

1.价电子对数的确定方法

(1)a表示中心原子的价电子数。

对于主族元素：a＝最外层电子数；

对于阳离子：a＝价电子数－离子电荷数；

对于阴离子：a＝价电子数＋|离子电荷数|。

(2)x表示与中心原子结合的原子数。

(3)b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子最多能接受的电子数＝8－该原子的价电子数。

2．价电子对数与分子空间构型的关系

价电子对互斥理论模型说的是价电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对空间构型，不包括孤电子对。

(1)当中心原子无孤电子对时，两者的构型一致；

(2)当中心原子有孤电子对时，两者的构型不一致。

3.杂化轨道类型的判断

(1)对于ABm型分子、中心原子的杂化轨道数可以这样计算。

杂化轨道数

n＝

其中配位原子中，卤素原子、氢原子提供1个价电子，硫原子、氧原子不提供价电子，即提供价电子数为0。例如：

(2)离子的杂化轨道计算：

n＝(中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数)。

互动探究

问题1　根据以下事实总结，分析判断一个化合物的中心原子杂化类型的一般方法。

问题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？

典例示范

[典例1]　用价电子对互斥理论可以预测许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角大小。下列判断正确的是(　　)

A．SO2、CS2、HI都是直线形分子

B．BF3的键角为120°，SnBr2的键角大于120°

C．COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子

D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形分子

【思维感悟】

分子的空间结构指的是成键电子对空间结构，不包括孤电子对；分子的空间结构和价电子对的空间结构是否一致，取决于中心原子上有无孤电子对，没有孤电子对时，二者一致，有孤电子对时，二者不一致。

素养训练

[训练1]　下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是(　　)

提升点二等电子体

1.等电子体的判断方法

化学通式相同，价电子总数相等的分子或离子互为等电子体。

2．常见的等电子体

互动探究

问题1　等电子体有哪些应用？

问题2　为什么SiF4、CF4、CCl4三者的空间结构相同？

典例示范

[典例2]　等电子体的结构相似，物理性质相似。下列各组粒子中，空间结构相似的是(　　)

A．SO2与    B．CO2与NO2

C．CS2与NO2    D．PCl3与BF3

素养训练

[训练2]　短周期非金属元素B、C、N、O、P、S、Cl，可形成各种单质、化合物的分子。

(1)意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的气态N4分子，其分子结构如图。已知断裂1 mol N—N吸收167 kJ热量，生成1 mol N≡N放出942 kJ热量，根据以上信息和数据，判断下列说法不正确的是________。

A．N4属于一种新型的化合物

B．N4分子中两个N—N键的夹角为60°

C．N4分子中存在非极性键

D．1 mol N4转变成N2将吸收882 kJ热量

(2)1919年，Langmuir提出等电子体的概念，由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子的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、物理性质相似。与CO互为等电子体的分子和离子分别为________和________(写1种，填化学式)。

(3)BF3和过量NaF作用可生成的空间立体构型为________。

课 堂 总 结

[知识导图]

[误区警示]

1．用价电子对互斥理论判断微粒的空间结构时，不仅要考虑中心原子的孤电子对所占据的空间，而且要考虑孤电子对对成键电子对的斥力作用。

2．成键电子对(bp)与孤电子对(lp)的斥力大小顺序：lp－lp≫lp－bp＞bp－bp。

3．三键、双键、单键的斥力大小顺序：三键—三键＞三键—双键＞双键—双键＞双键—单键＞单键—单键。

4．斥力大小对键角的影响

随堂检测·强化落实——基础知能练到位

1．已知中心原子上孤电子对数的计算方法为(a－xb)/2。则对于，a、x、b的数值分别为(　　)

A．8　3　2        B．6　3　2

C．4　2　3        D．6　2　3

2．在以下的分子或离子中，其空间结构不是三角锥形的是(　　)

A．

C．BCl3   D．H3O＋

3．根据价层电子对互斥模型，O3、H2S、SO2、SO3分子中，中心原子上的价层电子对数不同于其他分子的是(　　)

A．O3        B．H2S

    C．SO2        D．SO3

4．以下分子或离子的结构为正四面体形且键与键夹角为109°28′的是(　　)

①CH4　②SiCl4　③CH3Cl　④P4　⑤

A．①②④        B．①②③④⑤

C．①② D．①②⑤

5．以硼酸(H3BO3)为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，可将羧酸直接还原成醇。

中B原子的杂化轨道类型为________，的空间结构为________。

(2)乙酸分子()中键角1>键角2，其原因为_________________________。

第2课时　价电子对互斥理论

必 备 知 识·自 主 学 习

[知识点一]

1．(1)成键电子对　孤电子对　相互排斥　(2)成键　孤电子对

(3)中心原子的价电子数　未成对电子数

2．直线形　120°　正四面体　三角双锥　正八面体

[学思用]

1．答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×

2．解析：(2)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°)。

答案：(1)2　2　3　1　2　2　4　0　(2)见解析

[知识点二]

1．化学通式　价电子总数　分子或离子　空间结构　化学键类型

2．(1)C≡O　[C≡N]－　(2)S===C===S　sp　直线形　

(3)平面三角形　

[学思用]

1．答案：SiCl4、、、四种微粒的组成通式和价电子总数相等，互为等电子体，都呈四面体构型。

2．答案：NH3和H3O＋两种微粒的原子和价电子总数都相等，是等电子体，其立体构型相似(三角锥形)。

关 键 能 力·课 堂 探 究

提升点一

[互动探究]

提示1：①通过分子的空间结构判断。如果是直线形，则是sp杂化；如果是三角形，则是sp2杂化；如果是角形，则是sp2杂化(有一个孤电子对)或sp3杂化(有两个孤电子对)；如果是四面体形或三角锥形，则是sp3杂化。

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，用去了两个p轨道，所以中心原子采取sp杂化；如果有一个双键，则其中有一个π键，用去了一个p轨道，所以中心原子采取sp2杂化；如果全部是单键，则中心原子采取sp3杂化。

提示2：三种物质的中心原子都是sp3杂化，杂化轨道都是正四面体结构，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，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，键角被压缩越小，故NH3的键角为107.3°、H2O的键角为104.5°。

[典例1]　解析：SO2是角形分子，CS2、HI是直线形分子，A项错误；BF3的键角为120°，是平面三角形结构，而SnBr2中Sn原子的价电子对数为2＋×(4—2×1)＝3，孤电子对数为1，SnBr2的空间结构为角形，故SnBr2的键角小于120°，B项错误；COCl2可类比甲醛，为平面三角形，故COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子，C项正确；PCl3、NH3都是三角锥形分子，而PCl5是三角双锥形分子，D项错误。

答案：C

[训练1]　解析：中N原子的价电子对数为2＋×(5＋l－2×1)＝4，孤电子对数为2，杂化轨道数为4，采取sp3杂化，空间结构为角形，A项错误；SO2中S原子的价电子对数为2＋×(6－2×2)＝3，孤电子对数为1，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，空间结构为角形，B项错误；中C原子的价电子对数为3＋×(4＋2－3×2)＝3，不含孤电子对，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，C项错误；C2H2中C原子采取sp杂化，且C原子的价电子均参与成键，空间结构为直线形，D项正确。

答案：D

提升点二

[互动探究]

提示1：①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。

提示2：SiF4、CF4、CCl4三种物质单个分子的化学通式相同，中心原子的价电子数相同，故它们为等电子体，因此其空间结构也相同。

[典例2]　解析：SO2与互为等电子体，空间结构相似，A正确；CO2与NO2、CS2与NO2、PCl3与BF3价电子数都不同，都不是等电子体。

答案：A

[训练2]　解析：(1)N4由一种元素组成，是单质，故A错误；N4分子是正四面体结构，两个N—N键的夹角为60°，故B正确；N4分子中成键的原子相同，存在非极性键，故C正确；N4===2N2，1 mol N4气体中含有6 mol N—N键，可生成2 mol N2，形成2 mol N≡N键，则1 mol N4气体转变为N2化学键断裂吸收的热量为6×167 kJ＝1 002 kJ，形成化学键放出的热量为1 884 kJ，所以反应放热，放出的热量为1 884 kJ－1 002 kJ＝882 kJ，故应为放出882 kJ热量，故D错误；(2)具有相同化学通式和价电子数的微粒互为等电子体，与CO互为等电子体的分子和离子分别为N2和CN－(或NO＋)；的中心原子B的价层电子对数为4，孤对电子对数为0，则为sp3杂化，空间立体构型为正四面体。

答案：(1)AD　(2)N2　CN－(或、NO＋)　

(3)正四面体

随 堂 检 测·强 化 落 实

1．解析：对阴离子来说，(a－xb)/2中a指中心原子的价层电子数加上离子的电荷数(绝对值)，x指与中心原子结合的原子数，b指与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，因此对于，a＝6＋2 ＝8，x＝3，b＝2，A项正确。

答案：A

2．解析：根据价电子对互斥理论，B原子与Cl原子形成三对价电子对，故应是平面三角形结构；其他中心原子均有4对共用价电子对，故应是四面体结构，又由于均含有1对未成键电子对，故均为三角锥形结构。

答案：C

3．解析：O3分子中，中心原子上的价层电子对数为2＋＝3；H2S分子中，中心原子上的价层电子对数为2＋＝4；SO2分子中，中心原子上的价层电子对数为2＋＝3；SO3分子中，中心原子上的价层电子对数为3＋＝3，B项符合题意。

答案：B

4．解析：在CH4和SiCl4中，中心原子价电子对数均为4，且没有孤电子对，4个氢原子和4个氯原子在空间呈正四面体形排列，且键角为109°28′； CH3Cl可看成CH4中一个氢原子被一个氯原子替换，由于氢原子与氯原子间的排斥作用力不同且氢原子与氯原子半径不同，故CH3Cl的空间结构不是正四面体形；P4是正四面体结构，但键角为60°；中，S原子价电子对数为4，没有孤电子对为正四面体形，键角为109°28′。

答案：D

5．解析：(1)B原子的价电子对数为4＋＝4，B采用sp3杂化的空间结构为正四面体形。(2)由于双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力，所以乙酸分子结构中键角1>键角2。

答案：(1)sp3　正四面体形　(2)C===O键对C—C键的斥力大于C—O键对C—C键的斥力