第2课时 价电子对互斥理论
学习目标 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。
一、价电子对互斥理论
(一)知识梳理
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。
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。
(二)问题探究
【问题讨论】
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
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
4.氨分子中的中心原子是什么 中心原子上有几个成键电子对,几个孤电子对 其VSEPR模型是什么 实际上NH3的空间结构是什么 NH3的键角小于CH4的键角,这是什么原因
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
【探究归纳】
分子(离子)空间结构的判断
(1)中心原子上价电子对数的确定方法
(2)常见分子的价电子对互斥模型(VSEPR模型)和分子的空间结构
σ键 电子 对数 孤电 子对数 价电子 对数 电子对的 排列方式 VSEPR 模型 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 角(V)形 SnBr2、 PbCl2
4 0 4 四面 体形 正四面 体形 CH4、 CCl4
3 1 三角锥形 NH3、 NF3
2 2 角(V)形 H2O
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
2.(2023·湖南师大附中高二练习)硒(Se)是第ⅥA族元素,则SeS3的分子立体构型是 ( )
A.正四面体形 B.V(角)形
C.三角锥形 D.平面三角形
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.V(角)形 三角锥形
C.直线形 平面三角形
D.V(角)形 平面三角形
4.填空。
(1)CH4、BF3、CO2键角从大到小的顺序为 。
(2)H2O、NH3、CH4键角从大到小的顺序为 。
(3)H2O与H2S键角从大到小的顺序为 。
(4)NF3与NH3键角从大到小的顺序为 。
(5)HCHO中两个C—H间的夹角
(填“>”或“<”)120°。
【题后归纳】
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:
中心原子杂化类型 sp sp2 sp3
杂化轨道 空间分布
轨道夹角 180° 120° 109°28'
中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化类型的,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
1.等电子原理
相同且 相等的分子或离子具有相同的 和相同的 等结构特征,这是等电子原理的基本观点。
2.应用
(1)利用等电子原理可以判断一些简单分子或原子团的 。
(2)实例:例如,S、P等离子具有 通式,价电子总数为 ,中心原子(S和P)采取 杂化,使整个离子呈 空间结构。
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 N2、CO、NO+、、CN- 直线形
三原子(16价电子)微粒 CO2、CS2、N2O、N、、SCN-、BeCl2 直线形
三原子(18价电子)微粒 N、O3、SO2 角(V)形
四原子(24价电子)微粒 N、C、BF3、SO3 平面 三角形
五原子(32价电子)微粒 SiF4、CCl4、S、P 正四 面体形
七原子(48价电子)微粒 SF6、P、Si、Al 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。
5.下列几组微粒互为等电子体的是 ( )
①NO+和CN- ②CO2和CS2
③N2O和CO2 ④BF3和SO3
A.①② B.③④
C.①③④ D.①②③④
6.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
7.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。
请回答:
(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N互为等电子体的分子有 。
【题后归纳】 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) CO与CN-、N2O与分别互为等电子体
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
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
2.与N互为等电子体的是 ( )
A.SO2 B.BF3
C.CH4 D.NO2
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
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 ( )
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 N 四面体形 三角锥形
5.已知:①CS2 ②PCl3 ③H2S ④CH2O
⑤H3O+ ⑥N 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V(角)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 。
第2课时 价电子对互斥理论
一、(一)1.(1)排斥 (2)①成键电子 孤电子对 2.预测 单键 孤电子对 三角形 三角双锥形
(二)问题讨论
1.提示 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。
2.提示 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.提示 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.提示 氨分子中的中心原子是N,中心N原子上有3个成键电子对,1个孤电子对,其VSEPR模型是正四面体形,略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对后得到NH3的空间结构是三角锥形。孤对电子对数越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小,氨分子中氮原子的孤对电子对数为1、甲烷分子中碳原子的孤对电子对数为0,所以氨分子的键角小于甲烷分子的键角。
对点训练
1.D [H2O有2对孤电子对,BeCl2和CH4没有孤电子对。]
2.D [SeS3中的中心Se原子价电子对数是3+=3,无孤对电子,因此SeS3的分子立体构型是平面三角形。]
3.D [H2S分子中心原子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V(角)形;而BF3分子中心原子B的价电子都用于形成共价键,故BF3是平面三角形。]
4.(1)CO2>BF3>CH4 (2)CH4>NH3>H2O (3)H2O>H2S
(4)NH3>NF3 (5)<
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CO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°。
二、1.化学通式 价电子总数 空间结构 化学键类型
2.(1)空间结构 (2)AX4 32 sp3 四面体形
对点训练
5.D [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。]
6.A [A项中SO2与O3互为等电子体,故结构相似。]
7.(1)N2 CO CO2 N2O (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。(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,N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。
课堂达标训练
1.C [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。]
2.B [等电子体是原子总数和价电子总数均相同的粒子,N的原子数是4,价电子数是24,与其相同的是BF3。]
3.C [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。]
4.A [AsCl3分子中中心原子的价电子对数为4,价电子对互斥模型为四面体形,含有1个孤电子对,分子的空间结构为三角锥形,A正确;甲醛(HCHO)分子中中心C原子的价电子对数为3(有1个双键),价电子对互斥模型为三角形,没有孤电子对,分子的空间结构为平面三角形,B错误; NF3分子中中心N原子的价电子对数为4,价电子对互斥模型为四面体形,含有1个孤电子对,分子的空间结构为三角锥形,C错误;N中中心N原子的价电子对数为4,价电子对互斥模型为四面体形,没有孤电子对,离子的空间结构为正四面体形,D错误。]
5.(1)①④⑥⑦ (2)① ④⑦ (3)③⑧ (4)②⑤ ⑥
解析 (2)CS2的中心原子的价电子对数=2+(4-2×2)×=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+(3-3×1)×=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=2+(6-2×1)×=4,孤电子对数为2,故为角(V)形结构;SO2的中心原子的价电子对数=2+(6-2×2)×=3,孤电子对数为1,故为角(V)形结构。(4)PCl3的中心原子的价电子对数=3+(5-3×1)×=4,孤电子对数为1,故为三角锥形;H3O+的中心原子的价电子对数=3+(6-3×1-1)×=4,孤电子对数为1,故为三角锥形;N的中心原子的价电子对数=4+(5-4×1-1)×=4,不含孤电子对,故为正四面体形。(共78张PPT)
第 节 共价键与分子的空间结构
第 章 微粒间相互作用与物质性质
第 课时 价电子对互斥理论
2
2
2
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
二、等电子原理
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、价电子对互斥理论
对点训练
(一)知识梳理
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
(二)问题探究
【问题讨论】
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？
提示 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。
2.PCl3的价电子对数、VSEPR模型、分子空间结构是怎样的？
提示 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？
提示 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.氨分子中的中心原子是什么？中心原子上有几个成键电子对，几个孤电子对？其VSEPR模型是什么？实际上NH3的空间结构是什么？NH3的键角小于CH4的键角，这是什么原因？
提示 氨分子中的中心原子是N，中心N原子上有3个成键电子对，1个孤电子对，其VSEPR模型是正四面体形，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对后得到NH3的空间结构是三角锥形。孤对电子对数越多，对成键电子对的斥力越大，键角越小，氨分子中氮原子的孤对电子对数为1、甲烷分子中碳原子的孤对电子对数为0，所以氨分子的键角小于甲烷分子的键角。
【探究归纳】
分子(离子)空间结构的判断
(1)中心原子上价电子对数的确定方法
(2)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.(2023·湖南师大附中高二练习)硒(Se)是第ⅥA族元素，则SeS3的分子立体构型是( )
A.正四面体形 B.V(角)形 C.三角锥形 D.平面三角形
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.V(角)形 三角锥形
C.直线形 平面三角形 D.V(角)形 平面三角形
解析 H2S分子中心原子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V(角)形；而BF3分子中心原子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为 ________________________。
(2)H2O、NH3、CH4键角从大到小的顺序为 __________________________。
CO2＞BF3＞CH4
CH4＞NH3＞H2O
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键角从大到小的顺序为 ____________________________________。
(4)NF3与NH3键角从大到小的顺序为 ____________________________________。
(5)HCHO中两个C—H间的夹角____________(填“＞”或“＜”)120°。
H2O＞H2S
NH3＞NF3
＜
解析 (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°。
【题后归纳】
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，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
对点训练
1.等电子原理
__________相同且____________相等的分子或离子具有相同的__________和相同的____________等结构特征，这是等电子原理的基本观点。
2.应用
(1)利用等电子原理可以判断一些简单分子或原子团的__________。
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：
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。
5.下列几组微粒互为等电子体的是( )
①NO＋和CN－ ②CO2和CS2 ③N2O和CO2 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
6.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
7.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。
请回答：
(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__________。
N2
CO
CO2
N2O
解析 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。
SO2、O3
【题后归纳】 等电子体的判断方法
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
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分子或离子有______；空间结构为平面三角形的分子或离子有______。
①④⑥⑦
①
④⑦
(3)空间结构为V(角)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______。
③⑧
②⑤
⑥
课后巩固训练
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
D
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。
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
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V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
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。
C
D
A
B
角形(或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
CO2
N2O
109°28′
(3)键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以用于计算化学反应的反应热，回答下列问题：
已知H－H键键能为436 kJ/mol，N－H键键能为390 kJ/mol，N≡N键键能为946 kJ/mol，合成氨反应中，反应前充入N2和H2各3 mol，达平衡时，N2的转化率为20%，试计算反应能量____________(填“吸收”或“放出”)____________kJ。
放出
51.6
[∶O O∶]2＋
＞
B级 素养培优练
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键角大于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
C
B
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：
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′
4
直线形
180°
(2)请用VSEPR理论解释CO2为直线形分子的原因_______________________________________________________________；
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_____________________________________________________________
__________________________________________________________________；
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′
(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________(选填“<”“>”或“＝”)SO2F2分子中∠F—S—F。
四面体形
>
(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
正四面体
正四面体作业10 价电子对互斥理论
(分值:90分)
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意(1~12题,每小题4分)
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 ( )
N为正四面体形 CS2为直线形
HCN为V形 PCl3为三角锥形
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 ( )
VSEPR理论可用来预测分子的空间结构
分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构
分子中键角越大,价电子对相互排斥力越小,分子越稳定
中心原子上的孤电子对不参与互相排斥
3.下列有关描述正确的是 ( )
N为角(V)形微粒
Cl的空间结构为平面三角形
N的价电子对互斥模型、空间结构均为平面三角形
Cl的价电子对互斥模型、空间结构相同
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:
下列说法错误的是 ( )
X的组成为C Y的组成为C
X的价电子对数为4 Y中键角小于120°
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 ( )
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
S sp2 四面体形 三角锥形
H2O sp2 四面体形 角(V)形
NH3 sp3 三角锥形 平面三角形
CH4 sp3 四面体形 正四面体形
6.下列不属于等电子体的是 ( )
N2和CO CO2和N2O
PH3和HCl H2S和H2O
7.下列中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构不正确的是 ( )
PCl3中P 原子sp3杂化,为三角锥形
BCl3中B原子sp2杂化, 为平面三角形
CS2中C原子sp杂化,为直线形
H2S分子中,S为sp杂化,为直线形
8.用价电子对互斥理论预测PCl3和C的空间结构,两个结论都正确的是 ( )
直线形 三角锥形
三角锥形 平面三角形
V形 三角锥形
直线形 平面三角形
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 ( )
n=3时,则分子的空间结构为V形
n=2时,则分子的空间结构为平面三角形
n=4时,则分子的空间结构为正四面体形
n=4时,则分子的空间结构为三角锥形
10.下列关于等电子体的说法正确的是 ( )
N2与CO不互为等电子体,故它们的熔、沸点及溶解度相差较大
P与S 不互为等电子体,故结构不相似
N与O3互为等电子体,故N为O3的同素异形体
苯与硼氮苯互为等电子体,故硼氮苯分子中含有大π键
11.(2023·宿迁泗阳实验中学高二调研测试)下列有关S、S、C的说法正确的是 ( )
S的空间构型为正四面体
C中碳原子的杂化轨道类型为sp
C与S中的键角相等
S氧化为S,体现S的氧化性
12.(2023·盐城阜宁高二期中)有关ClO-、Cl、Cl、和Cl的说法正确的是 ( )
ClO-中氯元素化合价为+1,具有较强的还原性
Cl、Cl中心原子轨道的杂化类型都为sp3
Cl的空间构型为平面正三角形
Cl和Cl的键角相等
13.(10分)回答下列问题。
(1)(5分)用价电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间结构:
①N ;②BBr3 ;
③CHCl3 ;④SiF4 ;
⑤N 。
(2)(1分)用价电子对互斥理论推断PCl3中Cl—P—Cl的键角 109.5°(填“>”、“<”或“=”)。
(3)(2分)Si、SO3、N三种粒子是等电子体,三种粒子的空间结构为 。
(4)(2分)CaCN2中阴离子为C,与C互为等电子体的分子的化学式为 ,可推知C的空间结构为 形。
14.(11分)(2023·内江六中高二月考)填空题:
(1)(2分)叠氮化合物在化学工业上有重要应用。叫做叠氮离子,请写出2种由三个原子构成的含有与的电子数相同的粒子的化学式 、 。
(2)(1分)PH3和卤化氢(HX)作用生成相应的化合物PH4X,PH4X在水溶液中完全水解(P结构类似于CH4)。在P中P-H键之间的夹角为 。
(3)(3分)键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可以用于计算化学反应的反应热,回答下列问题:
已知H-H键键能为436 kJ/mol,N-H键键能为390 kJ/mol,N≡N键键能为946 kJ/mol,合成氨反应中,反应前充入N2和H2各3 mol,达平衡时,N2的转化率为20%,试计算反应能量 (1分)(填“吸收”或“放出”) (2分)kJ。
(4)(2分)CaC2中与互为等电子体,的电子式可表示为 。
(5)(3分)比较S和H2O分子中键角的大小并给出相应解释:键角:S (1分)(填“<”“>”或“=”)H2O,原因是 (2分)。
B级 素养培优练
(15~16题,每小题4分)
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 ( )
SO2、CS2、BeCl2都是直线形的分子
BF3键角为120°,NH3键角大于120°
CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子
NH3、PCl3、SF6都是三角锥形的分子
16.用分子结构的知识推测下列说法正确的是 ( )
CO2、BeCl2互为等电子体,分子均为V形
Na2CO3中,阴离子的空间结构为三角形,C原子的杂化形式为sp2
根据价电子对互斥理论,SO2与H2O均呈角形,中心原子价电子对数相等
三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体()两种存在形式,两种形式中S原子的杂化轨道类型相同
17.(13分)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)(3分)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型,请填写下表:
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'
(2)(2分)请用VSEPR理论解释CO2为直线形分子的原因 ;
(3)(3分)H2O分子的立体结构为 (1分),预测水分子中∠H—O—H的大小范围并解释原因
(2分);
(4)(2分)SO2Cl2和SO2F2都属AX4E0型分子,SO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 (选填“<”“>”或“=”)SO2F2分子中∠F—S—F。
(5)(3分)用价电子对互斥(VSEPR)理论判断下列分子或离子的空间结构。
分子或离子 PbCl2 HgC Cl
空间结构
作业10 价电子对互斥理论
1.C [N、CS2、HCN中心原子上的价电子都用于形成共价键,没有孤电子对,所以其结构分别为正四面体形、直线形、直线形;PCl3中心P原子上有一对孤电子对未用于形成共价键,其空间结构为三角锥形。]
2.D [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。]
3.C [N中N原子的价电子对数为=3,没有孤电子对,N为平面三角形微粒,故A项错误、C项正确;Cl中氯原子的价电子对数为=4,孤电子对数为1,价电子对互斥模型为四面体型而空间结构为三角锥形,B、D项错误。]
4.C [由题图可知,X为平面三角形结构,其碳原子应该有3个价电子对,其组成为C,A项正确、C项错误;Y为三角锥形,其碳原子有4个价电子对,故其组成为C,键角比120°小,B、D项正确。]
5.D [S的中心原子S的价电子对数为4,发生sp3杂化,A不正确;H2O的中心原子O的价电子对数为4,发生sp3杂化,B不正确;NH3的中心原子N的价电子对数为4,由于孤对电子的排斥作用,分子呈三角锥形,C不正确;CH4的中心原子C的价电子对数为4,发生sp3杂化,所以价电子对互斥理论为四面体形、分子或离子的空间结构呈正四面体形,D正确。]
6.C [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。]
7.D [PCl3中P原子价电子对个数=3+=4,根据价电子对互斥理论判断P原子为sp3杂化,为三角锥形,故A正确;BCl3中B原子价电子对个数=3+=3,根据价电子对互斥理论判断B原子为sp2杂化,为平面三角形,故B正确;CS2中C原子价电子对个数=2+=2,根据价电子对互斥理论判断C原子为sp杂化,为直线形,故C正确;H2S分子中S原子价电子对个数=2+=4,根据价电子对互斥理论判断S原子为sp3杂化,分子的空间结构为角(V)形,故D错误。]
8.B [PCl3中的P原子的孤电子对数为=1,价电子对数为3+1=4,分子空间结构为三角锥形;C中的C原子的价电子对数为3+×(4+2-3×2)=3,没有孤电子对,故C是平面三角形结构,B正确。]
9.C [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.D [N2与CO原子数目相等,价电子总数相等,互为等电子体,A错误;P与S原子数目相等,价电子总数相等,互为等电子体,结构相似,B错误;N与O3互为等电子体,但不互为同素异形体,C错误;苯与硼氮苯互为等电子体,结构相似,苯分子结构中含有大π键,则硼氮苯中同样含有大π键,D正确。]
11.A [根据价电子对互斥理论,价电子对个数=σ键+孤电子对个数,S中中心原子S的价电子对为=4,孤电子对数为=0,不含孤电子对,所以空间构型是正四面体形结构,A正确;C中C原子的价电子数为3+=3,C原子孤电子对数为=0,C原子采用sp2杂化,B错误;C键角为120°,S根据VSEPR理论,中心S原子的σ键电子对数为3,孤电子对数为=1,则其价电子对数为4,根据杂化轨道理论,中心S原子为sp3杂化,受孤电子对影响,键角小于109°28',C错误;氧化为S,S元素化合价升高被氧化,体现S的还原性,D错误。]
12.B [ClO-中氯元素化合价为+1,具有较强的氧化性,A错误;Cl的中心原子价电子对数为3+×(7+1-3×2)=4,采取sp3杂化,Cl的中心原子价电子对数为4+×(7+1-4×2)=4,采取sp3杂化,B正确;Cl的中心原子价电子对数为3+×(7+1-3×2)=4,采取sp3杂化,有1对孤电子对,空间构型为三角锥形,C错误;氯酸根离子中氯原子的价电子对数为4、孤电子对数为1,分子的空间构型为三角锥形,高氯酸根离子中氯原子的价电子对数为4、孤电子对数为0,分子的空间构型为正四面体形,两种离子的空间构型不同,键角不相等,D错误。]
13.(1)①角形(或V形) ②平面三角形
③四面体形 ④正四面体形 ⑤平面三角形
(2)< (3)平面三角形 (4)CO2(或N2O) 直线
解析 (1)
化学式 N BBr3 CHCl3 SiF4 N
中心原子的价电子对数 =4 =3 =4 =4 =3
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
(2)PCl3分子中P的价电子对数为×(5+3)=4,孤电子对数为1,由于孤电子对与P—Cl键的排斥作用大于P—Cl键间的排斥作用,所以Cl—P—Cl的键角小于109.5°。(3)SO3的价电子对数=3+=3,为平面三角形,Si、N与SO3互为等电子体,空间结构相同,均为平面三角形。(4)用2个O原子替换C中的2个N原子,同时需去掉2个负电荷,得其等电子体CO2;或用1个O原子替换C中的1个C原子,同时需去掉2个负电荷得其另一等电子体N2O,由于CO2为直线形分子,故C也是直线形分子。
14.(1)CO2 N2O (2)109°28' (3)放出 51.6
(4)[∶O O∶]2+ (5)> S中S原子以及H2O分子中O原子的价电子对数都为4,但孤电子对数分别为0、2,而孤电子对对成键电子对的排斥作用强于成键电子对之间的排斥作用,因此孤电子对数多的H2O分子的键角更小或S的键角大于H2O。
解析 (1)由三个原子构成的含有与的电子数相同的粒子的化学式如N2O、CO2;(2)P结构类似于CH4,P采取sp3杂化,P是正四面体形,P-H键之间的夹角为109°28';(3)合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g),已知H-H键键能为436 kJ/mol,N-H键键能为390 kJ/mol,N≡N键键能为946 kJ/mol,ΔH=(-6×390+3×436+946)kJ/mol=-86 kJ/mol,反应前充入N2和H2各3 mol,达平衡时,N2的转化率为20%,即反应的N2的物质的量为3 mol×20%=0.6 mol,放出的热量为0.6 mol×86 kJ/mol=51.6 kJ;(4)互为等电子体的微粒结构相似,的电子式可表示为[∶O O∶]2+;(5)S中S形成4个σ键,中心原子S价电子对为4,采取sp3杂化,H2O中O形成2个σ键,2个孤电子对,中心原子O价电子对为4,采取sp3杂化,S中S原子以及H2O分子中O原子的价电子对数都为4,但孤电子对数分别为0、2,而孤电子对对成键电子对的排斥作用强于成键电子对之间的排斥作用,因此孤电子对数多的H2O分子的键角更小或S的键角大于H2O。
15. C [SO2中价电子对数=2+=3,含有1对孤电子对,所以SO2为角(V)形结构,A错误;BF3中价电子对数=3+=3,所以为平面三角形结构,键角为120°;NH3中价电子对数=3+=4,且含有一对孤电子对,所以NH3为三角锥形结构,由于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NH3的键角小于120°,B错误;CH2O中C原子形成3个σ键,C原子形成的是sp2杂化,故为平面三角形结构;BF3、SO3中的中心原子B、S都是sp2杂化,故形成的都是平面三角形分子,C正确;NH3、PCl3中价电子对数=3+=4,且含有一对孤电子对,所以NH3、PCl3为三角锥形结构;而SF6为正八面体形分子,D错误。]
16. B [CO2、BeCl2价电子总数都是16,分子中的原子总数都为3,互为等电子体,价电子对数为2,孤电子对数为0,分子均为直线形,A错误;C中心原子碳原子的孤电子对数为0,价电子对数是3,空间结构是三角形,碳原子杂化方式是sp2,B项正确;H2O的中心原子是O,价电子对数是4,有孤电子对,呈角形,SO2的中心原子是S,价电子对数是3,有孤电子对,呈角形,C项错误;SO3单分子的空间结构是三角形,硫原子杂化方式是sp2,而三聚分子固体中硫原子杂化方式是sp3,D项错误。]
17.(1)4 直线形 180° (2)CO2属AX2E0,n+m=2,故为直线形
(3)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' (4)四面体形 > (5)角(V)形 正四面体 正四面体
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) 根据 CO2属AX2E0,n+m=2,故为直线形;(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)PbCl2中,中心原子Pb原子的孤电子对数是=1,即Pb原子是sp2杂化,所以是角(V)形; HgC分子中价电子对个数=4+0=4,所以是正四面体;高氯酸根离子中价电子对个数=4+×(7+1-4×2)=4,且不含孤电子对,为正四面体结构。
