学年苏教版选修3 专题4第一单元第2课时 价层电子对互斥理论 等电子原理 学案.docx
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学年苏教版选修3专题4第一单元第2课时价层电子对互斥理论等电子原理学案
第2课时 价层电子对互斥理论 等电子原理
[学习目标定位] 理解价层电子对互斥理论和等电子原理，能根据有关理论、原理判断简单分子或离子的构型。
一、价层电子对互斥理论
1．价层电子对互斥理论的基本内容：
分子中的价电子对——成键电子对和孤电子对由于相互排斥作用，而趋向于尽可能彼此远离。
（1）当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。
（2）当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子构型。
（3）电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。
（4）含孤电子对的斥力由大到小顺序：
孤电子对—孤电子对＞孤电子对—单键＞单键—单键。
2．价层电子对互斥理论与分子的空间构型
（1）分析中心原子中的价电子全部参与形成共价键的分子的空间构型并完成下表（由中心原子周围的原子数n来预测）：
ABn
空间构型
范例
n＝2
直线形
CO2、BeCl2
n＝3
平面三角形
CH2O、BF3
n＝4
正四面体型
CH4、CCl4
（2）中心原子上有孤电子对（价电子中未参与形成共价键的电子对）的分子的空间构型：
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，使分子的空间构型发生变化，如：
①H2O为AB2型分子，氧原子上有两对孤电子对参与互相排斥，所以H2O分子的空间构型为V形而不是直线形。
②NH3分子中氮原子上有一对孤电子对参与互相排斥，故NH3的空间构型不能为平面三角形。
③常见分子的价层电子对互斥模型和空间构型
σ键电
子对数
孤电子
对数
价层电子对数目
电子对的排列方式
价层电子对互斥模型
分子或离子的空间构型
实例
2
0
2
直线形
直线形
BeCl2、
CO2
3
0
3
三角形
平面三角形
BF3、
BCl3
2
1
V形
PbCl2
4
0
4
四面
体型
正四面
体型
CH4、
CCl4
3
1
三角锥型
NH3
2
2
V形
H2O
（1）ABm型分子中心原子价层电子对数目的计算方法
ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子）中价层电子对数n的计算：
n＝
（2）在计算中心原子的价层电子对数时应注意如下规定
①作为配位原子，卤素原子和H原子提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子；
②作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算；
③对于复杂离子，在计算价层电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。
如PO中P原子价层电子数应加上3，而NH中N原子的价层电子数应减去1；
④计算电子对数时，若剩余1个电子，即出现奇数电子，也把这个单电子当作1对电子处理；
⑤双键、叁键等多重键作为1对电子看待。
例1
根据价层电子对互斥理论及原子的杂化轨道理论判断，NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为（ ）
A．直线形、sp杂化
B．平面三角型、sp2杂化
C．三角锥形、sp2杂化
D．三角锥型、sp3杂化
答案 D
解析 NF3分子中N原子价电子对数＝＝4N原子价层电子对互拆模型为四面体型，NF3分子的空间构型为三角锥型。
例2
用价层电子对互斥理论（VSEPR）可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小。
下列判断不正确的是（ ）
A．SO2、CS2都是直线形的分子
B．BF3键角为120°，SnBr2键角小于120°
C．COCl2、SO3都是平面三角形的分子
D．PCl3、NH3都是三角锥型的分子
答案 A
解析 SO2是V形分子，CS2是直线形的分子，A错误；BF3键角为120°，是平面三角形结构，而Sn原子价电子数是4，在SnBr2中两个价电子与Br形成共价键，还有一个孤电子对，对成键电子有排斥作用，使键角小于120°，B正确；COCl2、SO3都是平面三角形的分子，键角是120°，C正确；PCl3、NH3都是三角锥型的分子，D正确。
方法规律
（1）根据价层电子对互斥理论分析分子或离子的空间构型，关键是分析分子或离子中的中心原子的成键电子对数和孤电子对数。
（2）中心原子的价电子对数等于中心原子的杂化轨道数。
价电子对数目
2
3
4
中心原子杂化方式
sp
sp2
sp3
二、等电子原理
1．比较N2和CO的结构、性质，填写下表空格：
分子
N2
CO
结构
原子数
2
2
电子数
14
14
价电子数
10
10
空间构型
直线形
直线形
性质
沸点/℃
－195.81
－191.49
熔点/℃
－210.00
－205.05
液体密度/g·cm－3
0.796
0.793
2.根据上表，你能得出的结论是：
CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数，其某些物理性质相近。
3．等电子原理是指原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相似的化学键特征，它们的许多性质（主要是物理性质）是相近的。
满足等电子原理的分子或离子互称为等电子体。
（1）等电子体判断方法
原子总数相同，价电子总数相同的分子或离子。
（2）等电子体应用
等电子体的许多性质是相近的，空间构型是相同的。
利用等电子体可以：
①判断一些简单分子或离子的空间构型；
②利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；
③利用等电子原理针对某物质找等电子体。
（3）一些常见的等电子体
类型
实例
空间构型
双原子10电子的等电子体
N2、CO、NO＋、C、CN－
直线形
三原子16电子的等电子体
CO2、CS2、N2O
NO、N、BeCl2（g）
直线形
三原子18电子的等电子体
NO、O3、SO2
V形
四原子24电子的等电子体
NO、CO、BO、
CS、BF3、SO3（g）
平面三角形
五原子32电子的等电子体
SiF4、CCl4、BF、
SO、PO
四个σ键，
正四面体型
例3
已知原子总数和价电子总数相同的离子或分子结构相似，如SO3、NO都是平面三角形。
那么下列分子或离子中与SO有相似结构的是（ ）
A．PCl5B．CCl4C．NF3D．N
答案 B
解析 SO的原子数为5，价电子数为32，CCl4的原子数为5，价电子数为4＋4×7＝32，故CCl4与SO有相似结构（均为正四面体型）。
例4
1919年，Langmuir提出等电子原理：
原子总数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。
等电子体的结构相似、物理性质相近。
（1）根据上述原理，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）此后，等电子原理又有所发展。
例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子总数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。
在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有________、________。
答案
（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电子总数均为14，CO2与N2O电子总数均为22。
（2）依题意，只要原子总数相同，价电子总数也相同，即可互称为等电子体，NO为三原子，其价电子总数为（5＋6×2＋1）＝18，SO2、O3也为三原子，各分子价电子总数均为6×3＝18。
（1）价层电子对互斥理论、杂化轨道理论应用
（2）等电子体原子总数相同，价电子总数相同，其结构相似，物理性质相似。
1．下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是（ ）
A．价层电子对就是σ键电子对
B．孤电子对数由分子式来确定
C．分子的空间构型是价层电子对互斥的结果
D．孤电子对数等于π键数
答案 C
解析 价层电子对数是σ键数与孤电子对数之和，孤电子对数是指没有成键的价电子对数，其与中心原子价层电子总数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子数及与中心原子结合的原子数有关，A、B、D项错误。
2．用价层电子对互斥理论预测H2S和NO的空间结构，两个结论都正确的是（ ）
A．直线形；三角锥型
B．V形；三角锥型
C．直线形；平面三角形
D．V形；平面三角形
答案 D
解析 H2S分子的中心原子S原子上含有2个σ键，中心原子上的孤电子对数＝（a－xb）＝×（6－2×1）＝2，所以硫化氢分子的价层电子对互斥模型是四面体型，略去孤电子对后，实际上其空间构型是V形；NO的中心原子N原子含有3个σ键，且不含孤电子对，所以其空间构型是平面三角形，故选D。
3．下列物质属于等电子体的一组是（ ）
①CH4和NH ②B3H6N3和C6H6 ③F－和Mg④H2O和CH4
A．①②B．②③C．③④D．①④
答案 A
解析 等电子体要具备两个条件：
一是微粒的原子总数相同，二是微粒的价电子总数相同。
分析可知①、②两项正确，③项中F－和Mg的价电子总数不同，④项中H2O和CH4的原子总数不相同。
4．已知CN－与N2互为等电子体，可推算出HCN分子中σ键与π键的数目之比为（ ）
A．1∶3B．2∶1C．1∶1D．1∶2
答案 C
解析 CN－与N2互为等电子体，二者结构相似，C原子与N原子之间形成叁键，则HCN分子的结构式为H—C≡N，叁键中含有1个σ键、2个π键，单键属于σ键，故HCN分子中σ键与π键的数目之比为2∶2＝1∶1。
5．用价层电子对互斥理论预测下列粒子的空间结构。
（1）OF2____________；
（2）BCl3____________；
（3）PCl3____________；
（4）SO____________。
答案
（1）V形
（2）平面三角形 （3）三角锥型 （4）正四面体型
[对点训练]
题组一 分子中价电子对数目的确定
1．下列微粒中，含有孤电子对的是（ ）
A．SiH4B．H2O
C．CH4D．NH
答案 B
解析 SiH4、H2O、CH4、NH的电子式分别为
只有H2O分子中的O原子上有2对孤电子对。
2．下列微粒的价电子对数正确的是（点“”的原子为中心原子）（ ）
A.H4 4B.O2 1
C.F3 2D.O3 2
答案 A
解析 对ABm型分子中心原子价电子对数：
n＝
H4中，n＝＝4，A正确；
O2中，n＝＝2，B不正确；
F3中，n＝＝3，C不正确；
O3中，n＝＝3，D不正确。
题组二 价层电子对互斥理论及其应用
3．下列分子或离子中，中心原子价层电子对互斥模型为四面体型，且分子或离子空间构型为V形的是（ ）
A．NHB．ClO
C．H3O＋D．H2S
答案 D
解析 A项，NH中价电子对数＝4＋×（5－1－4×1）＝4，且不含孤电子对，价层电子对互斥模型和离子的空间构型均为正四面体型，故A错误；B项，ClO中价电子对数＝3＋×（7＋1－3×2）＝4，价层电子对互斥模型为四面体型，且含有一个孤电子对，所以离子空间构型为三角锥型，故B错误；C项，H3O＋中价电子对数＝3＋1＝4，所以其价层电子对互斥模型为四面体型，该离子中含有一个孤电子对，所以其空间构型为三角锥型，故C错误；D项，H2S中价电子对数＝2＋×（6－2）＝4，价层电子对互斥模型为四面体型，且含有2个孤电子对，所以S原子采用sp3杂化，为V形结构，故D正确。
4．用价层电子对互斥理论预测NO和BF3的空间构型，两个结论都正确的是（ ）
A．直线形；三角锥型
B．V形；三角锥型
C．直线形；平面三角形
D．V形；平面三角形
答案 D
解析 在NO中，价电子对数为4，则其应为正四面体型。
但中心原子N上有两对孤电子对，而且孤电子对也要占据中心原子周围的空间，它们相互排斥，因此NO为V形结构。
在BF3中，价电子对数为3，其中心原子B上无孤电子对，因此BF3应为平面三角形。
5．实验测得BH3为平面三角形（键角均为120°），NH3为三角锥型（键角为107.3°），已知电子数相同的微粒具有相似的结构。
由此推断：
①甲基，②甲基碳正离子（CH），③甲基碳负离子（CH）的键角相对大小顺序为（ ）
A．②＞①＞③B．①＞②＞③
C．③＞①＞②D．①＝②＝③
答案 A
解析 ①甲基（—CH3）含有3个σ键，1个孤电子，碳原子杂化方式是sp3，为三角锥型结构，由于孤电子的影响小于孤电子对，故键角大于107.3°小于120°；
②碳正离子（CH）含有3个σ键，没有孤电子对，碳原子杂化方式是sp2，为平面三角形结构，键角为120°；
③碳负离子（CH）含有3个σ键，1对孤电子对，碳原子杂化方式是sp3，为三角锥型结构，键角为107.3°，故选A。
6．（2018·曹妃甸一中期末）下列关于价层电子对互斥模型（VSEPR模型）的叙述中不正确的是（ ）
A．VSEPR模型可用来预测分子的空间构型
B．分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间构型
C．中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥
D．分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大，分子越稳定
答案 D
解析 VSEPR模型可用来预测分子的空间构型，注意实际空间构型要去掉孤电子对，A正确；空间构型与价电子对相互排斥有关，所以分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间构型，B正确；中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间排斥力＞孤电子对和成键电子对间的排斥力，C正确；分子的稳定性与键角没有关系，D不正确。
7．已知在CH4中，C—H键间的键角为109.5°，NH3中，N—H键间的键角为107.3°，H2O中O—H键间的键角为104.5°，则下列说法中正确的是（ ）
A．孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力
B．孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力
C．孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力
D．题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力与成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系
答案 A
8．下列说法中正确的是（ ）
A．NO2、BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构
B．P4和CH4都是正四面体型分子且键角都为109.5°
C．NH的电子式为
离子呈平面正方形结构
D．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强
答案 D
解析 NCl3分子的电子式为
分子中各原子都满足8电子稳定结构，A错误；P4为正四面体型分子，但其键角为60°，B错误；NH为正四面体型结构而非平面正方形结构，C错误；NH3分子电子式为HH，有一对未成键电子，由于未成键电子对成键电子的排斥作用，使其键角为107.3°，呈三角锥型，D正确。
题组三 等电子原理及应用
9．与NO互为等电子体的是（ ）
A．SO2B．BF3C．CH4D．NO2
答案 B
解析 等电子体是化学通式和价电子总数均相同的粒子，NO的原子数是4，价电子数是24，与其相同的是BF3。
10．（2017·武汉二中高二期末）等电子体之间结构相似，物理性质也相近。
根据等电子原理可知，由短周期元素组成的粒子，只要其原子总数和价电子总数相同，均可互称为等电子体。
下列各组粒子不能互称为等电子体的是（ ）
A．CO和NOB．O3和SO2
C．CO2和NOD．SCN－和N
【考点】等电子原理
【题点】等电子体的书写和判断
答案 C
11．根据等电子原理：
由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，它们具有相似的结构特征。
以下各组微粒结构不相似的是（ ）
A．CO和N2B．O3和NO
C．CO2和N2OD．N2H4和C2H4
答案 D
解析 只有N2H4和C2H4不是等电子体。
12．（2017·牡丹江一高高二月考）下列关于等电子体的说法中，正确的是（ ）
A．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
B．PO与SO不互为等电子体，故结构不相似
C．NO与O3互为等电子体，故NO为O3的同素异形体
D．苯与硼氮苯（路易斯结构式如图）互为等电子体，故硼氮苯中含有大π键
答案 D
解析 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；PO与SO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；NO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。
【考点】等电子原理
【题点】等电子原理的应用
[综合强化]
13．用价层电子对互斥模型推测下列粒子的空间构型。
（1）H2Se__________；
（2）NH__________；
（3）BBr3__________；（4）CHCl3__________；
（5）SiF4__________。
答案
（1）V形
（2）V形 （3）平面三角形（4）四面体型 （5）正四面体型
解析 根据原子的最外层电子排布，可以判断出本题粒子的中心原子含有的孤电子对数和结合的原子数为
化学式
H2Se
NH
BBr3
CHCl3
SiF4
中心原子含有的孤电子对数
2
2
0
0
0
中心原子的σ键数
2
2
3
4
4
中心原子的价层电子对数
4
4
3
4
4
H2Se、NH略去两对孤电子对，空间构型为V形，BBr3为平面三角形，CHCl3分子中由于H原子和Cl原子不同，不能形成正四面体型，SiF4为正四面体型。
14．等电子体是指两个或两个以上的分子（或离子），它们的原子数相同、分子（或离子）中价电子数也相同。
（1）SiO、SO3、NO三种粒子________（填“是”或“不是”）等电子体，其中Si、S、N三种基态原子的第一电离能的大小关系为____________________。
（2）C2O和________是等电子体，C2O具有较强的还原性，它能使酸性KMnO4溶液褪色，Mn原子在元素周期表中的位置是__________，外围电子排布式为______________。
（3）两原子14个电子的等电子体的共同特点是物质中都具有共价叁键，请举出相应的3个例子：
________（分子或离子）。
每个分子或离子中含__________个σ键，________个π键。
答案
（1）是 N>S>Si
（2）N2O4 第4周期ⅦB族 3d54s2
（3）N2、CO、CN－ 1 2
解析
（1）三种粒子均为四原子24价电子微粒，属于等电子体。
（2）寻找C2O的等电子体，首先想到将C替换为N，然后凑足价电子总数，此微粒可以是N2O4。
（3）两原子14个电子的微粒首先应想到N2，然后以N2为基础，尝试替换为C原子和O原子，使价电子总数相等即可。
15．硒是一种非金属，可以用作光敏材料、电解锰行业催化剂。
（1）Se是元素周期表中第34号元素，其基态原子的核外电子排布式为____________________
____________________________________________________。
（2）根据价层电子对互斥理论，可以推知SeO3分子的空间构型为________________，其中Se原子采用的轨道杂化形式为________。
（3）CSe2与CO2结构相似，CSe2分子内σ键与π键个数之比为________。
CSe2首次是由H2Se与CCl4反应后制取的，CSe2分子内的键角________（填“大于”“等于”或“小于”）H2Se分子内的键角。
H—Se—H键角________（填“大于”“等于”或“小于”）AsH3分子内的H—As—H键角。
答案
（1）1s22s22p63s23p63d104s24p4或[Ar]3d104s24p4
（2）平面三角形 sp2 （3）1∶1 大于 小于
解析
（1）Se位于第4周期ⅥA族，所以其基态原子外围电子排布式为4s24p4，然后再写电子排布式。
（2）SeO3分子中Se原子的价电子对数为×（6＋0）＝3，成键电子对数为3，孤电子对数为0，所以Se原子采取sp2杂化，该分子为平面三角形。
（3）根据等电子原理和价层电子对互斥理论，CSe2与CO2结构相似，CSe2分子内σ键与π键均为2个。
CSe2与CO2均为直线形分子，键角为180°，H2Se与H2O互为等电子体，Se采取sp3杂化，H—Se—H键角接近水分子内H—O—H键角（104.5°）。
AsH3与NH3互为等电子体，As采取sp3杂化，H—As—H键角接近107.3°。
根据杂化轨道理论，中心原子采取sp杂化的键角>中心原子采取sp3杂化的键角。
中心原子都采取sp3杂化时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。
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