高中化学 专题4 第1单元第2课时 价层电子对互斥理论 等电子原理教案 苏教版选修3

第2课时 价层电子对互斥理论 等电子原理[核心素养发展目标] 1.了解价层电子对互斥理论，通过对价层电子对互斥模型的探究，建立判断分子空间构型的思维模型。

2.了解等电子体的概念及判断方法，能用等电子原理解释物质的结构和某些性质。

一、价层电子对互斥模型1．价层电子对互斥模型的基本内容分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)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。

(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。

2．价电子对的计算(1)AB m 型分子中心原子价层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)中价层电子对数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×m2(2)在计算中心原子的价层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，在计算价层电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。

如PO 3－4中P 原子价层电子数应加上3，而NH ＋4中N 原子的价层电子数应减去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。

3．价层电子对互斥模型与分子的几何构型(1)中心原子中的价电子全部参与形成共价键的分子的几何构型如下表所示(由中心原子周围的原子数m 来预测)：AB m几何构型 示例 m ＝2 直线形 CO 2、BeCl 2 m ＝3平面三角形CH 2O 、BF 3m＝4 正四面体CH4、CCl4(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)的分子的几何构型：中心原子上的孤电子对占据中心原子周围的空间，与成键电子互相排斥，使分子的几何构型发生变化，如：H2O、NH 3等。

①H 2O为AB2型分子，氧原子上有两对孤电子对参与互相排斥，所以H2O分子的空间构型为V 形而不是四面体型。

②NH3分子中氮原子上有一对孤电子对参与互相排斥，故NH3的空间构型是三角锥型。

常见分子的价层电子对互斥模型和空间构型σ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层电子对互斥模型分子或离子的空间构型实例2 0 2 直线形直线形BeCl2、CO23 03 三角形平面三角形BF3、BCl32 1 V形PbCl24 04四面体型正四面体型CH4、CCl43 1 三角锥型NH32 2 V形H2O例1下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的是( )A．H2OB．HClC．NH＋4D．PCl3答案 A解析A项，氧原子有两对未成键的价电子对；B项，HCl分子属于AB型分子，没有中心原子；C项，NH＋4的中心原子的价电子全部参与成键；D项，磷原子有一对未成键的价电子对。

例2(2018·凉山木里中学高二期中)用价层电子对互斥理论预测H2S和NH3的几何结构，下列说法正确的是( ) A ．直线形；三角锥型 B ．V 形；三角锥型 C ．直线形；平面三角形 D ．V 形；平面三角形答案 B解析 H 2S 中S 原子的价电子对数＝2＋12×(6－2×1)＝4，含有2对孤电子对，所以其几何结构为V 形；NH 3中N 原子的价电子对数＝3＋12×(5－3×1)＝4，含有1对孤电子对，所以其几何结构为三角锥型。

思维启迪——分子空间构型的确定思路 中心原子价电子对数n ⇓⇓分子的空间模型——略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间注意 (1)价层电子对互斥模型是价层电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对的空间构型，不包括孤电子对。

两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对(未用于形成共价键的电子对)，当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。

(2)常见的分子空间构型：直线形、V 形、平面三角形、三角锥型、四面体型等。

二、等电子原理 1．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，这一原理称为“等电子原理”。

2．等电子体原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子互称为等电子体。

3．等电子原理的应用(1)利用等电子原理可判断简单分子或离子的空间构型，如NH 3与H 3O ＋互为等电子体，二者空间构型相同。

(2)应用于制造新材料。

常见的等电子体类型实例空间构型双原子10电子的等电子体N2、CO、NO＋、C2－2、CN－直线形三原子16电子的等电子体CO2、CS2、N2ONO＋2、N－3、BeCl2(g)直线形三原子18电子的等电子体NO－2、O3、SO2V形四原子24电子的等电子体NO－3、CO2－3、BO3－3、CS2－3、BF3、SO3(g)平面三角形五原子32电子的等电子体SiF4、CCl4、BF－4、SO2－4、PO3－4正四面体型例3已知原子总数和价电子总数相同的离子或分子结构相似，如SO3、NO－3都是平面三角形。

那么下列分子或离子中与SO2－4有相似结构的是( )A．PCl5B．CCl4C．NF3D．N－3答案 B解析SO2－4的原子数为5，价电子数为32，CCl4的原子数为5，价电子数为4＋4×7＝32，故CCl4与SO2－4有相似结构(均为正四面体型)。

例41919年，Langmuir提出等电子原理：原子总数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。

等电子体的结构相似、物理性质相近。

(1)根据上述原理，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)此后，等电子原理又有所发展。

例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子总数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。

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)SO2O3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电子总数均为14，CO2与N2O电子总数均为22。

(2)依题意，只要原子总数相同，价电子总数也相同，即可互称为等电子体，NO－2为三原子，其价电子总数为(5＋6×2＋1)＝18，SO2、O3也为三原子，各分子价电子总数均为6×3＝18。

(1)价层电子对互斥理论、杂化轨道理论应用(2)等电子体原子总数相同，价电子总数相同，其结构相似，物理性质相似。

1．正误判断(1)孤电子对的空间排斥力大于σ键电子对的排斥力( √ ) (2)所有的三原子分子都是直线形结构( × )(3)价层电子对互斥模型和分子的空间构型都是相同的分子构型( × ) (4)SO 2与CO 2分子的组成相似，故它们的空间构型相同( × ) (5)只有原子总数和价电子总数相同的分子才是等电子体( × ) (6)互为等电子体的物质，物理性质、化学性质都相似( × ) 2．甲酸分子(HCOOH)中碳原子的价层电子对数为( ) A ．1B ．2C ．3D ．4 答案 C3．用价层电子对互斥理论判断SO 3的空间构型为( ) A ．正四面体型 B ．V 形 C ．三角锥型 D ．平面三角形答案 D解析 SO 3的中心原子硫原子的价电子数为6，与中心原子结合的原子数为3，氧原子最多能接受的电子数为2，则中心原子的孤电子对数＝12(6－3×2)＝0，故价电子对数＝σ键电子对数＝3，SO 3的空间构型与其价层电子对互斥模型一致，为平面三角形。

4．下列离子的价层电子对互斥模型与其空间构型一致的是( ) A ．SO 2－3 B ．ClO －4 C ．NO －2 D ．ClO －3答案 B解析 SO 2－3的价层电子对数为4，且含有一对孤电子对，所以其价层电子对互斥模型为四面体型，而SO 2－3的空间构型为三角锥型，A 项错误；ClO －4的价层电子对数为4，不含孤电子对，所以其价层电子对互斥模型与其空间构型一致，B 项正确；NO －2的价层电子对数为3，其中含有一对孤电子对，其价层电子对互斥模型与其空间构型不一致，C项错误；ClO－3的价层电子对数为4，也含有一对孤电子对，其价层电子对互斥模型与其空间构型不一致，D项错误。

5．下列分子或离子之间互为等电子体的是( )A．CH4和H3O＋B．NO－3和SO2C．O3和CO2D．N2和C2－2答案 D解析由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，价电子总数相同，即互为等电子体。

CH4和H3O＋原子数不同，A错误；NO－3和SO2原子数、价电子数均不同，B错误；O3和CO2中价电子总数不同，C错误；N2和C2－2原子数相同，价电子总数相同，D正确。

6．用价层电子对互斥理论完成下列问题(点“·”的原子为中心原子)。

σ键电子对数孤电子对数空间构型H2Se·BCl3·Cl3P·SO2·O2－4S·答案σ键电子对数孤电子对数立体构型H2Se2 2 V形·Cl3 3 0 平面三角形B·PCl3 3 1 三角锥型·O2 2 1 V形S·O2－4 4 0 正四面体型S·题组一分子中价电子对数目的确定1．下列微粒中，含有孤电子对的是( )A．SiH4B．H2OC．CH4D．NH＋4答案 B2．下列分子或离子中，中心原子未用来成键的电子对最多的是( ) A ．SF 6B ．NH 3C ．H 2SD ．BCl 3 答案 C3．乙醇分子中氧原子的价电子对数为( ) A ．1B ．2C ．3D ．4 答案 D解析 乙醇的结构简式为CH 3CH 2—O —H ，氧与氢原子、碳原子成键，即氧原子有2对σ键电子对。

由于碳原子只拿出一个电子与氧原子成键，故氧原子的价电子对数＝6＋1＋12＝4。

题组二 利用价层电子对互斥理论判断分子的空间构型 4．下列关于价层电子对互斥模型的叙述中不正确的是( ) A ．价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间构型 B ．分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间构型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互相排斥D ．分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大，分子越稳定 答案 D解析 价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间构型，注意实际空间构型要去掉孤电子对， A 正确；空间构型与价电子对相互排斥有关，所以分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间构型， B 正确；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互相排斥，且孤电子对间的排斥力＞孤电子对和成键电子对间的排斥力， C 正确；分子的稳定性与键角没有关系， D 不正确。