高中化学第2章化学键与分子间作用力第2节共价键与分子的空间构型第2课时学案鲁科版选修3

第2课时价电子对互斥理论等电子原理
[学习目标定位] 理解价电子对互斥理论和等电子原理，能根据有关理论、原理判断简单分子或离子的空间构型。

一、价电子对互斥理论
1．价电子对互斥理论的基本内容：分子中的价电子对(成键电子对)和孤电子对由于相互排斥作用，尽可能趋向彼此远离。

(1)当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。

(2)当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子的空间构型。

(3)电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。

(4)成键电子对之间斥力由大到小顺序：叁键—叁键＞叁键—双键＞双键—双键＞双键—单键＞单键—单键。

(5)含孤电子对的斥力由大到小顺序：孤电子对—孤电子对＞孤电子对—单键＞单键—单键。

2．价电子对互斥理论与分子的空间构型
(1)分析中心原子中的价电子全部参与形成共价键的分子的空间构型并完成下表(由中心原子周围的原子数n来预测)：
AB n空间构型范例
n＝2 直线形CO2、BeCl2
n＝3 平面三角形CH2O、BF3
n＝4 正四面体形CH4、CCl4
n＝5 三角双锥形PCl5
n＝6 正八面体形SF6
(2)中心原子上有孤电子对(价电子中未参与形成共价键的电子对)的分子的空间构型：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，使分子的空间构型发生变化，如：
①H2O为AB2型分子，氧原子上的两对孤电子对参与互相排斥，所以H2O分子的空间构型为V 形而不是直线形。

②NH3分子中氮原子上有一对孤电子对参与互相排斥，故NH3的空间构型不能为平面三角形。

③常见分子的价电子对互斥模型和空间构型
σ键成
键电子
对数
孤电子
对数
价电子对
数目
电子对
的排列
方式
价电子对
空间构型
分子或离
子的空间
构型
实例
2 0 2 直线形直线形
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
体形
正四面
体形
CH4、CCl4
3 1 三角锥形NH3
2 2 V形H2O
(1)AB m型分子中心原子价电子对数目的计算方法
AB m型分子(A是中心原子，B是配位原子)中价电子对数n的计算：
n＝
中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m
2
(2)在计算中心原子的价电子对数时应注意如下规定
①作为配位原子，卤素原子和H原子均提供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。

③对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。

如PO3－4中P原子价电子数应加上3，而NH＋4中N原子的价电子数应减去1。

④计算电子对数时，若剩余1个电子，即出现奇数电子，也把这个单电子当作1对电子处理。

⑤双键、叁键等多重键作为1对电子看待。

例1根据价电子对互斥理论及原子的杂化轨道理论判断，NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为( )
A．直线形、sp1杂化
B ．平面三角形、sp 2
杂化 C ．三角锥形、sp 2
杂化 D ．三角锥形、sp 3杂化 答案 D
解析 (1)NF 3分子中N 原子价电子对数＝5＋32＝4――→价电子对
互斥理论N 原子价电子对空间构型为四面体
形
――――――――→N 原子孤电子对数＝1NF 3为三角锥形。

(2)NF 3分子中，N 原子杂化轨道数＝5＋32＝4――→杂化轨道理论N 原子杂化轨道(sp 3
杂化) 空间构型为四面体形―――――→N 原子孤电子对数＝1NF 3为三角锥形。

方法规律
(1)根据价电子对互斥理论分析分子或离子空间构型，关键是分析分子或离子中的中心原子的成键电子对数和孤电子对数。

(2)中心原子的价电子对数等于中心原子的杂化轨道数。

价电子对数目 2 3 4 中心原子杂化方式
sp 1
sp 2
sp 3
例2 用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小。

下列判断正确的是( ) A ．SO 2、CS 2、HI 都是直线形的分子 B ．BF 3键角为120°，SnBr 2键角大于120° C ．COCl 2、BF 3、SO 3都是平面三角形的分子 D ．PCl 3、NH 3、PCl 5都是三角锥形的分子 答案 C
解析 SO 2是V 形分子，CS 2、HI 是直线形的分子，A 错误； BF 3键角为120°，是平面三角形结构，而Sn 原子价电子数是4，在SnBr 2中两个价电子与Br 形成共价键，还有一对孤对电子，对成键电子有排斥作用，使键角小于120°，B 错误；COCl 2、BF 3、SO 3都是平面三角形的分子，键角是120°，C 正确； PCl 3、NH 3都是三角锥形的分子，而PCl 5是三角双锥形结构，D 错误。

二、等电子原理
1．比较N 2和CO 的结构、性质，填写下表空格：
分子
N 2 CO 结构
原子数 2 2 电子数
14
14
价电子数10 10
空间构型直线形直线形
性质
沸点/℃－195.81 －191.49
熔点/℃－210.00 －205.05
液体密度/g·cm－30.796 0.793
2.分析比较N2和CO的结构和性质，你能得出的结论是CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数，即等电子体，其性质相近。

3．等电子原理是指化学通式相同、价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间构型和化学键类型等结构特征，它们的许多性质(主要是物理性质)是相近的。

满足等电子原理的分子或离子互称为等电子体。

(1)等电子体判断方法
化学通式相同，价电子总数相等的分子或离子互为等电子体。

(2)常见的等电子体
类型实例空间构型双原子10价电子N2、CO、NO＋、C2－2、CN－直线形三原子16价电子CO2、CS2、N2O、CNO－、NO＋2、N－3、SCN－、BeCl2直线形三原子18价电子NO－2、O3、SO2V形
四原子24价电子NO－3、CO2－3、BO3－3、SiO2－3、BF3、SO3平面三角形四原子26价电子NF3、PCl3、NCl3、SO2－3三角锥形
五个原子8价电子CH4、NH＋4、SiH4
正四面体形
五个原子32价电子SiF4、CCl4、BF－4、SO2－4、PO3－4
例3等电子体的结构相似、物理性质相似，下列各对粒子中，空间结构相似的是( ) A．SO2与O3B．CO2与NO2
C．CS2与NO2D．PCl3与BF3
答案 A
方法规律——等电子体应用
(1)判断一些简单分子或离子的空间构型；
(2)利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；
(3)利用等电子原理针对某性质找等电子体。

例4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。

(1)仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是________和________；________和________。

(2)在短周期元素组成的物质中，与NO－2互为等电子体的分子有________。

答案(1)N2CO CO2N2O (2)SO2、O3
解析(1)仅由第2周期元素组成的共价分子中，即C、N、O、F组成的共价分子，如N2与CO 价电子总数均为10，CO2与N2O价电子总数均为16个电子。

(2)依题意，只要原子数相同，各原子最外层电子数之和也相同，即可互称等电子体，NO－2为三原子，各原子最外层电子数之和为5＋6×2＋1＝18，SO2、O3也为三原子，各原子最外层电子数之和为6×3＝18。

方法规律——替换法写等电子体
(1)同主族替换法
同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素原子，如O3与SO2、CO2与CS2互为等电子体。

(2)左右移位法
①将粒子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，如N2与CO、N－3和CNO－互为等电子体。

②将粒子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)，如C2－2与O2＋2、N2O和N－3互为等电子体。

(3)叠加法
互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，如N2O与CO2互为等电子体。

1．价电子对互斥理论，杂化轨道理论应用
2．等电子体化学通式相同，价电子总数相同，其结构相似，物理性质相似。

1．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 ．分子的空间构型是价层电子对互斥的结果
D ．孤电子对数等于π键数 答案 C
解析 价层电子对数是σ键数与孤电子对数之和，孤电子对数是指没有成键的价电子对数，其与中心原子价层电子总数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子数及与中心原子结合的原子数有关，A 、B 、D 项错误。

2．已知CN －
与N 2互为等电子体，可推算出HCN 分子中σ键与π键的数目之比为( ) A ．1∶3 B ．2∶1 C ．1∶1 D ．1∶2
答案 C
解析 CN －与N 2互为等电子体，二者结构相似，C 原子与N 原子之间形成叁键，则HCN 分子的结构式为H —C≡N，叁键中含有1个σ键、2个π键，单键属于σ键，故HCN 分子中σ键与π键的数目之比为2∶2＝1∶1。

3．下列分子或离子的中心原子带有一对孤电子对的是( ) A ．H 2O B ．BeCl 2 C ．CH 4 D ．PCl 3
答案 D
解析 将选项中各物质的未知数据代入公式：
中心原子上的孤电子对数＝1
2×(a －xb )，经计算知，选项中原子上的孤电子对数依次为2、0、
0、1。

4．下列分子或离子中，中心原子价电子对的空间构型为四面体形，且分子或离子空间构型为V 形的是( ) A ．NH ＋
4 B ．PH 3 C ．H 3O ＋ D ．OF 2
答案 D
解析 对AB m 型分子中心原子价电子对数：
n ＝
中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m
2
NH ＋
4中，n ＝5＋4－12＝4，成键电子对数为4，离子空间构型为正四面体形；PH 3中，n ＝5＋32＝
4，成键电子对数为3，孤电子对数为1，分子为三角锥形；H 3O ＋
中，n ＝6＋3－12
＝4，成键电
子对数为3，孤电子对数为1，分子为三角锥形；OF 2中，n ＝6＋2
2＝4，成键电子对数为2，
孤电子对数为2，分子为V 形。

5．用价层电子对互斥理论完成下列问题。

(1)
(2)用价电子对互斥理论推断甲醛中H —C —H 的键角________(填“＞”“＜”或“＝”)120°。

答案 (1)
(2)＜
解析 (2)甲醛分子式为CH 2O ，C 原子的价电子对数为1
2×(4＋2＋0)＝3，孤电子对数为0，
所以CH 2O 为平面分子，由于C==O 与C —H 之间的排斥作用大于2个C —H 键之间的排斥作用，所以甲醛分子中C —H 键与C —H 键之间的夹角小于120°。

6．请解答下列各题：
(1)写出与H 2O 分子互为等电子体的两种微粒的化学式：________________、________________。

(2)写出一种与NO －3互为等电子体的微粒的化学式： ________________。

(3)CaCN 2中阴离子为CN 2－
2，与CN 2－
2互为等电子体的分子的化学式为____________________，可推知CN 2－
2的空间构型为____________________形。