2023春化学苏教版选择性必修二 4.1.2 价层电子对互斥模型 等电子原理 课件（共33张ppt）

(共33张PPT)
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
第2课时　价层电子对互斥模型　等电子原理
1．了解价层电子对互斥模型，能根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构，能利用相关理论解释简单的共价分子的空间结构。
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。
学习目标
宏观辨识与微观探析：
辨识共价分子，微观认识其空间结构。
证据推理与模型认知：
构建分子的空间结构模型，能用模型认识分子的空间结构，并运用相关的理论和模型进行解释和预测。
核心素养
1．(1)CH4、NH3、H2O分子中、中心原子形成什么类型的杂化轨道？
提示：均为sp3杂化。
活动探究
(2)NH3分子中H—N—H的键角为107°18′，H2O分子中H—O—H的键角为104°30′，CH4分子中H—C—H的键角为109°28′。导致这3种分子键角差异的原因是什么？
提示：sp3杂化轨道空间结构为正四面体，键角为109°28′，CH4分子中C原子的杂化轨道上没有孤电子对，NH3分子中N原子的杂化轨道上有1对孤电子对，H2O分子中O原子的杂化轨道上有2对孤电子对，孤电子对对成键电子对的斥力随孤电子对数目的增多而增强，故CH4、NH3和H2O分子中键角依次减小。
提示：正四面体　平面三角形　三角锥形　正四面体　三角锥形
2．请利用价层电子对互斥模型预测下列微粒的空间结构。
CCl4　 SO3　 　 　 H3O＋
1．价电子对
包括孤电子对和成键电子对，即价电子对＝成键电子对＋孤电子对。
2．价电子对之间的相互作用
价电子对之间存在相互排斥作用，为减小斥力，相互之间尽可能彼此远离，因此分子的空间结构受到影响，一般地，分子尽可能采取对称的空间结构以减小斥力。
知识梳理
一、价层电子对互斥模型
价电子对数目(n)＝(中心原子A的价电子数＋每个配位原子B提供的价电子数×m)
(1)对于主族元素，中心原子的价电子数＝最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子按提供1个价电子数计算，如PCl5中n＝(5＋1×5)＝5。
(2)O、S作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为6。
(3)离子的价电子对数的计算：
如：n＝(5＋1×4－1)＝4；：n＝(6＋0＋2)＝4。
3．价电子对数(ABm型分子)的计算方法
(1)中心原子价电子全部参与成键的分子或离子的空间结构
若n个价电子对全部是成单键的电子对且没有孤电子对，为使价电子对之间的斥力最小，价电子对应尽量远离。
4．价层电子对互斥模型与分子或离子的空间结构
ABn 成键电子对数 孤电子对数 价电子对数 分子或离子的空间结构 示例
n＝2 2 0 2 直线形 CO2、HgCl2
n＝3 3 0 3 平面三角形
n＝4 4 0 4 正四面体 CH4、CCl4
n＝5 5 0 5 三角双锥 PCl5
n＝6 6 0 6 八面体 SF6
成键电子对数 孤电子对数 价电子 对数 分子或离子的空间结构 示例
2 1 3 V形 SO2、SnCl2
3 1 4 三角锥形 NH3、H3O＋
2 2 V形 H2O、H2S
(2)中心原子上有孤电子对的分子或离子的空间结构
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，使分子或离子的空间结构发生变化。
(1)具有相同价电子对数的分子，中心原子的杂化轨道类型相同，价电子对分布的几何构型也相同。
(2)如果分子中中心原子的杂化轨道上存在孤电子对，价电子对之间的斥力大小顺序为：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。随着孤电子对数目的增多，孤电子对对成键电子对之间的排斥作用增强，使得成键电子对与成键电子对之间的键角被“压缩”而减小。
5．价电子对相关的两点说明
等电子原理指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。如 CO和N2，二者分子结构非常相似，它们的分子中价电子总数都是10，都形成1个σ键和2个π键，键能都较大。
二、等电子原理
1．下列描述中正确的是(　　)
A．BeCl2的空间结构为V形
B．SF6的中心原子有6对成键电子对，无孤电子对
C．BF3和PCl3的中心原子均为sp2杂化
D．BeCl2和SnCl2的空间结构均为直线形
巩固练习
B
【解析】BeCl2中Be原子价电子对数＝＝2且不含孤电子对，空间结构为直线形，故A错误；SF6的中心原子价电子对数＝＝6且不含孤电子对，故B正确；BF3中B原子价电子对数＝＝3且不含孤电子对，PCl3中P原子价电子对数＝＝4且含有1对孤电子对，根据价层电子对互斥模型判断中心原子杂化类型，前者是sp2杂化，后者是sp3杂化，故C错误；BeCl2中Be原子价电子对数＝＝2且不含孤电子对，Sn原子价电子对数＝＝3且含有1对孤电子对，根据价层电子对互斥模型判断其空间结构，前者是直线形，后者呈V形，故D项错误。
2．根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间结构不相似的是(　　)
A．SO2和O3 B．和CH4
C．H3O＋和NH3 D．CO2和H2O
【解析】D项中，CO2分子和H2O分子原子总数相等，价电子总数前者为16，后者为8，二者不互为等电子体，则空间结构不相似。
D
3．已知：①CS2，②PCl3，③H2S，④CH2O，⑤H3O＋，⑥，⑦BF3，⑧SO2。请回答下列问题：
(1)中心原子没有孤电子对的是___________(填序号，下同)。
(2)空间结构为直线形的是________；空间结构为平面三角形的是_________。
(3)空间结构为V形的是____________。
(4)空间结构为三角锥形的是___________；空间结构为正四面体形的是___________。
①④⑥⑦
①
④⑦
③⑧
②⑤
⑥
【解析】(2)CS2的中心原子的价电子对数＝＝2，不含孤电子对，故为直线形；CH2O的中心原子的价电子对数为3，不含孤电子对，故为平面三角形；BF3的中心原子的价电子对数＝＝3，不含孤电子对，故为平面三角形。(3)H2S的中心原子的价电子对数＝＝4，含2对孤电子对，故为V形结构；SO2的中心原子的价电子对数＝＝3，含1对孤电子对，故为V形结构。(4)PCl3的中心原子的价电子对数＝＝4，含1对孤电子对，故为三角锥形；H3O＋的中心原子的价电子对数＝＝4，含1对孤电子对，故为三角锥形；的中心原子的价电子对数＝＝4，不含孤电子对，故为正四面体结构。
(2)乙酸分子( )中键角1>键角2，其原因为________________。
以硼酸(H3BO3)为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，可将羧酸直接还原成醇。
(1)中B原子的杂化轨道类型为________，的空间结构为________。
提示：B原子的价电子对数＝＝4，B采用sp3杂化，的空间结构为正四面体形。
提示：由于双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力，所以乙酸分子结构中键角1>键角2。
能力提升
1．杂化轨道类型的判断
方法一　根据杂化轨道数判断
(1)公式
杂化轨道数n＝(中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数±电荷数)。
①当中心原子与氧族元素原子成键时，氧族元素原子不提供电子。
②当为阴离子时，中心原子加上电荷数的绝对值；为阳离子时，减去电荷数。
归纳总结
(2)根据n值判断杂化类型
n＝2时，sp杂化，如BeCl2，n＝(2＋2)＝2；
n＝3时，sp2杂化，如，n＝(5＋1)＝3；
n＝4时，sp3杂化，如，n＝(5－1＋4)＝4。
方法二　根据中心原子有无π键判断
中心原子全部形成单键(无π键)，sp3杂化；形成一个双键(一个π键)，sp2杂化；形成两个双键或一个三键(两个π键)，sp杂化。
方法三　根据分子或离子的空间结构判断
一般地，若是直线形，sp杂化；若是平面形，sp2杂化；若是立体形，sp3杂化。
2．利用价层电子对互斥模型确定分子的空间结构
根据分子中中心原子的成键电子对数和孤电子对数，可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子空间结构：
中心原子成键电子对数＋孤电子对数＝价电子对数―→价层电子对互斥模型
分子空间结构。
略去孤电子对
价层电子对互斥模型对几种分子空间结构的预测如下表：
成键电子对数 孤电子对数 价电子对数 电子对的排列方式 几何构型 分子的 空间结构 实例
2 0 2 直线形 直线形 HgCl2、BeCl2、CO2
3 0 3 三角形 平面三角形 BF3、BCl3
2 1 V形 SnBr2、PbCl2
成键电子对数 孤电子对数 价电子对数 电子对的排列方式 几何构型 分子的 空间结构 实例
4 0 4 四面体 正四面体 CH4、CCl4
3 1 三角锥形 NH3、NF3
2 2 V形 H2O
3．利用等电子原理判断分子或离子的空间结构
(1)利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的空间结构。如NH3和H3O＋的空间结构相似(三角锥形)；SiCl4、、都呈正四面体形。
(2)等电子体不仅有相似的空间结构，且有相似的性质。
(1)在BF3分子中，F—B—F的键角是______，硼原子的杂化轨道类型为_____，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，的空间结构为___________。
(2)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的1个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。NH3分子的空间结构是__________；N2H4分子中氮原子的杂化轨道类型是________。
(3)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中氧原子采用________杂化。H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，原因为____________________________________
____________________________________________________________________。
(4) 的空间结构是____________，其中硫原子的杂化轨道类型是________。
H2O中氧原子上有2对孤电子对，排斥力较大，H3O＋中氧原子上只有1对孤电子对，排斥力较小
举一反三
120°
sp2
正四面体
三角锥形
sp3
sp3
正四面体
sp3
【解析】(1)BF3中B原子的价电子对数为×(3＋1×3)＝3，BF3分子的空间结构为平面三角形，故F—B—F的键角为120°，B原子的杂化轨道类型为sp2；中B
原子的价电子对数为×(3＋1＋1×4)＝4，所以BF－4的空间结构为正四面体。
(2)NH3的空间结构为三角锥形，N原子采取sp3杂化，N2H4分子可视为NH3分子中的1个氢原子被—NH2取代形成的另一种氮的氢化物，所以N2H4中N原子的杂化方式也为sp3。(3)H2O、H3O＋中O原子均采取sp3杂化，孤电子对对成键电子对具有排斥作用，而H2O中孤电子对数比H3O＋中多，所以H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大。(4) 的中心原子S的成键电子对数为4，无孤电子对，为正四面体结构，中心原子采用sp3杂化。
1．下列分子的空间结构是正四面体的是(　　)
A．CH4 B．NH3
C．H2O D．BF3
【解析】CH4、NH3、H2O分子中价电子对数均为4，价电子对分布的几何构型为正四面体，CH4分子中无孤电子对，则CH4为正四面体，NH3、H2O分子中各1对、2对孤电子对，则NH3为三角锥形，H2O为V形；BF3分子中价电子对数为3，且分子中无孤电子对，故BF3为平面三角形。
当堂检测
A
2．利用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间结构，也可推测键角的大小，下列判断正确的是(　　)
A．CS2是V形分子
B．SnBr2的键角大于120°
C．BF3是三角锥形分子
D．的键角等于109°28′
D
【解析】CS2的中心原子的价电子对数＝＝2，不含孤电子对，CS2为直线形分子，A项错误；SnBr2的中心原子的价电子对数＝＝3，含有一对孤电子对，
SnBr2为V形分子，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以SnBr2的键角小于120°，B项错误；BF3的中心原子的价电子对数＝
＝3，BF3为平面三角形分子，C项错误；的中心原子的价电子对数＝＝4，为正四面体形分子，的键角等于109°28′，D项正确。
3．原子总数相等，价电子总数也相等的分子或离子互称为等电子体，而等电子体具有相同的空间结构。现已知CO2、N2O、O3、NO2、N2、CO、、CN－、NO＋、，试回答下列问题：
(1)上述分子或离子中互为等电子体的是_________________________________
___________________________________。
(2)CO分子的结构式为_______，其中有____个σ键，____个π键。
【解析】(1)根据等电子体的定义判断。(2)CO与N2互为等电子体，而等电子体又具有相同的结构，故CO与N2的结构基本相同。
CO2、N2O、与
或N2、CO、CN－与NO＋
C≡O
1
2
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