高中化學(xué)-第二章-分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)-2-1-形形色色的分子-價層電子對互斥理論教學(xué)案-新人教版選修3-

wordword/word第一課時形形色色的分子價層電子對互斥理論學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.認(rèn)識共價分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性。2.能根據(jù)有關(guān)理論判斷簡單分子或離子的構(gòu)型。3.能說明簡單配合物的成鍵情況。[知識回顧]1．鍵能：氣態(tài)基態(tài)原子形成1_mol化學(xué)鍵釋放的最低能量。鍵能越大，化學(xué)鍵越穩(wěn)定。2．鍵長：形成共價鍵的兩個原子之間的核間距。鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定。3．鍵角：在原子數(shù)超過2的分子中，兩個共價鍵的夾角。鍵角是描述分子立體結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。4．等電子體是指原子總數(shù)相等、價電子總數(shù)相同的微粒，其電子總數(shù)不一定相同。[要點梳理]1．形形色色的分子(1)三原子分子(AB2型)(2)四原子分子(AB3型)(3)五原子分子(AB4型)最常見的為正四面體形，如CH4、CCl4等，鍵角為109°28′?；瘜W(xué)式結(jié)構(gòu)式比例模型球棍模型CH42.價層電子對互斥理論(1)內(nèi)容價層電子對互斥理論認(rèn)為，分子的立體結(jié)構(gòu)是“價層電子對”相互排斥的結(jié)果。價層電子對是指分子中的中心原子上的電子對，包括σ鍵電子對和中心原子上的孤電子對。(2)價層電子對數(shù)的確定σ鍵電子對數(shù)可由分子式確定。而中心原子上的孤電子對數(shù)，確定方法如下：中心原子上的孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)；a為中心原子的價電子數(shù)；x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)；b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)。(3)VSEPR模型和分子的立體結(jié)構(gòu)H2O的中心原子上有2對孤電子對，與中心原子上的σ鍵電子對相加等于4，它們相互排斥形成四面體形VSEPR模型。略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對，因而H2O的立體結(jié)構(gòu)為V形。知識點一常見分子的立體構(gòu)型1．分子的鍵角和空間結(jié)構(gòu)分子類型分子的立體結(jié)構(gòu)鍵角A－－A2直線(對稱)形－AB直線(非對稱)形－AB2或A2BAB2直線(對稱)形180°A2B折線(不對稱)形<180°AB3正三角(對稱)形120°AB3三角錐(不對稱)形<120°AB4正四面體(對稱)形109°28′2.其他分子的空間構(gòu)型(立體結(jié)構(gòu))[問題探究]1．四原子分子都為平面三角形或三角錐形嗎？[答案]不是。H2O2分子的構(gòu)型類似于一本打開的書，兩個氧原子在兩頁書的交接處，兩個H原子分別在翻開的書的兩頁上，如圖1所示：再如白磷(P4)分子為正四面體形，如圖2所示。2．五原子分子都是正四面體結(jié)構(gòu)嗎？[答案]不是，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等，雖為四面體結(jié)構(gòu)，但由于碳原子所連的四個原子不相同，四個原子電子云的排斥力不同，使四個鍵的鍵角不全相等，所以并不是正四面體結(jié)構(gòu)。1．常見直線形分子：雙原子分子、H結(jié)構(gòu)式為(H－C≡N)、乙炔(H－C≡C－H)。2．四原子分子中，CH2O分子中的C=O、C－H鍵的鍵長不同，其分子構(gòu)型為等腰三角形；SO3、BF3為平面正三角形；P4(白磷)為正四面體形()，鍵角為60°。3．AB4型分子或離子：CX4(X為鹵素原子或氫原子)、SiCl4、SiH4、NHeq\o\al(＋,4)、SOeq\o\al(2－,4)。同為三原子或四原子分子，其分子空間構(gòu)型不同，是由于分子中的成鍵電子對和中心原子上的孤電子對相互排斥，結(jié)果趨向盡可能彼此遠(yuǎn)離，從而在空間均勻分布，達(dá)到斥力最小。1．硫化氫(H2S)分子中，兩個H－S鍵的夾角接近90°，說明H2S分子的空間構(gòu)型為________；二氧化碳(CO2)分子中，兩個C=O鍵的夾角為180°，說明CO2分子的空間構(gòu)型為________；甲烷(CH4)分子中，任意兩個C－H鍵的夾角都為109°28′，說明CH4分子的空間構(gòu)型為________。[解析]本題考查利用已學(xué)知識分析分子的空間結(jié)構(gòu)。解題時，要密切聯(lián)系所學(xué)的化學(xué)鍵、鍵參數(shù)、元素的性質(zhì)和遞變規(guī)律等來解題。用鍵角可直接判斷分子的空間構(gòu)型。S、O同主族，因此H2S和H2O分子的空間構(gòu)型相似，為V形。其他分子的空間構(gòu)型參照知識點進行判斷。[答案]V形直線形正四面體形2．下列各組的幾種分子中所有原子都可能處于同一平面的是()A．CH4、CS2、BF3 B．CO2、H2O、NH3C．C2H4、C2H2、C6H6 D．CCl4、BeCl2、PH3[解析]題中的CH4和CCl4為正四面體形分子，NH3和PH3為三角錐形分子，這幾種分子的所有原子不可能都在同一平面上，CS2、CO2、C2H2和BeCl2為直線形分子，C2H4為平面形分子，C6H6為平面正六邊形分子，這些分子都是平面形結(jié)構(gòu)，故選C。[答案]C知識點二價層電子對互斥理論1．確定中心原子A的價層電子對數(shù)目(1)中心原子A的價電子數(shù)與配體X提供共用的電子數(shù)之和的一半，即中心原子A價層電子對數(shù)目。n＝eq\f(中心原子的價電子數(shù)＋每個配位原子提供的價電子數(shù)×m,2)，計算時注意：氧族元素原子作為配位原子時，可認(rèn)為不提供電子，但作中心原子時可認(rèn)為它提供所有的6個價電子。(2)如果討論的是離子，則應(yīng)加上或減去與離子電荷相應(yīng)的電子數(shù)。如POeq\o\al(3－,4)中P原子價層電子數(shù)應(yīng)加上3，而NHeq\o\al(＋,4)中N原子的價層電子數(shù)應(yīng)減去1。2．分子空間構(gòu)型的確定根據(jù)分子中成鍵電子對數(shù)和孤電子對數(shù)，可以確定相應(yīng)的較穩(wěn)定的分子幾何構(gòu)型。各種分子的空間構(gòu)型如下表：電子對數(shù)目電子對的空間構(gòu)型成鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)電子對的排列方式分子的空間構(gòu)型實例2直線形20直線形HgCl2BeCl2CO23三角形30三角形BF3BCl321V形SnBr2PbCl24四面體形40正四面體形CH4CCl431三角錐形NH3PCl322V形H2O5三角雙錐形50三角雙錐PCl5SbCl56八面體形60正八面體形SF642正方形XeF4[問題探究]1．應(yīng)用價層電子對互斥模型如何將分子分類？[答案]應(yīng)用價層電子對互斥模型將分子分成兩大類：一類是中心原子上的價電子都用于形成共價鍵，如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子，它們的立體構(gòu)型可應(yīng)用中心原子周圍的原子數(shù)來預(yù)測；一類是中心原子上有孤電子對(未用于形成共價鍵的電子對)的分子，如H2O和NH3中心原子上的孤電子對也要占據(jù)中心原子周圍的空間，并參與互相排斥，因而H2O分子呈V形，NH3分子呈三角錐形。2．如何確定COeq\o\al(2－,3)和NHeq\o\al(＋,4)的中心原子的孤電子對數(shù)？[答案]陽離子：a為中心原子的價電子數(shù)減去離子的電荷數(shù)(絕對值)，故NHeq\o\al(＋,4)中中心原子為N，a＝5－1，b＝1，x＝4，所以中心原子孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)＝eq\f(1,2)(4－4×1)＝0。陰離子：a為中心原子的價電子數(shù)加上離子的電荷數(shù)(絕對值)，故COeq\o\al(2－,3)中中心原子為C，a＝4＋2，b＝2，x＝3，所以中心原子孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)＝eq\f(1,2)(6－3×2)＝0。價層電子對互斥模型中心原子代表物中心原子結(jié)合的原子數(shù)分子模型空間構(gòu)型無孤對電子CO22AB2直線形CH2O3AB3平面三角形CH44AB4正四面體有孤對電子H2O2AB2V形NH33AB3三角錐形使用價層電子對互斥理論判斷分子空間構(gòu)型時需注意：價層電子對互斥構(gòu)型是價層電子對的空間構(gòu)型，而分子的空間構(gòu)型指的是成鍵電子對的空間構(gòu)型，不包括孤電子對。兩者是否一致取決于中心原子上有無孤電子對未用于形成共價鍵的電子對，當(dāng)中心原子上無孤電子對時，兩者的構(gòu)型一致；當(dāng)中心原子上有孤電子對時，兩者的構(gòu)型不一致。1．計算eq\o(C,\s\do4(·))O2、eq\o(C,\s\do4(·))H4、eq\o(N,\s\do4(·))H3、Heq\o(C,\s\do4(·))l中心原子上的孤電子對數(shù)(點“·”的原子為中心原子)。[答案]CO2中C原子的孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2)(4－2×2)＝0；CH4中C原子的孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2)(4－1×4)＝0；NH3中N原子的孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2)(5－1×3)＝1；HCl中Cl原子的孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2)(7－1×1)＝3。2．用價層電子對互斥模型推測下列分子或離子的空間構(gòu)型：BeCl2________，SCl2________，BF3________，PF3________，NHeq\o\al(＋,4)________，SOeq\o\al(2－,3)________。[解析]根據(jù)各分子的電子式和結(jié)構(gòu)式，分析中心原子的孤電子對數(shù)，依據(jù)中心原子連接的原子數(shù)和孤電子對數(shù)，確定VSEPR模型和分子的空間構(gòu)型。分子或離子結(jié)構(gòu)式中心原子孤電子對數(shù)分子或離子的價層電子對數(shù)VSEPR模型空間構(gòu)型BeCl2Cl—Be—Cl02直線形直線形SCl224四面體形V形BF303平面三角形平面三角形PF314四面體形三角錐形NHeq\o\al(＋,4)04正四面體形正四面體形SOeq\o\al(2－,3)14四面體形三角錐形[答案]直線形V形平面三角形三角錐形正四面體形三角錐形(1)對于ABn型分子空間構(gòu)型確定的一般步驟為①確定中心原子(A)的價層電子對數(shù)。②根據(jù)計算結(jié)果找出理想的VSEPR模型。③略去孤電子對在價層電子對互斥模型中占有的空間，剩下的便是分子的立體構(gòu)型。(2)ABn型分子空間構(gòu)型快速判斷方法①n＝2時，中心原子無孤對電子的是直線形，中心原子有孤對電子為V形，如CO2直線形，H2O為V形。②n＝3時，中心原子無孤對電子的為平面三角形，有孤對電子的為三角錐形。BF3為平面三角形，H3O＋為三角錐形。③n＝4時，為正四面體。[知識脈絡(luò)]eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(分子的立體構(gòu)型：直線形、V形、平面三角形、三角錐,形、正四面體形等。,價層電子對互斥模型：分子中“價層電子對”相互排斥,的結(jié)果。)))[核心要點]1．常見分子、離子的立體構(gòu)型：CO2呈直線形，H2O呈V形，HCHO呈平面三角形，NH3呈三角錐形，CH4呈正四面體形，SO2呈V形，COeq\o\al(2－,3)呈平面三角形，NHeq\o\al(＋,4)呈正四面體形。2．價層電子對是指中心原子上的電子對，包括σ鍵電子對和中心原子上的孤電子對，中心原子形成幾個σ鍵就有幾對σ鍵電子對，而中心原子上的孤電子對數(shù)可由下式計算：eq\f(1,2)(a－xb)，其中a表示中心原子的價電子數(shù)，x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)，b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)。3．價層電子對為2時，VSEPR模型為直線形，價層電子對為3時，呈平面三角形，價層電子對為4時，呈正四面體形，由此可推測分子的立體構(gòu)型。1．下列分子或離子中，不含孤電子對的是()A．H2O B．H3O＋C．NH3 D．NHeq\o\al(＋,4)[解析]分別寫出其電子式，即可得出答案。[答案]D2．在以下的分子或離子中，空間結(jié)構(gòu)的幾何形狀不是三角錐形的是()A．NF3 B．CHeq\o\al(－,3)C．CO2 D．H3O＋[解析]NF3、CHeq\o\al(－,3)、H3O＋中的中心原子價層電子對數(shù)為4，分別有孤電子對數(shù)為1，它們均為三角錐形，CO2為直線形。[答案]C3．下列分子中，所有原子不可能共處在同一平面上的是()A．C2H2 B．CS2C．NH3 D．C6H6[解析]熟悉常見物質(zhì)的空間構(gòu)型：C2H2、CS2是直線形分子，C6H6為平面正六邊形分子，NH3為三角錐形分子，所有原子不可能處在同一平面上。[答案]C4．用價層電子對互斥理論預(yù)測H2S和BF3的立體構(gòu)型，兩個結(jié)論都正確的是()A．直線形三角錐形 B．V形三角錐形C．直線形平面三角形 D．V形平面三角形[解析]H2S分子中心原子S有未用于形成共價鍵的孤電子對，占據(jù)中心原子周圍的空間，并參與互相排斥使H2S分子呈V形；而BF3分子中心原子B的價電子都用于形成共價鍵，故BF3是平面三角形。[答案]D5．判斷下列離子的幾何構(gòu)型。(1)COeq\o\al(2－,3)________；(2)SOeq\o\al(2－,4)________；(3)[AlF6]3－________。[解析]本題可由VSEPR理論進行推斷(酸根離子中配位原子O、S可看為不提供共用電子)。(1)C：價層電子數(shù)4，負(fù)電荷相當(dāng)于兩個電子。共6個電子。因此價層電子對數(shù)目為3，故離子COeq\o\al(2－,3)為平面三角形。(2)中心原子S的價層電子對數(shù)為(6＋2)/2＝4，故SOeq\o\al(2－,4)離子為正四面體形。(3)價層電子數(shù)：中心原子Al的價電子數(shù)為3,6個F提供6個電子，負(fù)電荷相當(dāng)于3個電子，共3＋6＋3＝12，價層電子對數(shù)為6。故離子構(gòu)型為正八面體形。[答案](1)平面三角形(2)正四面體形(3)正八面體形6．用VSEPR模型預(yù)測SO2、H3O＋的立體結(jié)構(gòu)。分子結(jié)構(gòu)式VSEPR模型分子的立體結(jié)構(gòu)SO2O