第2課時價電子對互斥理論等電子原理學習目標定位理解價電子對互斥理論和等電子原理，能根據(jù)有關理論、原理判斷簡單分子或離子的空間構型。一、價電子對互斥理論1價電子對互斥理論的基本內(nèi)容：分子中的價電子對(成鍵電子對)和孤電子對由于相互排斥作用，盡可能趨向彼此遠離。(1)當中心原子的價電子全部參與成鍵時，為使價電子斥力最小，就要求盡可能采取對稱結構。(2)當中心原子的價電子部分參與成鍵時，未參與成鍵的孤電子對與成鍵電子對之間及孤電子對之間、成鍵電子對之間的斥力不同，從而影響分子的空間構型。(3)電子對之間的夾角越大，相互之間的斥力越小。(4)成鍵電子對之間斥力由大到小順序：叁鍵叁鍵叁鍵雙鍵雙鍵雙鍵雙鍵單鍵單鍵單鍵。(5)含孤電子對的斥力由大到小順序：孤電子對孤電子對孤電子對單鍵單鍵單鍵。2價電子對互斥理論與分子的空間構型(1)分析中心原子中的價電子全部參與形成共價鍵的分子的空間構型并完成下表(由中心原子周圍的原子數(shù)n來預測)：ABn空間構型范例n2直線形CO2、BeCl2n3平面三角形CH2O、BF3n4正四面體形CH4、CCl4n5三角雙錐形PCl5n6正八面體形SF6(2)中心原子上有孤電子對(價電子中未參與形成共價鍵的電子對)的分子的空間構型：中心原子上的孤電子對占據(jù)中心原子周圍的空間，與成鍵電子對互相排斥，使分子的空間構型發(fā)生變化，如：H2O為AB2型分子，氧原子上的兩對孤電子對參與互相排斥，所以H2O分子的空間構型為V形而不是直線形。NH3分子中氮原子上有一對孤電子對參與互相排斥，故NH3的空間構型不能為平面三角形。常見分子的價電子對互斥模型和空間構型鍵成鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)價電子對數(shù)目電子對的排列方式價電子對空間構型分子或離子的空間構型實例202直線形直線形BeCl2、CO2303三角形平面三角形BF3、BCl321V形PbCl2404四面體形正四面體形CH4、CCl431三角錐形NH322V形H2O(1)ABm型分子中心原子價電子對數(shù)目的計算方法ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)中價電子對數(shù)n的計算：n(2)在計算中心原子的價電子對數(shù)時應注意如下規(guī)定作為配位原子，鹵素原子和H原子均提供1個電子，氧族元素的原子不提供電子。作為中心原子，鹵素原子按提供7個電子計算，氧族元素的原子按提供6個電子計算。對于復雜離子，在計算價電子對數(shù)時，還應加上負離子的電荷數(shù)或減去正離子的電荷數(shù)。如PO中P原子價電子數(shù)應加上3，而NH中N原子的價電子數(shù)應減去1。計算電子對數(shù)時，若剩余1個電子，即出現(xiàn)奇數(shù)電子，也把這個單電子當作1對電子處理。雙鍵、叁鍵等多重鍵作為1對電子看待。例1根據(jù)價電子對互斥理論及原子的雜化軌道理論判斷，NF3分子的空間構型和中心原子的雜化方式為()A直線形、sp1雜化B平面三角形、sp2雜化C三角錐形、sp2雜化D三角錐形、sp3雜化答案D解析(1)NF3分子中N原子價電子對數(shù)4N原子價電子對空間構型為四面體形NF3為三角錐形。(2)NF3分子中，N原子雜化軌道數(shù)4N原子雜化軌道(sp3雜化)空間構型為四面體形NF3為三角錐形。方法規(guī)律(1)根據(jù)價電子對互斥理論分析分子或離子空間構型，關鍵是分析分子或離子中的中心原子的成鍵電子對數(shù)和孤電子對數(shù)。(2)中心原子的價電子對數(shù)等于中心原子的雜化軌道數(shù)。價電子對數(shù)目234中心原子雜化方式sp1sp2sp3例2用價層電子對互斥理論(VSEPR)可以預測許多分子或離子的空間構型，有時也能用來推測鍵角大小。下列判斷正確的是()ASO2、CS2、HI都是直線形的分子 BBF3鍵角為120，SnBr2鍵角大于120CCOCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子DPCl3、NH3、PCl5都是三角錐形的分子答案C解析SO2是V形分子，CS2、HI是直線形的分子，A錯誤； BF3鍵角為120，是平面三角形結構，而Sn原子價電子數(shù)是4，在SnBr2中兩個價電子與Br形成共價鍵，還有一對孤對電子，對成鍵電子有排斥作用，使鍵角小于120，B錯誤；COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子，鍵角是120，C正確； PCl3、NH3都是三角錐形的分子，而PCl5是三角雙錐形結構，D錯誤。二、等電子原理1比較N2和CO的結構、性質，填寫下表空格：分子N2CO結構原子數(shù)22電子數(shù)1414價電子數(shù)1010空間構型直線形直線形性質沸點/195.81191.49熔點/210.00205.05液體密度/gcm30.7960.7932.分析比較N2和CO的結構和性質，你能得出的結論是CO分子和N2分子具有相同的原子總數(shù)、相同的價電子數(shù)，即等電子體，其性質相近。3等電子原理是指化學通式相同、價電子總數(shù)相等的分子或離子具有相同的空間構型和化學鍵類型等結構特征，它們的許多性質(主要是物理性質)是相近的。滿足等電子原理的分子或離子互稱為等電子體。(1)等電子體判斷方法化學通式相同，價電子總數(shù)相等的分子或離子互為等電子體。(2)常見的等電子體類型實例空間構型雙原子10價電子N2、CO、NO、C、CN直線形三原子16價電子CO2、CS2、N2O、CNO、NO、N、SCN、BeCl2直線形三原子18價電子NO、O3、SO2V形四原子24價電子NO、CO、BO、SiO、BF3、SO3平面三角形四原子26價電子NF3、PCl3、NCl3、SO三角錐形五個原子8價電子CH4、NH、SiH4正四面體形五個原子32價電子SiF4、CCl4、BF、SO、PO例3等電子體的結構相似、物理性質相似，下列各對粒子中，空間結構相似的是()ASO2與O3 BCO2與NO2CCS2與NO2 DPCl3與BF3答案A方法規(guī)律等電子體應用(1)判斷一些簡單分子或離子的空間構型；(2)利用等電子體在性質上的相似性制造新材料；(3)利用等電子原理針對某性質找等電子體。例4根據(jù)等電子原理，由短周期元素組成的粒子，只要其原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同，也可互稱等電子體，它們也具有相似的結構特征。(1)僅由第2周期元素組成的共價分子中，互為等電子體的是_和_；_和_。(2)在短周期元素組成的物質中，與NO互為等電子體的分子有_。答案(1)N2COCO2N2O(2)SO2、O3解析(1)僅由第2周期元素組成的共價分子中，即C、N、O、F組成的共價分子，如N2與CO價電子總數(shù)均為10，CO2與N2O價電子總數(shù)均為16個電子。(2)依題意，只要原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和也相同，即可互稱等電子體，NO為三原子，各原子最外層電子數(shù)之和為562118，SO2、O3也為三原子，各原子最外層電子數(shù)之和為6318。方法規(guī)律替換法寫等電子體(1)同主族替換法同主族元素最外層電子數(shù)相等，故可將粒子中一個或幾個原子換成同主族元素原子，如O3與SO2、CO2與CS2互為等電子體。(2)左右移位法將粒子中的兩個原子換成原子序數(shù)分別增加n和減少n(n1,2等)的原子，如N2與CO、N和CNO互為等電子體。將粒子中的一個或幾個原子換成原子序數(shù)增加(或減少)n的元素帶n個單位電荷的陽離子(或陰離子)，如C與O、N2O和N互為等電子體。(3)疊加法互為等電子體的微粒分別再增加一個相同的原子或同主族元素的原子，如N2O與CO2互為等電子體。1價電子對互斥理論，雜化軌道理論應用2等電子體化學通式相同，價電子總數(shù)相同，其結構相似，物理性質相似。1下列有關價層電子對互斥理論的描述正確的是()A價層電子對就是鍵電子對B孤電子對數(shù)由分子式來確定C分子的空間構型是價層電子對互斥的結果D孤電子對數(shù)等于鍵數(shù)答案C解析價層電子對數(shù)是鍵數(shù)與孤電子對數(shù)之和，孤電子對數(shù)是指沒有成鍵的價電子對數(shù)，其與中心原子價層電子總數(shù)、與中心原子結合的原子最多能接受的電子數(shù)及與中心原子結合的原子數(shù)有關，A、B、D項錯誤。2已知CN與N2互為等電子體，可推算出HCN分子中鍵與鍵的數(shù)目之比為()A13 B21C11 D12答案C解析CN與N2互為等電子體，二者結構相似，C原子與N原子之間形成叁鍵，則HCN分子的結構式為HCN，叁鍵中含有1個鍵、2個鍵，單鍵屬于鍵，故HCN分子中鍵與鍵的數(shù)目之比為2211。3下列分子或離子的中心原子帶有一對孤電子對的是()AH2O BBeCl2CCH4 DPCl3答案D解析將選項中各物質的未知數(shù)據(jù)代入公式：中心原子上的孤電子對數(shù)(axb)，經(jīng)計算知，選項中原子上的孤電子對數(shù)依次為2、0、0、1。4下列分子或離子中，中心原子價電子對的空間構型為四面體形，且分子或離子空間構型為V形的是()ANH BPH3CH3O DOF2答案D解析對ABm型分子中心原子價電子對數(shù)：nNH中，n4，成鍵電子對數(shù)為4，離子空間構型為正四面體形；PH3中，n4，成鍵電子對數(shù)為3，孤電子對數(shù)為1，分子為三角錐形；H3O中，n4，成鍵電子對數(shù)為3，孤電子對數(shù)為1，分子為三角錐形；OF2中，n4，成鍵電子對數(shù)為2，孤電子對數(shù)為2，分子為V形。5用價層電子對互斥理論完成下列問題。(1)鍵成鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)空間構型H2SeBCl3PCl3SO2SO(2)用價電子對互斥理論推斷甲醛中HCH的鍵角_(填“”“”或“”)120。答案(1)鍵成鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)空間構型H2Se22V形BCl330平面三角形PCl331三角錐形SO221V形SO40正四面體形(2)解析(2)甲醛分子式為CH2O，C原子的價電子對數(shù)為(420)3，孤電子對數(shù)為0，所以CH2O為平面分子，由于C=O與CH之間的排斥作用大于2個CH鍵之間的排斥作用，所以甲醛分子中CH鍵與CH鍵之間的夾角小于120。6請解答下列各題：(1)寫出與H2O分子互為等電子體的兩種微粒的化學式：_、_。(2)寫出一種與NO互為等電子體的微粒的化學式：_。(3)CaCN2中陰離子為CN，與CN互為等電子體的分子的化學式為_，可推知CN的空間構型為_形。答案(1)H2SNH(2)CO(或BF3、SiO、SO3等)(3)CO2(或N2O)直線解析(1)用S原子替換H2O中的O原子得等電子體H2S；用N原子替換H2O中的O原子且增加1個負電荷得等電子體NH。(2)用C原子或Si原子替換NO中的N原子，同時需增加1個負電荷得等電子體CO、SiO；用S原子替換NO中的N原子，同時需減掉1個負電荷得等電子體SO3；同理推出BF3與SO3為等電子體。(3)用2個O原子替換CN中的2個N原子，同時需去掉2個負電荷，得其等電子體CO2；用1個O原子替換CN中的1個C原子，同時需去掉2個負電荷得其另一等電子體N2O，由于CO2為直線形分子，故CN也是直線形分子。對點訓練題組1價電子對互斥理論及應用1下列微粒中，含有孤對電子的是()ASiH4 BH2O CCH4 DNH答案B解析SiH4、H2O、CH4、NH的電子式分別為、，只有H2O分子中的O原子上有2對孤對電子。2下列微粒的價層電子對數(shù)正確的是(點“”的原子為中心原子)()A.H44 B.O21 C.F32 D.O32答案A解析對ABm型分子中心原子價電子對數(shù)nCH4中，n4，A正確；CO2中，n2，B不正確；BF3中，n3，C不正確；SO3中，n3，D不正確。3用價電子對互斥理論預測H2S和BF3的空間構型，兩個結論都正確的是()A直線形；三角錐形 BV形；三角錐形C直線形；平面三角形 DV形；平面三角形答案D解析在H2S中，價電子對數(shù)為4，若無孤電子對存在，則其應為正四面體形。但中心原子S上有兩對孤電子對，而且孤電子對也要占據(jù)中心原子周圍的空間，它們相互排斥，因此H2S為V形結構。在BF3中，價電子對數(shù)為3，其中心原子B上無孤電子對，因此BF3應為平面三角形。4下列分子或離子中，空間構型不是三角錐形的是()APCl3 BCHCBBr3 DH3O答案C解析微粒價電子對數(shù)孤電子對數(shù)價電子對空間構型分子空間構型CH41四面體形三角錐形PCl341四面體形三角錐形BBr330平面三角形平面三角形H3O41正四面體形三角錐形5.根據(jù)VSEPR模型判斷下列各組分子或離子結構相同的是()ASO2和CO2 BBF3和NH3CNH3和H2O DCH4和NH答案D解析A項中，SO2分子中S有一對孤電子對，而CO2分子中沒有孤電子對，因此SO2為V形而CO2為直線形；B項中，BF3中B無孤電子對，而NH3中有一對孤電子對，因此其構型分別為平面三角形和三角錐形；C項中，其構型分別為三角錐形和V形；D項中，中心原子的成鍵情況相同，故分子結構也相同，為正四面體形。6若ABn的中心原子A上沒有未用于形成共價鍵的孤對電子，運用價電子對互斥模型，下列說法正確的是()A若n2，則分子的空間構型為V形B若n3，則分子的空間構型為三角錐形C若n4，則分子的空間構型為正四面體形D以上說法都不正確答案C解析若中心原子A上沒有未用于成鍵的孤對電子，則根據(jù)斥力最小的原則，當n2時，分子結構為直線形；n3時，分子結構為平面三角形；n4時，分子結構為正四面體形。7(2018曹妃甸一中期末)下列關于價層電子對互斥模型(VSEPR模型)的敘述中不正確的是()AVSEPR模型可用來預測分子的空間構型B分子中價電子對相互排斥決定了分子的空間構型C中心原子上的孤對電子也要占據(jù)中心原子周圍的空間并參與互相排斥D分子中鍵角越大，價電子對相互排斥力越大，分子越穩(wěn)定答案D解析VSEPR模型可用來預測分子的空間構型，注意實際空間構型要去掉孤電子對， A正確；空間構型與價電子對相互排斥有關，所以分子中價電子對相互排斥決定了分子的空間構型， B正確；中心原子上的孤對電子也要占據(jù)中心原子周圍的空間并參與互相排斥，且孤電子對間排斥力孤電子對和成對電子對間的排斥力， C正確；分子的穩(wěn)定性與鍵角沒有關系， D不正確。8已知在CH4中，CH鍵間的鍵角為109.5，NH3中，NH鍵間的鍵角為107.3，H2O中OH鍵間的鍵角為104.5，則下列說法中正確的是()A孤電子對與成鍵電子對間的斥力大于成鍵電子對與成鍵電子對間的斥力B孤電子對與成鍵電子對間的斥力小于成鍵電子對與成鍵電子對間的斥力C孤電子對與成鍵電子對間的斥力等于成鍵電子對與成鍵電子對間的斥力D題干中的數(shù)據(jù)不能說明孤電子對與成鍵電子對間的斥力與成鍵電子對與成鍵電子對間的斥力之間的大小關系答案A題組2等電子原理及應用9與NO互為等電子體的是()ASO2 BBF3 CCH4 DNO2答案B解析等電子體是化學通式和價電子總數(shù)均相同的粒子，NO的原子數(shù)是4，價電子數(shù)是24，與其互為等電子體的是BF3。10(2017武漢二中月考)等電子體之間結構相似，物理性質也相近。根據(jù)等電子原理可知，由短周期元素組成的粒子，只要其原子總數(shù)和價電子總數(shù)相同，均可互稱為等電子體。下列各組粒子不能互稱為等電子體的是()ACO和NO BO3和SO2CCO2和NO DSCN和N答案C11根據(jù)等電子原理：由短周期元素組成的微粒，只要其原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同，可互稱為等電子體，它們具有相似的結構特征。以下各組微粒結構不相似的是()ACO和N2 BO3和NOCCO2和N2O DN2H4和C2H4答案D解析只有N2H4和C2H4不是等電子體。12(2017黑龍江牡丹江一高高二月考)下列關于等電子體的說法中，正確的是()AN2與CO不互為等電子體，故它們的熔、沸點及溶解度相差較大BPO與SO不互為等電子體，故結構不相似CNO與O3互為等電子體，故NO為O3的同素異形體D苯與硼氮苯互為等電子體，故硼氮苯中含有大鍵答案D解析N2與CO原子數(shù)目相等，價電子總數(shù)相等，互為等電子體，A錯誤；PO與SO原子數(shù)目相等，價電子總數(shù)相等，互為等電子體，結構相似，B錯誤；NO與O3互為等電子體，但不互為同素異形體，C錯誤；苯與硼氮苯互為等電子體，結構相似，苯分子結構中含有大鍵，則硼氮苯中同樣含有大鍵，D正確。綜合強化13為了解釋和預測分子的空間構型，科學家在歸納了許多已知分子空間構型的基礎上，提出了一種十分簡單的理論模型價層電子對互斥理論。這種模型把分子分成兩類：一類是_；另一類是_。BF3和NF3都是四個原子的分子，BF3的中心原子是_，NF3的中心原子是_；BF3分子的空間構型是平面三角形，而NF3分子的空間構型是三角錐形的原因是_。答案中心原子上的價電子都用于形成共價鍵中心原子上有孤電子對BNBF3分子中B原子的3個價電子都與F原子形成共價鍵而成平面三角形；而NF3分子中N原子的3個價電子與F原子形成共價鍵，還有1對未成鍵的孤電子對，占據(jù)了N原子周圍的空間，參與相互排斥，形成三角錐形14硒是一種非金屬，可以用作光敏材料、電解錳行業(yè)催化劑。(1)Se是元素周期表中第34號元素，其基態(tài)原子的核外電子排布式為_。(2)根據(jù)價電子對互斥理論，可以推知SeO3分子的空間構型為_，其中Se原子采用的軌道雜化形式為_。(3)CSe2與CO2結構相似，CSe2分子內(nèi)鍵與鍵個數(shù)之比為_。CSe2首次是由H2Se與CCl4反應后制取的，CSe2分子內(nèi)的鍵角_(填“大于”“等于”或“小于”)H2Se分子內(nèi)的鍵角。HSeH鍵角_(填“大于”“等于”或“小于”)AsH3分子內(nèi)的HAsH鍵角。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p4(或Ar3d104s24p4)(2)平面三角形sp2(3)11大于 小于解析(1) Se位于第4周期A族，所以其基態(tài)原子價電子排布式為3d104s24p4，然后再寫電子排布式。(2)SeO3分子中Se原子的價電子對數(shù)為(60)3，成鍵電子對數(shù)為3，孤電子對數(shù)為0，所以Se原子采取sp2雜化，該分子為平面三角形。(3)根據(jù)等電子原理和價電子對互斥理論，CSe2與CO2結構相似，CSe2分子內(nèi)鍵與鍵均為2個。CSe2與CO2均為直線形分子，鍵角為180，H2Se與H2O互為等電子體，Se采取sp3雜化， HSeH鍵角接近水分子內(nèi)HOH鍵角(104.5)。AsH3與NH3互為等電子體，As采取sp3雜化，HAsH鍵角接近107.3。根據(jù)雜化軌道理論，中心原子采取sp1雜化的鍵角>中心原子采取sp3雜化的鍵角。中心原子都采取sp3雜化時，中心原子孤電子對數(shù)越多，鍵角越小。15等電子體的結構相似、物理性質相近，稱為等電子原理。如N2和CO為等電子體。下表為部分元素等電子體分類、空間構型表。等電子體類型代表物質空間構型三原子18電子等電子體SO2V形四原子24電子等電子體SO3平面三角形四原子26電子等電子體SO三角錐形五原子32電子等電子體CCl4四面體形回答下列問題：(1)寫出下列物質離子的空間構型：BrO_，CO_，PO_，NO_。(2)由第2周期元素組成，與F2互為等電子體的離子有_。(3)CNO與CO2是等電子體，則CNO中C原子的雜化方式是_，CNO的結構式為_。答案(1)三角錐形平面三角形四面體形V形(2)O(3)sp1N=C=O解析(1)互為等電子體的物質結構相似。BrO為四原子26電子體，所以其結構與SO相似，為三角錐形；CO為四原子24電子體，與SO3的結構相似，為平面三角形；同理可知PO為正四面體形，NO與SO2和O3為等電子體，為V形。(2)F2為雙原子18電子體，所以由第2周期元素組成，與F2互為等電子體的離子有O。(3)CNO的結構與CO2相似，故C原子采取sp1雜化，結構式為N=C=O。