专题4 第一单元 第2课时 价层电子对互斥模型和等电子原理-【名师导航】2025-2026学年高中化学选择性必修2教师用书word（苏教版）

本讲义聚焦价层电子对互斥模型和等电子原理核心知识点，先梳理价电子对（成键与孤电子对）概念及计算方法，再通过表格对比价电子对数与几何构型的关系，区分价电子对分布几何构型与分子空间结构，最后结合实例应用等电子原理推测分子结构，构建从基础到应用的学习支架。 资料特色在于融合科学思维与科学探究，通过炉甘石洗剂中碳酸根价电子对计算等情境问题、判断正误题及分层作业，引导学生模型建构与证据推理。课中教师可借助表格对比和实例直观授课，课后学生通过练习巩固价电子对计算及构型判断，有效查漏补缺，提升解决实际问题的能力。

第2课时　价层电子对互斥模型和等电子原理 学习 任务 1．了解价层电子对互斥模型，能根据此理论解释或预测简单分子的空间结构。 2．了解等电子原理的内容。 一、价层电子对互斥模型 1．价层电子对互斥模型 (1)价电子对：包括成键电子对和孤电子对，即价电子对＝成键电子对 ＋孤电子对。 (2)分子中的价电子对由于相互排斥作用，而趋向于尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间结构。 2．价电子对数(ABm型分子)的计算方法 对于ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：价电子对数(n)＝ (1)对于主族元素，中心原子的价电子数＝最外层电子数。 (2)配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子。如PCl5 中n＝5。O、S作为配位原子时按不提供价电子计算。 (3)对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上负离子所带的电荷数或减去正离子所带的电荷数。如中n＝4，中n＝4。 (4)计算电子对数时，若剩余1个电子，即出现奇数电子，也把这个单电子当作1对电子处理。如NO2中n＝3。 3．价层电子对互斥模型(也称价层电子对分布的几何构型)与分子空间结构 (1)价电子对数与配位原子数目相等的ABm型分子的几何构型 根据分子的价电子对数，可以很方便地确定价电子对数都是成键电子对的ABm型分子的几何构型。 价电子 对数 电子对排 布方式 几何构型 键角 实例 2 直线形 180° CO2、 BeCl2、CS2 3 平面三角形 120° BF3、SO3 4 正四面体形 109°28′ CH4、CCl4 (2)孤电子对数≠0的分子几何构型 一般来说，孤电子对、成键电子对之间斥力大小的顺序为孤电子对与孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对与成键电子对之间的斥力。 分子 价电子 对数 成键电 子对数 孤电子 对数 几何 构型 键角 同类型 分子 NH3 4 3 1 三角锥形 107°18′ NF3、PCl3 H2O 4 2 2 V形 104°30′ H2S、SCl2 　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)价层电子对互斥模型就是分子空间结构。 (×) (2)只要分子构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化。 (√) (3)中心原子是sp杂化的，其分子构型不一定为直线形。 (×) (4)价层电子对互斥模型中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数。 (√) 二、等电子原理 1．概念：具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。符合此条件的分子或离子互为等电子体。 2．典例：CO和N2，它们的分子中价电子总数是10，都形成1个σ键和2个π键，CO的结构式为 C≡O，CO和N2键能都较大，物理性质也相似。 3．应用：利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的空间结构。 　已知CO2为直线形结构，SO3为平面正三角形结构，NF3为三角锥形结构，请推测COS、、PCl3的空间结构。 [解析]　COS与CO2互为等电子体，结构相似，所以COS为直线形结构；与SO3互为等电子体，结构相似，所以为平面正三角形结构；PCl3与NF3互为等电子体，结构相似，所以PCl3为三角锥形结构。 [答案]　COS为直线形结构；为平面正三角形结构；PCl3为三角锥形结构。 价电子对的计算与应用 《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石(ZnCO3)入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。炉甘石洗剂，用于治疗急性瘙痒性皮肤病，如荨麻疹和痱子。局部外用，使用时需摇匀，取适量涂于患处，每日2～3次。 [问题1]　ZnCO3中，阴离子的价电子对数是多少？中心碳原子的孤电子对数和σ键数目分别为多少？ 提示：价电子对数＝＝3，σ键数目＝氧原子数＝3，孤电子对数＝价电子对数－ σ键数＝0。 [问题2]　的价电子对分布的几何构型和空间结构分别是什么？ 提示： 平面三角形、平面三角形。 [问题3]　各写出一种与互为等电子体的分子和离子的化学式。 提示： SO3(BF3)、。 一、价层电子对互斥模型的应用 1．根据价层电子对互斥模型，首先计算出价电子对数，价电子对数与杂化轨道数相同，再由杂化轨道数判断杂化类型。 2．根据成键电子对数与孤电子对数的关系，可以判断分子或离子的空间结构。 价电 子对 数 σ键电 子对数 中心原子 上的孤电 子对数 价电子对 分布的几 何构型 分子或 离子的 空间结 构　　 实例 2 2 0 直线形 直线形 CO2、CS2、 BeCl2、 3 3 0 平面 三角形 平面 三角形 BF3、SO3、 、、 CH2O 2 1 V形 SO2、NO2、 4 4 0 四面体形 正四面 体形 所有AB4型 分子和离子 3 1 三角 锥形 NH3、NF3、 PCl3、、 2 2 V形 H2O、H2S、 SCl2 微点拨：价层电子对互斥模型说明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，两者的结构一致。 (2)当中心原子有孤电子对时，两者的结构不一致。 二、等电子原理的应用 利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的空间结构。 ．、等离子符合AX4通式，价电子总数为32，中心原子采取sp3杂化，呈四面体形空间结构。 ．、等离子符合AX3通式，价电子总数为26，中心原子采取sp3杂化，由于存在一个孤电子对，呈三角锥形空间结构。 3．等电子体不仅有相似的空间结构，而且有相似的物理性质。如晶体硅、锗是良好的半导体材料，它们的等电子体AlP、GaAs也是良好的半导体材料。 4．常见的等电子体汇总 微粒 价电子总数 空间结构 CO2、SCN－、 、 16e－ 直线形 、 、SO3 24e－ 平面三角形 SO2、O3、 18e－ V形 、、SiCl4、 32e－ 正四面体形 、 、 26e－ 三角锥形 CO、N2 10e－ 直线形 CH4、 8e－ 正四面体形 微点拨：等电子体结构相同，物理性质相近， 但化学性质不同。 1．(1)与NH3BH3原子总数相等的等电子体是______(填分子式)。 (2)与互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。 (3)与O3分子互为等电子体的一种阴离子为________(填化学式)。 [解析]　(1)原子总数相同、价电子总数相同的微粒互称为等电子体，与NH3BH3互为等电子体的分子为CH3CH3。 (2)考虑与N元素相邻主族的元素，可知与互为等电子体的分子是CH4或SiH4。 (3)等电子体是指价电子总数和原子总数均相同的分子、离子或原子团，O3与均为3原子、18价层电子的微粒，故二者互为等电子体。 [答案]　(1)CH3CH3　(2)CH4(或SiH4)　 2．填写下列表格。 序 号 化学 式 孤电 子对 数 σ键电 子对数 价电子 对数 价电子对分布的几何构型 分子或 离子的 空间结 构 中心 原子 杂化 类型 ① CO2 ② ClO－ ③ HCN ④ H2O ⑤ SO3 ⑥ ⑦ [答案]　① 0　2　2　直线形　直线形　sp ② 3　1　4　四面体形　三角锥形　sp3 ③ 0　2　2　直线形　直线形　sp ④ 2　2　4　四面体形　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．用价层电子对互斥模型预测H2S和COCl2的空间结构，两个结论都正确的是(　　) A．直线形；三角锥形 B．V形；三角锥形 C．直线形；平面三角形 D．V形；平面三角形 D　[H2S分子中的中心原子S原子的价电子对数是×(6＋1×2)＝4，其中2对是孤电子对，因此其分子空间结构是V形；COCl2分子中的中心原子C原子的价电子对数是×(4＋0×1＋1×2)＝3，则COCl2分子中的中心原子C原子上无孤电子对，因此其分子空间结构是平面三角形， 故选D。] 2．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　) A．BeCl2与BF3　　 B．CO2与SO2 C．CCl4与NH3 D．C2H2与C2H4 C　[BeCl2、BF3分子中的中心原子杂化类型分别为sp、sp2；CO2、SO2分子中的中心原子杂化类型分别为sp、sp2；CCl4、NH3分子中的中心原子杂化类型均为sp3；C2H2、C2H4分子中的中心原子杂化类型分别为sp、sp2。] 3．根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断，下列各项正确的是(　　) 选项 分子或离子 中心原子的杂 化类型 价电子对分布 的几何构型 分子或离子 的空间结构 sp3 四面体形 V形 B BF3 sp2 平面三角形 三角锥形 C SOCl2 sp3 四面体形 三角锥形 sp2 平面三角形 平面三角形 C　[中N原子的价电子对数是3，采用sp2杂化，价电子对分布的几何构型为平面三角形，有1对孤电子对，离子的空间结构是V形，A项错误；BF3中B原子的价电子对数是3，采用sp2杂化，价电子对分布的几何构型为平面三角形，无孤电子对，分子的空间结构是平面三角形，B项错误；SOCl2中S原子的价电子对数是4，采用sp3杂化，价电子对分布的几何构型为四面体形，有1对孤电子对，分子的空间结构是三角锥形，C项正确；中Cl原子的价电子对数是4，采用sp3杂化，价电子对分布的几何构型为四面体形，有1对孤电子对，离子的空间结构是三角锥形，D项错误。] 4．回答下列问题。 (1)根据等电子原理，仅由第2周期元素形成的共价分子中，互为等电子体的是__________________________和________；________和________。 (2)在短周期元素组成的物质中，与互为等电子体的分子有________、________。 (3)与H2O互为等电子体的一种阳离子为________(填化学式)，阴离子为________。 (4)与N2互为等电子体的阴离子是___________________________________， 阳离子是________。 [答案]　(1)N2　CO　N2O　CO2　(2)SO2　O3　(3)H2F＋　　(4)CN－(或)　NO＋ 5．指出下列分子或离子的空间结构和中心原子的杂化类型。 (1)H2S______________，CO2______________________， PH3______________，PCl3________________________， BF3______________，HCN_______________________， HCHO______________，SO2_________________________， SiH4______________。 ________________________，________________________， __________________________，___________________________， ____________________，_______________________________， ______________。 [答案]　(1)V形、sp3　直线形、sp　三角锥形、sp3　三角锥形、sp3　平面三角形、sp2　直线形、sp　平面三角形、sp2　V形、sp2　正四面体形、sp3 (2)正四面体形、sp3　V形、sp2　正四面体形、sp3　三角锥形、sp3　三角锥形、sp3　正四面体形、sp3　平面三角形、sp2 课时分层作业(14)　价层电子对互斥模型和等电子原理 (选择题每小题3分，本试卷共50分) 1．根据价层电子对互斥理论，中心原子杂化轨道类型为sp2的微粒为(　　) A．CH3Cl B．S C．NF3 D．C D　[CH3Cl中C形成4个σ键，孤电子对数＝×(4－4×1)＝0，价电子对数＝4＋0＝4，中心C原子为sp3杂化，A错误；中的S形成3个σ 键，孤电子对数＝×(6＋2－2×3)＝1，价电子对数＝3＋1＝4，则中心原子S杂化类型是sp3，B错误；NF3分子中N形成3个σ键，孤电子对数＝ ×(5－3×1)＝1，价电子对数＝3＋1＝4，中心原子N原子杂化类型为sp3，C错误；中C形成3个σ键，孤电子对数＝×(4＋2－3×2)＝0，价电子对数＝3＋0＝3，中心原子C原子杂化类型为sp2，D正确。] 2．下列描述中，正确的是(　　) A．在气体单质分子中，一定含有σ键，可能含有π键 B．的空间结构为四面体形 C．的键角小于NH3 D．N(CH3)3和的中心原子均为sp3杂化 D　[稀有气体分子中，不含化学键，A项错误；中氯原子的价电子对数是4，有1对孤电子对，空间结构为三角锥形，B项错误；是正四面体结构，键角为109°28′，NH3是三角锥形，N原子有一对孤电子对，孤电子对与成键电子对的排斥作用大于成键电子对之间的排斥作用，故的键角大于NH3，C项错误；N(CH3)3中N原子的价电子对数是中S原子的价电子对数是4，中心原子均为sp3杂化，D项正确。] 3．多巴胺是一种抗休克的药物，其合成路线中的前两步反应如图。下列说法正确的是(　　) 甲　　　　　乙　　 　　　丙 A．甲分子中碳原子轨道杂化类型只有sp2 B．乙物质中不存在分子间氢键 C．丙分子中所有的碳原子可能共平面 D．乙、丙分子可用FeCl3溶液鉴别 C　[苯环、醛基碳原子为sp2杂化，甲基的C为sp3杂化，故A错误；乙物质中O和H之间可以形成分子间氢键，故B错误；苯环的碳原子在同一平面上，双键两端在同一平面，甲氧基相当于取代苯环上的氢原子，分子中所有的碳原子可能共平面，故C正确；乙、丙均含有酚羟基，均能与FeCl3溶液发生显色反应，故D错误。] 4．有机化学试剂氨基氰(如图所示)常用于制备磺胺类药物、抗癌药等。下列有关氨基氰说法不正确的是(　　) A．键长：C—N大于C≡N B．分子中所有原子不共面 C．氨基氰的水溶性较好 D．碳为 sp 杂化，氨基氮为sp2 杂化 D　[C—N为单键，C≡N为三键，结合更加牢固，键长则更短，故键长：C—N大于C≡N，故A正确；氨基氰分子中氨基氮原子与周围的两个H原子和一个C原子，构成三角锥形，则分子中所有原子不共面，故B正确；氨基氰中含有氨基，氨基是亲水基团，其水溶性较好，故C正确；氨基氰中碳原子价电子对数为2＋＝2，为sp杂化，氨基氮中氮原子价电子对数为3＋＝4，为 sp3 杂化，故D错误。] 5．H＋是“裸露”的质子，半径很小，H2O易吸引H＋生成水合氢离子(H3O＋)。下列对上述过程的描述不合理的是(　　) A．氧原子的杂化类型未发生改变 B．H2O与H3O＋的价电子对数未发生改变 C．H2O与H3O＋的电子总数未发生改变 D．H—O—H的键角未发生改变 D　[H2O的价电子对数为2＋2＝4，杂化类型sp3，分子构型为V形；H3O＋的价电子对数为3＋1＝4，杂化类型sp3，分子构型为三角锥形。O原子为中心原子，其杂化类型都是sp3杂化，A不符合题意；价电子对数都为4，B不符合题意；H＋是“裸露”的质子，核外无电子，故H2O与H3O＋的电子总数未发生改变，C不符合题意；H2O分子构型为V形，H3O＋分子构型为三角锥形，故键角不同，D符合题意。] 6．下列微粒中，与SO3空间结构最相似的是(　　) A．BF3　B． 　C．NH3　 D．CH2O A　[利用价层电子对互斥理论可知SO3的中心原子价电子对数＝3＋＝3对，无孤电子对，所以SO3空间结构为平面三角形。BF3的中心原子价电子对数＝3＋＝3对，无孤电子对，所以BF3的空间结构为平面三角形，故A正确；的中心原子价电子对数＝3＋＝4对，有一对孤电子对，空间结构为三角锥形，故B错误；NH3的中心原子价层电子对数＝3＋＝4对，有一对孤电子对，空间结构为三角锥形，故C错误；CH2O中心原子价电子对数＝3＋＝3对，无孤电子对，空间结构为平面三角形，但因为形成的三条键不完全一样，故与SO3空间结构不是最相似，故D错误。] 7．下列分子或离子中，价电子对分布几何构型与分子或离子的空间结构名称不一致的是(　　) A．CS2 B．NF3 C．C D．P B　[当中心原子不存在孤电子对时，分子或离子的价电子对分布几何构型与空间结构一致。CS2中C原子的孤电子对数＝＝0，故A不选；NF3中N原子的孤电子对数＝＝1，故B选；中C原子的孤电子对数＝＝0，故C不选；中P原子的孤电子对数＝＝0，故D不选。] 8．有几种含氯元素的阴离子的信息如下： 阴离子 M ClO－ 中心元素化合价 ＋5 ＋3 ＋1 中心原子杂化轨道类型 sp3 sp3 下列推断不正确的是(　　) A．和的价电子总数相同 B．M的化学式为 C．、ClO－中氯原子的杂化轨道类型都为sp3 D．M的空间结构为V形 A　[和的价电子总数分别为7＋3×6＋1＝26、4＋3×6＋2＝24，不相同，A项错误；M中氯元素的化合价是＋3价，杂化轨道类型是sp3，因此M的化学式为，B项正确；中价电子对数是＝4，ClO－中价电子对数是＝4，因此氯原子的杂化轨道类型都为sp3，C项正确；M中价电子对数是＝4，含有2对孤电子对，所以空间结构为V形，D项正确。] 9．As2O3(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示)，溶于盐酸生成AsCl3，AsCl3用还原生成AsH3，下列说法正确的是(　　) A．AsCl3空间结构为平面正三角形 B．LiAlH4为共价化合物 C．As2O3分子中As原子的杂化方式为sp3 D．AsH3分子键角大于109°28′ C　[AsCl3中As原子上的孤电子对数为×(5－3×1)＝1，σ键电子对数为3，价电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，略去价层电子对互斥模型中中心原子上的孤电子对，则 AsCl3空间结构为三角锥形，故A错误；LiAlH4由Li＋和构成，属于离子化合物，故B错误；As2O3分子中As原子形成3个 σ键，As原子上有1对孤电子对，故As原子的杂化方式为sp3，故C正确；AsH3中As原子上的孤电子对数为×(5－3×1)＝1，σ键电子对数为3，价电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，由于孤电子对有较大的斥力，故 AsH3分子键角小于109°28′，故D错误。] 10．下列叙述中错误的是(　　) A．气态SO3和SO2中心原子的孤电子对数目相等 B．某晶体不导电，熔融状态能导电，可以较充分说明该晶体是离子晶体 C．H2O分子与H＋结合成H3O＋，O原子的杂化类型未发生改变 D．空间结构为正四面体形 A　[通过公式计算中心原子的孤电子对数SO3：＝0，SO2：＝1，所以二者的孤电子对数目不相等，故A错误；离子晶体是电解质，晶体不能导电，但在水溶液里或熔融状态下能导电，因此，某晶体不导电，熔融状态能导电，可以较充分说明该晶体是离子晶体，故B正确；H2O分子与H＋结合成H3O＋，结合前后O原子的杂化类型都为sp3杂化，故C正确；中心原子S提供6个电子，O原子不提供，得到两个电子，所以价电子对数为4，孤电子对数为0，空间结构为正四面体形，故D正确。] 11．下列说法正确的是(　　) A．凡是中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构都是正四面体形 B．P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为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强 D．凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键 C　[通过sp3杂化形成的中性分子，分子中价电子对数是4，若不含孤电子对，如CH4或CF4，分子为正四面体结构；分子中价电子对数是4，若含有一对孤电子对，如NH3或NF3，分子为三角锥形结构；分子中价电子对数是4，若含有两对孤电子对，如H2O，分子为V形结构，故A错误； P4的空间结构为正四面体，体中心无原子，键角是60°，故B错误；NH3分子中N原子价电子对数＝3＋(5－3×1)＝4，有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强，分子呈三角锥形，故C正确；AB3型的共价化合物，其中心原子A不一定采用sp3杂化轨道成键，如BF3中B原子价电子对数＝3＋(3－3×1)＝3，B采用sp2杂化，故D错误。] 12．下列说法不正确的是(　　) A．与H3O＋中心原子的价电子对数相同 B．BF3中硼原子的杂化类型与苯中碳原子的杂化类型相同 C．SO2和O3互为等电子体，但两者具有不同的化学性质 D．、、的氯原子都采取sp3杂化，离子中相邻两个Cl—O键间键角依次减小 D　[中中心N原子的孤电子对数为＝0、价电子对数为0＋4＝4；H3O＋中中心O原子的孤电子对数为＝1、价电子对数为1＋3＝4，故A不选； BF3中中心B原子上没有孤电子对、价电子对数为0＋3＝3，属于sp2杂化；苯分子中碳原子上无孤电子对，价电子对数为0＋3＝3，属于sp2杂化，故B不选；SO2和O3互为等电子体，价电子数都为18，具有相似的结构，但化学性质不同，二氧化硫以还原性为主，而臭氧具有氧化性，故C不选；、、中价电子对数都为4，所以都采用sp3杂化，且孤电子对数分别为2、1、0，则离子中相邻两个Cl—O键间键角依次增大，故D错误。] 13．(14分)(1)利用价电子对分布几何构型推断分子或离子的空间结构。(3分) ____________；CS2____________；BCl3____________。 (2)有两种活性反应中间体粒子(带电荷)，它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种粒子的球棍模型，写出相应的化学式并判断碳原子的杂化方式。(6分) ________、________。 ________、________。 (3)BF3和NF3都是四原子分子，BF3的中心原子是________(填元素符号，下同)，NF3的中心原子是_______________________________________； BF3分子的空间结构是平面三角形而NF3分子的空间结构是三角锥形，其原因是_________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ ____________________________________________________________。(5分) [解析]　属于AB4型，价电子对数是4，孤电子对数为0，呈正四面体形；CS2属于AB2型，价电子对数是2，孤电子对数为0，呈直线形；BCl3属于AB3型，价电子对数是3，孤电子对数为0，呈平面三角形。 (2)对于AB3型分子，若中心原子无孤电子对，呈平面三角形；若有一对孤电子对，则呈三角锥形，所以题中两种模型表示的化学式及碳原子的杂化方式分别是、sp2杂化、sp3杂化。 (3)BF3分子的中心原子为B原子，其中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键，无孤电子对，呈平面三角形；而NF3分子的中心原子N原子的3个价电子与F原子形成共价键，还有一对未成键的孤电子对，占据了N原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形结构。 [答案]　(1)正四面体形　直线形　平面三角形 　sp2杂化　　sp3杂化　 (3)B　N　BF3分子中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键，无孤电子对，呈平面三角形，而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成共价键，还有一对未成键的孤电子对，占据了N原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形结构 1 / 15 学科网（北京）股份有限公司 $