2018-2019版化學(xué)新導(dǎo)學(xué)筆記蘇教選修三通用版講義：專題4 第一單元 分子構(gòu)型與物質(zhì)的性質(zhì) 第2課時

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第2課時價層電子對互斥理論等電子原理[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]理解價層電子對互斥理論和等電子原理，能根據(jù)有關(guān)理論、原理判斷簡單分子或離子的構(gòu)型。一、價層電子對互斥理論1．價層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，而趨向于盡可能彼此遠(yuǎn)離。(1）當(dāng)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(jié)構(gòu).（2）當(dāng)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,從而影響分子構(gòu)型。(3）電子對之間的夾角越大,相互之間的斥力越小。(4）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．價層電子對互斥理論與分子的空間構(gòu)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(gòu)型并完成下表（由中心原子周圍的原子數(shù)n來預(yù)測）：ABn空間構(gòu)型范例n＝2直線形CO2、BeCl2n＝3平面三角形CH2O、BF3n＝4正四面體型CH4、CCl4(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(gòu)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(gòu)型發(fā)生變化，如：①H2O為AB2型分子，氧原子上有兩對孤電子對參與互相排斥，所以H2O分子的空間構(gòu)型為V形而不是直線形。②NH3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(gòu)型不能為平面三角形。③常見分子的價層電子對互斥模型和空間構(gòu)型σ鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)價層電子對數(shù)目電子對的排列方式價層電子對互斥模型分子或離子的空間構(gòu)型實例202直線形直線形BeCl2、CO2303三角形平面三角形BF3、BCl321V形PbCl2404四面體型正四面體型CH4、CCl431三角錐型NH322V形H2O(1）ABm型分子中心原子價層電子對數(shù)目的計算方法ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)中價層電子對數(shù)n的計算: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）（2)在計算中心原子的價層電子對數(shù)時應(yīng)注意如下規(guī)定①作為配位原子，鹵素原子和H原子提供1個電子，氧族元素的原子不提供電子;②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;③對于復(fù)雜離子，在計算價層電子對數(shù)時,還應(yīng)加上負(fù)離子的電荷數(shù)或減去正離子的電荷數(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；④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(dāng)作1對電子處理；⑤雙鍵、叁鍵等多重鍵作為1對電子看待.例1根據(jù)價層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(gòu)型和中心原子的雜化方式為()A．直線形、sp雜化B．平面三角型、sp2雜化C．三角錐形、sp2雜化D．三角錐型、sp3雜化答案D解析NF3分子中N原子價電子對數(shù)＝eq\f（5＋3,2）＝4eq\o(→,\s\up7（價層電子對)，\s\do5（互斥理論）)N原子價層電子對互拆模型為四面體型,NF3分子的空間構(gòu)型為三角錐型.例2用價層電子對互斥理論(VSEPR）可以預(yù)測許多分子或離子的空間構(gòu)型，有時也能用來推測鍵角大小。下列判斷不正確的是()A．SO2、CS2都是直線形的分子B．BF3鍵角為120°，SnBr2鍵角小于120°C．COCl2、SO3都是平面三角形的分子D．PCl3、NH3都是三角錐型的分子答案A解析SO2是V形分子,CS2是直線形的分子,A錯誤；BF3鍵角為120°，是平面三角形結(jié)構(gòu)，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，還有一個孤電子對，對成鍵電子有排斥作用，使鍵角小于120°，B正確；COCl2、SO3都是平面三角形的分子,鍵角是120°，C正確;PCl3、NH3都是三角錐型的分子，D正確。方法規(guī)律(1）根據(jù)價層電子對互斥理論分析分子或離子的空間構(gòu)型，關(guān)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spsp2sp3二、等電子原理1．比較N2和CO的結(jié)構(gòu)、性質(zhì),填寫下表空格：分子N2CO結(jié)構(gòu)原子數(shù)22電子數(shù)1414價電子數(shù)1010空間構(gòu)型直線形直線形性質(zhì)沸點/℃－195。81－191。49熔點/℃－210。00－205.05液體密度/g·cm－30。7960。7932。根據(jù)上表,你能得出的結(jié)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)，其某些物理性質(zhì)相近。3．等電子原理是指原子總數(shù)相同、價電子總數(shù)相同的分子或離子具有相似的化學(xué)鍵特征，它們的許多性質(zhì)(主要是物理性質(zhì))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)等電子體判斷方法原子總數(shù)相同，價電子總數(shù)相同的分子或離子。(2）等電子體應(yīng)用等電子體的許多性質(zhì)是相近的，空間構(gòu)型是相同的。利用等電子體可以：①判斷一些簡單分子或離子的空間構(gòu)型;②利用等電子體在性質(zhì)上的相似性制造新材料;③利用等電子原理針對某物質(zhì)找等電子體。(3)一些常見的等電子體類型實例空間構(gòu)型雙原子10電子的等電子體N2、CO、NO＋、Ceq\o\al（2－，2）、CN－直線形三原子16電子的等電子體CO2、CS2、N2ONOeq\o\al(＋，2）、Neq\o\al（－,3）、BeCl2（g）直線形三原子18電子的等電子體NOeq\o\al（－,2）、O3、SO2V形四原子24電子的等電子體NOeq\o\al（－，3)、COeq\o\al（2－,3）、BOeq\o\al（3－，3)、CSeq\o\al(2－，3）、BF3、SO3(g)平面三角形五原子32電子的等電子體SiF4、CCl4、BFeq\o\al（－，4)、SOeq\o\al(2－,4）、POeq\o\al（3－，4)四個σ鍵，正四面體型例3已知原子總數(shù)和價電子總數(shù)相同的離子或分子結(jié)構(gòu)相似，如SO3、NOeq\o\al（－，3）都是平面三角形.那么下列分子或離子中與SOeq\o\al（2－,4）有相似結(jié)構(gòu)的是（)A．PCl5B．CCl4C．NF3D．Neq\o\al（－,3)答案B解析SOeq\o\al（2－，4）的原子數(shù)為5,價電子數(shù)為32，CCl4的原子數(shù)為5，價電子數(shù)為4＋4×7＝32，故CCl4與SOeq\o\al(2－，4)有相似結(jié)構(gòu)（均為正四面體型）.例41919年,Langmuir提出等電子原理：原子總數(shù)相同、電子總數(shù)相同的分子，互稱為等電子體。等電子體的結(jié)構(gòu)相似、物理性質(zhì)相近。(1)根據(jù)上述原理，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）此后，等電子原理又有所發(fā)展.例如，由短周期元素組成的微粒，只要其原子總數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同,也可互稱為等電子體，它們也具有相似的結(jié)構(gòu)特征。在短周期元素組成的物質(zhì)中，與NOeq\o\al(－,2）互為等電子體的分子有________、________。答案（1）N2COCO2N2O（2）SO2O3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電子總數(shù)均為14,CO2與N2O電子總數(shù)均為22.(2）依題意，只要原子總數(shù)相同，價電子總數(shù)也相同，即可互稱為等電子體，NOeq\o\al（－，2）為三原子，其價電子總數(shù)為（5＋6×2＋1)＝18，SO2、O3也為三原子，各分子價電子總數(shù)均為6×3＝18。（1)價層電子對互斥理論、雜化軌道理論應(yīng)用（2）等電子體原子總數(shù)相同,價電子總數(shù)相同，其結(jié)構(gòu)相似，物理性質(zhì)相似。1．下列有關(guān)價層電子對互斥理論的描述正確的是（）A．價層電子對就是σ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(gòu)型是價層電子對互斥的結(jié)果D．孤電子對數(shù)等于π鍵數(shù)答案C解析價層電子對數(shù)是σ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(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)及與中心原子結(jié)合的原子數(shù)有關(guān)，A、B、D項錯誤.2．用價層電子對互斥理論預(yù)測H2S和NOeq\o\al（－，3)的空間結(jié)構(gòu)，兩個結(jié)論都正確的是（）A．直線形；三角錐型B．V形；三角錐型C．直線形；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個σ鍵，中心原子上的孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2）（a－xb）＝eq\f(1，2)×(6－2×1)＝2，所以硫化氫分子的價層電子對互斥模型是四面體型，略去孤電子對后,實際上其空間構(gòu)型是V形；NOeq\o\al（－，3）的中心原子N原子含有3個σ鍵，且不含孤電子對，所以其空間構(gòu)型是平面三角形,故選D.3．下列物質(zhì)屬于等電子體的一組是（)①CH4和NHeq\o\al（＋，4)②B3H6N3和C6H6③F－和Mg④H2O和CH4A．①②B．②③C．③④D．①④答案A解析等電子體要具備兩個條件:一是微粒的原子總數(shù)相同，二是微粒的價電子總數(shù)相同.分析可知①、②兩項正確，③項中F－和Mg的價電子總數(shù)不同，④項中H2O和CH4的原子總數(shù)不相同。4．已知CN－與N2互為等電子體，可推算出HCN分子中σ鍵與π鍵的數(shù)目之比為()A．1∶3B．2∶1C．1∶1D．1∶2答案C解析CN－與N2互為等電子體，二者結(jié)構(gòu)相似，C原子與N原子之間形成叁鍵，則HCN分子的結(jié)構(gòu)式為H—C≡N，叁鍵中含有1個σ鍵、2個π鍵,單鍵屬于σ鍵，故HCN分子中σ鍵與π鍵的數(shù)目之比為2∶2＝1∶1。5．用價層電子對互斥理論預(yù)測下列粒子的空間結(jié)構(gòu)。（1)OF2____________；（2）BCl3____________；(3）PCl3____________；(4）SOeq\o\al(2－，4）____________。答案(1）V形（2）平面三角形（3)三角錐型（4)正四面體型[對點訓(xùn)練］題組一分子中價電子對數(shù)目的確定1．下列微粒中，含有孤電子對的是（）A．SiH4 B．H2OC．CH4 D．NHeq\o\al（＋，4)答案B解析SiH4、H2O、CH4、NHeq\o\al(＋，4）的電子式分別為只有H2O分子中的O原子上有2對孤電子對。2．下列微粒的價電子對數(shù)正確的是（點“eq\a\vs4\al\co1(·)”的原子為中心原子)（）A。eq\o（C，\s\up6(·））H44 B.eq\o(C,\s\up6（·））O21C.eq\o（B,\s\up6（·））F32 D.eq\o（S，\s\up6（·)）O32答案A解析對ABm型分子中心原子價電子對數(shù):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）eq\o（C,\s\up6（·))H4中，n＝eq\f(4＋1×4,2)＝4，A正確;eq\o（C,\s\up6(·))O2中，n＝eq\f(4＋0×2，2）＝2，B不正確；eq\o（B，\s\up6（·）)F3中，n＝eq\f(3＋1×3，2)＝3，C不正確；eq\o（S,\s\up6（·)）O3中，n＝eq\f（6＋0×3，2)＝3，D不正確。題組二價層電子對互斥理論及其應(yīng)用3．下列分子或離子中，中心原子價層電子對互斥模型為四面體型，且分子或離子空間構(gòu)型為V形的是()A．NHeq\o\al（＋，4） B．ClOeq\o\al（－，3）C．H3O＋ D．H2S答案D解析A項，NHeq\o\al(＋,4）中價電子對數(shù)＝4＋eq\f(1，2）×(5－1－4×1）＝4，且不含孤電子對，價層電子對互斥模型和離子的空間構(gòu)型均為正四面體型，故A錯誤；B項,ClOeq\o\al（－，3)中價電子對數(shù)＝3＋eq\f（1，2)×(7＋1－3×2）＝4，價層電子對互斥模型為四面體型,且含有一個孤電子對，所以離子空間構(gòu)型為三角錐型，故B錯誤；C項，H3O＋中價電子對數(shù)＝3＋1＝4，所以其價層電子對互斥模型為四面體型，該離子中含有一個孤電子對，所以其空間構(gòu)型為三角錐型，故C錯誤；D項，H2S中價電子對數(shù)＝2＋eq\f（1，2)×（6－2）＝4，價層電子對互斥模型為四面體型，且含有2個孤電子對，所以S原子采用sp3雜化,為V形結(jié)構(gòu)，故D正確.4．用價層電子對互斥理論預(yù)測NOeq\o\al(－,2）和BF3的空間構(gòu)型，兩個結(jié)論都正確的是（)A．直線形；三角錐型B．V形；三角錐型C．直線形;平面三角形D．V形;平面三角形答案D解析在NOeq\o\al(－,2)中，價電子對數(shù)為4，則其應(yīng)為正四面體型。但中心原子N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NOeq\o\al(－,2）為V形結(jié)構(gòu)。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(yīng)為平面三角形.5．實驗測得BH3為平面三角形(鍵角均為120°），NH3為三角錐型（鍵角為107。3°），已知電子數(shù)相同的微粒具有相似的結(jié)構(gòu)。由此推斷:①甲基,②甲基碳正離子(CHeq\o\al(＋,3)），③甲基碳負(fù)離子（CHeq\o\al（－,3）)的鍵角相對大小順序為（）A．②＞①＞③ B．①＞②＞③C．③＞①＞② D．①＝②＝③答案A解析①甲基（—CH3)含有3個σ鍵，1個孤電子，碳原子雜化方式是sp3，為三角錐型結(jié)構(gòu)，由于孤電子的影響小于孤電子對,故鍵角大于107.3°小于120°；②碳正離子（CHeq\o\al(＋,3))含有3個σ鍵,沒有孤電子對，碳原子雜化方式是sp2,為平面三角形結(jié)構(gòu)，鍵角為120°;③碳負(fù)離子(CHeq\o\al(－,3）)含有3個σ鍵，1對孤電子對，碳原子雜化方式是sp3，為三角錐型結(jié)構(gòu)，鍵角為107.3°,故選A。6．（2018·曹妃甸一中期末）下列關(guān)于價層電子對互斥模型(VSEPR模型）的敘述中不正確的是（）A．VSEPR模型可用來預(yù)測分子的空間構(gòu)型B．分子中價電子對相互排斥決定了分子的空間構(gòu)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(yù)測分子的空間構(gòu)型，注意實際空間構(gòu)型要去掉孤電子對，A正確;空間構(gòu)型與價電子對相互排斥有關(guān)，所以分子中價電子對相互排斥決定了分子的空間構(gòu)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＞孤電子對和成鍵電子對間的排斥力,C正確；分子的穩(wěn)定性與鍵角沒有關(guān)系，D不正確。7．已知在CH4中,C—H鍵間的鍵角為109。5°，NH3中，N-H鍵間的鍵角為107。3°,H2O中O-H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(guān)系答案A8．下列說法中正確的是()A．NO2、BF3、NCl3分子中沒有一個分子中原子的最外層電子都滿足了8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)B．P4和CH4都是正四面體型分子且鍵角都為109.5°C．NHeq\o\al(＋,4）的電子式為離子呈平面正方形結(jié)構(gòu)D．NH3分子中有一對未成鍵的孤電子對，它對成鍵電子的排斥作用較強答案D解析NCl3分子的電子式為分子中各原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，A錯誤;P4為正四面體型分子，但其鍵角為60°，B錯誤；NHeq\o\al(＋,4)為正四面體型結(jié)構(gòu)而非平面正方形結(jié)構(gòu),C錯誤;NH3分子電子式為Heq\o\al（·，·）eq\o（N,\s\up6（··,\o(··,\s\do4（H））)）eq\o\al(·，·)H，有一對未成鍵電子，由于未成鍵電子對成鍵電子的排斥作用,使其鍵角為107。3°，呈三角錐型，D正確。題組三等電子原理及應(yīng)用9．與NOeq\o\al（－，3)互為等電子體的是（）A．SO2B．BF3C．CH4D．NO2答案B解析等電子體是化學(xué)通式和價電子總數(shù)均相同的粒子,NOeq\o\al(－，3）的原子數(shù)是4,價電子數(shù)是24，與其相同的是BF3。10．（2017·武漢二中高二期末）等電子體之間結(jié)構(gòu)相似,物理性質(zhì)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（）A．COeq\o\al（2－，3)和NOeq\o\al（－,3） B．O3和SO2C．CO2和NOeq\o\al(－,2) D．SCN－和Neq\o\al（－,3）【考點】等電子原理【題點】等電子體的書寫和判斷答案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(jié)構(gòu)特征。以下各組微粒結(jié)構(gòu)不相似的是()A．CO和N2 B．O3和NOeq\o\al(－，2)C．CO2和N2O D．N2H4和C2H4答案D解析只有N2H4和C2H4不是等電子體。12．（2017·牡丹江一高高二月考)下列關(guān)于等電子體的說法中，正確的是(）A．N2與CO不互為等電子體，故它們的熔、沸點及溶解度相差較大B．POeq\o\al（3－,4)與SOeq\o\al（2－，4)不互為等電子體,故結(jié)構(gòu)不相似C．NOeq\o\al（－，2）與O3互為等電子體,故NOeq\o\al（－,2）為O3的同素異形體D．苯與硼氮苯(路易斯結(jié)構(gòu)式如圖）互為等電子體，故硼氮苯中含有大π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；POeq\o\al(3－，4)與SOeq\o\al(2－,4）原子數(shù)目相等，價電子總數(shù)相等，互為等電子體,結(jié)構(gòu)相似,B錯誤;NOeq\o\al（－,2）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(jié)構(gòu)相似，苯分子結(jié)構(gòu)中含有大π鍵，則硼氮苯中同樣含有大π鍵,D正確.【考點】等電子原理【題點】等電子原理的應(yīng)用[綜合強化］13．用價層電子對互斥模型推測下列粒子的空間構(gòu)型。(1）H2Se__________；（2）NHeq\o\al(－,2)__________；（3）BBr3__________；(4)CHCl3__________；（5）SiF4__________。答案（1）V形（2)V形（3）平面三角形（4)四面體型（5)正四面體型解析根據(jù)原子的最外層電子排布，可以判斷出本題粒子的中心原子含有的孤電子對數(shù)和結(jié)合的原子數(shù)為化學(xué)式H2SeNHeq\o\al(－，2)BBr3CHCl3SiF4中心原子含有的孤電子對數(shù)22000中心原子的σ鍵數(shù)22344中心原子的價層電子對數(shù)44344H2Se、NHeq\o\al(－,2)略去兩對孤電子對，空間構(gòu)型為V形，BBr3為平面三角形,CHCl3分子中由于H原子和Cl原子不同,不能形成正四面體型，SiF4為正四面體型.14．等電子體是指兩個或兩個以上的分子(或離子），它們的原子數(shù)相同、分子（或離子)中價電子數(shù)也相同。（1）SiOeq\o\al（2－，3）、SO3、NOeq\o\al(－，3）三種粒子________(填“是”或“不是”）等電子體，其中Si、S、N三種基態(tài)原子的第一電離能的大小關(guān)系為____________________.（2)C2Oeq\o\al（2－，4)和________是等電子體，C2Oeq\o\al(2－，4）具有較強的還原性,它能使酸性KMnO4溶液褪色,Mn原子在元素周期表中的位置是__________,外圍電子排布式為______________。(3)兩原子14個電子的等電子體的共同特點是物質(zhì)中都具有共價叁鍵，請舉出相應(yīng)的3個例子：________(分子或離子）。每個分子或離子中含__________個σ鍵,________個π鍵。答案(1)是N〉S〉Si（2）N2O4第4周期ⅦB族3d54s2（3)N2、CO、CN－12解析(1）三種粒子均為四原子24價電子微粒，屬于等電子體。(2）尋找C2Oeq\o\al（2－，4)的等電子體，首先想到將C替換為N,然后湊足價電子總數(shù),