1、第二节分子的立体构型第1课时价层电子对互斥模型学业要求素养对接1.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构。2.能运用价层电子对互斥理论和模型进行解释和预测分子的空间结构。微观探析：分子的立体构型和价层电子对互斥模型。模型认知：运用价层电子对互斥模型解释和预测分子的空间结构。知 识 梳 理一、形形色色的分子1.三原子分子立体构型2.四原子分子立体构型3.五原子分子立体构型：最常见的是正四面体，如CH4，键角为10928。【自主思考】1.五原子分子都是正四面体结构吗？提示不是，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等，虽为四面体结构，但由于碳原子所连的四个原子不相同，四个原子电子云的排斥力不同，使
2、四个键的键角不全相等，所以并不是正四面体结构。二、价层电子对互斥理论1.价层电子对互斥理论分子的立体构型是“价层电子对”相互排斥的结果。2.价层电子对互斥模型与分子(离子)的立体结构(1)中心原子价电子全部参与形成共价键的分子(ABn)价电子对数234成键电子对数234电子对立体构型直线形平面三角形正四面体形分子立体构型直线形平面三角形正四面体形实例CO2、BeCl2BF3、BCl3、BBr3CH4、CCl4、SiF4(2)中心原子有孤电子对的分子(ABn)孤电子对数121价层电子对数344成键电子对数223电子对立体构型平面三角形正四面体形正四面体形分子立体构型V形V形三角锥形实例SO2H2
3、ONH3【自主思考】2.如何确定CO和NH的中心原子的孤电子对数？提示阳离子：a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数(绝对值)，故NH中中心原子为N，a51，b1，x4，所以中心原子孤电子对数(axb)(441)0。阴离子：a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数(绝对值)，故CO中中心原子为C：a42，b2，x3，所以中心原子孤电子对数(axb)(632)0。自 我 检 测1.判断正误，正确的打“”；错误的打“”。(1)所有的三原子分子都是直线形结构。()(2)所有的四原子分子都是平面三角形结构。()(3)五原子分子的空间构型都是正四面体。()(4)P4和CH4都是正四面体分子且键角都为109
4、28。()(5)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。()(6)VSEPR模型和分子的立体构型，二者可能是不同的。()(7)价电子对之间的夹角越小，排斥力越小。()(8)NH3分子的VSEPR模型与分子构型不一致。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2.H2O的中心原子上有_对孤电子对，与中心原子上的_键电子对相加等于_，它们相互排斥形成_形VSEPR模型。略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对，因而H2O分子呈_形。答案24四面体V3.用价层电子对互斥模型预测下列粒子的立体结构。(1)H2Se_(2)OF2_(3)BCl3_(4)PCl3_(
5、5)CO2_(6)SO2_(7)H3O_(8)SO_答案(1)V形(2)V形(3)平面三角形(4)三角锥形(5)直线形(6)V形(7)三角锥形(8)正四面体形学习任务一常见分子的构型【合作交流】在宏观世界中，花朵、蝴蝶、冰晶等诸多物质展现出规则与和谐的美。科学巨匠爱因斯坦曾感叹：“在宇宙的秩序与和谐面前，人类不能不在内心里发出由衷的赞叹，激起无限的好奇。”实际上，宏观的秩序与和谐源于微观的规则与对称。同样分子中的原子不是杂乱无章地堆积在一起，而是按照一定规律结合的整体，使分子在空间呈现出一定的几何形状(即空间构型)。1.硫化氢分子中，两个HS键的夹角都接近90，推测H2S分子的立体构型是怎样的
6、？提示V形2.科学家研制出可望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。已知该分子中NNN键角都是108.1。试推测四个氮原子围成的空间是空间正四面体吗？提示不是。由于NNN键角都是108.1。所以四个氮原子围成的空间不是正四面体而是三角锥形。3.分子的立体构型与化学式有必然联系吗？提示没有。AB2(或A2B)型分子可能是直线形分子，也可能是V形分子，AB3(或A3B)型分子可能是平面三角形分子，也可能是三角锥形分子，AB4型分子一定是正四面体形分子。【点拨提升】1.常见分子的立体构型类别代表分子结构式分子的立体构型双原子分子HCl、N2HCl、NN直线形三原子分子CO2O=C=O直线形
7、H2OV形四原子分子BF3平面三角形NH3三角锥形五原子分子CH4正四面体形2.分子的立体构型与键角的关系分子类型键角立体构型实例AB2180直线形CO2、BeCl2、CS2180V形H2O、H2SAB3120平面三角形BF3、BCl3120三角锥形NH3、H3O、PH3AB410928正四面体形CH4、NH、CCl4【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：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
8、面体形，D正确。答案D根据价电子对互斥理论确定分子的立体结构模型，价层电子对个数键个数孤电子对个数.键个数配原子个数，孤电子对个数(axb)，a指中心原子价电子个数，x指配原子个数，b指配原子形成稳定结构需要的电子个数。【变式训练】1.下列分子的立体构型为正四面体形的是()P4NH3CCl4CH4H2SCO2A. B.C. D.解析NH3的立体构型是三角锥形、H2S的立体构型是V形、CO2的立体构型是直线形，故选C。答案C2.下列叙述正确的是()A.NH3分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心B.CCl4分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心C.H2O分子中O原子处在2个H原
9、子所组成的直线的中央D.CO2是非极性分子，分子中C原子处在2个O原子所连接的直线的中央解析NH3分子为三角锥形分子，N原子位于锥顶，A错误；CCl4分子为正四面体形分子，B错误；H2O分子为V形结构，C错误；CO2分子为直线形，C原子位于两个O原子连线的中央，D正确。答案D3.根据所学知识填空：(1)三原子分子常见的立体结构有_形(如CO2)和_形(如H2O)。(2)四原子分子常见的立体结构有_形和_形，如甲醛(HCHO)分子呈_形，键角约为_；氨分子呈_形，键角_；另外需要注意，特殊的白磷(P4)分子呈_形，键角为_。(3)五原子分子最常见的空间构型为_形，如常见的CH4键角是_。解析(1
10、)CO2是直线形，H2O是V形。(2)甲醛(HCHO)分子呈平面三角形，氨分子呈三角锥形，白磷分子呈正四面体形。(3)CH4分子呈正四面体形。答案(1)直线V(2)平面三角三角锥平面三角120三角锥107正四面体60(3)正四面体10928学习任务二利用价层电子对互斥理论判断分子或离子的立体构型【合作交流】通常，不同的分子具有不同的空间构型。例如，甲烷分子是正四面体形的、氨分子是三角锥形的、苯是正六边形的。那么，如何解释这些分子具有不同的空间构型呢？价层电子对互斥理论模型又称VSEPR模型，认为中心原子价电子层电子对(包括成键电子对和未成键的孤对电子对)的互相排斥作用，使分子的几何构型总是采取
11、电子对相互排斥最小的那种构型，即分子尽可能采取对称的空间构型。1.BCl3的价层电子对数、价层电子对空间构型、分子空间构型是怎样的？提示BCl3的价层电子对数有3对，价层电子对空间构型为平面三角形，分子空间构型为平面三角形。2.NF3的价层电子对、价层电子对空间构型、分子空间构型是怎样的？提示NF3的价层电子对为4对，价层电子对空间构型为四面体形，分子空间构型为三角锥形。3.一个分子的VSEPR模型与分子的真实空间构型一致吗？提示不一定一致。只有孤电子对数为0时，分子的立体构型与VSEPR模型才一致。【点拨提升】1.价层电子对互斥理论的基本要点(1)ABn型分子或离子的立体构型取决于中心原子A
12、价层电子对(包括成键电子对即键电子对和孤电子对)的相互排斥作用，分子的立体构型采取价层电子对相互排斥作用最小的那种结构。(2)若价层电子对全部是成键电子对(即键电子对)，为使价层电子对之间斥力最小则尽可能采取对称立体结构，若价层电子对包含孤电子对时，则孤电子对与成键电子对之间、孤电子对之间和成键电子对之间的排斥作用不同，从而影响分子或离子的立体构型。(3)ABn型分子或离子价层电子对数目和价层电子对立体构型的关系：价层电子对数孤电子对数成键电子对数VSEPR模型名称分子或离子立体构型202直线形直线形303平面三角形平面三角形312平面三角形V形404四面体形正四面体形413四面体形三角锥形4
13、22四面体形V形2.利用VSEPR模型确定ABn型分子或离子立体构型的步骤(1)确定中心原子A的价层电子对数目键电子对数的确定方法：由分子式确定。如H2O分子中的中心原子为O，O有2对键电子对。NH3中的中心原子为N，N有3对键电子对。中心原子上的孤电子对数的确定方法：中心原子上的孤电子对数(axb)a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价电子数离子电荷数；对于阴离子：a价电子数|离子电荷数|。x表示与中心原子结合的原子数。b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。中心原子A价层电子对数键电子对数(成键电子对数)中心原子上的
14、孤电子对数。(2)确定VSEPR模型(价电子对立体构型)根据中心原子A的价层电子对数，找出对应的VSEPR模型价层电子对数(n)234VSEPR模型直线形平面三角形四面体形(3)确定分子或离子的立体构型若中心原子A无孤电子对，则分子或离子的立体构型为价层电子对的立体构型(VSEPR模型)。若中心原子A有孤电子对，则分子或离子的立体构型为略去中心原子孤电子对后的成键电子对的立体构型。【例2】氮元素和硫元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是_；酸根呈三角锥形结构的酸是_(填化学式)。解析氮元素和硫元素形成的含氧酸有HNO2、HNO3、H2SO3、H2SO4。由于H没有电子，所以
15、HNO2与NO、HNO3与NO、H2SO3与SO、H2SO4与SO中中心原子的价层电子对数和杂化轨道类型是相同的。离子价层电子对数(对孤对)立体构型NO213V形NO303平面三角形SO314三角锥形SO404正四面体形答案HNO2、HNO3H2SO3注意孤电子对个数的计算方法，注意实际空间构型要去掉孤电子对为解答关键。【变式训练】4.下列分子或离子的中心原子，带有一对孤电子对的是()A.H2O B.BeCl2 C.CH4 D.PCl3解析H2O有2对孤电子对，BeCl2和CH4没有孤电子对。答案D5.用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体构型，两个结论都正确的是()A.直线形三角锥形
16、B.V形三角锥形C.直线形平面三角形 D.V形平面三角形解析H2S分子中心原子S有未用于形成共价键的孤电子对，占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥使H2S分子呈V形；而BF3分子中心原子B的价电子都用于形成共价键，故BF3是平面三角形。答案D6.用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间构型：BeCl2_，SCl2_，BF3_，PF3_，NH_，SO_。解析根据各分子的电子式和结构式，分析中心原子的孤电子对数，依据中心原子连接的原子数和孤电子对数，确定VSEPR模型和分子的空间构型。分子或离子中心原子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空间构型名称BeCl202直
17、线形直线形SCl224四面体形V形BF303平面三角形平面三角形PF314四面体形三角锥形NH04正四面体形正四面体形SO14四面体形三角锥形答案直线形V形平面三角形三角锥形正四面体形三角锥形7.(1)硫化氢(H2S)分子中，两个HS键的夹角接近90，说明H2S分子的立体构型为_。(2)二氧化碳(CO2)分子中，两个C=O键的夹角是180，说明CO2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10928b.CH键为极性共价键c.4个CH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)解析(1)、(2
18、)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形两种立体构型，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：；若为后者，则键角为10928，CH2Cl2只有一种。答案(1)V形(2)直线形(3)ad分层训练基础练1.下列有关描述正确的是()A.NO为V形分子B.ClO的立体构型为平面三角形C.NO的VSEPR模型、立体构型均为平面三角形D.ClO的VSEPR模型、立体构型相同解析NO中N原子的价层电子对数3(5231)3，没有孤电子对，故A项错误；C项正确；ClO中氯原子的价层电子对数3(7321)4，有1对孤电子对，VSEPR
19、模型为四面体形而立体构型为三角锥形，B、D项错误。答案C2.下列分子的立体结构错误的是()A.SO2：B.NH3：C.CS2：D.CH4：解析NH3的立体结构是三角锥形，B项错误。答案B3.下列对应关系不正确的是()选项ABCD中心原子所在族AAAA分子通式AB4AB3AB2AB2立体结构正四面体形平面三角形直线形形解析当中心原子在A族时，AB3分子应是三角锥形。当中心原子在A族时，AB4分子是正四面体形，当中心原子在A族时，AB2分子是直线形，当中心原子在A族时，AB2分子是形。答案B4.下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是()A.价层电子对就是键电子对B.孤电子对数由分子式来确定C.分
20、子的立体构型是价层电子对互斥的结果D.孤电子对数等于键数解析价层电子对数是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。答案C5.用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中不正确的是()A.NH为正四面体 B.CS2为直线形C.HCN为V形 D.PCl3为三角锥形解析NH、CS2、HCN中心原子上的价电子都用于形成共价键，没有孤对电子对，所以其构型分别为正四面体形、直线形、直线形；PCl3中心P原子上有一对孤电子对，未用于形成共价键，其空间构型为三角锥形。答案C6
21、.下列物质中，化学键类型和分子立体构型皆相同的是()A.CO2和SO2 B.CH4和SiH4C.BF3和PH3 D.HCl和NH4Cl解析NH4Cl中存在离子键，其余分子内均为共价键，CO2为直线形，SO2为V形、BF3为平面三角形，PH3为三角锥形，CH4和SiH4均为正四面体形。答案B7.有X、Y两种活性反应中间体微粒，均含有1个碳原子和3个氢原子，其球棍模型如图所示：(X)，(Y)。下列说法错误的是()A.X的组成为CHB.Y的组成为CHC.X的价层电子对数为4D.Y中键角小于120解析由图可知，X为平面三角形结构，其碳原子应该有三对价层电子对，其组成为CH，A项正确，C项错误；Y为三角
22、锥形结构，其碳原子有四对价层电子对，故其组成为CH，键角比120小，B、D项正确。答案C8.多核离子所带电荷可以认为是中心原子得到或失去电子导致，根据VSEPR模型，下列离子中所有原子都在同一平面的一组是()A.NO和NH B.H3O和ClOC.NO和CH D.PO和SO解析根据三点共面，A项正确；根据价层电子对互斥理论，B项H3O中的氧原子上有一对孤电子对，故H3O为三角锥形；ClO中的氯原子有一对孤电子对，故ClO为三角锥形，C项中CH中C原子上有一对孤电子对，CH亦为三角锥形；D项中的PO、SO均为正四面体形。答案A9.三原子分子或离子的常见立体构型有_形与_形两种；四原子分子或离子的常
23、见立体构型有_形、_形等；五原子分子或离子最常见的立体构型是_形；硫化氢分子中，两个HS键的键角接近90，H2S分子的空间构型为_形；二氧化碳分子是直线形分子，则分子中的键角呈_；甲烷分子中，两个相邻CH键的夹角是10928，说明CH4分子的空间构型为_形。解析组成确定的微粒，其空间构型既与中心原子的键电子对数有关，也与中心原子是否存在孤电子对有关，由于这些微粒的中心原子有些有孤电子对，有些则没有，故它们的立体构型有所不同。答案直线V平面三角三角锥四面体V180正四面体10.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空间构型依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、
24、V形、直线形。回答下列问题：(1)Z的氢化物的结构式为_，HZO分子的中心原子价层电子对数的计算式为_，该分子的立体构型为_。(2)Y的价层电子排布式为_，Y的最高价氧化物的VSEPR模型为_。(3)X与Z形成的最简单化合物的化学式是_，该分子中的键角是_。(4)D、E的最简单氢化物的分子空间构型分别是正四面体形与三角锥形，这是因为_(填序号)。a.两种分子的中心原子的价层电子对数不同b.D、E的非金属性不同c.E的氢化物分子中有一对孤电子对，而D的氢化物分子中没有解析由题意可推出D、E、X、Y、Z分别为C、N、Si、S、Cl。HClO中氧原子是中心原子，价层电子对数2(61111)4，SO3
25、中硫原子的价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形。SiCl4是正四面体结构，键角为10928。CH4、NH3的中心原子价层电子对数均为4，分子构型不同的根本原因是NH3分子中有孤电子对而CH4分子中没有，分子构型与元素的非金属性强弱无关。答案(1)HCl2(61111)4V形(2)3s23p4平面三角形(3)SiCl410928(4)c素养练11.价层电子对互斥理论(简称VSEPR理论)可用于预测简单分子的立体构型。其要点可以概括为：.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成，A为中心原子，X为与中心原子相结合的原子，E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，(nm)称为价
26、层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥，均匀地分布在中心原子周围的空间；.分子的立体构型是指分子中的原子在空间的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对；.分子中价层电子对之间的斥力主要顺序为：.孤电子对之间的斥力孤电子对与共用电子对之间的斥力共用电子对之间的斥力；.双键与双键之间的斥力双键与单键之间的斥力单键与单键之间的斥力；.X原子得电子能力越弱，AX形成的共用电子对之间的斥力越强；.其他。请仔细阅读上述材料，回答下列问题：(1)根据要点可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表：nm2VSEPR理想模型正四面体形价层电子对之间的理想键角10928(2)请用VSEPR模型解释CO2
27、为直线形分子的原因：_；(3)H2O分子的立体构型为_，请你预测水分子中HOH的大小范围并解释原因：_；(4)用价层电子对互斥理论(VSEPR)判断下列分子或离子的立体构型：分子或离子SnCl2CCl4ClO立体构型解析AXnEm中nm2时，最理想的模型是直线形，键角是180；若是正四面体，nm4；CO2属AX2E0，nm2，故为直线形。水分子属AX2E2，nm4，有两对孤电子对，应是V形。又由于孤电子对之间的作用力强于成键的共用电子对，所以使其角度小于10928。答案(1)nm24VSEPR理想模型直线形正四面体形价层电子对之间的理想键角18010928(2)CO2属AX2E0，nm2，故为
28、直线形(3)V形水分子属AX2E2，nm4，VSEPR理想模型为正四面体形，价层电子对之间的夹角均为10928。根据中的，应有HOH10928(4)分子或离子SnCl2CCl4ClO立体构型V形正四面体形正四面体形12.(1)利用VSEPR模型推断分子或离子的立体构型。PO_；CS2_；AlBr3(共价分子)_。(2)按要求写出第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式。平面三角形分子_，三角锥形分子_，四面体形分子_。(3)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的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模型。这种模型把分子分成两类：一类是_；另一类是_。B
29、F3和NF3都是四个原子的分子，BF3的中心原子是_，NF3的中心原子是_；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_。解析(1)PO是AB4型，成键电子对数是4，为正四面体形。CS2是AB2型，成键电子对数是2，是直线形。AlBr3是AB3型，成键电子对数是3，是平面三角形。(2)第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式，呈三角锥形的是NF3，呈平面三角形的是BF3，呈四面体形的是CF4。答案(1)正四面体形直线形平面三角形(2)BF3NF3CF4(3)中心原子上的价电子都用于形成共价键中心原子上有孤电子对BNBF3分子中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键
30、，而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成共价键，还有一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13.试回答下列问题：(1)利用价层电子对互斥理论推断下列分子或离子的立体构型：SeO3_；SCl2_；NO_；NO_；HCHO_；HCN_。(2)利用价电子对互斥理论推断键角的大小：甲醛中HCH的键角_120(填“”“”或“”，下同)；SnBr2分子中BrSnBr的键角_120；PCl3分子中，ClPCl的键角_109.5。解析(1)SeO3中，Se的价层电子对数为(60)3，孤电子对数为0，SeO3为平面三角形；SCl2中，S的价层电子对数为(62)4，孤电子对
31、数为2，SCl2为V形；NO中，N的价层电子对数为(51)2，孤电子对数为0，NO为直线形；NO中，N的价层电子对数为(51)3，孤电子对数为1，NO为V形；HCHO分子中有1个双键，看作1对成键电子，2个CH单键为2对成键电子，C原子的价层电子对数为3，且无孤电子对，所以HCHO分子的空间构型为平面三角形；HCN分子的结构式为HCN，含有1个CN三键，看作1对成键电子，1个CH单键为1对成键电子，故C原子的价层电子对数为2，且无孤电子对，所以HCN分子的空间构型为直线形。(2)甲醛为平面形分子，由于C=O与CH之间的排斥作用大于2个CH之间的排斥作用，所以甲醛分子中CH键与CH键的夹角小于120。SnBr2分子中，Sn原子的价电子对数目是3，成键电子对数2，孤电子对数1，由于孤电子对与SnBr键的排斥作用大于SnBr键之间的排斥作用，故键角120。PCl3分子中，P的价层电子对数为(53)4，含有1对孤电子对，由于孤电子对与PCl键的排斥作用大于PCl键间的排斥作用，所以ClPCl的键角小于109.5。答案(1)平面三角形V形直线形V形平面三角形直线形(2)
