第2章 第2节 第2课时 价电子对互斥理论和等电子原理-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（鲁科版2019）

化学　选择性必修2 导学案 L 第2课时　价电子对互斥理论和等电子原理 核心素养 学业要求 1.能描述和表示与微粒间相互作用有关的理论模型，指出模型表示的具体含义。 2.能运用理论模型解释或推测物质的组成、结构及变化等 了解价电子对互斥理论和等电子原理，能根据有关理论预测某些分子或离子的空间结构 一、价电子对互斥(VSEPR)理论 1．基本观点 分子中的中心原子的价电子对——成键电子对(bp)和孤电子对(lp)由于相互排斥作用，处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。 2．价电子对与分子空间结构的关系 价电子对互斥理论能较便捷地预测分子的空间结构。若n个价电子对全部是成单键的电子对且没有孤电子对，为使价电子对之间的斥力最小，价电子对应尽量远离。因此当n＝2、3、4、5、6时，分子的空间结构分别为直线形、三角形、四面体形、三角双锥形和八面体形。代表物质有二氯化汞、三氟化硼、四氯化碳、五氯化磷和六氟化硫。 特别注意的是，价电子对互斥理论一般不适用于推测过渡金属化合物分子的空间结构。 3．在乙醇分子中，羟基上的氧原子有两对成键电子对和两对孤电子对，价电子对共有四个空间取向；氧原子价电子对相互排斥而远离，呈四面体形，因此C—O—H呈角形。在乙酸分子中，羧基上的碳原子的价电子对均为成键电子对，C===O上的成键电子对仅有一个空间取向，因此碳原子的价电子对共有三个空间取向，相互排斥而远离，因此部分呈三角形。 二、等电子原理 1．基本观点 化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间结构和相同的化学键类型等结构特征。 2．应用：利用该原理可以判断一些简单分子或原子团的空间结构。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)VSEPR模型和分子的空间结构一定是一致的。(　　) (2)VSEPR理论可用来预测分子的空间结构。(　　) (3)中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥。(　　) (4)分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大。(　　) (5)N2和CO互为等电子体。(　　) (6)CH和PCl3互为等电子体，空间结构均为三角锥形。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)× 解析：(1)NH3的VSEPR模型为四面体形，但空间结构为三角锥形。 (6)CH的价电子总数为8，PCl3的价电子总数为26，二者不互为等电子体。 2．甲酸分子(HCOOH)中碳原子的价电子对数为(　　) A．1 B．2 C．3 D．4 答案：C 解析：甲酸分子中碳原子上不存在孤电子对，价电子对数＝σ键数，故选C。 3．下列各组微粒互为等电子体的是(　　) A．12CO2和14CO B．H2O和NH3 C．NO＋和CN－ D．NO和CO 答案：C 4．若ABn的中心原子A上没有孤电子对，运用价电子对互斥理论判断下列说法正确的是(　　) A．若n＝2，则分子的空间结构为角形 B．若n＝3，则分子的空间结构为三角锥形 C．若n＝4，则分子的空间结构为正四面体形 D．以上说法都不正确 答案：C 解析：若中心原子A上没有孤电子对，则根据斥力最小原则，当n＝2时，分子结构为直线形；n＝3时，分子结构为平面三角形；n＝4时，分子结构为正四面体形。 5．用价电子对互斥理论预测H2S和BF3的空间结构，结论都正确的是(　　) A．直线形；三角锥形 B．角形；三角锥形 C．直线形；平面三角形 D．角形；平面三角形 答案：D 探究一　价电子对互斥理论 1．中心原子价电子对数的计算 (1)a表示中心原子的价电子数，对于主族元素来说，a＝原子最外层电子数。对于阳离子来说，a＝中心原子的价电子数－离子电荷数；对于阴离子来说，a＝中心原子的价电子数＋|离子电荷数|。 (2)x表示与中心原子结合的原子数。 (3)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。 (4)分子或离子的中心原子的价电子对数计算公式为x＋。 例如NH3中N原子的孤电子对数为＝1，价电子对数为3＋1＝4。 2．价电子对互斥理论模型与分子空间结构的关系 价电子对互斥理论模型指的是价电子对的空间结构，而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对。 (1)当中心原子无孤电子对时，二者的结构一致。 (2)当中心原子有孤电子对时，二者的结构不一致。 杂化类型 价电子对数 成键电子对数 孤电子对数 价电子对空间结构 分子的空间结构 实例 sp 2 2 0 直线形 直线形 HgCl2、BeCl2 sp2 3 2 1 平面三角形 角形 SO2 3 3 0 平面三角形 平面三角形 BF3、SO3 sp3 4 2 2 四面体形 角形 H2O 4 3 1 四面体形 三角锥形 NH3 4 4 0 四面体形 四面体形 CH4 3.价电子对之间的斥力的大小规律 (1)电子对之间的夹角越小，排斥力越大。 (2)通常，多重键、成键电子对与孤电子对的斥力大小顺序可定性地表示为：三键—三键>三键—双键>双键—双键>双键—单键>单键—单键。 (3)由于成键电子对受两个原子核的吸引，所以电子云比较紧缩，而孤电子对只受到中心原子的吸引，电子云比较“肥大”，对邻近电子对的斥力较大，所以电子对之间斥力大小顺序如下： 孤电子对—孤电子对>孤电子对—成键电子>成键电子—成键电子。 1．下列微粒中中心原子的杂化方式和微粒的空间结构均正确的是(　　) A．C2H4：sp2、平面形 B．SO：sp3、三角锥形 C．ClO：sp2、角形 D．NO：sp3、平面三角形 答案：A 2．用价电子对互斥(VSEPR)理论可以预测许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角大小。下列判断正确的是(　　) A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120° C．COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子 D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子 答案：C 解析：SO2是角形分子，CS2、HI是直线形的分子，A错误；BF3键角为120°，是平面三角形结构，而Sn原子价电子数是4，在SnBr2中两个价电子与Br形成共价键，还有一对孤电子对，对成键电子有排斥作用，使键角小于120°，B错误；PCl3、NH3都是三角锥形的分子，而PCl5是三角双锥形结构，D错误。 探究二　等电子原理 1．等电子体 满足等电子原理的微粒(分子或离子)互称为等电子体。 2．常见的等电子体 类型 实例 空间结构 双原子10价电子 N2、CO、NO＋、C、CN－ 直线形 三原子16价电子 CO2、CS2、N2O、CNO－、NO、N、SCN－、BeCl2 直线形 三原子18价电子 NO、O3、SO2 角形 四原子24价电子 NO、CO、BO、SiO、BF3、SO3 平面三角形 四原子26价电子 NF3、PCl3、NCl3、SO 三角锥形 五原子8价电子 CH4、NH、SiH4 正四面体形 五原子32价电子 SiF4、CCl4、BF、SO、PO 3.等电子体的确定方法 (1)替换法 ①同周期左右替换法，如O3和NO、N2O和N等。 ②同主族上下替换法，如SO2和O3等。 (2)叠加法 互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，如N2O与CO2。 3．通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法错误的是(　　) A．CH4和NH互为等电子体，键角均为109°28′ B．NO和CO互为等电子体，空间结构相同 C．H3O＋和PCl3互为等电子体，均为三角锥形结构 D．SO和ClO互为等电子体，均为三角锥形结构 答案：C 解析：H3O＋和PCl3价电子总数不相等，不互为等电子体，C错误。 4．根据等电子原理，由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。 (1)仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是________和________；________和________。 (2)在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有________。 答案：(1)N2　CO　CO2　N2O　 (2)SO2、O3 解析：(2)NO为三原子，各原子最外层电子数之和为5＋6×2＋1＝18，SO2、O3也为三原子，各原子最外层电子数之和均为18。 本课小结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ 对点 价电子对互斥理论的应用 VSEPR理论模型、分子空间结构 微粒的空间结构 微粒的空间结构　 价电子对互斥理论的应用 价电子对互斥理论的应用 等电子原理　 价电子对互斥理论 VSEPR理论模型、离子空间结构 题号 10 11 12 13 14 15 16 17 难度 ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★★ 对点 价电子对互斥理论的应用 利用价电子对互斥理论判断键角大小 VSEPR理论模型 价电子对互斥理论的应用 价电子对互斥理论的应用　 微粒空间结构的判断 价电子对互斥理论的应用　 价电子对互斥理论、等电子原理 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1．下列有关NCl3分子的叙述正确的是(　　) A．NCl3分子中的N原子采取sp2杂化 B．NCl3分子为平面三角形 C．NCl3分子中Cl—N—Cl键角小于109°28′ D．NCl3分子中含有非极性键 答案：C 2．下列分子的VSEPR理论模型与其空间结构一致的是(　　) A．NH3 B．CCl4 C．H2O D．SO2 答案：B 3．下列各组粒子的空间结构相同的是(　　) A．O3、OF2 B．OF2、NH3 C．SnCl2、NO D．CCl4、SO3 答案：A 解析：O3的中心O原子的价电子对数为2＋＝3，有1对孤电子对，分子的空间结构为V形；OF2的中心O原子的价电子对数为2＋＝4，有2对孤电子对，分子的空间结构为V形。NH3的中心N原子的价电子对数为3＋＝4，有1对孤电子对，则NH3分子的空间结构为三角锥形。SnCl2的中心Sn原子的价电子对数为2＋＝3，有1对孤电子对，则SnCl2分子的空间结构为V形；NO的中心N原子的价电子对数为2＋＝2，无孤电子对，则NO的空间结构为直线形。CCl4的中心C原子的价电子对数为4＋＝4，无孤电子对，CCl4分子的空间结构为正四面体形；SO3的中心S原子的价电子对数为3＋＝3，无孤电子对，则SO3分子的空间结构为平面三角形。 4．下列说法正确的是(　　) A．CS2分子的空间结构为直线形 B．ClO的空间结构为三角形 C．SF6中每个原子均满足最外层8电子稳定结构 D．SiF4和SO的中心原子均为sp3杂化，空间结构均为四面体形 答案：A 解析：ClO中氯原子形成3个σ键，孤电子对数为＝1，应为三角锥形分子，故B错误；SF6中硫原子最外层电子数为6＋6＝12，故C错误；SiF4分子中硅原子形成4个σ键，孤电子对数为0，硅原子发生了sp3杂化，空间结构为正四面体形，SO中硫原子形成3个σ键，孤电子对数为＝1，硫原子发生了sp3杂化，空间结构为三角锥形，故D错误。 5．我国科学家成功合成了世界上首个五氮阴离子盐R，其化学式为(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl，从结构角度分析，R中两种阳离子的不同之处为(　　) A．中心原子的杂化轨道类型 B．中心原子的价电子对数 C．空间结构 D．共价键类型 答案：C 解析：R中两种阳离子分别为H3O＋和NH，NH的中心原子N的孤电子对数为＝0，价电子对数为4，故N原子的杂化类型为sp3，NH的空间结构为正四面体形，H3O＋的中心原子O的孤电子对数为＝1，价电子对数为3＋1＝4，故O原子的杂化类型为sp3，H3O＋的空间结构为三角锥形；二者含有的共价键均为σ键(或极性键)。 6．利用价电子对互斥理论可以预测许多分子或离子的空间结构，也可推测键角的大小，下列判断正确的是(　　) A．BeCl2是角形分子 B．NO的键角大于120° C．NO的空间结构是三角锥形 D．NH的键角等于109°28′ 答案：D 7．根据等电子原理，下列各组分子的空间结构不相似的是(　　) A．O3和SO2 B．N2O和CO2 C．CO和N2 D．CS2和NO2 答案：D 解析：化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子互为等电子体，互为等电子体的微粒具有相似的空间结构。O3的原子数为3，价电子总数为18，SO2的原子数为3，价电子总数为18，二者互为等电子体，空间结构相似；N2O的原子数为3，价电子总数为16，CO2的原子数为3，价电子总数为16，二者互为等电子体，空间结构相似；CO的原子数为2，价电子总数为10，N2的原子数为2，价电子总数为10，二者互为等电子体，空间结构相似；CS2的原子数为3，价电子总数为16，NO2的原子数为3，价电子总数为17，二者不互为等电子体，空间结构不相似。 8．下列对粒子空间结构的判断，错误的是(　　) A．I的空间结构为角形 B．CO的VSEPR理论模型与其空间结构一致 C．CO2与BeCl2的空间结构相同 D．ClO的空间结构为平面三角形 答案：D 解析：I中中心原子上的孤电子对数为×(7－1－2×1)＝2，价电子对数为2＋2＝4，则I的空间结构为角形，A正确；CO中中心原子的价电子对数为3＋×(4＋2－3×2)＝3，不存在孤电子对，所以CO的VSEPR理论模型与其空间结构一致，B正确；CO2为直线形分子，BeCl2中中心原子的价电子对数为2＋×(2－2×1)＝2，不存在孤电子对，空间结构为直线形，C正确；ClO中Cl原子的价电子对数为3＋×(7＋1－3×2)＝4，中心Cl原子上含有1对孤电子对，所以ClO的空间结构为三角锥形，D错误。 9．磷酸氯喹在细胞水平上能有效抑制病毒的感染，其结构如图所示。下列说法正确的是(　　) A．第一电离能：O>N>C B．该有机物中碳原子采取sp、sp2杂化 C．该有机物中N原子采取sp3杂化 D．PO的空间结构与其VSEPR理论模型相同 答案：D 解析：基态N原子的价电子排布式为2s22p3，2p轨道呈半充满稳定结构，较难失去1个电子，故N的第一电离能大于O的第一电离能，A错误；该有机物中碳原子采取sp2、sp3杂化，B错误；该有机物中N原子采取sp2、sp3杂化，C错误；PO中P原子上的价电子对数为4，没有孤电子对，故其空间结构与VSEPR理论模型相同，D正确。 10．氯仿(CHCl3)常因保存不当而被氧化，产生剧毒物光气(COCl2，结构式为)：2CHCl3＋O2―→2HCl＋2COCl2。下列说法正确的是(　　) A．CHCl3分子的空间结构为正四面体形 B．COCl2分子的中心原子采用sp杂化 C．COCl2分子的空间结构为三角锥形 D．氯仿转化为光气的过程中，中心原子的杂化轨道类型发生了变化 答案：D 解析：CHCl3分子中的4个共价键键长不完全相等，故其空间结构不是正四面体形，A错误；COCl2分子的结构式为，中心原子碳形成2个单键和1个双键，价电子对数＝3＋＝3，故碳原子采用sp2杂化，B错误；COCl2分子为平面三角形结构，C错误；氯仿与光气中的碳原子分别采用sp3杂化和sp2杂化，D正确。 11．下列推断不合理的是(　　) A．NH3分子中H—N—H键角小于109°28′ B．H2O中H—O—H键角小于H3O＋中 H—O—H键角 C．已知P4分子空间结构为正四面体，P4O6中的O—P—O键角小于P4O10中的O—P—O键角 D．NH中H—N—H键角小于NH3分子中H—N—H键角 答案：D 解析：NH3分子中中心N原子的价电子对数为4，采用sp3杂化，有1对孤电子对，所以H—N—H键角小于109°28′，A合理；因为H2O中O原子有2对孤电子对，而H3O＋中O原子只有1对孤电子对，所以H2O中H—O—H键角小于H3O＋中H—O—H键角，B合理；已知P4O6和P4O10的结构式分别为和，前者P原子有1对孤电子对，后者P原子不存在孤电子对，所以P4O6中的O—P—O键角小于P4O10中的O—P—O键角，C合理；NH中N原子没有孤电子对，NH3中N原子有1对孤电子对，所以NH中H—N—H键角大于NH3分子中H—N—H键角，D不合理。 12．中国疾控中心研发出两种含氯低温消毒剂，解决了低温消毒难题，具体反应如图所示，下列说法正确的是(　　) A．尿素分子中所有原子可能在同一平面 B．氯化铵的阳离子的VSEPR理论模型为正四面体形 C．三聚氰酸中的N原子为sp2杂化 D．二氯异氰尿酸钠中非金属元素的电负性：Cl>O>N 答案：B 解析：—NH2、中的N采取sp3杂化，—NH2为三角锥形结构，所有原子不可能在同一平面，A、C错误；氯化铵的阳离子为NH，中心原子N原子为sp3杂化，没有孤电子对，故其VSEPR理论模型为正四面体形，B正确；电负性：O>Cl>N，D错误。 13．As2O3(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示)，与盐酸反应能生成AsCl3，AsCl3和LiAlH4反应的产物之一为AsH3。下列说法错误的是(　　) A．As2O3分子中As原子的杂化方式为sp3 B．LiAlH4中阴离子的VSEPR模型为正四面体形 C．AsCl3的空间结构为平面正三角形 D．AsH3分子的键角小于109°28′ 答案：C 解析：由As2O3的分子结构可知，As与3个O形成三角锥形结构，中心原子As上有1对孤电子对和3对成键电子对，则As原子的杂化方式为sp3，同理，AsCl3的空间结构为三角锥形，A正确，C错误；LiAlH4是由Li＋和AlH构成的离子化合物，AlH中Al的价电子对数为4，且无孤电子对，所以AlH的VSEPR模型为正四面体形，B正确；由于孤电子对与成键电子对间的排斥力大于成键电子对间的排斥力，故AsH3分子的键角小于109°28′，D正确。 14．甲烷在一定条件下可生成碳正离子(CH)、碳负离子(CH)、甲基(—CH3)、碳烯(CH2)等微粒，下列说法错误的是(　　) A．CH和—CH3的空间结构均为平面三角形 B．CH4中4个C—H键的键参数均相同 C．键角：CH>CH D．键角：CH>CH2 答案：A 解析：CH中心原子上的孤电子对数为×(4－1－3×1)＝0，有3个σ键，故CH为平面三角形，键角为120°；—CH3中心原子上有1个孤电子，有3个σ键，故其空间结构为三角锥形，键角小于109°28′，A错误。CH4为正四面体结构，即4个C—H键的键参数均相同，B正确。CH中心原子上的孤电子对数为×(4＋1－3×1)＝1，有3个σ键，故其空间结构为三角锥形，键角小于109°28′，故键角：CH>CH，C正确。CH2中心原子上有1对孤电子对，有2个σ键，VSEPR模型为平面三角形，CH2空间结构为V形，由于孤电子对对成键电子对斥力较大，则键角小于120°，故键角：CH>CH2，D正确。 二、非选择题 15．已知：①CS2；②PCl3；③H2S；④CH2O； ⑤H3O＋；⑥NH；⑦BF3；⑧SO2。请回答下列问题： (1)中心原子没有孤电子对的是________(填序号，下同)。 (2)空间结构为直线形的是________；空间结构为平面三角形的是________。 (3)空间结构为角形的是________。 (4)空间结构为三角锥形的是________；空间结构为正四面体形的是________。 答案：(1)①④⑥⑦　(2)①　④⑦ (3)③⑧　(4)②⑤　⑥ 解析：(2)CS2的中心原子的价电子对数＝2＋＝2，不含孤电子对，故为直线形；CH2O的中心原子的价电子对数为3，不含孤电子对，故为平面三角形；BF3的中心原子的价电子对数＝3＋＝3，不含孤电子对，故为平面三角形。 (3)H2S的中心原子的价电子对数＝2＋＝4，含2对孤电子对，故为角形结构；SO2的中心原子的价电子对数＝2＋＝3，含1对孤电子对，故为角形结构。 (4)PCl3的中心原子的价电子对数＝3＋＝4，含1对孤电子对，故为三角锥形；H3O＋的中心原子的价电子对数＝3＋＝4，含1对孤电子对，故为三角锥形；NH的中心原子的价电子对数＝4＋＝4，不含孤电子对，故为正四面体形。 16．元素及其化合物的应用研究是目前科学研究的前沿之一。试回答下列问题： (1)二氧化钛(TiO2)作光催化剂，能将污染物如甲醛(CH2O)、苯等有害气体转化为二氧化碳和水。水分子的中心原子的价电子对数为________；甲醛的价电子对互斥理论模型为________；二氧化碳分子中碳原子的杂化类型为________。 (2)写出下列离子的空间结构：PO________；ClO________。 (3)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中O原子采取________杂化。H3O＋中键角比H2O中键角大，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)4　平面三角形　sp杂化　 (2)正四面体形　三角锥形 (3)sp3　H2O中O原子有2对孤电子对，H3O＋中O原子只有1对孤电子对，后者的孤电子对对成键电子对的排斥力较小 解析：(1)水分子中O原子的价电子对数＝2＋×(6－2×1)＝4；甲醛分子中C原子的价电子对数为3，价电子对互斥理论模型为平面三角形；二氧化碳分子中碳原子的价电子对数为2，杂化类型为sp杂化。 (2)PO中P原子的价电子对数＝4＋＝4，孤电子对数为0，空间结构为正四面体形；ClO中Cl原子的价电子对数＝3＋＝4，孤电子对数为1，空间结构为三角锥形。 (3)H3O＋中O原子的价电子对数＝3＋×(6－1－1×3)＝4，根据价电子对互斥理论模型可知O原子的杂化类型为sp3杂化。 17．回答下列问题。 (1)用价电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间结构： ①NH________；②BBr3________； ③CHCl3________；④SiF4________； ⑤NO________。 (2)用价电子对互斥理论推断PCl3中 Cl—P—Cl的键角________109°28′(填“>”“<”或“＝”)。 (3)SiO、SO3、NO三种粒子是等电子体，三种粒子的空间结构为____________，其中Si、S、N三种元素的第一电离能由大到小的顺序为________。 (4)CaCN2中阴离子为CN，与CN互为等电子体的分子的化学式为________，可推知CN的空间结构为________形。 答案：(1)①角形　②平面三角形　③四面体形　④正四面体形　⑤平面三角形　 (2)<　(3)平面三角形　N>S>Si　 (4)CO2(其他合理答案也可)　直线 解析：(1) 化学式 NH BBr3 CHCl3 SiF4 NO 中心原子的σ键电子对数 2 3 4 4 3 中心原子含有的孤电子对数 2 0 0 0 0 中心原子的价电子对数 4 3 4 4 3 空间结构 角形 平面三角形 四面体形 正四面体形 平面三角形 (2)PCl3分子中P的价电子对数为3＋＝4，孤电子对数为1，由于孤电子对与P—Cl键的排斥作用大于P—Cl键间的排斥作用，所以Cl—P—Cl的键角小于109°28′。 15 学科网（北京）股份有限公司 $$