资源简介

(共31张PPT)
2.2.2 价电子对互斥理论
核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：
引导学生从宏观物质的性质，如分子的极性、溶解性、化学反应活性等现象出发，深入探究其与微观层面价电子对互斥（VSEPR）理论的内在联系。
2.证据推理与模型认知：
基于实验数据，如通过 X 射线衍射测定分子的精确空间结构、利用光谱分析获取分子中原子的成键信息以及键角数据等，推理出分子中中心原子的价电子对分布情况，进而确定分子的空间构型。构建以 VSEPR 理论为基础的分子空间结构认知模型，运用该模型解释分子的稳定性、反应活性以及物理化学性质等化学现象。
3.科学态度与社会责任：
培养学生严谨认真、实事求是的科学态度，在学习 VSEPR 理论的过程中，尊重实验事实和数据，不主观臆断。
学习重难点
学习重点
1.理解 VSEPR 理论的基本概念和要点。
2.掌握利用 VSEPR 理论预测分子空间构型的方法。
3. 理解价电子对的类型（成键电子对和孤电子对）对分子空间构型的影响。
学习难点
1.从微观层面理解价电子对之间的排斥作用以及其对分子空间构型的决定机制。
2.准确计算复杂分子或离子中中心原子的价层电子对数。
3.综合运用 VSEPR 理论与其他化学理论（如杂化轨道理论）解释分子的结构和性质。
新课导入
在之前我们学习了原子结构和化学键的相关知识，了解到原子通过化学键结合形成分子。那么，大家有没有思考过，分子为什么会呈现出各种各样的形状呢？
比如，甲烷是正四面体结构，水分子是 V 形结构，二氧化碳是直线形结构。这些分子的形状是由什么因素决定的呢？
今天，我们就来学习一种能够帮助我们预测分子几何构型的重要理论模型
—— 价层电子对互斥模型。
价电子对互斥理论
PART 01
杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。
（1）当杂化轨道中没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道在空间彼此远离，形成的分子为对称结构。
（2）当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子产生排斥，形成的分子空间结构也发生变化。
1.杂化轨道类型与分子的空间结构的关系
杂化轨道理论可以解释分子的空间结构，但对未知分子空间结构的预测性不强。价电子对互斥理论能比较简便地定性预测分子的空间结构。
2.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——成键电子对（bp）和孤电子对（lp）由于相互排斥作用，处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。
（2）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，孤对电子对也看作一个空间取向。
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。
注意：价电子对互斥理论不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子的空间结构。
σ键电子对数可由化学式确定。
H2O中的中心原子为O，O有2个σ键电子对（O—H）
NH3中的中心原子为N，N有3个σ键电子对（N—H）
3.中心原子上的价层电子对数的计算
孤电子对：未用于形成共价键的电子对
孤电子对
成键电子对
3.中心原子上的价层电子对数的计算
3.中心原子上的价层电子对数的计算
写出CH4、NH3和H2O的电子式，试分子分子中，中心原子周围分别有几对价层电子对？几对σ键电子对？几对孤电子对？
价层电子对数
σ键电子对数
孤电子对数
CH4的电子式
NH3的电子式
H2O的电子式
4
4
0
4
3
1
4
2
2
3.中心原子上的价层电子对数的计算
问：中心原子周围的价层电子对、σ键电子对、孤电子对的数目之间有什么联系？
中心原子周围的价层电子对数 = σ键电子对数+ 孤电子对数
根据CH4、NH3和H2O的电子式，试分析：如何确定分子中，中心原子周围的σ键电子对数目？
在分子中，除中心原子外，其余原子与中心原子均形成一个σ键，故σ键电子对数 =与中心原子结合的原子数。
多重键只计算σ键电子对，不计π键电子对。即：共价单键、双键、三键计算时，都只计入一对σ键电子对。
3.中心原子上的价层电子对数的计算
而中心原子上的孤电子对数，化学式里看不到，须计算得出，确定方法如下：
中心原子上孤电子对数＝ (a-xb)
2
1
a 中心原子的价层电子数 主族元素 =最外层电子数
阳离子 =中心原子的价层电子数-离子的电荷数
阴离子 =中心原子的价层电子数+︱离子的电荷数︱
x 与中心原子结合的原子数 b 与中心原子结合的原子最多能接受的电子数 H =1
其他原子 =8-该原子的价层电子数
3.中心原子上的价层电子对数的计算
1.以S和P为例，说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它的价电子数。
主族元素的族序数等于最外层电子数。S、P分别处于第三周期第ⅥA族和第ⅤA族，故S和P的价电子数分别为6和5。
依据主族元素所处的族序数，可以确定其价电子数：
主族序数 = 价电子数
3.中心原子上的价层电子对数的计算
2.以N和Cl为例，说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它最多能接受的电子数。
首先依据N和Cl在元素周期表中的位置，判断其价电子数分别为5和7；它们最多能接受的电子数为“8﹣原子的价电子数”，故N和Cl最多能接受的电子数分别为3和1。
依据主族元素的价电子数，可以确定其最多能接受的电子数：
原子最多能接受的电子数=8－该原子的价电子数
3.中心原子上的价层电子对数的计算
对于离子来说，中心原子上的孤电子对数的计算方法如下：
阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数
阴离子：a＝中心原子的价电子数+离子的电荷数(绝对值)
x和b的计算方法不变
3.中心原子上的价层电子对数的计算
几种分子或离子的中心原子上的孤电子对数
分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数
H2O O
NH3 N
SO3 S
NH4+ N
CO32- C
6
5
6
5-1=4
4+2=6
2
3
3
4
3
2
1
2
1
2
2
1
0
0
0
VSEPR
PART 02
1.判断VSEPR模型
确定σ键电子对数
确定中心原子上的孤电子对数
分子（或离子）的空间结构
确定中心原子上的孤电子对数
二者
相加
VSEPR模型
（含孤电子对数）
价层电子对相互排斥
略去中心原子上的孤电子对
根据价电子对互斥理论判断分子或离子的空间结构
1.判断VSEPR模型
分子 或离子 σ键电子 对数 孤电子 对数 VSEPR模型及名称 分子(或离子)的
空间结构及名称
CO2
CO32-
CH4
NH3
H2O
SO2
2
0
3
0
4
0
直线形
平面三角形
正四面体形
直线形
平面三角形
正四面体形
1
4
2
3
1
4
四面体形
四面体形
平面三角形
三角锥形
V形
V形
1.判断VSEPR模型
乙醇 在乙醇分子中，羟基上的氧原子有两对成键电子对和两对孤电子对，价电子对共有四个空间取向；氧原子的价电子对相互排斥而远离，成四面体形，因此C—O—H呈角形。
乙酸 在乙酸分子中，羧基上的碳原子的价电子对均为成键电子对，C=O上的成键电子对仅有一个空间取向，因此碳原子的价电子对共有三个空间取向，相互排斥
而远离，因此C—C—O部分呈三角形。
复杂分子（以乙醇和乙酸为例）的空间结构
=O
1.判断VSEPR模型
中心原子上没有孤电子对 若n个价电子对全部是成单键的电子对且没有孤电子对，为使价电子对之间的斥力最小，价电子对应尽量远离。其分子或离子的空间结构与VSEPR模型一致。
中心原子上有孤电子对 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，使分子或离子的空间结构发生变化。其分子或离子的空间结构与VSEPR模型不一致。
价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：
孤电子对－孤电子对＞孤电子对－成键电子对＞成键电子对－成键电子对。
随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减小，键角也减小
2.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
杂化轨道理论解释了价层电子对互斥模型所推测的分子空间结构，但分析具体分子中的中心原子的杂化轨道类型时，应先确定分子或离子的VSEPR模型，再确定中心原子的杂化轨道类型。VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型如表所示：
VSEPR模型 VSEPR模型名称 中心原子的杂化轨道类型 典型例子
直线形
sp
sp2
sp2
CO2
SO2
SO3
平面三角形
平面三角形
2.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
杂化轨道理论解释了价层电子对互斥模型所推测的分子空间结构，但分析具体分子中的中心原子的杂化轨道类型时，应先确定分子或离子的VSEPR模型，再确定中心原子的杂化轨道类型。VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型如表所示：
VSEPR模型 VSEPR模型名称 中心原子的杂化轨道类型 典型例子
四面体形
四面体形
正四面体形
sp3
sp3
sp3
H2O
NH3
CH4
归纳总结
价层电子对互斥（VSEPR）模型
应用：预测分子的空间结构
中心原子价层电子对数目的计算方法
预测分子空间结构
【注意】价层电子对互斥（VSEPR）模型不适用于以过渡元素为中心原子的分子的空间结构。
σ键电子对数
中心原子上的孤电子对数
计算中心原子上价层电子对数目
得到VSEPR模型
略去中心原子上的孤电子对
随堂训练
1.下列物质中，分子的空间结构与氨分子相似的是( )
A、CO2 B、H2S
C、PCl3 D、SiCl4
C
随堂训练
2.下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是（ ）
A.价层电子对就是σ键电子对
B.孤电子对数由分子式来确定
C.分子的空间结构是价层电子对互斥的结果
D.孤电子对数等于π键数
C
随堂训练
3.多核离子所带电荷可以认为是中心原子得到电子或失去电子导致的，根据VSEPR模型，下列离子中所有原子都在同一平面的是（ ）
A.NO2-和NH2-
B.H3O+和ClO3-
C.NO3-和CH3-
D.PO43-和SO42-
A
随堂训练
4.用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的立体构型，有时也能用来推测键角大小。下列判断正确的是( )
A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子
B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°
C．COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子
D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子
C
随堂训练
5.下列分子或离子中，中心原子含有孤电子对的是（ ）
A．PCl5
B．NO3-
C．SiCl4
D．PbCl2
D
随堂训练
6.下列分子或离子的空间结构判断不正确的是（ ）
A．NH4+为正四面体形
B．BeCl2为直线形
C．NF3为V形
D．CO2为直线形
C
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