资源简介

分子的空间结构
第2课时
教学目标
1. 能运用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间结构，发展学生的模型认知能力。
教学重难点
1.应用价层电子对互斥模型预测简单分子或离子的空间结构。
2.中心原子上的孤电子对数的计算。
教学过程
一、新课导入
上节课我们学习了价层电子对互斥理论的基本要点，根据上节课所学内容，
完成下列表格。
价层电子对数 电子对空间结构 孤电子对数 忽略孤对电子后 分子的形状
2 直线形 0 直线形
3 平面三角形 0 平面三角形
1 V形
4 四面体形 0 四面体形
1 三角锥形
2 V形
二、讲授新课
【问题提出】
给定一个分子的化学式，如何根据VSEPR模型预测其分子结构？
其中要遵循怎样的步骤？
【思维启迪】
应用VSEPR模型的关键是确定分子中的中心原子上的价层电子对数。
这也是该理论抓住的影响分子结构的核心矛盾。
通过上节课对CH4、NH3的案例分析，我们可知，
价层电子对数 = σ键电子对数 + 中心原子上的孤对电子对数
【提问】（1）σ键电子对数如何确定？
【讲解】σ键电子对数可由化学式确定。例如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）；SO3中的中心原子为S，有3个σ键电子对（S-O）；中的中心原子为S，有4个σ键电子对（S-O）。
【提问】（2）通过上面的例子，你发现了化学式与σ键电子对数有何联系？你能从共价键的角度理解并说明为何呈现这样的定量关系么？
【讲解】通过上面的例子，我们可以归纳出：
由n个原子组成的分子或离子，它中心原子的σ键电子对数为n-1。
因为分子或离子中的原子是通过共价键彼此连接在一起的，两个原子间有且仅有1个σ键，n个原子彼此连接在一起需要n-1个σ键。中心原子就是“连接中心”，它周围有n-1个σ键电子对。
注：该讨论未将环状分子纳入，环状分子不作要求。
【提问】（3）中心原子上的孤电子对数如何确定？
【讲解】中心原子上孤电子对数化学式中看不到，须计算得出，计算公式为
孤电子对数 = (a-xb)/2
其中a为中心原子的价电子数（对于主族元素等于原子的最外层电子数）；
x为与中心原子结合的原子数；
b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数（氢为1；其他原子为“8减去该原子的价电子数”，如氧族的O、S、Se等均为2，卤族元素均为1）
【提问】（4）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。
【讲解】依据元素周期表可判断主族元素的族序数等于最外层电子数，也等于价电子数。S和P分别处于第三周期的第VIA族和第VA族，因此S和P的价电子数分别为6和5。
【提问】（5）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。
【讲解】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减去原子的价电子数”，因此N和Cl最多能接收的电子数分别为3和1。
【提问】（6）阳离子和阴离子在运用公式计算时需要做怎样的修改？
【讲解】对于阳离子来说，a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数，x和b的计算方法不变。
对于阴离子来说，a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数（绝对值），x和b的计算方法不变。
【提问】（7）运用所学知识，计算下列分子或离子的中心原子的孤对电子数，完成下列表格。
【讲解】
分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数
SO2 S 6 2 2 1
N 4 4 1 0
C 6 3 2 0
N 6 3 2 0
Cl 8 3 2 1
【思维启迪】
价层电子对数 = σ键电子对数 + 中心原子上的孤对电子对数
通过以上步骤和讨论便可以确定分子中的中心原子上的价层电子对数。
由于价层电子对的相互排斥，可得到含有孤电子对的分子的VSEPR模型。
略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对，便可得到分子的空间结构。
例如，H2O和NH3的中心原子上分别有2个和1个孤电子对，加上中心原子上的σ键电子对，它们的中心原子上的价层电子对数都是4，这些价层电子对相互排斥，形成四面体形的VSEPR模型。略去VSEPR模型中的中心原子孤电子对，便得到了H2O的空间结构为V形，NH3的空间结构为三角锥形。
【典型例题】
例1. 应用价层电子对互斥模型判断下列分子或离子的空间结构，完成表格。
分子或离子 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型 分子或离子的 空间结构名称
BF3 0 3 平面三角形 平面三角形
0 4 正四面体形 正四面体形
1 4 四面体形 三角锥形
CS2 0 2 直线形 直线形
H2S 2 4 四面体形 V形
CH2O 0 3 平面三角形 平面三角形
【提问】（8）如果像乙醛CH2O这样的分子，与中心原子结合的原子种类有多种，应该如何计算？
【讲解】σ键电子对数计算方法不变；
孤电子对数 = (a-xb)/2，对这一计算式稍加推广，即
孤电子对数 = (a-x1b1-x2b2)/2
脚标1、2分别代表不同种的原子，更多种类的原子同理。
故CH2O中中心原子的孤电子对数 = (4 - 1×2 - 2×1)/2 = 0
【典型例题】
例2. 运用价层电子对互斥模型解释为何CH4、NH3、H2O中的键角依次减小？
CH4、NH3、H2O三种分子中中心原子上的价层电子对数均为4对，VSEPR模型均为四面体形。但三种分子中， CH4上的孤电子对数为0， NH3上的孤电子对数为1， H2O上的孤电子对数为2。由于孤电子对占据较大空间，因此电子对间的排斥力有如下关系：孤对—孤对 > 孤对—成键 > 成键—成键。
孤电子对较大的斥力对成键电子对“挤压”的更厉害，使键角减小。
因此，在价层电子对数一定时，孤电子对越多，键角越小。
例3. 运用价层电子对互斥模型比较和的键角大小。
中心原子上的价层电子对数为2，孤电子对数为0，VSEPR模型是直线形，离子的空间结构是直线形，键角为180°
中心原子上的价层电子对数为3，孤电子对数为1，VSEPR模型是平面三角形，离子的空间结构是V形，考虑到孤电子对的斥力更大，键角应小于120°
故键角>
三、课堂小结
应用VSEPR模型预测分子的空间结构的一般步骤：
1.“识”中心原子
2.“算”价层电子对数：σ键电子对数和孤电子对的计算公式
3.“定”VSEPR模型
4.“略”孤电子对
5.“得”分子的空间结构
对价层电子对互斥模型的评价：它对分子空间结构的预测少有失误，但是它不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。
四、课堂练习
1. 应用价层电子对互斥模型判断下列分子或离子的空间结构，完成表格。
分子或离子 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型 分子或离子的 空间结构名称
SiF4
PCl3
HCN
答案　
分子或离子 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型 分子或离子的 空间结构名称
SiF4 0 4 正四面体形 正四面体形
PCl3 1 4 正四面体形 三角锥形
0 4 正四面体形 正四面体形
HCN 0 2 直线形 直线形
2 4 正四面体形 V形
解析 运用公式价层电子对数 = σ键电子对数 + 中心原子上的孤对电子对数
孤电子对数 = (a-xb)/2

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