高中蘇教版 (2019)第一單元分子的空間結構第2課時導學案及答案-學案下載-教習網(wǎng)

一、價層電子對互斥模型
1．價層電子對互斥理論
(1)價電子對：包括成鍵電子對和孤電子對，即價電子對＝成鍵電子對＋孤電子對。
(2)分子中的價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．價電子對數(shù)(ABm型分子)的計算方法
對于ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)，分子的價電子對數(shù)可以通過下式確定：
價電子對數(shù)目(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)
(1)對于主族元素，中心原子的價電子數(shù)＝最外層電子數(shù)。
(2)配位原子中鹵素原子、氫原子按提供1個價電子數(shù)計算。如PCl5 中n＝5。O、S作為配位原子時按不提供價電子計算。
(3)對于復雜離子，在計算價電子對數(shù)時，還應加上或減去離子所帶的電荷數(shù)。如NHeq \\al(＋,4)中n＝4，SOeq \\al(2－,4)中n＝4。
(4)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。如NO2中n＝3。
3．價層電子對互斥模型(也稱價層電子對分布的幾何構型)與分子空間結構
(1)價電子對數(shù)與配位原子數(shù)目相等的ABm型分子的幾何構型
根據(jù)分子的價電子對數(shù)，可以很方便的確定價電子對數(shù)都是成鍵電子對的ABm型分子的幾何構型。
(2)孤電子對數(shù)≠0的分子幾何構型
一般來說，孤電子對、成鍵電子對之間斥力大小的順序為
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。
判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)價層電子對互斥模型就是分子空間結構。 (×)
(2)NH3分子為三角錐型，N原子發(fā)生sp2雜化。(×)
(3)只要分子構型為平面三角形，中心原子均為sp2雜化。(√)
(4)中心原子是sp雜化的，其分子構型不一定為直線形。(×)
(5)價層電子對互斥理論中，π鍵電子對數(shù)不計入中心原子的價層電子對數(shù)。(√)
(6)SOeq \\al(2－,4)的空間結構為正四面體型。(√)
二、等電子原理
1．概念：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。符合此條件的分子或離子互為等電子體。
2．典例：CO和N2，它們的分子中價電子總數(shù)是10，都形成1個σ鍵和2個π鍵，CO的結構式為CO，CO和N2鍵能都較大，性質也相似。
3．應用：利用等電子原理可以判斷一些簡單分子或離子的空間結構。
1．原子數(shù)目相等和電子數(shù)目相等的微粒叫等電子體，下列各組微粒中屬于等電子體的是( )
A．CH4、NH3 B．S2－、Cl－
C．CO2、HClD．OH－、NHeq \\al(－,2)
B [A項，CH4和NH3電子數(shù)分別為6＋1×4＝10、7＋1×3＝10，原子數(shù)目不相等，A錯誤；B項，S2－和Cl－電子數(shù)分別為16＋2＝18、17＋1＝18，原子數(shù)目相等，故B正確；C項，CO2和HCl電子數(shù)分別為6＋8×2＝22、1＋17＝18，原子數(shù)目不相等，C錯誤；D項，OH－和NHeq \\al(－,2)電子數(shù)分別為8＋1＋1＝10、7＋1×2＋1＝10，原子數(shù)目不相等，D錯誤。]
2．已知CO2為直線形結構，SO3為平面正三角形結構，NF3為三角錐型結構，請推測COS、COeq \\al(2－,3)、PCl3的空間結構。
[解析] COS與CO2互為等電子體，結構相似，所以COS為直線形結構；COeq \\al(2－,3)與SO3互為等電子體，結構相似，所以COeq \\al(2－,3)為平面正三角形結構；PCl3與NF3互為等電子體，結構相似，所以PCl3為三角錐型結構。
[答案] COS為直線形結構；COeq \\al(2－,3)為平面正三角形結構；PCl3為三角錐型結構。
《中華本草》等中醫(yī)典籍中，記載了爐甘石(ZnCO3)入藥，可用于治療皮膚炎癥或表面創(chuàng)傷。爐甘石洗劑，用于急性瘙癢性皮膚病，如蕁麻疹和痱子。局部外用，用時搖勻，取適量涂于患處，每日2～3次。主要功效用于急性瘙癢性皮膚病，如蕁麻疹和痱子。
[問題1] ZnCO3中，陰離子的價層電子對數(shù)是多少？中心碳原子的孤電子對數(shù)和σ鍵數(shù)目分別為多少？
[提示] 價層電子對數(shù)＝(4＋2)/2＝3, σ鍵數(shù)目＝氧原子數(shù)＝3，孤電子對數(shù)＝價層電子對數(shù)－σ鍵數(shù)＝0。
[問題2] COeq \\al(2－,3)的價層電子對分布的幾何構型和空間結構分別什么？
[提示] 平面三角形、平面三角形。
[問題3] 各寫出一種與 COeq \\al(2－,3)互為等電子體的分子和離子的化學式。
[提示] SO3(BF3)、NOeq \\al(－,3)(SiOeq \\al(2－,3))。
一、價層電子對互斥模型的應用
1．根據(jù)價層電子對互斥理論，首先計算出價電子對數(shù)，價電子對數(shù)與雜化軌道數(shù)相同，再由雜化軌道數(shù)判斷雜化類型。
2．根據(jù)成鍵電子對數(shù)與孤電子對數(shù)的關系，可以判斷分子的空間結構。
【特別提醒】價層電子對互斥理論說明的是價層電子對的空間結構，而分子的空間結構指的是成鍵電子對的空間結構，不包括孤電子對。
(1)當中心原子無孤電子對時，兩者的結構一致；
(2)當中心原子有孤電子對時，兩者的結構不一致。
二、等電子原理的應用
利用等電子原理可以判斷一些簡單分子或離子的空間結構。
1．SOeq \\al(2－,4)、POeq \\al(3－,4)等離子符合AX4通式，價電子總數(shù)為32，中心原子采取sp3雜化，呈四面體空間結構。
2．SOeq \\al(2－,3)、POeq \\al(3－,3)等離子符合AX3通式，價電子總數(shù)為26，中心原子采取sp3雜化，由于存在一對孤電子對，呈三角錐空間結構。
3．等電子體不僅有相似的空間結構，而且有相似的性質。如晶體硅、鍺是良好的半導體材料，它們的等電子體AlP、GaAs也是良好的半導體材料。
4．常見的等電子體匯總
[注意] 等電子體結構相同，物理性質相近，但化學性質不同。
1．等電子體之間結構相似、物理性質也相近。根據(jù)等電子原理，由短周期元素組成的微粒，只要其原子總數(shù)和原子最外層電子總數(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 \\al(2－,3)和NOeq \\al(－,3)B．O3和SO2
C．CO2和NOeq \\al(－,2)D．SCN－和Neq \\al(－,3)
C [C選項中，CO2與NOeq \\al(－,2)具有相同的原子總數(shù)，但最外層電子總數(shù)不同，CO2為16, 而NOeq \\al(－,2)為18, 故二者不能互稱為等電子體。]
2．(1)與NH3BH3原子總數(shù)相等的等電子體是________(寫分子式)。
(2)與NHeq \\al(＋,4)互為等電子體的一種分子為________(填化學式)。
(3)與O3分子互為等電子體的一種陰離子為________(填化學式)。
[解析] (1)原子總數(shù)相同、價層電子總數(shù)相同的微?；シQ為等電子體，與NH3BH3互為等電子體的分子為CH3CH3。
(2)考慮與N元素相鄰主族的元素，可知與NHeq \\al(＋,4)互為等電子體的分子是CH4或SiH4。
(3)等電子體是指價層電子總數(shù)和原子總數(shù)均相同的分子、離子或原子團，O3與NOeq \\al(－,2)均為3原子、18價層電子的微粒，故二者互為等電子體。
[答案] CH3CH3 CH4或SiH4 NOeq \\al(－,2)
3．填寫下列表格。
[答案] ① 0 2 2 直線形直線形 sp
② 3 1 4 四面體型直線形 sp3
③ 0 2 2 直線形直線形 sp
④ 2 2 4 四面體型 V形 sp3
⑤ 0 3 3 平面三角形平面三角形 sp2
⑥ 0 3 3 平面三角形平面三角形 sp2
⑦ 0 3 3 平面三角形平面三角形 sp2
1．用價層電子對互斥理論預測H2S和COCl2的空間結構，兩個結論都正確的是( )
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
D [H2S分子中的中心原子S原子上的孤電子對數(shù)是eq \f(1,2)×(6－1×2)＝2,則H2S分子中的中心原子的價層電子對數(shù)是4,其中2對是孤電子對，因此分子空間結構是V形；而COCl2分子中的中心原子C原子上的孤電子對數(shù)是eq \f(1,2)×(4－2×1－1×2)＝0,則COCl2分子中的中心原子的價層電子對數(shù)是3,因此分子空間結構是平面三角形，故選D。]
2．下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是( )
A．BeCl2與BF3B．CO2與SO2
C．CCl4與NH3D．C2H2與C2H4
C [BeCl2、BF3分子中的中心原子雜化類型分別為sp、sp2；CO2、SO2分子中的中心原子雜化類型分別為sp、sp2；C2H2、C2H4分子中的中心原子雜化類型分別為sp、sp2。]
3．通常把原子總數(shù)和價電子總數(shù)相同的分子或離子稱為等電子體。人們發(fā)現(xiàn)等電子體的空間結構相同，則下列有關說法中正確的是( )
A．CH4和NHeq \\al(＋,4)是等電子體，鍵角均為60°
B．NOeq \\al(－,3)和COeq \\al(2－,3)是等電子體，均為平面三角形結構
C．H3O＋和PCl3是等電子體，均為三角錐型結構
D．B3N3H6和苯是等電子體，B3N3H6分子中不存在“肩并肩” 式重疊的軌道
B [CH4和NHeq \\al(＋,4)是正四面體結構，鍵角是109°28′，A錯；NOeq \\al(－,3)和COeq \\al(2－,3)是等電子體，均為平面三角形結構，B對；H3O＋和PCl3的價電子總數(shù)不相等，不互為等電子體，C錯；苯分子中存在“肩并肩”式重疊的軌道，故其等電子體B3N3H6分子中也存在，D錯。]
4．回答下列問題。
(1)根據(jù)等電子原理，僅由第二周期元素形成的共價分子中，互為等電子體的是________和________；________和________。
(2)在短周期元素組成的物質中，與NOeq \\al(－,2)互為等電子體的分子有________、________。
(3)與H2O互為等電子體的一種陽離子為________(填化學式)，陰離子為________。
(4)與N2互為等電子體的陰離子是________，陽離子是________。
[答案] (1)N2 CO N2O CO2 (2)SO2 O3
(3)H2F＋ NHeq \\al(－,2) (4)CN－(或Ceq \\al(2－,2)) NO＋
5．指出下列分子或離子的立體構型和中心原子的雜化類型。
(1)H2S________________，CO2________________________，
PH3________________，PCl3__________________________，
BF3________________，HCN_____________________________，
HCHO________________，SO2__________________________，
SiH4________________。
(2)NHeq \\al(＋,4)________________，NOeq \\al(－,2)________________________，
SOeq \\al(2－,4)________________，SOeq \\al(2－,3)______________________，
ClOeq \\al(－,3)________________，ClOeq \\al(－,4)_______________________，
SiOeq \\al(2－,3)________________。
[答案] (1)V形、sp3 直線形、sp 三角錐型、sp3 三角錐型、sp3 平面三角形、sp2 直線形、sp 平面三角形、sp2 V形、sp2 正四面體型、sp3 (2)正四面體型、sp3 V形、sp2 正四面體型、sp3 三角錐型、sp3 三角錐型、sp3 正四面體型、sp3 平面三角形、sp2學習
任務
1．了解價層電子對互斥模型，能根據(jù)此理論解釋或預測簡單分子的空間結構。
2．了解等電子原理的內容。
價電子
對數(shù)
電子對排布方式
幾何構型
鍵角
實例
2
直線形
180°
CO2、
BeCl2、CS2
3
平面三角形
120°
BF3、SO3
4
正四面體
109°28′
CH4、CCl4
分子
價電子
對數(shù)
成鍵電
子對數(shù)
孤電子
對數(shù)
幾何
構型
鍵角
同類型
分子
NH3
4
3
1
三角錐型
107.3°
NF3、PCl3
H2O
4
2
2
V形
104.5°
H2S、SCl2
價層電子對的計算與應用
價層電
子對數(shù)
σ鍵電
子對數(shù)
中心原子
上的孤電
子對數(shù)
價層電子
對分布幾
何構型
分子空
間結構
實例
2
2
0
直線形
直線形
CO2、CS2、
BeCl2、NOeq \\al(＋,2)
3
3
0
平面
三角形
平面
三角形
BF3、SO3、
NOeq \\al(－,3)、COeq \\al(2－,3)、
CH2O
2
1
V形
SO2、NO2、
NOeq \\al(－,2)
4
4
0
四面體型
正四面
體型
所有AB4型
分子和離子
3
1
三角
錐型
NH3、NF3、
PCl3、SOeq \\al(2－,3)、
ClOeq \\al(－,3)
2
2
V形
H2O、H2S、
SCl2
微粒
價電子總數(shù)
立體構型
CO2、SCN－、NOeq \\al(－,2) 、Neq \\al(－,3)
16e－
直線形
COeq \\al(2－,3) 、NOeq \\al(－,3) 、SO3
24e－
平面三角形
SO2、O3、NOeq \\al(－,2)
18e－
V形
SOeq \\al(2－,4) 、POeq \\al(3－,4)、SiCl4、SiOeq \\al(4－,4)
32e－
正四面體型
POeq \\al(3－,3) 、SOeq \\al(2－,3) 、ClOeq \\al(－,3)
26e－
三角錐型
CO、N2
10e－
直線形
CH4、NHeq \\al(＋,4)
8e－
正四面體型
序號
化學式
孤電
子對
數(shù)
σ鍵電
子對數(shù)
價層電
子對數(shù)
價層電子對分布幾
何構型
分子或
離子的
空間結
構名稱
中心
原子
雜化
類型
①
CO2
②
ClO－
③
HCN
④
H2O
⑤
SO3
⑥
COeq \\al(2－,3)
⑦
NOeq \\al(－,3)

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