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第2章　微粒间相互作用与物质性质
第2节　共价键与分子的空间结构
第2课时　价电子对互斥理论和等电子原理
1.理解价电子对互斥理论和等电子原理。
2.能根据价电子对互斥理论、等电子原理判断简单分子的空间结构。
学习目标
一、价电子对互斥理论
知能通关
1.价电子对互斥(简称VSEPR)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________作用,处于不同的取向且尽可能趋向于彼此远离。
(2)空间取向
①两个原子间的　　　　　　不论是单键还是多重键,都看作一个空间取向;一对　　　　　　 可以看作一个空间取向。
②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,可以推测出分子的空间结构。
排斥
成键电子
孤电子对
2.价电子对与分子空间结构的对应关系
价电子对互斥理论能较便捷地　　　　　　　分子的空间结构。若n个价电子对全部是成　　　　　　的电子对且没有　　　　　　　,当n=2、3、4、5、6时,分子的空间结构分别为直线形、　　　　　、四面体形、____________和八面体形。
预测
单键
孤电子对
三角形
三角双锥形
3.中心原子上价电子对数的计算
价电子对数=成键电子对数+孤电子对数
(1)BF3是共价化合物。BF3中B原子的价电子对数、VSEPR模型、分子空间结构是怎样的
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　
(2)PCl3的价电子对数、VSEPR模型、分子空间结构是怎样的
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　
小题对点过
BF3的价电子对数有3对,VSEPR模型为平面三角形,分子空间结构为平面三角形。
PCl3的价电子对数为4,VSEPR模型为正四面体形,分子空间结构为三角锥形。
(3)通过1、2两例分析VSEPR模型与分子的空间结构一定相同吗 二者之间有何规律存在
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　
VSEPR模型与分子的空间结构不一定一致,分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对,当中心原子上无孤电子对时,两者的空间结构一致;当中心原子上有孤电子对时,两者的空间结构不一致。
4.常见分子的价电子对互斥模型(VSEPR模型)和分子的空间结构
(1)下列说法正确的是　　　　。
①价电子对就是σ键电子对
②VSEPR模型和分子的空间结构一定是一致的
③SO2与CO2分子的组成相似,故它们的空间结构相同
④孤电子对的空间排斥力大于σ键电子对的排斥力
⑤价电子对数等于杂化轨道数
④⑤
小题对点过
(2)用价电子对互斥理论完成下列问题(加“·”的原子为中心原子)。
微粒 σ键电子对数 孤电子对数 空间结构

SCl2
PCl3

OF2

2
2
角形
2
2
角形
3
1
三角锥形
4
0
正四面体形
2
2
角形
2
2
角形
1.下列分子或离子的中心原子,带有一对孤电子对的是(　　)
A.H2O B.BeCl2
C.CH4 D.PCl3
解析　H2O有2对孤电子对,BeCl2和CH4没有孤电子对。
D
2.硒(Se)是第ⅥA族元素,则SeS3的分子立体构型是(　　)
D
3.用价电子对互斥理论预测H2S和BF3的空间结构,两个结论都正确的是(　　)
A.直线形　三角锥形
B.角（V）形　三角锥形
C.直线形　平面三角形
D.角（V）形　平面三角形
解析　H2S分子中中心原子S有未用于形成共价键的孤电子对,占据中心原子周围的空间,并参与互相排斥使H2S分子呈角（V）形;而BF3分子中中心原子B的价电子都用于形成共价键,故BF3是平面三角形。
D
4.填空。
(1)CH4、BF3、CO2键角从大到小的顺序排列为 　　　　　　　　。
(2)H2O、NH3、CH4键角从大到小的顺序排列为 　　　　　　　　。
(3)H2与H2S键角从大到小的顺序排列为 　　　　　　　　　。
(4)NF3与NH3键角从大到小的顺序排列为 　　　　　　　　。
(5)HCHO中两个C—H间的夹角　　　 (填“>”或“<”)120°。
CO2>BF3>CH4
CH4>NH3>H2O
H2O>H2S
NH3>NF3
<
解析　(1)CH4、BF3、CO2的中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化,它们对应的键角为109°28'、120°、180°,键角会依次增大。(2)H2O、NH3、CH4分子的中心原子采取的都是sp3杂化,但孤电子对数不同。其孤电子对数分别为2、1、0,在H2O分子中,键角要受2对孤电子对的压缩,键角最小。(3)H2O与H2S分子中的O与S原子都采取了sp3杂化,都有2对孤电子对,但O原子的电负性大,H2O比H2S键角大。(4)NF3与NH3比较,中心原子都是N原子且都为sp3杂化,但因为F原子的电负性大于H原子,使成键电子离N原子更远,两个N—F键间的斥力减小,可以靠得更近,所以其键角更小。(5)在HCHO分子中,C原子为sp2杂化,但由于C原子与O原子间以双键C==O结合,该双键对C—H键的斥力要更大些。所以两个C—H键的键角小于120°。
1.电子对之间的排斥力大小顺序
(1)孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力;
(2)双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键与单键之间的斥力。
2.键角大小的判断方法
(1)首先看中心原子杂化类型
中心原子杂化类型是决定键角大小的最根本的原因,如下表:
中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化类型的分子,它们对应的键角会依次增大。
(2)再确定中心原子孤电子对数
中心原子杂化类型相同的分子,中心原子所含孤电子对数目越多,键角越小。
(3)再看电负性
中心原子杂化类型相同,孤电子对数也相同的分子,可以比较原子的电负性
①若中心原子相同,则配位原子电负性越大,键角越小;
②若配位原子相同,则中心原子电负性越大,键角越大。
(4)最后看化学键类型
双键间斥力>双键与单键间的斥力>单键间的斥力,如HCHO中∠O—C—H(大于120°)要大于∠H—C—H(小于120°)
二、等电子原理
知能通关
化学通式
价电子总数
空间结构
化学键类型
空间结构
AX4
32
sp3
四面体形
3.常见的等电子体
满足等电子原理的微粒称为等电子体,常见的等电子体如下:
类型 实例 空间结构
双原子(10价电子)微粒 直线形
三原子(16价电子)微粒 直线形
三原子(18价电子)微粒 角(V)形
四原子(24价电子)微粒 平面三角形
五原子(32价电子)微粒 正四面体形
七原子(48价电子)微粒 正八面体形
4.理解等电子原理的三个注意点
(1)互为等电子体的分子或离子,其中心原子的杂化类型相同,与成键原子形成的化学键类型相同。
(2)互为等电子体的分子或离子的价电子总数相同,而不是电子总数相同。
(3)O3可以看成OO2,故O3的通式及价电子总数与SO2均相同,二者互为等电子体。
1.下列几组微粒互为等电子体的是(　　)
①NO+和CN-　②CO2和CS2 ③N2O和O2　④BF3和SO3
A.①② B.③④ C.①③④ D.①②③④
解析　①NO+和CN-中,原子总数都为2,价电子总数分别为5+6-1=10和4+5+1=10,二者互为等电子体;②CO2和CS2中均含3个原子,O和S同主族,价电子总数相等,二者互为等电子体;③N2O和CO2均含3个原子,价电子总数分别为5×2+6=16和4+6×2=16,二者互为等电子体;④BF3和SO3均含4个原子,价电子总数分别为3+7×3=24和6×4=24,二者互为等电子体。故①②③④都符合题意,D正确。
D
2.下列各对粒子中,空间结构相似的是(　　)
A.SO2与O3 B.CO2与NO2
C.CS2与NO2 D.PCl3与BF3
解析　A项中SO2与O3互为等电子体,故结构相似。
A
3.根据等电子原理,由短周期元素组成的粒子,只要其原子数相同,各原子最外层电子数之和相同,也可互称等电子体,它们也具有相似的结构特征。
N2
CO
CO2
N2O
SO2、O3
等电子体的判断方法
方法 内容 举例
左右移位法 将微粒中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n=1,2等)的原子 N2和CO、N2O和CO2分别互为等电子体
将微粒中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)
叠加法 互为等电子体的微粒分别再增加一个相同(或同主族元素)的原子 N2O与CO2互为等电子体
课堂 达标训练
1.下列说法中不正确的是(　　)
A.分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)之间存在相互排斥作用
B.分子中的价电子对之间趋向于彼此远离
C.分子在很多情况下并不是尽可能采取对称的空间构型
D.当价电子对数目分别是2、3、4时,价电子对分布的几何构型分别为直线形、三角形、四面体形
解析　分子在很多情况下是尽可能采用对称空间构型,以使体系能量最低。
C
B
3.甲酸分子(HCOOH)中碳原子的价电子对数为(　　)
A.1 B.2
C.3 D.4
解析　该有机物中碳原子不存在孤电子对,价电子对数=σ键数,故选C。
C
4.根据价电子对互斥模型,判断下列分子或离子的空间结构正确的是(　　)
A
选项 分子式 价电子对互斥模型 分子或离子的空间结构
A AsCl3 四面体形 三角锥形
B HCHO 三角形 三角锥形
C NF3 四面体形 平面三角形
D 四面体形 三角锥形
请回答下列问题:
(1)中心原子没有孤电子对的有　　 　　(填序号,下同)。
(2)空间结构为直线形的分子或离子有　　　;空间结构为平面三角形的分子或离子有　　　。
(3)空间结构为角（V）形的分子或离子有　　　　。
(4)空间结构为三角锥形的分子或离子有　 　;空间结构为正四面体形的分子或离子有　　　。
①④⑥⑦
①
④⑦
③⑧
②⑤
⑥
课时精练10
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构,其中不正确的是(　　)
C
2.下列关于价电子对互斥理论(VSEPR理论)的叙述中不正确的是(　　)
A.VSEPR理论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.分子中键角越大,价电子对相互排斥力越小,分子越稳定
D.中心原子上的孤电子对不参与互相排斥
解析　价电子对互斥理论可用来预测分子的空间结构,A正确;空间结构与价电子对相互排斥有关,因此分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构,B正确;多原子分子内,两个共价键之间的夹角越大,价电子对相互排斥力越小,分子越稳定,C正确;中心原子上的孤电子对参与相互排斥,如H2O中心原子为O,有2对孤电子对,空间结构为角(V)形,甲烷中心原子为C,无孤电子对,空间结构为正四面体形,D错误。
D
3.下列有关描述正确的是(　　)
C
4.有X、Y两种活性反应中间体微粒,均含有1个碳原子和3个氢原子,其空间结构模型如图所示:
C
5.根据杂化轨道理论和价电子对互斥理论,对下列分子或离子的判断完全正确的是(　　)
D
选项 化学式 中心原子杂化方式 价电子对互斥理论 分子或离子的空间结构
A sp2 四面体形 三角锥形
B H2O sp2 四面体形 角(V)形
C NH3 sp3 三角锥形 平面三角形
D CH4 sp3 四面体形 正四面体形
6.下列不属于等电子体的是(　　)
A.N2和CO B.CO2和N2O
C.PH3和HCl D.H2S和H2O
解析　A项,N2和CO均为双原子分子,且均有10个价电子,属于等电子体;B项,CO2和N2O均为三原子分子,且均有16个价电子,属于等电子体;C项,PH3和HCl分子中所含原子数不同,不是等电子体;D项,H2S和H2O均为三原子分子,价电子数均为8,属于等电子体。综上所述,C项符合题意。
C
7.下列分子中中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构不正确的是(　　)
A.PCl3中P 原子sp3杂化,为三角锥形
B.BCl3中B原子sp2杂化, 为平面三角形
C.CS2中C原子sp杂化,为直线形
D.H2S分子中,S为sp杂化,为直线形
D
B
9.若ABn型分子的中心原子上没有孤电子对,应用价电子对互斥理论,判断下列说法正确的是(　　)
A.n=3时,则分子的空间结构为角形
B.n=2时,则分子的空间结构为平面三角形
C.n=4时,则分子的空间结构为正四面体形
D.n=4时,则分子的空间结构为三角锥形
C
解析　根据价电子对互斥理论,ABn型分子的中心原子A上没有孤电子对时,若n=3,则分子的空间结构为平面三角形,A错误;若n=2,则分子的空间结构为直线形,B错误;若n=4,则分子的空间结构为正四面体形,C正确,D错误。
10.下列关于等电子体的说法正确的是(　　)
D
A
B
13.回答下列问题。
角(V)形
平面三角形
四面体形
正四面体形
平面三角形
<
平面三角形
CO2(或N2O)
直线
解析　(1)
化学式 BBr3 CHCl3 SiF4
中心原子
的价电子对数
中心原子的σ键数 2 3 4 4 3
中心原子含有的孤电子对数 2 0 0 0 0
空间结构 角(V)形 平面三角形 四面体形 正四面体形 平面三角形
14.填空题:
CO2
N2O
109°28'
放出
51.6
[∶O O∶]2+
>
B级　素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意
15.用价电子对互斥理论可以预测空间结构,也可以推测键角大小,下列判断正确的是(　　)
A.SO2、CS2、BeCl2都是直线形的分子
B.BF3键角为120°,NH3键角小于120°
C.CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子
D.NH3、PCl3、SF6都是三角锥形的分子
BC
16.用分子结构的知识推测下列说法正确的是(　　)
AB
17.20世纪50年代科学家提出价电子对互斥(简称VSEPR)理论,用于预测简单分子立体结构。其要点可以概括为
Ⅰ .用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成,A为中心原子,X为与中心原子相结合的原子,E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对),(n+m)称为价电子对数。分子中的价电子对总是互相排斥,均匀地分布在中心原子周围的空间;
Ⅱ .分子的空间结构是指分子中的原子在空间的排布,不包括中心原子未成键的孤电子对;
Ⅲ .分子中价电子对之间的斥力主要顺序为
i.孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力;
ii.双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键与单键之间的斥力;
iii.X原子得电子能力越弱,A—X形成的成键电子对之间的斥力越强;
iv.其他。
请仔细阅读上述材料,回答下列问题:
(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型,请填写下表:
(2)请用VSEPR理论解释CO2为直线形分子的原因___________________________。
4
n+m 2
VSEPR理想模型 正四面体
价电子对之间的理想键角 109°28'
直线形
180°
CO2属AX2E0,n+m=2,故为直线形
解析　(1)当n+m=4时,VSEPR模型为四面体形,其键角是109°28';当n+m=2时,VSEPR模型为直线形,其键角是180°;(2)CO2属AX2E0,n+m=2,故为直线形;
(3)H2O分子的立体结构为　　　　,预测水分子中∠H—O—H的大小范围并解释原因_________________________________________________________________
______________________________________________。
(4)SO2Cl2和SO2F2都属AX4E0型分子,S==O之间以双键结合,S—Cl、S—F之间以单键结合。请你预测 SO2Cl2和SO2F2分子的立体构型为　　 　　,SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl　　　　(填“<”“>”或“=”)SO2F2分子中∠F—S—F。
角(V)形
水分子属AX2E2,n+m=4,VSEPR理想模型为四面体形,价电子对之间的夹角均为109°28'。根据Ⅲ-i,应有∠H—O—H<109°28'
四面体形
>
解析　(3)H2O属AX2E2,n+m=4,VSEPR模型为四面体形,但氧原子有2对孤电子对,所以分子的空间结构为角(V)形;水分子属AX2E2,n+m=4,VSEPR理想模型为四面体形,价层电子对之间的夹角均为109°28',根据Ⅲ-i,应有∠H—O—H<109°28';(4)当n+m=4时,VSEPR模型为四面体形,硫原子无孤电子对,所以分子结构为四面体形,F原子的得电子能力大于氯原子,因为X原子得电子能力越弱,A—X形成的成键电子对之间的斥力越强,所以SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl>SO2F2分子中∠F—S—F;
(5)用价电子对互斥(VSEPR)理论判断下列分子或离子的空间结构。
角(V)形
分子或离子 PbCl2
空间结构
正四面体
正四面体

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