人教版高二化学选修三物质结构和性质第二章 第二节 第1课时价层电子对互斥理论导学案.docx
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人教版高二化学选修三物质结构和性质第二章第二节第1课时价层电子对互斥理论导学案
第二节 分子的立体构型
第1课时 价层电子对互斥理论
一、形形色色的分子
1．三原子分子的立体构型有直线形和V形两种，如
化学式
电子式
结构式
键角
立体构型
立体构型名称
CO2
O==C==O
180°
直线形
H2O
105°
V形
2.四原子分子大多数采取平面三角形和三角锥形两种立体构型，如
化学式
电子式
结构式
键角
立体构型
立体构型名称
CH2O
约120°
平面三角形
NH3
107°
三角锥形
3.五原子分子的可能立体构型更多，最常见的是正四面体形，如
化学式
电子式
结构式
键角
立体构型
立体构型名称
CH4
109°28′
正四面体形
CCl4
109°28′
正四面体形
特别提醒
（1）四原子分子不一定都是平面三角形或三角锥形。
如白磷（P4）分子，四个磷原子位于正四面体的四个顶点，键角为60°，且该正四面体的构型和键角与CH4的正四面体构型和键角均不同。
（2）常见的AB4型分子或离子：
CX4（X为卤素原子或氢原子）、SiCl4、SiH4、NH
。
AB4型分子（如CH4）中的1～3个B原子被其他原子取代后仍为四面体形，但不是正四面体形结构。
（3）记住一些常见分子的立体构型及键角，则可推测组成相似的其他分子的立体构型。
如CO2与CS2、H2O与H2S、NH3与PH3、CH4与CCl4等。
例1 下列分子的立体结构模型正确的是（ ）
A．CO2的立体结构模型：
B．H2O的立体结构模型：
C．NH3的立体结构模型：
D．CH4的立体结构模型：
【考点】 常见分子的立体构型
【题点】 微粒立体构型的判断
答案 D
解析 CO2的立体构型为直线形，A不正确；H2O的立体构型为V形，B不正确；NH3的立体构型为三角锥形，C不正确；CH4的立体构型为正四面体形，D正确。
例2 （2018·江苏盐城月考）
（1）硫化氢（H2S）分子中，两个H—S键的夹角接近90°，说明H2S分子的立体构型为________。
（2）二硫化碳（CS2）分子中，两个C==S键的夹角是180°，说明CS2分子的立体构型为________。
（3）能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是__________（双选）。
a．两个键之间的夹角为109°28′
b．C—H键为极性共价键
c．4个C—H键的键能、键长都相等
d．二氯甲烷（CH2Cl2）只有一种（不存在同分异构体）
【考点】 常见分子的立体构型
【题点】 键角与分子立体构型的关系
答案
（1）V形
（2）直线形 （3）ad
解析
（1）、
（2）中可由键角直接判断分子的立体构型。
（3）五原子分子CH4可能有平面四边形和正四面体两种立体构型，不管为哪种，b、c两项都成立；若为前者，则键角为90°，CH2Cl2有两种：
和
；若为后者，则键角为109°28′，CH2Cl2只有一种。
二、价层电子对互斥模型
1．价层电子对互斥理论（VSEPR theory）：
对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对（包括成键的σ键电子对和未成键的孤电子对）之间由于存在排斥力，将使分子的立体构型总是采取电子对相互排斥最弱的那种构型，以使彼此之间斥力最小，分子或离子的体系能量最低，最稳。
2．价层电子对的计算
（1）中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。
（2）σ键电子对数的计算
由分子式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。
如H2O分子中，O有2对σ键电子对。
NH3分子中，N有3对σ键电子对。
（3）中心原子上的孤电子对数的计算
中心原子上的孤电子对数＝
（a－xb）
①a表示中心原子的价电子数；
对主族元素：
a＝最外层电子数；
对于阳离子：
a＝价电子数－离子所带电荷数；
对于阴离子：
a＝价电子数＋离子所带电荷数。
②x表示与中心原子结合的原子数。
③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。
3．价层电子对的立体构型（即VSEPR模型）
电子对数目：
2 3 4
VSEPR模型：
直线形 平面三角形 正四面体形
4．VSEPR模型的应用——预测分子立体构型
（1）由价层电子对的相互排斥，得到含有孤电子对的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对，便可得到分子的立体构型。
（2）常见分子的立体构型
分子或离子
中心原子上的孤电子对数
分子或离子的价层电子对数
VSEPR模型名称
分子或离子的立体构型名称
CO2
0
2
直线形
直线形
SO2
1
3
平面三角形
V形
CO
0
3
平面三角形
平面三角形
CH4
0
4
正四面体形
正四面体形
利用VSEPR模型确定分子或离子的立体构型的注意事项
（1）对于ABn型分子，成键电子对数等于配位原子的原子个数。
（2）若ABn型分子中，A与B之间通过两对或三对电子（即通过双键或三键）结合而成，则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一对电子对看待。
（3）分子的中心原子的孤电子对数为0时，VSEPR模型与分子立体构型相同，分子均为空间对称性结构。
（4）分子的立体构型与分子类型有关，如AB2型分子只能为直线形或V形结构，AB3型分子只能为平面正三角形或三角锥形结构，故由分子类型（ABn型）和孤电子对数就能很快确定分子的立体构型。
例3 下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的是（ ）
A．H2OB．HClC．NH
D．PCl3
【考点】 价层电子对理论及应用
【题点】 价层电子对数目的计算与判断
答案 A
解析 A项，氧原子有两对未成键的价电子对；B项，HCl分子属于AB型分子，没有中心原子；C项，NH
的中心原子的价电子全部参与成键；D项，磷原子有一对未成键的价电子对。
例4 （2018·四川凉山木里中学高二期中）用价层电子对互斥理论预测H2S和NH3的立体结构，下列说法正确的是（ ）
A．直线形；三角锥形B．V形；三角锥形
C．直线形；平面三角形D．V形；平面三角形
【考点】 价层电子对理论及应用
【题点】 价层电子对的应用
答案 B
解析 H2S中S原子的价层电子对数＝2＋
×（6－2×1）＝4，含有2对孤电子对，所以其立体结构为V形；NH3中N原子的价层电子对数＝3＋
×（5－3×1）＝4，含有1对孤电子对，所以其立体结构为三角锥形。
思维启迪——分子立体构型的确定思路
中心原子价层电子对数n
⇓
⇓
分子的立体构型——略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间
注意
（1）价层电子对互斥构型是价层电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。
两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对（未用于形成共价键的电子对），当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。
（2）常见的分子立体构型：
直线形、V形、平面三角形、三角锥形、四面体形等。
1．正误判断
（1）孤电子对的空间排斥力大于σ键电子对的排斥力（ √ ）
（2）所有的三原子分子都是直线形结构（ × ）
（3）VSEPR模型和分子的立体结构都是相同的分子构型（ × ）
（4）SO2与CO2分子的组成相似，故它们的分子构型相同（ × ）
（5）由价层电子对互斥理论可知SnBr2分子中Sn—Br键的键角小于180°（ √ ）
2．（2019·合肥高二检测）下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面的是（ ）
A．CH4、CS2、BF3B．CO2、H2O、NH3
C．C2H4、C2H2、C6H6D．CCl4、BeCl2、PH3
【考点】 常见分子的立体构型
【题点】 微粒立体构型的判断
答案 C
解析 题中的CH4和CCl4为正四面体形分子，NH3和PH3为三角锥形分子，这几种分子的所有原子不可能都在同一平面上。
CS2、CO2、C2H2和BeCl2为直线形分子，C2H4为平面形分子，C6H6为平面正六边形分子，这些分子都是平面形结构。
3．甲酸分子（HCOOH）中碳原子的价层电子对数为（ ）
A．1B．2C．3D．4
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对数目的计算与判断
答案 C
解析 甲酸中，碳原子形成3个σ键，故价层电子对数＝3＋
×（4－1×1－1×2－1×1）＝3，C项正确。
4．用价层电子对互斥理论判断SO3的立体构型为（ ）
A．正四面体形B．V形
C．三角锥形D．平面三角形
【考点】 价层电子对理论及应用
【题点】 价层电子对理论的应用
答案 D
解析 SO3的中心原子硫原子的价电子数为6，与中心原子结合的原子数为3，氧原子最多能接受的电子数为2，则中心原子的孤电子对数＝
（6－3×2）＝0，故价层电子对数＝σ键电子对数＝3，SO3的立体构型与其VSEPR模型一致，为平面三角形。
5．下列离子的VSEPR模型与其立体构型一致的是（ ）
A．SO
B．ClO
C．NO
D．ClO
【考点】 价层电子对理论及应用
【题点】 价层电子对理论的应用
答案 B
解析 SO
的价层电子对数为4，其中含有一对孤电子对，所以其VSEPR模型为四面体形，而SO
的立体构型为三角锥形，A项错误；ClO
的价层电子对数为4，不含孤电子对，所以其VSEPR模型与其立体构型一致，B项正确；NO
的价层电子对数为3，其中含有一对孤电子对，其VSEPR模型与其立体构型不一致，C项错误；ClO
的价层电子对数为4，其中含有一对孤电子对，其VSEPR模型与其立体构型不一致，D项错误。
6．用价层电子对互斥理论完成下列问题（点“·”的原子为中心原子）。
σ键电子对数
孤电子对数
立体构型
H2S
Cl3
Cl3
O2
O
【考点】 价层电子对理论及应用
【题点】 价层电子对理论的应用
答案
σ键电子对数
孤电子对数
立体构型
H2S
2
2
V形
Cl3
3
0
平面三角形
Cl3
3
1
三角锥形
O2
2
1
V形
O
4
0
正四面体形
题组一 常见分子立体构型的判断
1．（2018·四川资阳期末考试）下列分子对应的立体结构模型或键角正确的是（ ）
A．CO2
B．NH3 120°
C．H2S
D．CH4 109°28′
【考点】 常见分子立体构型
【题点】 键角与分子立体构型的关系
答案 D
解析 CO2的立体构型是直线形，A项错误；NH3的立体构型为三角锥形，键角为107°，B项错误；H2S与H2O的立体构型相似，均为V形，C项错误；CH4的立体构型为正四面体形，键角为109°28′，D项正确。
2．下列分子构型为正四面体形的是（ ）
①P4 ②NH3 ③CCl4 ④CH4 ⑤H2S ⑥CO2
A．①③④⑤B．①③④⑤⑥
C．①③④D．④⑤
【考点】 常见分子立体构型
【题点】 常见分子立体构型的判断
答案 C
3．下列有关键角与分子立体构型的说法不正确的是（ ）
A．键角为180°的分子，立体构型是直线形
B．键角为120°的分子，立体构型是平面三角形
C．键角为60°的分子，立体构型可能是正四面体形
D．键角为90°～109°28′之间的分子，立体构型可能是V形
【考点】 常见分子立体构型
【题点】 键角与分子立体构型的关系
答案 B
解析 键角为180°的分子，立体构型是直线形，如CO2分子是直线形分子，A正确；苯分子的键角为120°，但其立体构型是平面正六边形，B错误；白磷分子的键角为60°，立体构型为正四面体形，C正确；水分子的键角为105°，立体构型为V形，D正确。
题组二 中心原子价电子对数目的计算与判断
4．（2019·兰州高二月考）下列微粒中，含有孤电子对的是（ ）
A．SiH4B．H2OC．CH4D．NH
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对数目的计算与判断
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。
5．下列分子或离子中，中心原子未用来成键的电子对最多的是（ ）
A．SF6B．NH3C．H2SD．BCl3
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对数目的计算与判断
答案 C
6．乙醇分子中氧原子的价层电子对数为（ ）
A．1B．2C．3D．4
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对数目的计算与判断
答案 D
解析 乙醇的结构简式为CH3CH2—O—H，氧与氢原子、碳原子成键，即氧原子有2对σ键电子对。
由于碳原子只拿出一个电子与氧原子成键，故氧原子的孤电子对数＝
×（6－1×1－1×1）＝2，价层电子对数为4。
题组三 利用价层电子对互斥理论判断分子构型
7．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立体构型
B．分子中价电子对相互排斥决定了分子的立体构型
C．中心原子上的孤电子对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
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对互斥理论的应用
答案 D
解析 VSEPR模型可用来预测分子的立体构型，注意实际立体构型要去掉孤电子对，A正确；立体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立体构型，B正确；中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间的排斥力＞孤电子对和成对电子对间的排斥力，C正确；分子的稳定性与键角没有关系，D不正确。
8．用价层电子对互斥理论（VSEPR）可以预测许多分子或离子的立体构型，有时也能用来推测键角大小。
下列判断正确的是（ ）
A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子
B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°
C．COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子
D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对互斥理论的应用
答案 C
解析 SO2是V形分子，CS2、HI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，还有一对孤电子对，该孤电子对对成键电子对有排斥作用，使键角小于120°，B错误；COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子，键角是120°，C正确；PCl3、NH3都是三角锥形的分子，而PCl5是三角双锥形结构，D错误。
9．下列分子或离子中，VSEPR模型名称与分子或离子的立体构型名称不一致的是（ ）
A．CO2B．H2OC．CO
D．CCl4
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对互斥理论的应用
答案 B
解析 CO2分子中每个O原子和C原子形成2对共用电子对，所以C原子的价层电子对数是2，且不含孤电子对，为直线形结构，VSEPR模型名称与分子立体构型名称一致；水分子中O原子的价层电子对数＝2＋
×（6－2×1）＝4，VSEPR模型名称为四面体形，因含有2对孤电子对，所以略去孤电子对后，其实际立体构型名称是V形，故VSEPR模型名称与分子立体构型名称不一致；CO
的中心原子C原子形成3个σ键，中心原子上的孤电子对数＝
×（4＋2－2×3）＝0，所以CO
的立体构型是平面三角形，VSEPR模型名称与分子立体构型名称一致；CCl4分子的中心原子C原子的价层电子对数＝σ键个数＋孤电子对数＝4＋
×（4－1×4）＝4，VSEPR模型为正四面体形结构，中心原子不含有孤电子对，分子立体构型为正四面体结构，VSEPR模型名称与分子立体构型名称一致。
10．（2018·宁夏校级月考）下列物质的立体构型与NH3分子相同的是（ ）
A．H3O＋B．H2OC．CH4D．CO2
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对互斥理论的应用
答案 A
解析 氨分子中N原子的价层电子对数＝3＋
×（5－3×1）＝4，含有一对孤电子对，故氨分子为三角锥形结构。
H3O＋中氧原子的价层电子对数＝3＋
×（6－3×1－1）＝4，含有一对孤电子对，所以它为三角锥形结构，A项正确；H2O中氧原子的价层电子对数＝2＋
×（6－2×1）＝4，含有2对孤电子对，所以水分子为V形结构，B项错误；同理可确定CH4是正四面体形结构，CO2为直线形结构，C、D项错误。
11．（2019·潍坊高二月考）下列有关NH3和BF3的说法正确的是（ ）
A．NH3和BF3的立体构型都是三角锥形
B．NH3中N原子上有1对孤电子对，BF3中B原子上无孤电子对
C．NH3和BF3形成的化合物NH3·BF3中各原子都达到8电子稳定结构
D．NH3和BF3的中心原子的价层电子对数均为4
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对互斥理论的应用
答案 B
解析 A项，BF3的立体构型为平面三角形，错误；B项，NH3中N原子上的孤电子对数＝
×（5－3×1）＝1，BF3中B原子上的孤电子对数＝
×（3－3×1）＝0，正确；C项，NH3·BF3中氢原子形成2电子稳定结构，错误；D项，BF3中B原子的价层电子对数为3＋0＝3，错误。
12．短周期主族元素A、B可形成AB3分子，下列有关叙述正确的是（ ）
A．若A、B为同一周期元素，则AB3分子一定为平面正三角形
B．若AB3分子中的价电子个数为24，则AB3分子可能为平面正三角形
C．若A、B为同一主族元素，则AB3分子一定为三角锥形
D．若AB3分子为三角锥形，则AB3分子一定为NH3
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对互斥理论的应用
答案 B
解析 A项，若为PCl3，则分子为三角锥形，错误；B项，BCl3满足要求，其分子为平面正三角形，正确；C项，若分子为SO3，则为平面正三角形，错误；D项，分子不一定为NH3，也可能为NF3等。
13．为了解释和预测分子的立体构型，科学家在归纳了许多已知分子立体构型的基础上，提出了一种十分简单的理论模型——价层电子对互斥理论。
这种模型把分子分成两类：
一类是中心原子________；另一类是中心原子____________________________。
BF3和NF3都是四个原子的分子，BF3分子的立体构型是平面三角形，而NF3分子的立体构型是三角锥形的原因是_________________________________________________________________________。
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对互斥理论的应用
答案 无孤电子对 有孤电子对 BF3分子中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键而形成平面三角形；而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成共价键，还有1对未成键的孤电子对，占据了N原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形
14．
（1）现有下列分子或离子：
①CS2，②PCl3，③H2S，④CH2O，⑤H3O＋，⑥NH
，⑦BF3，⑧SO2。
粒子的立体构型为直线形的有________（填序号，下同）；粒子的立体构型为V形的有______；粒子的立体构型为平面三角形的有________；粒子的立体构型为三角锥形的有________；粒子的立体构型为正四面体形的有________。
（2）若ABn的中心原子上有一对孤电子对未能成键，当n＝2时，其立体构型为________；当n＝3时，其立体构型为________。
（3）俗称光气的氯代甲酰氯分子（COCl2）的立体构型为平面三角形，但C—Cl键与C==O键之间的夹角为124.3°；C—Cl键与C—Cl键之间的夹角为111.4°，解释其原因：
_________
____________________________________________________________________________。
（4）氮可以形成多种离子，如N3－、NH
、N
、NH
、N2H
、N2H
等，已知N2H
与N2H
是由中性分子结合质子形成的，类似于NH
，因此有类似于NH
的性质。
①写出与N
互为等电子体的物质的化学式：
________（两种）。
②预测下列微粒的立体构型：
NH
：
________，N
：
________。
③N
的结构式为____________。
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对互斥理论的应用
答案
（1）① ③⑧ ④⑦ ②⑤ ⑥
（2）V形 三角锥形
（3）C==O键与C—Cl键之间电子对的排斥作用强于C—Cl键与C—Cl键之间电子对的排斥作用
（4）①CO2、N2O ②V形 直线形 ③[N==N==N]－
解析
（1）
微粒
中心原子价层电子对数
中心原子σ键电子对数
中心原子孤电子对数
立体构型
CS2
2
2
0
直线形
PCl3
4
3
1
三角锥形
H2S
4
2
2
V形
CH2O
3
3
0
平面三角形
H3O＋
4
3
1
三角锥形
NH
4
4
0
正四面体形
BF3
3
3
0
平面三角形
SO2
3
2
1
V形
（2）中心原子上孤电子对数及粒子的立体构型如下表：
ABn
中心原子孤电子对数
分子或离子
分子或离子的立体构型
AB2
0
CS2
直线形
AB3
CH2O、BF3
平面三角形
AB4
NH
正四面体形
AB2
1
SO2
V形
AB3
PCl3、H3O＋
三角锥形
AB2
2
H2S
V形
（3）COCl2的价电子对数为3＋
×（4－2×1－1×2）＝3，成键电子对数＝3，孤电子对数＝0，所以COCl2为平面三角形分子，但由于C==O键与C—Cl键之间电子对的排斥作用强于C—Cl键与C—Cl键之间电子对的排斥作用，所以使C==O键与C—Cl键之间的夹角增大（>120°），使C—Cl键与C—Cl键之间夹角减小（<120°）。
（4）NH
中N原子价层电子对数为2＋
×（5＋1－1×2）＝4，N原子形成2个σ键，有2对孤电子对，故NH
为V形。
N
的等电子体为CO2、N2O等，CO2为直线形分子，所以N
应为直线形离子。
CO2结构式为O==C==O，故N
的结构式为[N==N==N]－。
15．短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序数逐渐增大，它们的最简单氢化物分子的立体构型依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、V形、直线形。
回答下列问题：
（1）Z的氢化物的结构式为_________
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