第2章 第2节 第2课时 价电子对互斥理论-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学选择性必修2同步导学案配套PPT课件（鲁科版）双选

优化探究 第2章　微粒间相互作用与物质性质 第2节　共价键与分子的空间结构 第2课时　价电子对互斥理论   [课程标准要求]　1.理解价电子对互斥理论和等电子原理。2.能根据价电子对互斥理论、等电子原理判断简单分子的空间结构。 任务一　价电子对互斥(VSEPR)理论 任务二　等电子原理 课时作业　巩固提升 任务一　价电子对互斥(VSEPR)理论 1.价电子对互斥理论的基本观点:分子中的_________________________ 　　　　　　　　　　由于相互　　　　作用,处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。  (1)当中心原子的价电子全部参与成键时,为使价电子对之间的　　　　,就要求尽可能采取　　　　结构。  (2)当中心原子的价电子部分参与成键时,未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的　　　　,从而影响分子空间结构。  (3)电子对之间的夹角　　　　,相互之间的斥力　　　　。  中心原子的价电子对——成 键电子对和孤电子对 排斥　 斥力最小 对称 斥力不同 越大　 越小 2.中心原子价电子对数的计算 价电子对数=成键电子对数+孤电子对数 (1)成键电子对数=σ键电子对数=中心原子结合的原子数。 (2)孤电子对数= 另外,在计算中心原子的价电子对数时应注意如下规定: ①中心原子(对于主族元素)价电子数的确定方法 对于分子,中心原子的价电子数=最外层电子数;对于阳离子,中心原子的价电子数=最外层电子数-离子电荷数;对于阴离子,中心原子的价电子数=最外层电子数+离子电荷数。 ②配位原子的未成对电子数确定方法 与中心原子结合的原子称为配位原子,氢原子为1,其他原子=8-该原子的最外层电子数(如卤族元素均为1)。 例如,NH3分子中中心N原子价电子对数的计算过程如下: 成键电子对数=σ键电子对数=中心原子结合的原子数=3; 孤电子对数==1。 因此NH3分子中中心N原子价电子对数为4,分子中有一对孤电子对。 3.价电子对互斥理论与分子的空间结构 (1)分析中心原子中的价电子全部参与形成共价键的分子的空间结构并完成下表(由中心原子周围的原子数n来预测): ABn 空间结构 实例 n=2 　　　  CO2、HgCl2 n=3 　　　　　  CH2O、BF3 n=4 　　　　　  CH4、CCl4 n=5 三角双锥形 PCl5 n=6 八面体形 SF6 直线形　 平面三角形　 正四面体形 (2)中心原子上有孤电子对的分子的空间结构:中心原子上的　　　　占据中心原子周围的空间,与　　　　　互相排斥,使分子的空间结构发生变化,如  ①H2O为AB2型分子,氧原子上的　　　　　　参与互相排斥,所以H2O分子的空间结构为角形而不是直线形。  ②NH3分子中氮原子上有　　　　　　参与互相排斥,故NH3的空间结构不是平面三角形而是三角锥形。  孤电子对 成键电子对 两对孤电子对 一对孤电子对　 4.电子对之间的相互排斥作用大小的一般规律 (1)成键电子对之间的斥力由大到小顺序 　　　　　　>三键—双键>　　　　　　>双键—单键> 　　　　　　。  (2)含孤电子对的斥力由大到小顺序 　　　　　　 　 　≫孤电子对—成键电子对> 　　　　　 　　　　　。  三键—三键　 双键—双键　 单键—单键 孤电子对—孤电子对　 成键电子对—成键电子对 1.所有的三原子分子都是直线形结构。 (　　) 2.孤电子对的空间排斥力大于σ键电子对的排斥力。 (　　) × √ 请完成下列各小题。 (1)在SO2分子中,硫原子采取　　　杂化,SO2的键角　　　(填“大于”“等于”或“小于”)120°。SO3分子中硫原子采取　　　　杂化,SO3分子的空间结构为　　 　　。  (2)OF2中氧原子的杂化方式为　　,OF2分子的空间结构为　　　　。  sp2 小于 sp2 平面三角形 sp3 角形 (教参独具) 1.价电子对数的确定方法 (1)a表示中心原子的价电子数: 对于主族元素: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|。 (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。 2.价电子对数与分子空间结构的关系 中心原子的杂化轨 道类型　 分子的 价电子 对数 成键 电子 对数 中心原子 的孤电子 对数　　 分子的 空间结 构名称 实例 sp 2 2 0 直线形 BeCl2 sp2 3 3 0 平面 三角形 BF3 2 1 角形 SnBr2 中心原子的杂化轨 道类型　 分子的 价电子 对数 成键 电子 对数 中心原子 的孤电子 对数　　 分子的 空间结 构名称 实例 sp3 4 4 0 四面 体形 CH4 3 1 三角 锥形 NH3 2 2 角形 H2O 3.键角大小的判断 (1)斥力大小顺序 ①孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力; ②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。 (2)步骤 ①首先看中心原子杂化类型 中心原子杂化类型是决定键角大小的最根本的原因,如表: 中心原子杂化类型 sp sp2 sp3 杂化轨道 空间分布       轨道夹角 180° 120° 109°28' 中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化类型的,它们对应的键角会依次增大。 ②再确定中心原子孤电子对数 中心原子杂化类型相同的分子,中心原子所含孤电子对数目越多,键角越小。 ③再看电负性 中心原子杂化类型相同,孤电子对数也相同的分子,可以比较原子的电负性 a.若中心原子相同,则配位原子电负性越大,键角越小; b.若配位原子相同,则中心原子电负性越大,键角越大。 ④最后看化学键类型 双键间斥力>双键与单键间的斥力>单键间的斥力,如HCHO中∠O—C—H(大于120°)要大于∠H—C—H(小于120°)。 1.根据价电子对互斥理论及杂化轨道理论判断NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式为(　　) A.直线形　sp杂化　　　　 B.三角形　sp2杂化 C.三角锥形　sp2杂化 D.三角锥形　sp3杂化 D 判断分子的中心原子的杂化方式要根据中心原子的孤电子对数以及与中心原子相连的原子个数。在NF3分子中,N原子的孤电子对数为1,与其相连的原子数为3,所以根据理论可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化,空间结构为三角锥形,类似于NH3。 2.(双选)下列说法错误的是(　　) A.价电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对 B.CH4和N都是正四面体形微粒,且键角都为109°28' C.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弱 D.NO2、BF3、NCl3分子中每个原子的最外层都满足了8电子稳定结构 CD 价电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对,故A正确;CH4和N的价电子对数均为4,且无孤电子对,其空间结构均为正四面体形,且键角都为109°28',故B正确;NH3分子中孤电子对数为=1,它对成键电子的排斥作用较强,使得NH3的键角为107.3°,小于109°28',故C错误;NO2中N原子、BF3中B原子最外层不满足8电子稳定结构,故D错误。 任务二　等电子原理 1.等电子原理 基本观点:化学通式相同且　　　　　　相等的分子或离子具有相同的 　　　　和相同的　　　　　　等结构特征。  价电子总数 空间结构 化学键类型 2.应用 (1)利用等电子原理可以判断一些简单分子或原子团的　 　　　。  如CS2与　　　　互为等电子体,CS2的结构式为S ==C== S,C原子的杂化类型为sp,分子空间结构为　　　　。  (2)互为等电子体的分子或离子,其中心原子的杂化类型相同,与成键原子形成的化学键类型　　　　。  如PH3、AsH3、H3O+与　　　　互为等电子体,可知它们的化学键类型均为σ键。  空间结构　 CO2　 直线形 相同　 NH3 3.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+、、CN- 直线形 三原子16价电子 CO2、CS2、N2O、CNO-、N、SCN-、BeCl2 直线形 三原子18价电子 N、O3、SO2 角形 类型 实例 空间结构 四原子24价电子 N、BF3、SO3 平面三角形 四原子26价电子 NF3、PCl3、NCl3、S 三角锥形 五原子8价电子 CH4、N、SiH4 正四面体形 五原子32价电子 SiF4、CCl4、B 1.H3O+和PCl3互为等电子体,均为三角锥形结构。 (　　) 2.N2与CO互为等电子体。 (　　) 3.化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子叫等电子体。 (　　) × √ √ 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,也可互称等电子体,它们也具有相似的结构特征。 请回答: (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N互为等电子体的分子有 　　 　　。  CO N2　 CO2　 N2O(合理即可) SO2、O3 等电子体的判断方法 方法 内容 举例 左右 移位法 将微粒中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n=1,2等)的原子 N2和CO、N2O和CO2分别互为等电子体 将微粒中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带n个单位电荷的阳离子(或阴离子) CO与CN-、N2O与分别互为等电子体 叠加法 互为等电子体的微粒分别再增加一个相同(或同主族元素)的原子 N2O与CO2互为等电子体 1.下列各组粒子不属于等电子体的是(　　) A.CO2和N2O　　　　　　 B.O3和SO3 C.C B CO2、N2O所含原子数均为3,价电子数均为16,两者互为等电子体,故A不符合题意;O3、SO3所含原子数分别为3、4,原子数不同,因此两者不互为等电子体,故B符合题意;C所含原子数均为4,价电子数均为24,两者互为等电子体,故C不符合题意;CH4、N所含原子数均为5,价电子数均为8,两者互为等电子体,故D不符合题意。 2.下列各组微粒都互为等电子体的是(　　) A.CO、NO、NaH、N2 B.SO2、、CNO- C.、BeCl2 D.SiF4、 D CO、NO、NaH、N2的原子个数相同,价电子数不完全相同,它们不互为等电子体,A不符合题意;SO2、N、CNO-的原子个数相同,价电子数不完全相同,它们不互为等电子体,B不符合题意;C、BeCl2的原子个数不完全相同,价电子数也不完全相同,它们不互为等电子体,C不符合题意;SiF4、Si的原子个数都为5,价电子总数都为32,它们互为等电子体,D符合题意。 3.(双选)等电子体之间往往具有相似的结构,N2O与CO2分子具有相似的结构(包括电子式);已知N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连,下列说法合理的是(　　) A.N2O为直线形分子 B.N2O与CO2均不含非极性键 C.N2O的电子式可表示为︰︰ D.N2O与SiO2为等电子体 AC N2O与CO2分子具有相似的结构,二氧化碳是直线形分子,所以N2O是直线形分子,故A正确;N2O 的电子式为︰︰︰N︰︰︰,N2O 中存在氮氮键,所以含有非极性键,故B错误;二氧化碳的电子式为︰︰C︰︰, N2O 与CO2分子具有相似的结构(包括电子式),且N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连,所以N2O的电子式为︰︰︰N︰︰︰ ,故C正确。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [A组　基础落实] 题组一　价电子对互斥(VSEPR)理论 1.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 9 10 D 在H2S中,中心S原子的价电子对数为4,若无孤电子对存在,则其应为四面体形。但中心S原子上有两对孤电子对,而且孤电子对也要占据中心原子周围的空间,它们相互排斥,因此H2S为角形结构。在BF3中,中心B原子的价电子对数为3,无孤电子对,因此BF3应为平面三角形。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2.对SO3的说法正确的是(　　) A.结构与NH3相似 B.结构与SO2相似 C.结构与BF3相似 D.结构与P4相似 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 根据价电子对互斥理论可知,在SO3中,S原子没有孤电子对,但与S原子相连的原子个数为3,因此SO3空间结构呈平面三角形。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 3.(双选)白磷(P4)在Cl2中燃烧生成PCl3和PCl5。下列说法正确的是 (　　) A.P4分子中每个磷原子价电子对数为4 B.PCl3的空间结构为三角锥形 C.PCl5分子中P原子最外层满足8电子结构 D.因P电负性比Cl小,故PCl3的水解产物为PH3和HClO 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 AB P4分子中每个磷原子形成3个共价键且有1对孤电子对,价电子对数为4,A正确;PCl3中磷原子形成3个共价键且有1对孤电子对,空间结构为三角锥形,B正确;PCl5分子中P原子最外层有10个电子,并不是最外层8个电子的稳定结构,C错误;因P电负性比Cl小,故PCl3的水解产物为H3PO3和HCl,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 4.氟元素的化合物在生产生活中有重要应用。下列有关说法错误的是 (　　) A.用于高压输电装置中的绝缘气SF6,其空间结构是正八面体形 B.氢氟酸雕刻玻璃时生成SiF4,其中的Si原子是sp3杂化 C.锂离子电池用到的电解质LiBF4,阴离子B的空间结构为正四面体形 D.萤石的主要成分是CaF2,它是由离子键和非极性键构成的离子化合物 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 六氟化硫分子中硫原子的价电子对数为6,孤电子对数为0,则分子的空间结构为正八面体形,故A正确;四氟化硅分子中硅原子的价电子对数为4,则硅原子的杂化方式为sp3杂化,故B正确;四氟合硼酸根离子中硼原子的价电子对数为4,无孤电子对,则离子的空间结构为正四面体形,故C正确;氟化钙是只含有离子键的离子化合物,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 题组二　等电子原理 5.下列各组微粒互为等电子体的是(　　) A.N2O4和C2H4　　　　　 B.BF3和PCl3 C.CO2和NO2 D.SO2和O3 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D N2O4和C2H4的原子数相等,价电子数不相等,所以两者不是等电子体,A错误;BF3和PCl3的原子数相等,价电子数不相等,所以两者不是等电子体,B错误;CO2和NO2的原子数相等,价电子数不相等,不属于等电子体,C错误;SO2和O3的原子数和价电子数分别相等,所以两者是等电子体,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 6.根据等电子原理,下列各组分子或离子的空间结构不相似的是(　　) A.N和CH4 C.H3O+和NH3 D.CO2和H2O 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D D项中,CO2和H2O的原子总数相等,价电子总数前者为16,后者为8,二者不互为等电子体,则空间结构不相似。 7.下列关于等电子体的说法正确的是(　　) A.N2与CO不互为等电子体,故它们的熔、沸点以及溶解度相差较大 B.P不互为等电子体,故结构不相似 C.N与O3互为等电子体,故N为O3的同素异形体 D.苯与硼氮苯(路易斯结构式如图)互为等电子体,故硼氮苯中含有大π键 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D N2与CO的原子数相等,价电子总数相等,互为等电子体,A项错误;P与S原子数相等,价电子总数相等,互为等电子体,结构相似,B项错误;NO2与O3互为等电子体,但不互为同素异形体,C项错误;苯与硼氮苯互为等电子体,结构相似,苯分子结构中含有大π键,则硼氮苯中同样含有大π键,D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 8.(双选)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,也可推测键角大小,下列判断错误的是(　　) A.OF2是直线形分子 B.H2S键角大于H2O C.BeCl2是直线形分子 D.S和CH4的空间结构相同 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 AB OF2的中心O原子上的孤电子对数为×(6-2×1)=2,σ键电子对数为2,价电子对数为2+2=4,O原子上有2对孤电子对,OF2是角形分子,A项错误;H2S、H2O的中心原子均为sp3杂化,由于O原子的电负性更大,对成键电子对的吸引能力更强,成键电子对离中心原子更近,成键电子对之间距离更小、斥力更大,导致键角更大,故H2S键角小于H2O,B项错误;BCl2的中心B原子上的孤电子对数为×(2-2×1)=0,σ键电子对数为2,价电子对数为0+2=2,BeCl2为直线形分子,C项正确; S×(6+2-4×2)=0,σ键电子对数为4,价电子对数为0+4=4, S原子上没有孤电子对,S为正四面体形;CH4的中心C原子上的孤电子对数为×(4-4×1)=0,σ键电子对数为4,价电子对数为0+4=4, C原子上没有孤电子对,CH4为正四面体形,D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 9.短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,基态X原子的价电子排布可表示为nsnnpn+1,Y是地壳中含量最多的元素,Z的原子半径在短周期中最大,Y、W同主族。下列说法正确的是(　　) A.简单离子半径:Z<Y<W B.简单气态氢化物的稳定性:X<Y<W C.元素的第一电离能:X<Y D.W的空间结构为平面三角形 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 A Y是地壳中含量最多的元素,则Y为O,Y、W同主族,W为S,基态X原子的价电子排布可表示为nsnnpn+1,n=2,故X原子的价电子排布式为2s22p3,X为N, Z的原子半径在短周期中最大,则Z为Na,据此分析。电子层数越多半径越大,核外电子排布相同,核电荷数越大半径越小,故简单离子半径:Na+<O2-<S2-,A正确;非金属性:S<N<O,非金属性越强,简单气态氢化物的稳定性越强,故H2S<NH3<H2O,B错误;同周期元素从左到右第一电离能呈递增趋势,但N原子的2p能级处于半充满稳定状态,故第一电离能:N>O,C错误; S=1,成键电子对数为3,故S的空间结构为三角锥形,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 10.氯吡苯脲是一种常用的膨大剂,其结构简式为 ,它是经国家批准使用的植物生长调节剂。 (1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为　 。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 1　 (1)根据构造原理可知,基态氯原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,所以未成对电子数为1。 (2)氯吡苯脲晶体中,氮原子的杂化轨道类型为　　　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 sp2、sp3 (2)根据氯吡苯脲的结构简式可知,有2个氮原子均形成3个单键,孤电子对数为1,属于sp3杂化;剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键,孤电子对数为1,是sp2杂化。 (3)查文献可知,可用2-氯-4-氨基吡啶与异氰酸苯酯反应,生成氯吡苯脲,其 反应方程式为 + ,反应过程中,每生成1 mol氯吡苯脲,断裂　　　　个σ键,断裂　　　个π键。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 NA　 NA (3)由于σ键比π键更稳定,根据反应方程式可以看出,断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N==C键中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H键。 (4)膨大剂能在动物体内代谢,其产物较为复杂,其中有H2O、NH3、CO2等。 ①请用共价键知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因:_________________   　。  ②H2O、NH3、CO2分子的空间结构分别是　 ,  中心原子的杂化类型分别是　 。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 H—O键的键能 角形、三角锥形、直线形 大于H—N键的键能 sp3、sp3、sp (4)①O、N属于同周期元素,O的原子半径小于N,H—O键的键能大于H—N键的键能,所以H2O分子比NH3分子稳定。②H2O分子中O原子的价电子对数=2+=4,孤电子对数为2,所以为角形,O原子采用sp3杂化;NH3分子中N原子的价电子对数=3+=4,孤电子对数为1,所以为三角锥形,N原子采用sp3杂化;CO2分子中C原子的价电子对数=2+=2,不含孤电子对,所以是直线形,C原子采用sp杂化。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 $$