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专题4 分子空间结构与物质性质
第一单元 分子的空间结构
4.1.2 价层电子对互斥模型
核心素养目标
宏观辨识与微观探析：
学生能从宏观上观察和描述不同分子的空间构型，如直线形的 CO 、平面三角形的 BF 等；从微观层面理解价层电子对互斥模型的本质，认识分子中价电子对的相互作用如何决定分子的空间结构，建立起宏观性质与微观结构之间的联系。
证据推理与模型认知：
通过对分子结构的实验数据、事实进行分析，依据价层电子对互斥模型和等电子原理，进行证据推理，判断分子的空间构型、中心原子杂化类型等；理解并运用这些模型，解释和预测分子的结构和性质，培养模型认知能力。
教学重难点
重点
价层电子对互斥模型的基本要点，包括价电子对的计算方法、价电子对数与分子空间构型的关系；运用价层电子对互斥模型预测和判断简单分子（或离子）的空间构型；等电子原理的内容及常见等电子体的判断和应用。
难点
准确计算复杂分子（或离子）的价电子对数，尤其是涉及离子电荷、不同配位原子等情况；理解孤电子对的存在对分子空间构型和键角的影响，能精确判断分子的实际空间构型；灵活运用等电子原理，寻找和判断等电子体，并解释相关分子的结构和性质。
同学们，我们之前学习了杂化轨道理论，知道原子可以通过杂化形成不同类型的杂化轨道，进而影响分子的空间结构。比如甲烷（CH ）分子中碳原子是 sp 杂化，呈正四面体结构。但是，对于一些更复杂的分子，仅仅用杂化轨道理论解释还不够。那有没有更通用的方法来预测和解释分子的空间结构呢？今天我们就来学习另一种重要的理论 —— 价层电子对互斥模型，它能帮助我们更全面地理解分子的空间结构 。
课前导入
价层电子对互斥原理
PART 01
价电子对
包括孤电子对和成键电子对，即价电子对数=成键电子对数+孤电子对数。
在价层电子对互斥模型中，成键电子对数等于成键数目，不用区别单键还是双键。
价电子对的几何构型
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构型。
价电子对数分别为2、3、4时，价电子对的几何分布分别为直线形、平面三角形、正四面体结构。
价电子对（n）分布的几何构型
ABm型分子的价电子对数的计算方法
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：
n=
其中，中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算。
根据分子的价电子对数，可以很方便地确定价电子对数与配位原子数目相等的ABm型分子的几何构型。
对于价电子对全是成键电子对的分子，价电子对的几何构型与分子的空间结构是一致的
杂化轨道理论与价层电子对互斥模型
区别与联系
杂化轨道理论用来解释一些简单分子的空间构型，即科学家通过科学手段，测得一些分子的空间构型，科学家为了解释这些分子的空间结构，提出了杂化轨道理论。
科学家在归纳了许多已知分子的空间结构的基础上，提出了一种简单的理论模型，用来预测简单分子（或离子）的空间结构。
两个理论中提出的有关概念不同，在学习过程中，不能将两个理论混淆。
但两个理论都是用来解释或预测分子的空间结构，因此两者之间必然存在联系。
杂化轨道理论与价层电子对互斥模型
①价层电子对数=杂化轨道数；
几个重要的数量关系
②价层电子对数=成键电子对数+孤电子对数；
③杂化轨道数=中心原子孤电子对数＋配位数，其中，配位数=中心原子结合的原子数；
④价层电子对的空间几何构型和杂化轨道的空间结构是相同的。
用价层电子对互斥模型判断杂化轨道类型
价层电子对数 杂化轨道数 杂化类型 杂化轨道的 空间结构 价层电子对
空间结构
2 2 sp 直线形 直线形
3 3 sp2 平面正三角形 平面正三角形
4 4 sp3 正四面体 正四面体
解题技巧
(1)确定中心原子价电子对数的方法
对于AXm型分子(A是中心原子，X是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：即n＝
规定：①作为配体，卤素原子和氢原子提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子；
②作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算，即中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数；
③对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上阴离子的电荷数或减去阳离子的电荷数；
④计算价电子对数时，若剩余1个电子，亦当作1对电子处理；
⑤双键、三键等多重键作为1对电子看待。
解题技巧
(2)根据已知分子结构判断杂化轨道类型
若已知分子结构，可以根据分子结构判断杂化轨道类型。
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋配位数，再由杂化轨道数判断杂化类型。例如：
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型
CO2 0＋2＝2 sp
CH2O 0＋3＝3 sp2
CH4 0＋4＝4 sp3
SO2 1＋2＝3 sp2
NH3 1＋3＝4 sp3
H2O 2＋2＝4 sp3
典例解析
下列说法正确的是(　　)
A．NH3分子为三角锥型，N发生sp2杂化
B．杂化轨道只适用于形成共价键
C．SCl2属于AB2型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键
D．价层电子对互斥模型中，π键电子对数也要计入中心原子的价层电子对数
【解析】NH3分子为三角锥型，N发生sp3杂化，A错误；杂化轨道只适用于形成共价键，因为必须形成共用电子对，所以不可能适用于离子键，故B正确；SCl2属于AB2型共价化合物，中心原子S采取sp3杂化轨道成键，分子空间构型为V形，不是直线形，故C错误；价层电子对互斥模型中，σ键和孤电子对计入中心原子的价层电子对数，而π键不计入，故D错误。
B
分子空间结构的判断
PART 02
价电子对数与配位原子数目相等的ABm型分子的几何构型
对于价层电子对全是成键电子对的分子，价电子对的几何构型与分子的空间构型是一致的。
价层电子对数
价电子对的几何构型
分子的空间构型
2
直线形
直线形
3
平面三角形
平面三角形
4
正四面体结构
正四面体结构
CO2、BeCl2、CS2
BF3、SO3
CH4、CCl4
孤电子对数≠0的分子空间构型
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。
分子 价电子对数 成键电子对数 孤电子对数 分子的空间构型 键角 同类型分子
CH4 4 4 0 正四面体 109.5° SiH4、CCl4
NH3 4 3 1 三角锥 107.3° NF3、PCl3
H2O 4 2 2 V形 104.5° H2S、SCl2
等电子原理
等电子原理
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。符这一原理称为“等电子原理”。
等电子原理的应用
(1)判断一些简单分子或离子的立体结构：SiCl4、、互为等电子体，空间结构为正四面体。
(2)判断分子的结构性质：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C≡O，CO和N2键能都较大，性质也相似。
(3)等电子原理在制造新材料方面的应用：晶体硅、锗、磷化铝（AlP）、砷化镓（GaAs）互为等电子体，都是良好的半导体材料。
知识归纳——常见的等电子体
二原子10电子 N2、CO、NO+、、CNˉ 三键
二原子11电子 NO、
二原子14电子 F2、
三原子16电子 CO2、CS2、N2O、、、SCN- 直线形
三原子18电子 O3、SO2、 V形
四原子24电子 BF3、、、、SO3 平面三角形
四原子16电子 NF3、PCl3、、 三角锥
五原子32电子 CCl4、SiF4、 、 正四面体
典例解析
下列分子中，中心原子杂化类型相同，分子空间结构也相同的是(　　)
A．H2O、SO2 B．NF3、BF3 C．NH3、CH4 D．BeCl2、CO2
【解析】根据杂化轨道理论：H2O分子中O原子的杂化方式为sp3，空间结构为V形，SO2分子中S原子的杂化方式为sp2，空间结构为V形，A不符合题意；NF3分子中N原子的杂化方式为sp3，空间结构为三角锥形，BF3分子中B原子的杂化方式为sp2，空间结构为平面三角形，B不符合题意；NH3分子中N原子的杂化方式为sp3，空间结构为三角锥形，CH4分子中C原子的杂化方式为sp3，空间结构为正四面体，C不符合题意；BeCl2分子中Be原子杂化方式为sp，空间结构均为直线形，CO2分子中C原子杂化方式为sp，空间结构均为直线形，D符合题意。
D
课堂小结
PART 03
推测分子的空间结构
理论要点
2
1
价层电子对互斥模型
等电子原理及应用
3
价电子对
价电子对的几何构型
判断方法
常见分子、离子的空间构型
价电子对的计算方法
中心原子的杂化类型
课堂练习
PART 04
1．实验测得BH3为平面三角形(键角均为120°)，NH3为三角锥形(键角为107°18′)，已知电子数相同的微粒具有相似的结构。由此推断：①甲基，②甲基碳正离子()，③甲基碳负离子()的键角相对大小顺序为(　　)
A．②＞①＞③ B．①＞②＞③
C．③＞①＞② D．①＝②＝③
A
2．下列关于价层电子对互斥模型的叙述不正确的是(　　)
A．价层电子对互斥模型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．中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与相互排斥
D．分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大，分子越稳定
D
3．短周期主族元素A、B可形成AB3分子，下列有关叙述正确的是(　　)
A．若A、B为同一周期元素，则AB3分子一定为平面正三角形
B．若AB3分子中的价电子个数为24，则AB3分子可能为平面正三角形
C．若A、B为同一主族元素，则AB3分子一定为三角锥形
D．若AB3分子为三角锥形，则AB3分子一定为NH3
B
4．化合物A(H3BNH3)是一种潜在的储氢材料，它可由六元环状物质(HB==NH)3通过反应3CH4＋2(HB==NH)3＋6H2O―→3CO2＋6H3BNH3制得。下列有关叙述不正确的是(　　)
A．化合物A中不存在π键
B．反应前后碳原子的杂化类型不变
C．CH4、H2O、CO2分子的空间结构分别是正四面体形、V形、直线形
D．第一电离能：N＞O＞C＞B
B
Thanks
好好学习天天向上

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