2018-2019版高中化學 專題4 分子空間結構與物質性質 第一單元 分子構型與物質的性質 第2課時學案 蘇教版選修3.docx

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第一單元　分子構型與物質的性質 第2課時　價層電子對互斥理論　等電子原理 [學習目標定位]　理解價層電子對互斥理論和等電子原理，能根據有關理論、原理判斷簡單分子或離子的構型。 一、價層電子對互斥理論 1．價層電子對互斥理論的基本內容：分子中的價電子對——成鍵電子對和孤電子對由于相互排斥作用，而趨向于盡可能彼此遠離。 (1)當中心原子的價電子全部參與成鍵時，為使價電子斥力最小，就要求盡可能采取對稱結構。 (2)當中心原子的價電子部分參與成鍵時，未參與成鍵的孤電子對與成鍵電子對之間及孤電子對之間、成鍵電子對之間的斥力不同，從而影響分子構型。 (3)電子對之間的夾角越大，相互之間的斥力越小。 (4)含孤電子對的斥力由大到小順序：孤電子對—孤電子對＞孤電子對—單鍵＞單鍵—單鍵。 2．價層電子對互斥理論與分子的空間構型 (1)分析中心原子中的價電子全部參與形成共價鍵的分子的空間構型并完成下表(由中心原子周圍的原子數(shù)n來預測)： ABn 空間構型 范例 n＝2 直線形 CO2、BeCl2 n＝3 平面三角形 CH2O、BF3 n＝4 正四面體型 CH4、CCl4 (2)中心原子上有孤電子對(價電子中未參與形成共價鍵的電子對)的分子的空間構型：中心原子上的孤電子對占據中心原子周圍的空間，與成鍵電子對互相排斥，使分子的空間構型發(fā)生變化，如： ①H2O為AB2型分子，氧原子上有兩對孤電子對參與互相排斥，所以H2O分子的空間構型為V形而不是直線形。 ②NH3分子中氮原子上有一對孤電子對參與互相排斥，故NH3的空間構型不能為平面三角形。 ③常見分子的價層電子對互斥模型和空間構型 σ鍵電 子對數(shù) 孤電子 對數(shù) 價層電子對數(shù)目 電子對的排列方式 價層電子對互斥模型 分子或離子的空間構型　　 實例 2 0 2 直線形 直線形 BeCl2、 CO2 3 0 3 三角形 平面三角形 BF3、 BCl3 2 1 V形 PbCl2 4 0 4 四面 體型 正四面 體型 CH4、 CCl4 3 1 三角錐型 NH3 2 2 V形 H2O (1)ABm型分子中心原子價層電子對數(shù)目的計算方法 ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)中價層電子對數(shù)n的計算： n＝ (2)在計算中心原子的價層電子對數(shù)時應注意如下規(guī)定 ①作為配位原子，鹵素原子和H原子提供1個電子，氧族元素的原子不提供電子； ②作為中心原子，鹵素原子按提供7個電子計算，氧族元素的原子按提供6個電子計算； ③對于復雜離子，在計算價層電子對數(shù)時，還應加上負離子的電荷數(shù)或減去正離子的電荷數(shù)。如PO中P原子價層電子數(shù)應加上3，而NH中N原子的價層電子數(shù)應減去1； ④計算電子對數(shù)時，若剩余1個電子，即出現(xiàn)奇數(shù)電子，也把這個單電子當作1對電子處理； ⑤雙鍵、叁鍵等多重鍵作為1對電子看待。 例1　根據價層電子對互斥理論及原子的雜化軌道理論判斷，NF3分子的空間構型和中心原子的雜化方式為(　　) A．直線形、sp雜化 B．平面三角型、sp2雜化 C．三角錐形、sp2雜化 D．三角錐型、sp3雜化 答案　D 解析　NF3分子中N原子價電子對數(shù)＝＝4N原子價層電子對互拆模型為四面體型，NF3分子的空間構型為三角錐型。 例2　用價層電子對互斥理論(VSEPR)可以預測許多分子或離子的空間構型，有時也能用來推測鍵角大小。下列判斷不正確的是(　　) A．SO2、CS2都是直線形的分子 B．BF3鍵角為120，SnBr2鍵角小于120 C．COCl2、SO3都是平面三角形的分子 D．PCl3、NH3都是三角錐型的分子 答案　A 解析　SO2是V形分子，CS2是直線形的分子，A錯誤； BF3鍵角為120，是平面三角形結構，而Sn原子價電子數(shù)是4，在SnBr2中兩個價電子與Br形成共價鍵，還有一個孤電子對，對成鍵電子有排斥作用，使鍵角小于120，B正確；COCl2、SO3都是平面三角形的分子，鍵角是120，C正確； PCl3、NH3都是三角錐型的分子，D正確。 方法規(guī)律 (1)根據價層電子對互斥理論分析分子或離子的空間構型，關鍵是分析分子或離子中的中心原子的成鍵電子對數(shù)和孤電子對數(shù)。 (2)中心原子的價電子對數(shù)等于中心原子的雜化軌道數(shù)。 價電子對數(shù)目 2 3 4 中心原子雜化方式 sp sp2 sp3 二、等電子原理 1．比較N2和CO的結構、性質，填寫下表空格： 分子 N2 CO 結構 原子數(shù) 2 2 電子數(shù) 14 14 價電子數(shù) 10 10 空間構型 直線形 直線形 性質 沸點/℃ －195.81 －191.49 熔點/℃ －210.00 －205.05 液體密度/gcm－3 0.796 0.793 2.根據上表，你能得出的結論是：CO分子和N2分子具有相同的原子總數(shù)、相同的價電子數(shù)，其某些物理性質相近。 3．等電子原理是指原子總數(shù)相同、價電子總數(shù)相同的分子或離子具有相似的化學鍵特征，它們的許多性質(主要是物理性質)是相近的。滿足等電子原理的分子或離子互稱為等電子體。 (1)等電子體判斷方法 原子總數(shù)相同，價電子總數(shù)相同的分子或離子。 (2)等電子體應用 等電子體的許多性質是相近的，空間構型是相同的。利用等電子體可以： ①判斷一些簡單分子或離子的空間構型； ②利用等電子體在性質上的相似性制造新材料； ③利用等電子原理針對某物質找等電子體。 (3)一些常見的等電子體 類型 實例 空間構型 雙原子10電子的等電子體 N2、CO、NO＋、C、CN－ 直線形 三原子16電子的等電子體 CO2、CS2、N2O NO、N、BeCl2(g) 直線形 三原子18電子的等電子體 NO、O3、SO2 V形 四原子24電子的等電子體 NO、CO、BO、 CS、BF3、SO3(g) 平面三角形 五原子32電子的等電子體 SiF4、CCl4、BF、 SO、PO 四個σ鍵， 正四面體型 例3　已知原子總數(shù)和價電子總數(shù)相同的離子或分子結構相似，如SO3、NO都是平面三角形。那么下列分子或離子中與SO有相似結構的是(　　) A．PCl5B．CCl4C．NF3D．N 答案　B 解析　SO的原子數(shù)為5，價電子數(shù)為32，CCl4的原子數(shù)為5，價電子數(shù)為4＋47＝32，故CCl4與SO有相似結構(均為正四面體型)。 例4　1919年，Langmuir提出等電子原理：原子總數(shù)相同、電子總數(shù)相同的分子，互稱為等電子體。等電子體的結構相似、物理性質相近。 (1)根據上述原理，僅由第2周期元素組成的共價分子中，互為等電子體的是________和________；________和__________。 (2)此后，等電子原理又有所發(fā)展。例如，由短周期元素組成的微粒，只要其原子總數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同，也可互稱為等電子體，它們也具有相似的結構特征。在短周期元素組成的物質中，與NO互為等電子體的分子有________、________。 答案　(1)N2　CO　CO2　N2O　(2)SO2　O3 解析　(1)僅由第2周期元素組成的共價分子中，即C、N、O、F組成的共價分子，如：N2與CO電子總數(shù)均為14，CO2與N2O電子總數(shù)均為22。 (2)依題意，只要原子總數(shù)相同，價電子總數(shù)也相同，即可互稱為等電子體，NO為三原子，其價電子總數(shù)為(5＋62＋1)＝18，SO2、O3也為三原子，各分子價電子總數(shù)均為63＝18。 (1)價層電子對互斥理論、雜化軌道理論應用 (2)等電子體原子總數(shù)相同，價電子總數(shù)相同，其結構相似，物理性質相似。 1．下列有關價層電子對互斥理論的描述正確的是(　　) A．價層電子對就是σ鍵電子對 B．孤電子對數(shù)由分子式來確定 C．分子的空間構型是價層電子對互斥的結果 D．孤電子對數(shù)等于π鍵數(shù) 答案　C 解析　價層電子對數(shù)是σ鍵數(shù)與孤電子對數(shù)之和，孤電子對數(shù)是指沒有成鍵的價電子對數(shù)，其與中心原子價層電子總數(shù)、與中心原子結合的原子最多能接受的電子數(shù)及與中心原子結合的原子數(shù)有關，A、B、D項錯誤。 2．用價層電子對互斥理論預測H2S和NO的空間結構，兩個結論都正確的是(　　) A．直線形；三角錐型 B．V形；三角錐型 C．直線形；平面三角形 D．V形；平面三角形 答案　D 解析　H2S分子的中心原子S原子上含有2個σ鍵，中心原子上的孤電子對數(shù)＝(a－xb)＝(6－21)＝2，所以硫化氫分子的價層電子對互斥模型是四面體型，略去孤電子對后，實際上其空間構型是V形；NO的中心原子N原子含有3個σ鍵，且不含孤電子對，所以其空間構型是平面三角形，故選D。 3．下列物質屬于等電子體的一組是(　　) ①CH4和NH?、贐3H6N3和C6H6?、跢－和Mg④H2O和CH4 A．①②B．②③C．③④D．①④ 答案　A 解析　等電子體要具備兩個條件：一是微粒的原子總數(shù)相同，二是微粒的價電子總數(shù)相同。分析可知①、②兩項正確，③項中F－和Mg的價電子總數(shù)不同，④項中H2O和CH4的原子總數(shù)不相同。 4．已知CN－與N2互為等電子體，可推算出HCN分子中σ鍵與π鍵的數(shù)目之比為(　　) A．1∶3B．2∶1C．1∶1D．1∶2 答案　C 解析　CN－與N2互為等電子體，二者結構相似，C原子與N原子之間形成叁鍵，則HCN分子的結構式為H—C≡N，叁鍵中含有1個σ鍵、2個π鍵，單鍵屬于σ鍵，故HCN分子中σ鍵與π鍵的數(shù)目之比為2∶2＝1∶1。 5．用價層電子對互斥理論預測下列粒子的空間結構。 (1)OF2____________； (2)BCl3____________； (3)PCl3____________； (4)SO____________。 答案　(1)V形　(2)平面三角形　(3)三角錐型　(4)正四面體型 [對點訓練] 題組一　分子中價電子對數(shù)目的確定 1．下列微粒中，含有孤電子對的是(　　) A．SiH4 B．H2O C．CH4 D．NH 答案　B 解析　SiH4、H2O、CH4、NH的電子式分別為只有H2O分子中的O原子上有2對孤電子對。 2．下列微粒的價電子對數(shù)正確的是(點“”的原子為中心原子)(　　) A.H4　4 B.O2　1 C.F3　2 D.O3　2 答案　A 解析　對ABm型分子中心原子價電子對數(shù)： n＝ H4中，n＝＝4，A正確； O2中，n＝＝2，B不正確； F3中，n＝＝3，C不正確； O3中，n＝＝3，D不正確。 題組二　價層電子對互斥理論及其應用 3．下列分子或離子中，中心原子價層電子對互斥模型為四面體型，且分子或離子空間構型為V形的是(　　) A．NH B．ClO C．H3O＋ D．H2S 答案　D 解析　A項，NH中價電子對數(shù)＝4＋(5－1－41)＝4，且不含孤電子對，價層電子對互斥模型和離子的空間構型均為正四面體型，故A錯誤；B項，ClO中價電子對數(shù)＝3＋(7＋1－32)＝4，價層電子對互斥模型為四面體型，且含有一個孤電子對，所以離子空間構型為三角錐型，故B錯誤；C項，H3O＋中價電子對數(shù)＝3＋1＝4，所以其價層電子對互斥模型為四面體型，該離子中含有一個孤電子對，所以其空間構型為三角錐型，故C錯誤；D項，H2S中價電子對數(shù)＝2＋(6－2)＝4，價層電子對互斥模型為四面體型，且含有2個孤電子對，所以S原子采用sp3雜化，為V形結構，故D正確。 4．用價層電子對互斥理論預測NO和BF3的空間構型，兩個結論都正確的是(　　) A．直線形；三角錐型 B．V形；三角錐型 C．直線形；平面三角形 D．V形；平面三角形 答案　D 解析　在NO中，價電子對數(shù)為4，則其應為正四面體型。但中心原子N上有兩對孤電子對，而且孤電子對也要占據中心原子周圍的空間，它們相互排斥，因此NO為V形結構。在BF3中，價電子對數(shù)為3，其中心原子B上無孤電子對，因此BF3應為平面三角形。 5．實驗測得BH3為平面三角形(鍵角均為120)，NH3為三角錐型(鍵角為107.3)，已知電子數(shù)相同的微粒具有相似的結構。由此推斷：①甲基，②甲基碳正離子(CH)，③甲基碳負離子(CH)的鍵角相對大小順序為(　　) A．②＞①＞③ B．①＞②＞③ C．③＞①＞② D．①＝②＝③ 答案　A 解析　①甲基(—CH3)含有3個σ鍵，1個孤電子，碳原子雜化方式是sp3，為三角錐型結構，由于孤電子的影響小于孤電子對，故鍵角大于107.3小于120； ②碳正離子(CH)含有3個σ鍵，沒有孤電子對，碳原子雜化方式是sp2，為平面三角形結構，鍵角為120； ③碳負離子(CH)含有3個σ鍵，1對孤電子對，碳原子雜化方式是sp3，為三角錐型結構，鍵角為107.3，故選A。 6．(2018曹妃甸一中期末)下列關于價層電子對互斥模型(VSEPR模型)的敘述中不正確的是(　　) A．VSEPR模型可用來預測分子的空間構型 B．分子中價電子對相互排斥決定了分子的空間構型 C．中心原子上的孤對電子也要占據中心原子周圍的空間并參與互相排斥 D．分子中鍵角越大，價電子對相互排斥力越大，分子越穩(wěn)定 答案　D 解析　VSEPR模型可用來預測分子的空間構型，注意實際空間構型要去掉孤電子對， A正確；空間構型與價電子對相互排斥有關，所以分子中價電子對相互排斥決定了分子的空間構型， B正確；中心原子上的孤對電子也要占據中心原子周圍的空間并參與互相排斥，且孤電子對間排斥力＞孤電子對和成鍵電子對間的排斥力， C正確；分子的穩(wěn)定性與鍵角沒有關系， D不正確。 7．已知在CH4中，C—H鍵間的鍵角為109.5，NH3中，N—H鍵間的鍵角為107.3，H2O中O—H鍵間的鍵角為104.5，則下列說法中正確的是(　　) A．孤電子對與成鍵電子對間的斥力大于成鍵電子對與成鍵電子對間的斥力 B．孤電子對與成鍵電子對間的斥力小于成鍵電子對與成鍵電子對間的斥力 C．孤電子對與成鍵電子對間的斥力等于成鍵電子對與成鍵電子對間的斥力 D．題干中的數(shù)據不能說明孤電子對與成鍵電子對間的斥力與成鍵電子對與成鍵電子對間的斥力之間的大小關系 答案　A 8．下列說法中正確的是(　　) A．NO2、BF3、NCl3分子中沒有一個分子中原子的最外層電子都滿足了8電子穩(wěn)定結構 B．P4和CH4都是正四面體型分子且鍵角都為109.5 C．NH的電子式為離子呈平面正方形結構 D．NH3分子中有一對未成鍵的孤電子對，它對成鍵電子的排斥作用較強 答案　D 解析　NCl3分子的電子式為分子中各原子都滿足8電子穩(wěn)定結構，A錯誤；P4為正四面體型分子，但其鍵角為60，B錯誤；NH為正四面體型結構而非平面正方形結構，C錯誤；NH3分子電子式為HH，有一對未成鍵電子，由于未成鍵電子對成鍵電子的排斥作用，使其鍵角為107.3，呈三角錐型，D正確。 題組三　等電子原理及應用 9．與NO互為等電子體的是(　　) A．SO2B．BF3C．CH4D．NO2 答案　B 解析　等電子體是化學通式和價電子總數(shù)均相同的粒子，NO的原子數(shù)是4，價電子數(shù)是24，與其相同的是BF3。 10．(2017武漢二中高二期末)等電子體之間結構相似，物理性質也相近。根據等電子原理可知，由短周期元素組成的粒子，只要其原子總數(shù)和價電子總數(shù)相同，均可互稱為等電子體。下列各組粒子不能互稱為等電子體的是(　　) A．CO和NO B．O3和SO2 C．CO2和NO D．SCN－和N 【考點】等電子原理 【題點】等電子體的書寫和判斷 答案　C 11．根據等電子原理：由短周期元素組成的微粒，只要其原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同，可互稱為等電子體，它們具有相似的結構特征。以下各組微粒結構不相似的是(　　) A．CO和N2 B．O3和NO C．CO2和N2O D．N2H4和C2H4 答案　D 解析　只有N2H4和C2H4不是等電子體。 12．(2017牡丹江一高高二月考)下列關于等電子體的說法中，正確的是(　　) A．N2與CO不互為等電子體，故它們的熔、沸點及溶解度相差較大 B．PO與SO不互為等電子體，故結構不相似 C．NO與O3互為等電子體，故NO為O3的同素異形體 D．苯與硼氮苯(路易斯結構式如圖)互為等電子體，故硼氮苯中含有大π鍵 答案　D 解析　N2與CO原子數(shù)目相等，價電子總數(shù)相等，互為等電子體，A錯誤；PO與SO原子數(shù)目相等，價電子總數(shù)相等，互為等電子體，結構相似，B錯誤；NO與O3互為等電子體，但不互為同素異形體，C錯誤；苯與硼氮苯互為等電子體，結構相似，苯分子結構中含有大π鍵，則硼氮苯中同樣含有大π鍵，D正確。 【考點】等電子原理 【題點】等電子原理的應用 [綜合強化] 13．用價層電子對互斥模型推測下列粒子的空間構型。 (1)H2Se__________；(2)NH__________； (3)BBr3__________；(4)CHCl3__________； (5)SiF4__________。 答案　(1)V形　(2)V形　(3)平面三角形(4)四面體型　(5)正四面體型 解析　根據原子的最外層電子排布，可以判斷出本題粒子的中心原子含有的孤電子對數(shù)和結合的原子數(shù)為 化學式 H2Se NH BBr3 CHCl3 SiF4 中心原子含有的孤電子對數(shù) 2 2 0 0 0 中心原子的σ鍵數(shù) 2 2 3 4 4 中心原子的價層電子對數(shù) 4 4 3 4 4 H2Se、NH略去兩對孤電子對，空間構型為V形，BBr3為平面三角形，CHCl3分子中由于H原子和Cl原子不同，不能形成正四面體型，SiF4為正四面體型。 14．等電子體是指兩個或兩個以上的分子(或離子)，它們的原子數(shù)相同、分子(或離子)中價電子數(shù)也相同。 (1)SiO、SO3、NO三種粒子________(填“是”或“不是”)等電子體，其中Si、S、N三種基態(tài)原子的第一電離能的大小關系為____________________。 (2)C2O和________是等電子體，C2O具有較強的還原性，它能使酸性KMnO4溶液褪色，Mn原子在元素周期表中的位置是__________，外圍電子排布式為______________。 (3)兩原子14個電子的等電子體的共同特點是物質中都具有共價叁鍵，請舉出相應的3個例子：________(分子或離子)。每個分子或離子中含__________個σ鍵，________個π鍵。 答案　(1)是　N>S>Si (2)N2O4　第4周期ⅦB族　3d54s2 (3)N2、CO、CN－　1　2 解析　(1)三種粒子均為四原子24價電子微粒，屬于等電子體。(2)尋找C2O的等電子體，首先想到將C替換為N，然后湊足價電子總數(shù)，此微?？梢允荖2O4。(3)兩原子14個電子的微粒首先應想到N2，然后以N2為基礎，嘗試替換為C原子和O原子，使價電子總數(shù)相等即可。 15．硒是一種非金屬，可以用作光敏材料、電解錳行業(yè)催化劑。 (1)Se是元素周期表中第34號元素，其基態(tài)原子的核外電子排布式為____________________ ____________________________________________________。 (2)根據價層電子對互斥理論，可以推知SeO3分子的空間構型為________________，其中Se原子采用的軌道雜化形式為________。 (3)CSe2與CO2結構相似，CSe2分子內σ鍵與π鍵個數(shù)之比為________。CSe2首次是由H2Se與CCl4反應后制取的，CSe2分子內的鍵角________(填“大于”“等于”或“小于”)H2Se分子內的鍵角。H—Se—H鍵角________(填“大于”“等于”或“小于”)AsH3分子內的H—As—H鍵角。 答案　(1)1s22s22p63s23p63d104s24p4或[Ar]3d104s24p4 (2)平面三角形　sp2　(3)1∶1　大于　小于 解析　(1) Se位于第4周期ⅥA族，所以其基態(tài)原子外圍電子排布式為4s24p4，然后再寫電子排布式。 (2)SeO3分子中Se原子的價電子對數(shù)為(6＋0)＝3，成鍵電子對數(shù)為3，孤電子對數(shù)為0，所以Se原子采取sp2雜化，該分子為平面三角形。(3)根據等電子原理和價層電子對互斥理論，CSe2與CO2結構相似，CSe2分子內σ鍵與π鍵均為2個。CSe2與CO2均為直線形分子，鍵角為180，H2Se與H2O互為等電子體，Se采取sp3雜化， H—Se—H鍵角接近水分子內H—O—H鍵角(104.5)。AsH3與NH3互為等電子體，As采取sp3雜化，H—As—H鍵角接近107.3。根據雜化軌道理論，中心原子采取sp雜化的鍵角>中心原子采取sp3雜化的鍵角。中心原子都采取sp3雜化時，中心原子孤電子對數(shù)越多，鍵角越小。