2023-2024學年蘇教版選擇性必修2 專題4　第1單元　課時2　分子的空間結構模型(價層電子對互斥模型)　等電子原理 學案

課時2分子的空間結構模型(價層電子對互斥模型)等電子原理1.了解價層電子對互斥理論，通過對價層電子對互斥模型的探究，建立判斷分子空間構型的思維模型。2.了解等電子體的概念及判斷方法，能用等電子原理解釋物質的結構和某些性質，結合實例說明“等電子原理”的應用。[學生用書P91]eq\a\vs4\al(活動一：討論幾種常見分子的空間結構)分子鍵長/pm鍵角CO2116180°H2O96104°30′NH3101107°18′CH4109109°28′1.上述分子中的中心原子雜化方式是什么？【答案】二氧化碳分子中碳原子sp雜化，其余分子的中心原子均為sp3雜化。2.結合相關數(shù)據(jù)和下圖所示的分子結構，討論鍵角有什么差異，其中可能的原因是什么？NH3分子和H2O分子的結構示意圖【答案】甲烷分子中的鍵角大于氨氣，NH3分子中的鍵角大于水分子。鍵角的大小除與雜化類型有關，還與分子中的孤電子對數(shù)目有關，孤電子對數(shù)目越多，鍵角越小。3.閱讀教材，了解測定分子空間結構的方法有哪些？【答案】用實驗的方法可以測定分子的空間結構，如紅外光譜、晶體的X射線衍射、核磁共振等。eq\a\vs4\al(活動二：了解價層電子對互斥模型)1.分子中的價電子對(包括__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__遠離__以減小__斥力__，分子盡可能采取__對稱__的空間結構。2.討論價層電子對互斥模型與分子的價電子對的幾何構型。(1)當中心原子的價電子全部參與成鍵時，為使價電子斥力最小，分子呈__對稱__的空間結構。(2)價電子對數(shù)與價電子分布的幾何構型的關系價電子對(n)分布的幾何構型具有相同價電子對數(shù)的分子，中心原子的雜化軌道類型相同，價電子對分布的幾何構型也相同。例如，CH4、NH3和H2O分子的價電子對數(shù)都是4，中心原子均采取sp3雜化，價電子對分布的幾何構型均為正四面體。該模型的提出主要考慮價電子對之間的斥力，而分子結構的影響因素往往比較復雜。因此應用該模型預測的結果與實驗測定有偏差，也不能說明各分子結構中化學鍵形成的原因和相對穩(wěn)定性。所以，分子結構的確定最終必須以實驗測定為依據(jù)。3.討論分子的幾何構型。(1)對于價電子對全是成鍵電子對的分子，價電子對的幾何構型與分子的空間結構是一致的。填寫下表：分子BeCl2BF3CH4價電子對數(shù)234幾何構型直線形平面三角形正四面體球棍模型(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)的分子的幾何構型。由于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，使分子的幾何構型發(fā)生變化。如H2O分子氧原子上有兩對孤電子對參與互相排斥，所以H2O分子的空間結構為__V形__；NH3分子中氮原子上有一對孤電子對參與互相排斥，NH3的空間結構是__三角錐形__。4.討論電子對之間斥力的大小和分子中鍵角大小之間的關系。(1)不同的電子對之間的斥力大小順序是什么？為什么會出現(xiàn)斥力不同？【答案】價電子對之間的斥力大小順序：孤電子對與孤電子對之間的斥力＞孤電子對與成鍵電子對之間的斥力＞成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力。斥力大小不同的原因是孤電子對比成鍵電子對更靠近中心原子的原子核，與其他電子對之間的斥力更大。（2）為什么CH4、NH3和H2O分子中鍵角依次減??？【答案】孤電子對數(shù)目的增多，孤電子對對成鍵電子對的排斥作用增強，使得成鍵電子對與成鍵電子對之間的鍵角也被“壓縮”而減小。如CH4分子中C原子的雜化軌道上沒有孤電子對，NH3分子中N原子的雜化軌道上有1對孤電子對，H2O分子中O原子的雜化軌道上有2對孤電子對，因此CH4、NH3和H2O分子中鍵角依次減小。eq\a\vs4\al(活動三：學習ABm型分子的價層電子對的計算方法)1.對于ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)的價電子對數(shù)可以通過下式確定：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)中心原子的價層電子數(shù)等于中心原子的__最外層電子數(shù)__，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；配位原子中鹵素原子和H原子提供__1__個電子，氧族元素的原子提供__0__個電子。對于復雜離子，在計算價層電子對數(shù)時，還應加上負離子的電荷數(shù)或減去正離子的電荷數(shù)，即：價層電子對數(shù)＝eq\f(1,2)(中心原子的價電子數(shù)＋配位原子提供的價電子數(shù)±eq\f(負,正)離子電荷數(shù))計算電子對數(shù)時，若剩余1個電子，即出現(xiàn)奇數(shù)電子，也把這個單電子當作__1對__電子處理。2.填寫常見分子的價層電子對互斥模型和分子的空間結構。σ鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)價電子對數(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結構實例202直線形直線形BeCl2、CO2303三角形平面三角形BF3、BCl321V形PbCl2404四面體形正四面體形CH4、CCl431三角錐形NH322V形H2Oeq\a\vs4\al(活動四：拓展視野——等電子原理)1.具有相同__價電子數(shù)__和相同__原子數(shù)__的分子或離子，具有相同的結構特征，這一原理稱為“等電子原理”。原子總數(shù)相同、__價電子總數(shù)__相同的分子或離子互稱為等電子體。2.利用等電子原理可判斷簡單分子或離子的空間結構，如NH3與H3O＋互為__等電子體__，二者空間構型相同，均為__三角錐__形。3.常見的等電子體。類型實例空間結構雙原子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)正四面體形[學生用書P94]1.下列各組微粒屬于等電子體的是()A.12CO2和14COB.H2O和NH3C.NO＋和CN－D.NO和CO【解析】根據(jù)等電子體的條件：①原子總數(shù)相同，②價電子數(shù)之和相等，判斷NO＋和CN－屬于等電子體，C正確。【答案】C2.(2020·呂叔湘中學診斷考試)水分子在特定條件下容易得到一個H＋，形成水合氫離子(H3O＋)。下列對上述過程的描述不合理的是()A.氧原子的雜化類型發(fā)生了改變B.微粒的形狀發(fā)生了改變C.微粒的化學性質發(fā)生了改變D.微粒中的鍵角發(fā)生了改變【解析】水中氧的雜化為sp3，H3O＋中氧的雜化為sp3，則氧原子的雜化類型沒有改變，A不合理；水分子為V形，H3O＋為三角錐形，則微粒的形狀發(fā)生了改變，B合理；因結構不同，則性質不同，微粒的化學性質發(fā)生了改變，C合理；水分子為V形，H3O＋為三角錐形，微粒中的鍵角發(fā)生了改變，D合理?！敬鸢浮緼3.下列分子或離子中，中心原子價層電子對的空間結構為四面體形且分子或離子的空間結構為三角錐形的是()①NHeq\o\al(＋,4)②PH3③H3O＋④SOeq\o\al(2－,4)A.①②B.②③C.③④D.①④【解析】所給分子或離子中中心原子價層電子對數(shù)：①4＋eq\f(1,2)×(5－1－4×1)＝4，②3＋eq\f(1,2)×(5－3×1)＝4，③3＋eq\f(1,2)×(6－1－3×1)＝4，④4＋eq\f(1,2)×(6＋2－4×2)＝4，所以價層電子對的空間結構均為四面體形；若分子或離子空間結構為三角錐形，則中心原子結合三個原子，即存在一對孤電子對，②③符合，B正確。【答案】B4.(2022·海門中學高三入學考試)肼(N2H4)是發(fā)射航天飛船常用的高能燃料，可通過反應2NH3＋NaClO=N2H4＋NaCl＋H2O制備。下列有關微粒的描述不正確的是()A.NH3分子空間結構為三角錐形B.N2H4的結構式為C.NaClO既含離子鍵又含共價鍵D.中子數(shù)為18的氯的核素：eq\o\al(35,17)Cl【解析】NH3分子中N原子的價層電子對數(shù)＝3＋eq\f(5－3×1,2)＝4，孤電子對數(shù)為1，所以為三角錐形結構，A正確；N2H4分子中兩個N原子共用一對電子，每個N原子和兩個H原子分別共用一對電子，結構式為，B錯誤；NaClO為鈉離子和次氯酸根離子形成的化合物，次氯酸根離子中含有共價鍵，故既含離子鍵又含共價鍵，C正確；質子數(shù)為17、中子數(shù)為18的氯原子質量數(shù)為17＋18＝35，可以表示為eq\o\al(35,17)Cl，D正確?！敬鸢浮緽5.(2021·淮安期末)C2H5OH具有還原性，一種催化氧化乙醇的反應為2C2H5OH＋O2eq\o(→,\s\up7(Cu),\s\do5(△))2CH3CHO＋2H2O。下列有關敘述正確的是()A.16O原子中的中子數(shù)為16B.H2O的空間結構是直線形C.CH3CHO分子中σ鍵和π鍵的數(shù)目之比為5∶2D.C2H5OH與H2O互溶是因為C2H5OH與H2O形成分子間氫鍵【解析】16O原子中質子數(shù)為8，質量數(shù)為16，則中子數(shù)＝16－8＝8，A錯誤；H2O的空間結構是V形，B錯誤；單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵，故CH3CHO分子中含有6個σ鍵、1個π鍵，σ鍵和π鍵的數(shù)目之比為6∶1，C錯誤；C2H5OH與H2O互溶主要是因為C2H5OH與H2O可形成分子間氫鍵，增大了分子間作用力，D正確?！敬鸢浮緿6.(2021·南京六校期末聯(lián)考)二氧化硫雖然是形成酸雨的主要物質，但對食品有漂白和防腐作用，使用二氧化硫能夠達到使產(chǎn)品外觀光亮、潔白的效果，也是制取硫酸重要的原料氣；已知二氧化硫與氧氣反應的熱化學方程式為2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g)ΔH＝－197kJ·mol－1。下列有關說法正確的是()A.SO3是共價晶體B.SO2的水溶液放置在空氣中，pH會增大C.SO3的空間結構為平面三角形D.SO2制取SO3利用了SO2的氧化性【解析】SO3熔、沸點較低，是由分子構成的分子晶體，A錯誤；SO2的水溶液放置在空氣中會被氧化為硫酸，酸性增強，pH減小，B錯誤；SO3中心原子的價層電子對數(shù)為3＋eq\f(6－2×3,2)＝3，不含孤電子對，空間結構為平面三角形，C正確；該反應中SO2中S元素的化合價升高被氧化，利用的是還原性，D錯誤?！敬鸢浮緾7.下列分子的空間結構模型正確的是()ABCDCO2H2ONH3CH4【解析】CO2的空間結構是直線形，A錯誤；H2O的空間結構為V形，B錯誤；NH3的空間結構為三角錐形，C錯誤；CH4是正四面體結構，D正確?！敬鸢浮緿8.(2020·山東濟寧高二期末)氯化亞砜(SOCl2)是一種很重要的化學試劑，可以作為氯化劑和脫水劑。下列關于氯化亞砜分子的空間結構和中心原子(S)采取的雜化方式的說法正確的是()A.三角錐形、sp3B.平面三角形、sp3C.平面三角形、sp2D.三角錐形、sp2【解析】根據(jù)價層電子對互斥模型確定微粒的空間結構，SOCl2中S原子形成2個S—Cl鍵，1個S=O鍵，價層電子對數(shù)＝σ鍵個數(shù)＋孤電子對數(shù)＝3＋eq\f(6－1－1－1×2,2)＝4，雜化軌道數(shù)是4，故S原子采取sp3雜化，中心原子上有一對孤電子對，分子空間結構為三角錐形，A正確?！敬鸢浮緼9.(2021·蘇州相城區(qū)質檢)CHeq\o\al(＋,3)、—CH3、CHeq\o\al(－,3)都是重要的有機反應中間體，有關它們的說法正確的是()A.它們互為等電子體，碳原子均采取sp2雜化B.CHeq\o\al(－,3)與NH3、H3O＋互為等電子體，幾何構型均為正四面體形C.CHeq\o\al(＋,3)中的碳原子采取sp2雜化，所有原子均共面D.CHeq\o\al(＋,3)與OH－形成的化合物中含有離子鍵【解析】等電子體是指價電子數(shù)和原子數(shù)分別都相等的物質，甲烷分子變成CHeq\o\al(＋,3)、—CH3、CHeq\o\al(－,3)時，失去的分別是氫負離子、氫原子和氫離子，原子個數(shù)相同，價電子數(shù)不同，A錯誤；CHeq\o\al(－,3)與NH3、H3O＋均具有8個價電子、4個原子，互為等電子體，立體構型均為三角錐形，不是正四面體形，B錯誤；CHeq\o\al(＋,3)中的碳原子含有eq\f(4－1－3×1,2)＝0對孤對電子，所以CHeq\o\al(＋,3)中的碳原子采取sp2雜化，所有原子均共面，C正確；CHeq\o\al(＋,3)與OH－形成的化合物為CH3OH，只含有共價鍵，不含有離子鍵，D錯誤?！敬鸢浮緾10.(2020·云南昭通期末)下列有關SO3的說法正確的是()A.空間結構與NH3相似B.空間結構與SO2相似C.空間結構與BF3相似D.空間結構與P4相似【解析】SO3分子的空間結構為平面三角形。氨氣分子中中心原子價層電子對數(shù)＝σ鍵個數(shù)＋孤電子對數(shù)＝3＋eq\f(1,2)×(5－3×1)＝4，且含有一對孤電子對，所以其空間結構為三角錐形，A錯誤；SO2分子中，S原子形成2個σ鍵，孤電子對數(shù)為eq\f(1,2)×(6－2×2)＝1，價層電子對數(shù)＝σ鍵個數(shù)＋孤電子對數(shù)＝2＋1＝3，且含有一對孤電子對，所以空間結構為V形，B錯誤；BF3分子中中心原子硼原子的價層電子對數(shù)＝3＋eq\f(1,2)×(3－3×1)＝3，無孤電子對，空間結構為平面三角形，C正確；白磷(P4)屬于單質，空間結構為正四面體形，D錯誤?！敬鸢浮緾11.(1)在BF3分子中，F(xiàn)—B—F的鍵角是__120°__，硼原子