第2章 第2节 第1课时 价层电子对 互斥模型-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2五维课堂同步Word教案（人教版2019）

第二节　分子的空间结构 第1课时　价层电子对　互斥模型 课标要点 核心素养 1.了解分子结构的测定方法 2.认识共价分子结构的多样性和复杂性 3.理解价层电子对互斥理论的含义 4.能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构 1.宏观辨识与微观探析：通过认识分子结构，辨识分子结构的多样性及复杂性 2.科学探究与创新意识：认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动 3.证据推理与模型认知：结合价层电子对互斥理论与分子的空间结构，能论证证据与模型建立及其发展之间的关系 [知识梳理] [知识点一]　分子结构的测定　 1．分子结构的确定——红外光谱法 不同的官能团或化学键吸收频率不同，在红外光谱图中处于不同的位置，可初步判断某有机物中含有何种化学键或官能团。如乙醇的红外光谱： 读谱：该有机物分子中有3种不同的化学键，分别是C－H、O－H、C－O键。 2．相对分子质量的确定——质谱法 用高能电子流轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。分子离子和碎片离子各自具有不同的相对质量，它们在磁场的作用下到达检测器的时间因相对质量而先后有别，其结果被记录为质谱图。 如甲苯分子的质谱图： 读谱：相对分子质量＝最大质荷比，甲苯的相对分子质量为92。 [知识点二]　多样的分子空间结构　 [知识点三]　价层电子对互斥模型　 1．价层电子对互斥模型 分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互　排斥　的结果。 2．中心原子上价层电子对的计算 (1)价层电子对 (2)计算 ①σ键电子对的计算 由分子式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。如H2O分子中，O有2　　对σ键电子对，NH3分子中，N有　3　对σ键电子对。 ②中心原子上的孤电子对的计算 中心原子上的孤电子对数＝(a－xb) a．表示中心原子的　价层电子数　。 对于主族元素：a＝　原子的最外层电子数　。 对于阳离子：a＝　中心原子的价层电子数　－　离子的电荷数　。 对于阴离子：a＝　中心原子的价层电子数　＋　离子的电荷数(绝对值)　。 b．x表示　与中心原子结合的原子数　。 c．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－该原子的价层电子数　。 (3)VSEPR模型与分子或离子的空间结构 σ键电子对数＋孤电子对数＝价层电子对数VSEPR模型略去孤电子对,分子或离子的空间结构。 分子或离子 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型名称 分子或离子的空间结构名称 CO2 0 2 直线形 直线形 SO2 1 3 平面三角形 V形 CO 0 3 平面三角形 平面三角形 H2O 2 4 四面体形 V形 NH3 1 4 四面体形 三角锥形 CH4 0 4 正四面体形 正四面体形 [自我评价] 1．[判一判](对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)碳、硅都属于第ⅣA族元素，故CO2和SiO2的空间结构相同。(×) 提示：CO2为直线形分子，而SiO2为正四面体形空间网状结构。 (2)正四面体结构的分子的键角都是109°28′。(×) 提示：正四面体结构的分子的键角不一定为109°28′，如CCl4、CH4等分子的键角为109°28′，而P4分子的键角为60°。 (3)CH2Cl2分子只有一种，可说明CH4的空间结构为正四面体形。(√) (4)分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构是相同的。(×) (5)根据价层电子对互斥理论，H3O＋的空间结构为平面正三角形。(×) (6)SO2分子与CO2分子的组成相似，故它们都是直线形分子。(×) 2．[想一想] (1)科学家研制出可望成为高效火箭推进剂的N(NO2)2如图所示。已知 该分子中N－N－N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N－N－N键角都是108.1°。所以氮原子围成的空间不是正四面体而是三角锥形。 (2)将下列VSEPR模型、分子或离子和空间结构用短线连起来： VSEPR模型　　分子或离子　空间结构 A．正四面体 ①BF3 a．直线形 B．直线形 ②NH b．平面三角形 C．平面三角形 ③SO c．正四面体 D．四面体 ④BeCl2 d．三角锥形 提示：A－②－c，B－④－a，C－①－b，D－③－d. 　价层电子对互斥模型与分子结构 [情境素材] 在1940年希吉维克提出VSEPR理论后，又由吉列斯比等人发展了这一理论。目前，几经修改的VSEPR理论由于其在判断中心原子杂化方式方面的强大功能，对进一步推出微粒内部键的情况、研究化合物的化学性质有着很大的帮助，其在判断分子构型方面有着广泛的应用，是重要的共价键理论之一。 [思考探究] (1)为何孤电子对会影响分子的空间结构？ 提示：中心原子的孤电子对占有一定的空间，对其他成键电子对存在排斥力，从而影响其分子的空间结构。 (2)如何计算分子(离子)中心原子的孤电子对数？ 提示：ABm型分子的价层电子对数n＝ 利用上式计算A原子的价层电子对数时，需注意： ①氧族元素的原子作为中心原子A时提供6个价层电子，作为配位原子B时不提供价层电子。 ②卤素原子作为中心原子A时提供7个价层电子，作为配位原子B时提供1个价层电子。 ③若为分子，电荷数为0；若为阳离子，则减去电荷数，如NH，n＝＝4；若为阴离子，则加上电荷数，如SO，n＝＝4。 (3)根据上面背景信息分析BCl3的价层电子对数、价层电子对空间结构、分子空间结构是怎样的？ 提示：BCl3的价层电子对数有3对，价层电子对空间结构为平面三角形，分子空间结构为平面三角形。 (4)NF3的价层电子对、价层电子对空间结构、分子空间结构是怎样的？ 提示：NF3的价层电子对为4对，价层电子对空间结构为四面体形，分子空间结构为三角锥形。 (5)通过(1)、(2)两例分析价层电子对的空间结构与分子的空间结构一定相同吗？二者之间有何规律存在？ 提示：价层电子对的空间结构与分子的空间结构不一定一致，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(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的空间结构一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的空间结构不一致。 [核心突破] 1．价层电子对互斥理论要点 (1)对于ABx型分子中，几何构型主要取决于中心原子A价层电子对的相互排斥。价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数。 (2)中心原子的价层电子对数和空间结构的关系 价层电子对数 2 3 4 5 6 空间结构 直线形 平面三角形 正四面体 三角双键 正八面体 (3)价层电子对之间相互排斥作用大小孤电子对－孤电子＞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空间结构 (1)确定中心原子的价层电子对数 ①对于ABx型分子，σ键电子对＝B原子的个数，如H2O的中心原子是O，有2对σ键电子对。 ②中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)，其中a为中心原子的价层电子数，x为B原子的个数，b为B最多能接受的电子数。 ③对于阳(或阴)离子来说，a为中心原子的价层电子数减去(或加上)离子的电荷数。 ④中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数 (2)根据中心原子价层电子对数确定VSEPR模型 (3)略去孤电子对，确定分子构型 [典例示范] [典例]　用价层电子对互斥理论(VSEPR)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．H2O、CS2都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120° C．CH2O、BF3都是平面三角形的分子 D．PCl3、PCl5都是三角锥形的分子 [思维建模] 解答有关分子构型问题的思维流程如下： [解析]C　[CS2的中心原子只含有2对价层电子对，没有孤电子对，分子结构为直线形，H2O中O原子的价层电子对数＝2＋(6－2×1)＝4，而且含有2个孤电子对，分子的空间结构为V形，故A错误；BF3中价层电子对数＝3＋×(3－3×1)＝3，所以为平面三角形结构，键角为120°；SnBr2中价层电子对数＝2＋×(4－2×1)＝3，且含有一个孤电子对，为V形结构，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对与成键电子对之间的排斥力，所以BF3键角为120°，SnBr2键角小于120°，故B错误；CH2O中碳形成3个σ键，为平面三角形结构，BF3中价层电子对数＝3＋×(3－3×1)＝3，所以为平面三角形结构，所以CH2O、BF3都是平面三角形的分子，故C正确；PCl3中价层电子对数＝3＋×(5－3×1)＝4，且含有一个孤电子对，所以PCl3为三角锥形结构；PCl5中价层电子对数＝5＋×(5－5×1)＝5，且不含孤电子对，为三角双锥结构，故D错误。] 价层电子对的空间结构与分子的空间结构不一定一致，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(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。 [学以致用] 1．若ABn分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价层电子对互斥模型，下列说法正确的是(　　) A．若n＝2，则分子的空间结构为V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 解析：C　[若中心原子A上没有未用于成键的孤电于对，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子的空间结构为直线形；当n＝3时，分子的空间结构为平面三角形；当n＝4时，分子的空间结构为正四面体形。] 2．下列描述中正确的是(　　) A．BeCl2为V形的极性分子 B．ClO的空间结构为正四面体形 C．P4和CH4都是正四面体分子且键角都为109°28′ D．H2O和CO空间结构均为平面三角形 解析：B　[BeCl2分子中，铍原子含有两个共价单键，不含孤电子对，所以价层电子对数是2，分子的空间结构为直线形，正负电荷中心重合，为非极性分子，故A错误；由价层电子对互斥模型可知ClO中Cl原子的价层电子对数＝4＋×(7＋1－4×2)＝4，无孤电子对，所以ClO是正四面体形，故B正确；P4键角为60°，CH4键角为109°28′，二者都是正四面体分子，故C错误；水分子中氧原子形成2个O－H键、含有2个孤电子对，空间结构为V形，CO的中心原子C原子上含有3个σ键，中心原子上的孤电子对数＝×(4＋2－2×3)＝0，所以中心原子均为sp2杂化，故D错误。] 3．用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构 分子或离子 VSEPR模型名称 空间结构名称 BeCl2 SCl2 BF3 PF3 NH SO 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模型和分子的空间结构。 分子或离子 中心原子上的孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型名称 空间结构名称 BeCl2 0 2 直线形 直线形 SCl2 2 4 四面体形 V形 BF3 0 3 平面三角形 平面三角形 PF3 1 4 四面体形 三角锥形 NH 0 4 四面体形 正四面体形 SO 1 4 四面体形 三角锥形 答案： 分子或离子 VSEPR模型名称 空间结构名称 BeCl2 直线形 直线形 SCl2 四面体形 V形 BF3 平面三角形 平面三角形 PF3 四面体形 三角锥形 NH 四面体形 正四面体形 SO 四面体形 三角锥形 1．下列分子的空间结构模型正确的是(　　) A B C D 解析：D　[CO2的空间结构是直线形，A项错误；H2O的空间结构为V形，B项错误；NH3的空间结构为三角锥形，C项错误；CH4是正四面体结构，D项正确。] 2．TBC的一种标准谱图如图所示，它是(　　) A．核磁共振谱　　　　 B．质谱 C．红外光谱 D．紫外光谱 解析：C　[核磁共振谱用于测定H原子的种类和数目，与图无关，故A不选；质谱用于测定有机物的相对分子质量，与图无关，故B不选；图中横坐标为波数，为红外光谱，故C选；紫外光谱横坐标为波长，与题不符，故D不选。] 3.意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的气态N4分子，其分子结构如图所示。已知断裂1 mol N－N键吸收167 kJ热量，生成1 mol N≡N键放出942 kJ热量，根据以上信息和数据，判断下列说法正确的是(　　) A．N4属于一种新型的化合物 B．N4分子中存在极性键 C．N4分子中N－N键键角为109°28′ D．1 mol N4转变成N2将放出882 kJ热量 解析：D　[N4由N元素组成，是一种单质，是氮气的同素异形体，而化合物是由不同元素组成的纯净物，故A错误；N4分子中的共价键为氮氮键，是由同种元素组成的，属于非极性键，故B错误；由分子结构可知键角为60°，故C错误；1 mol N4气体中含有6 mol N－N键，可生成2 mol N2，形成2 mol N≡N键，则1 mol N4气体转变为N2化学键断裂吸收的热量为6×167 kJ＝1 002 kJ，形成化学键放出的热量为1 884 kJ，所以反应放热，放出的热量为1 884 kJ－1 002 kJ＝882 kJ，故应为放出882 kJ热量，故D正确。] 4．下列各组分子或离子的空间结构不相似的是(　　) A．NH、CH4 B．H3O＋、NH3 C．CO、BF3 D．CO2、SO2 解析：D　[NH中N原子价层电子对数＝4＋＝4，且不含孤电子对，CH4中C原子价层电子对数＝4＋＝4，且不含孤电子对，所以二者都是正四面体结构，故A不选；H3O＋中O原子价层电子对数＝3＋＝4，且含有一个孤电子对，NH3中N原子价层电子对数＝3＋＝4，且含有一个孤电子对，所以二者都是三角锥形，故B不选；CO中C原子价层电子对数＝3＋＝3，且不含孤电子对、BF3中B原子价层电子对数＝3＋＝3，且不含孤电子对，所以二者都是平面三角形，故C不选；二氧化碳是直线形分子，二氧化硫分子中S原子价层电子对数＝2＋＝3，且含有一个孤电子对，所以为V形，二者结构不相似，故D选。] 5．有下列分子或离子：①CS2，②PCl3，③H2S， ④CO，⑤H3O＋，⑥NH，⑦BF3，⑧SO2。 粒子的空间结构为直线形的有　________　；粒子的空间结构为V形的有　________　；粒子的空间结构为平面三角形的有　________　；粒子的空间结构为三角锥形的有　________　；粒子的空间结构为正四面体形的有　________　。 解析：中心原子上孤电子对数及粒子的空间结构如表。 ABn 中心原子孤电子对数 分子或离子 分子或离子的空间结构 AB2 0 CS2 直线形 AB3 CO、BF3 平面三角形 AB4 NH 正四面体 AB2 1 SO2 V形 AB3 PCl3、H3O＋ 三角锥形 AB2 2 H2S V形 答案：①　③⑧　④⑦　②⑤　⑥ [课堂小结] 分子的空间结构 学科网（北京）股份有限公司 $$