1、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_形和_形两种,如:必备知识自主学习 直线 V 2.四原子分子:大多数采取_形和_形两种立体构型,如:平面三角 三角锥 3.五原子分子:可能立体构型更多,最常见的是_形,如:正四面体【自主探索】(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?提示:V形。(2)科学家研制出有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
2、成的空间不是正四面体而是三角锥形。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_和未成键的_)之间由于存在排斥力,将使分子的几何构型总是采取电子对_最小的那种构型,以使彼此之间 斥力最小,分子或离子的体系能量_,_。键电子对 孤电子对 相互排斥 最低 最稳定 2.价层电子对的空间构型(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 3.VSEPR模型应用预测分子立体构型:(1)中心原子不含孤电子对的分子。中心原子不含孤电子对的分子,VSEPR模型与分
3、子的立体构型一致。(2)中心原子含孤电子对的分子。中心原子若有孤电子对,孤电子对也要占据中心原子的空间,并与成键电子对互相排斥。则VSEPR模型与分子的立体构型不一致。推测分子的立体模型必须略去VSEPR模型中的孤电子对。【自主探索】(1)BF3分子的立体构型为_,NF3分子的立体构型为_。(2)已知H2O、NH3、CH4三种分子中,键角由大到小的顺序是CH4NH3H2O,请分析 可能的原因是_ _ _。平面三角形 三角锥形 CH4分子中的碳原子没有孤电子对,NH3分子中氮原子上有1对孤 电子对,H2O分子中氧原子上有2对孤电子对,对成键电子对的排斥作用增大,故键角减小 关键能力合作学习 知识
4、点 用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型 1.价层电子对互斥理论的基本要点:(1)在ABn型分子中,中心原子A的周围配置的原子或原子团的几何构型,主要决定于中心原子价电子层中电子对(包括成键电子对和未成键的孤电子对)的互相排斥作用,分子的几何构型主要采取电子对相互排斥作用最小的那种结构。(2)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个电子对看待。(3)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律:孤电子对-孤电子对孤电子对-成键电子对成键电子对-成键电子对 2.用价层电子对理论判断共价分子或离子立体构型的一般规则:(1)确定
5、中心原子价电子层中电子对数。键电子对:可由分子式确定,例如H2O中的中心原子为O,O有2对 键电子对。中心原子上的孤电子对=(a-xb)(式中:a为中心原子的价电子数,对主族元 素来说,价电子数等于原子的最外层电子数;x为与中心原子结合的原子数;b为 与中心原子结合的原子最多能接受的电子数,氢为1,其他原子等于“8-该原子 的价电子数”)。对于阴(阳)离子来说,a为中心原子的价电子数加上(或减去)离子的电荷数,x和 b的计算方法不变。12中心原子的价层电子对数=键电子对数+(a-xb)。(2)根据中心原子(A)周围的电子数,找出相对应的理想几何结构图形,如果出现奇数电子(有一个成单电子),可把
6、这个单电子当作电子对来看待。(3)画出结构图,把配位原子排布在中心原子(A)周围,每一对电子连1个配位原子,剩下的未结合的电子对便是孤电子对。(4)根据孤电子对、成键电子对之间相互斥力的大小,确定排斥力最小的稳定结构,并估计这种结构对理想几何构型的偏离程度。123.分子或离子的立体构型的确定:在确定了分子中 键电子对数和中心原子上的孤电子对数后,可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子立体构型。键电子对数+孤电子对数=价层电子对数【拓展深化】判断分子或离子立体构型“三步曲”第一步:确定中心原子上的价层电子对数 a为中心原子的价电子数(对离子来说,共价电子数减去或加上离子的电荷数),b为与中心原
7、子结合的原子最多能接受的电子数,x为与中心原子结合的原子数。如N 的中心原子为N,a=5-1,b=1,x=4,所以中心原子孤电子对数=(a-x b)=(4-41)=0。4H1212第二步:确定价层电子对的立体构型 由于价层电子对之间的相互排斥作用,它们趋向于尽可能相互远离,这样已知价层电子对的数目,就可以确定它们的立体构型。第三步:分子或离子立体构型的确定 价层电子对有成键电子对和孤电子对之分,价层电子对的总数减去成键电子对数,得孤电子对数。根据成键电子对数和孤电子对数,可以确定相应的较稳定的分子或离子立体构型。【合作探究】(1)价层电子对互斥理论说明的是分子的立体构型吗?提示:不是。价层电子
8、对互斥理论说明的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。(2)价层电子对的立体构型与分子的立体构型一定一致吗?提示:不一定。当中心原子无孤电子对时,两者的构型一致,中心原子有孤电子对时,两者的构型不一致。【典例示范】【典例】有下列分子或离子:CS2,PCl3,H2S,CH2O,H3O+,N ,BF3,SO2。4H微粒立体构型选项序号直线形V形平面三角形三角锥形正四面体形【解题指南】解答本题需要注意以下两点:(1)利用价层电子对互斥理论判断分子或离子的立体构型;(2)成键电子对与孤电子对共同决定微粒的立体构型。【解析】中心原子上孤电子对数及粒子的立体构
9、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 正四面体形 AB2 1 SO2 V形 AB3 PCl3、H3O+三角锥形 AB2 2 H2S V形 4NH答案:微粒立体构型 选项序号 直线形 V形 平面三角形 三角锥形 正四面体形 【母题追问】(1)题给八种微粒中,价层电子的立体构型和分子(或离子)的立体 构型一致的是_。提示:当中心原子孤电子对数为0时,价层电子的立体构型与分子(或离子)的立 体构型一致,符合的有CS2、CH2O、N 和BF3。答案:4H(2)PCl3、H2S、N 的价层电子
10、对数相同,VSEPR模型相同,键角从大到小的 顺序为_。提示:VSEPR模型相同的微粒,中心原子孤电子对数目越多,键角越小。答案:N 、PCl3、H2S。4H4H【规律方法】(1)中心原子价层电子对数n(2)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律:孤电子对-孤电子对孤电子对-成键电子对成键电子对-成键电子对。随着孤电子对数目的增多,成键电子对与成键电子对之间的斥力减小,键角也减小。【素养训练】1.下列各组微粒中心原子的价层电子对数计算代数式正确的是()A.BCl3:3+B.SO2-3:3+C.H3O+:3+D.CS2:2+53262 32 6 1 32 422【解析】选C。BCl3 的价层电
11、子对数为3,A错误;S 中心原子的价层电子对数为4,B错误;H3O+中心原子的价层电子对数为4,C正确;CS2中心原子的价层电子对数分别为2,D错误。23O 2.(2020盐城高二检测)下列分子中,各原子均处于同一平面上的是()A.NH3 B.CCl4 C.PCl3 D.CH2O【解析】选D。由价层电子对互斥理论可知:A、C为三角锥形,B为正四面体形,D为平面三角形。3.(2020成都高二检测)下列分子或离子的中心原子未用来成键的电子对 最多的是()A.N B.NH3 C.H2O D.BCl3【解析】选C。N 中各原子的最外层电子全部参与成键,NH3中氮原子的最外层上有1对电子未参与成键,H2
12、O中氧原子上有2对电子未参与成键,BCl3的中心原子为硼原子,其外层电子全部参与成键。4H4H【补偿训练】用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的立体构型:【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模型和分子或离子的立体构型。答案:【课堂小结】【三言两语话重点】(1)1个公式:中心原子的价层电子对数=键电子对数+(a-xb)。(2)2个对应:价层电子对数VSEPR模型;VSEPR模型分子构型。(3)5个形状:直线形、V形、三角锥、平面三角形、四面体形。12课堂检测素养达标 1.硒(Se)是第A族元素,则SeS3分子的价层电
13、子对互斥模型和分子 构型分别是()A.正四面体形、三角锥形 B.正四面体形、平面三角形 C.平面三角形、三角锥形 D.平面三角形、平面三角形【解析】选D。SeS3中的Se价层电子对数为3,故其分子的价层电子对互斥模型为平面三角形,由于中心原子无孤电子对,故立体构型也是平面三角形,D项正确。2.(2020枣庄高二检测)用价层电子对互斥理论判断N 的立体构型为()A.正四面体 B.V形 C.三角锥形 D.平面三角形【解析】选D。N 中,中心原子N上的价层电子对数为 (5+1)=3,VSEPR模 型为平面三角形,又因为其孤电子对数为0,即价层电子对全部用于形成 键,故N 为平面三角形。3O3O123
14、O3.(2020南宁高二检测)下列分子或离子的中心原子,带有一对孤电子对的 是()BeCl2 CH4 NH3 CH2O SO2 H2S C N A.B.C.D.【解析】选D。根据中心原子上的孤电子对数=(a-xb),可以计算出各微粒中心原子上的孤电子对数分别为0、0、1、0、1、2、0、0,故含有一对孤电子对的是。124.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.N 和N B.H3O+和Cl C.N 和C D.P 和S 2O2H-3O3O3H-24O 34O【解析】选A。根据三点共面,A项正确;根据价层电子对互斥理论
15、,B项H3O+中的 氧原子上有一对孤电子对,故H3O+为三角锥形;Cl 中的氯原子有一对孤电子对,故Cl 为三角锥形,C项中C 中C原子上有一对孤电子对,C 亦为三角锥 形;D项中的P 、S 均为正四面体形。3O3O3H-3H-24O 34O【补偿训练】(2020泉州高二检测)SF6是一种无色气体,且具有很强的稳定性,可用于灭火。下列有关说法中正确的是()A.电负性:SF B.SF6分子是正四面体结构 C.SF6分子中硫原子周围无孤电子对 D.氟原子的电子排布图(轨道表示式)为【解析】选C。F电负性最大,A项错误;SF6分子中硫原子有6对价层电子对,不是正四面体结构,B项错误;D项违背泡利原理
16、,错误。【素养新思维】5.用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间构型:BeBr2_,OF2_,AlCl3_,NF3_,N _,Si _。2O23O【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。答案:直线形 V形 平面三角形 三角锥形 直线形 平面三角形【方法规律】确定ABm型分子或离子立体构型的思路 1.键电子对数+中心原子上的孤电子对数=中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型 分子或离子的立体构型。2.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
17、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。【补偿训练】1.已知A、B、C、D、E代表五种元素。A元素的三价离子3d能级处于半充满;B元素原子的最外层电子数是内层电子总数的2倍;C的原子轨道中有2个未成对的电子,且与B可形成两种常见的气体;D的原子序数小于A,D与C可形成DC2和DC3两种分子,且DC2是极性分子,DC3是非极性分子;E是短周期元素中除了稀有气体外原子半径最大的元素。试回答下列问题:(1)写出A元素基态原子的电子排布式:_。(2)B、C、D三种元素的电负性由大到小的顺序为_(写元素符号)。(3)E与C以11形
18、成的物质的电子式为_。(4)用VSEPR理论判断DC3分子的立体结构为_。(5)元素周期表中第一电离能最大的元素是_(填元素符号)。【解析】由已知可推知,A:Fe,B:C,C:O,D:S,E:Na。(1)A元素基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2。(2)B、C、D分别对应的是C、O、S,它们的电负性由大到小的顺序为OSC。(3)E与C以11形成的物质是Na2O2。(5)在元素周期表中第一电离能最大的元素是He。答案:(1)1s22s22p63s23p63d64s2(2)OSC(3)(4)正三角形(5)He 2.短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序数逐渐增大,它们的
19、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_,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立体构型分别是正四面体形与三角锥形,这是因为_(填字母)。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+(6-11-11)=4,所以HClO分子的立体构型 为V形。SO3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)HCl 2+(6-11-11)V形(2)3s23p4 平面三角形(3)SiCl4 10928(4)c 1212