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(jià)層電子對(duì)互斥理論教學(xué)案-新人教版選修3-

wordword/word第一課時(shí)形形色色的分子價(jià)層電子對(duì)互斥理論學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.認(rèn)識(shí)共價(jià)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(jiǎn)單分子或離子的構(gòu)型。3.能說(shuō)明簡(jiǎn)單配合物的成鍵情況。[知識(shí)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(zhǎng)：形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子之間的核間距。鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，共價(jià)鍵越穩(wěn)定。3．鍵角：在原子數(shù)超過(guò)2的分子中，兩個(gè)共價(jià)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(jià)電子總數(shù)相同的微粒，其電子總數(shù)不一定相同。[要點(diǎn)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(jià)層電子對(duì)互斥理論(1)內(nèi)容價(jià)層電子對(duì)互斥理論認(rèn)為，分子的立體結(jié)構(gòu)是“價(jià)層電子對(duì)”相互排斥的結(jié)果。價(jià)層電子對(duì)是指分子中的中心原子上的電子對(duì)，包括σ鍵電子對(duì)和中心原子上的孤電子對(duì)。(2)價(jià)層電子對(duì)數(shù)的確定σ鍵電子對(duì)數(shù)可由分子式確定。而中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)，確定方法如下：中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)；a為中心原子的價(jià)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(duì)孤電子對(duì)，與中心原子上的σ鍵電子對(duì)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(duì)，因而H2O的立體結(jié)構(gòu)為V形。知識(shí)點(diǎn)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(duì)稱)形－AB直線(非對(duì)稱)形－AB2或A2BAB2直線(對(duì)稱)形180°A2B折線(不對(duì)稱)形<180°AB3正三角(對(duì)稱)形120°AB3三角錐(不對(duì)稱)形<120°AB4正四面體(對(duì)稱)形109°28′2.其他分子的空間構(gòu)型(立體結(jié)構(gòu))[問(wèn)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(gè)氧原子在兩頁(yè)書的交接處，兩個(gè)H原子分別在翻開的書的兩頁(yè)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(gè)原子不相同，四個(gè)原子電子云的排斥力不同，使四個(gè)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(zhǎng)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(duì)和中心原子上的孤電子對(duì)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(gè)H－S鍵的夾角接近90°，說(shuō)明H2S分子的空間構(gòu)型為________；二氧化碳(CO2)分子中，兩個(gè)C=O鍵的夾角為180°，說(shuō)明CO2分子的空間構(gòu)型為________；甲烷(CH4)分子中，任意兩個(gè)C－H鍵的夾角都為109°28′，說(shuō)明CH4分子的空間構(gòu)型為________。[解析]本題考查利用已學(xué)知識(shí)分析分子的空間結(jié)構(gòu)。解題時(shí)，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(lái)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(shí)點(diǎn)進(jìn)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(shí)點(diǎn)二價(jià)層電子對(duì)互斥理論1．確定中心原子A的價(jià)層電子對(duì)數(shù)目(1)中心原子A的價(jià)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(jià)層電子對(duì)數(shù)目。n＝eq\f(中心原子的價(jià)電子數(shù)＋每個(gè)配位原子提供的價(jià)電子數(shù)×m,2)，計(jì)算時(shí)注意：氧族元素原子作為配位原子時(shí)，可認(rèn)為不提供電子，但作中心原子時(shí)可認(rèn)為它提供所有的6個(gè)價(jià)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(jià)層電子數(shù)應(yīng)加上3，而NHeq\o\al(＋,4)中N原子的價(jià)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(duì)數(shù)和孤電子對(duì)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(duì)數(shù)目電子對(duì)的空間構(gòu)型成鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)電子對(duì)的排列方式分子的空間構(gòu)型實(shí)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(wèn)題探究]1．應(yīng)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型如何將分子分類？[答案]應(yīng)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型將分子分成兩大類：一類是中心原子上的價(jià)電子都用于形成共價(jià)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(lái)預(yù)測(cè)；一類是中心原子上有孤電子對(duì)(未用于形成共價(jià)鍵的電子對(duì))的分子，如H2O和NH3中心原子上的孤電子對(duì)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(duì)數(shù)？[答案]陽(yáng)離子：a為中心原子的價(jià)電子數(shù)減去離子的電荷數(shù)(絕對(duì)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(duì)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(jià)電子數(shù)加上離子的電荷數(shù)(絕對(duì)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(duì)數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)＝eq\f(1,2)(6－3×2)＝0。價(jià)層電子對(duì)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(wú)孤對(duì)電子CO22AB2直線形CH2O3AB3平面三角形CH44AB4正四面體有孤對(duì)電子H2O2AB2V形NH33AB3三角錐形使用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷分子空間構(gòu)型時(shí)需注意：價(jià)層電子對(duì)互斥構(gòu)型是價(jià)層電子對(duì)的空間構(gòu)型，而分子的空間構(gòu)型指的是成鍵電子對(duì)的空間構(gòu)型，不包括孤電子對(duì)。兩者是否一致取決于中心原子上有無(wú)孤電子對(duì)未用于形成共價(jià)鍵的電子對(duì)，當(dāng)中心原子上無(wú)孤電子對(duì)時(shí)，兩者的構(gòu)型一致；當(dāng)中心原子上有孤電子對(duì)時(shí)，兩者的構(gòu)型不一致。1．計(jì)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(duì)數(shù)(點(diǎn)“·”的原子為中心原子)。[答案]CO2中C原子的孤電子對(duì)數(shù)＝eq\f(1,2)(4－2×2)＝0；CH4中C原子的孤電子對(duì)數(shù)＝eq\f(1,2)(4－1×4)＝0；NH3中N原子的孤電子對(duì)數(shù)＝eq\f(1,2)(5－1×3)＝1；HCl中Cl原子的孤電子對(duì)數(shù)＝eq\f(1,2)(7－1×1)＝3。2．用價(jià)層電子對(duì)互斥模型推測(cè)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(duì)數(shù)，依據(jù)中心原子連接的原子數(shù)和孤電子對(duì)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(duì)數(shù)分子或離子的價(jià)層電子對(duì)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(duì)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(jià)層電子對(duì)數(shù)。②根據(jù)計(jì)算結(jié)果找出理想的VSEPR模型。③略去孤電子對(duì)在價(jià)層電子對(duì)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(shí)，中心原子無(wú)孤對(duì)電子的是直線形，中心原子有孤對(duì)電子為V形，如CO2直線形，H2O為V形。②n＝3時(shí)，中心原子無(wú)孤對(duì)電子的為平面三角形，有孤對(duì)電子的為三角錐形。BF3為平面三角形，H3O＋為三角錐形。③n＝4時(shí)，為正四面體。[知識(shí)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(jià)層電子對(duì)互斥模型：分子中“價(jià)層電子對(duì)”相互排斥,的結(jié)果。)))[核心要點(diǎn)]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(jià)層電子對(duì)是指中心原子上的電子對(duì)，包括σ鍵電子對(duì)和中心原子上的孤電子對(duì)，中心原子形成幾個(gè)σ鍵就有幾對(duì)σ鍵電子對(duì)，而中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)可由下式計(jì)算：eq\f(1,2)(a－xb)，其中a表示中心原子的價(jià)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(jià)層電子對(duì)為2時(shí)，VSEPR模型為直線形，價(jià)層電子對(duì)為3時(shí)，呈平面三角形，價(jià)層電子對(duì)為4時(shí)，呈正四面體形，由此可推測(cè)分子的立體構(gòu)型。1．下列分子或離子中，不含孤電子對(duì)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(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，分別有孤電子對(duì)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(jià)層電子對(duì)互斥理論預(yù)測(cè)H2S和BF3的立體構(gòu)型，兩個(gè)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(jià)鍵的孤電子對(duì)，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(jià)電子都用于形成共價(jià)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(jìn)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(jià)層電子數(shù)4，負(fù)電荷相當(dāng)于兩個(gè)電子。共6個(gè)電子。因此價(jià)層電子對(duì)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(jià)層電子對(duì)數(shù)為(6＋2)/2＝4，故SOeq\o\al(2－,4)離子為正四面體形。(3)價(jià)層電子數(shù)：中心原子Al的價(jià)電子數(shù)為3,6個(gè)F提供6個(gè)電子，負(fù)電荷相當(dāng)于3個(gè)電子，共3＋6＋3＝12，價(jià)層電子對(duì)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(cè)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