第2章 第2节 第2课时 价电子对互斥理论和等电子原理-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2教师用书word（鲁科版）

本讲义聚焦价电子对互斥理论和等电子原理核心知识点，系统梳理价电子对计算、斥力规律、空间结构对应关系，再延伸至等电子体判断及空间结构推断，形成从理论到应用的完整学习支架。 资料通过“思维建模”（如键角判断四步法、等电子体换算方法）、典例解析与多维训练结合，培养科学思维（模型建构、证据推理），如NH₃键角分析、CO₂与CS₂等电子体推断。课中辅助教师高效授课，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

第二课时　价电子对互斥理论和等电子原理 新知探究(一)——价电子对互斥理论 1.价电子对互斥(简称VSEPR)理论 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 空间 取向 ①两个原子间的成键电子不论是单键还是多重键,都看作一个空间取向;一对孤电子对可以看作一个空间取向。 ②先分析分子中的中心原子的价电子对存在几个空间取向,再让这几个空间取向尽量彼此远离,可以推测出分子的空间结构 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。(如氧和氧族元素中的S、Se等均为2,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.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的顺序 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)含孤电子对的斥力由大到小的顺序 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。 4.价电子对与分子空间结构的对应关系 (1)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,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。 (2)实例 ①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,因此C—O—H呈角形。 ②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。 　　[典例]　试回答下列问题: (1)利用价电子对互斥理论推断下列分子或离子的空间结构: SeO3　　　　;N　　　　; N　　　　;HCHO　　　　; HCN　　　　。  (2)利用价电子对互斥理论推断键角的大小: ①SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角　　　　(填“>”“<”或“=”,下同)120°。  ②PCl3分子中,Cl—P—Cl的键角　　　109°28'。  (3)NH3与CH4分子中心原子杂化方式相同,均为　　　　杂化,但NH3的键角小于CH4的键角,原因是 　　。  [解析]　(1)SeO3中,Se的价电子对数为3+=3,孤电子对数为0,SeO3的空间结构为三角形;N中,N的价电子对数为2,孤电子对数为0,N的空间结构为直线形;N中,N的价电子对数为3,孤电子对数为1,N的空间结构为角形;HCHO中有1个碳氧双键,看作1对成键电子,2个C—H单键为2对成键电子,C的价电子对数为3,且无孤电子对,所以HCHO的空间结构为三角形;HCN的结构式为H—C≡N,含有1个C≡N,看作1对成键电子,1个C—H为1对成键电子,故C的价电子对数为2,无孤电子对,所以HCN的空间结构为直线形。(2)①SnBr2中,Sn的价电子对数是2+=3,成键电子对数为2,孤电子对数为1,由于孤电子对对Sn—Br键的排斥作用大于Sn—Br键之间的排斥作用,故键角小于120°。②PCl3中,P的价电子对数为3+=4,含有1对孤电子对,由于孤电子对对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'。 [答案]　(1)三角形　直线形　角形　三角形　直线形　(2)①<　②<　(3)sp3　NH3分子中N有一对孤电子对,对成键电子对的斥力作用大,使得NH3分子键角减小 |思维建模|键角大小的判断步骤 (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,如下表: 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。 ①若中心原子相同,则配位原子电负性越大,键角越小; ②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°)。 [题点多维训练] 1.下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)的叙述中不正确的是 (　　) A.VSEPR模型可用来预测分子的空间结构 B.分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构 C.分子中键角越大,价层电子对相互排斥力越小 D.中心原子上的孤电子对不参与相互排斥 解析:选D　价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间结构,A正确;分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构,B正确;多原子分子内,键角越大,价层电子对相互排斥力越小,C正确;中心原子上的孤电子对参与相互排斥,如H2O中心原子为O,O有2个孤电子对,空间结构为V形,甲烷中心原子为C,无孤电子对,空间结构为正四面体形,D错误。 2.(2025·东莞市第一中学期中)下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为角形的是 (　　) A.NO2 B. C.H3O+ D.H2O 解析:选D　NO2中含有大π键,其中心原子N周围的价电子对数为3,该微粒的VSEPR模型为平面三角形,其空间结构为角形,A不合题意;中心原子S周围的价电子对数为3+(6+2-3×2)=4,该微粒VSEPR模型为四面体,其空间结构为三角锥形,B不合题意;H3O+中心原子O周围的价电子对数为3+(6-1-3×1)=4,该微粒VSEPR模型为四面体,其空间结构为三角锥形,C不合题意;H2O中心原子O周围的价电子对数为3+(6-2×1)=4,该微粒VSEPR模型为四面体,其空间结构为角形,D符合题意。 3.(2025·阜阳市第三中学月考)用价层电子对互斥(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、HCN分子的键角都是180° B.H2O的键角为120°,HgCl2的键角为180° C.PCl3、NH3、GaCl3都是三角锥形分子 D.HCHO(甲醛)、BCl3、SO3的空间结构都是平面三角形 解析:选D　二氧化硫分子中硫原子的价电子对数为3、孤电子对数为1,分子的空间结构为V形,键角小于180°,故A错误;水分子中氧原子的价电子对数为4、孤电子对数为2,分子的空间结构为V形,键角为104.5°,故B错误;三氯化镓分子中镓原子的价电子对数为3、孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,C错误;甲醛分子中的碳原子、三氯化硼分子中的硼原子、三氧化硫分子中的硫原子的价电子对数都为3、孤电子对数都为0,分子的空间结构都为平面三角形,故D正确。 4.(2025·青岛第五十八中学期末)根据杂化轨道理论和价电子对互斥理论判断,下列分子或离子的中心原子杂化方式及空间结构正确的是 (　　) 选项 分子 或离子 中心原子 杂化方式 价电子对 互斥理论 分子或离子 的空间结构 A H2O sp 直线形 直线形 B BBr3 sp3 平面三角形 三角锥形 C PCl3 sp2 四面体形 三角锥形 D sp2 平面三角形 平面三角形 解析:选D　H2O中心原子价电子对数为2+(6-2)=4,中心原子杂化方式为sp3,价电子对互斥理论为四面体形,又因为存在2对孤电子对,空间结构为V形,故A错误;BBr3中心原子价电子对数为3+(3-3)=3,中心原子杂化方式为sp2,价电子对互斥理论为平面三角形,又因为没有孤电子对,空间结构为平面三角形,故B错误;PCl3中心原子价电子对数为3+(5-3)=4,中心原子杂化方式为sp3,价电子对互斥理论为四面体形,又因为存在1对孤电子对,空间结构为三角锥形,故C错误;中心原子价电子对数为3+(4+2-3×2)=3,中心原子杂化方式为sp2,价电子对互斥理论为平面三角形,又因为没有孤电子对,空间结构为平面三角形,故D正确。 5.(2025·黑、吉、辽、内蒙古卷)Cl2O可用于水的杀菌消毒,遇水发生反应:Cl2O+H2O==2HClO。下列说法正确的是 (　　) A.反应中各分子的σ键均为p⁃p σ键 B.反应中各分子的VSEPR模型均为四面体形 C.Cl—O键长小于H—O键长 D.HClO分子中Cl的价电子层有2个孤电子对 解析:选B　H2O中的H—O键是s⁃sp3 σ键,而非p⁃p σ键,A错误。根据价层电子对互斥理论,Cl2O中O原子周围的孤电子对数为(6-2×1)=2,还含有2个成键电子对,因此其VSEPR模型为四面体形;H2O中O原子周围的孤电子对数为(6-2×1)=2,还含有2个成键电子对,因此其VSEPR模型为四面体形;HClO中O原子周围的孤电子对数为(6-2×1)=2,还含有2个成键电子对,因此其VSEPR模型为四面体形;反应中各分子的VSEPR模型均为四面体形,B正确。Cl的原子半径大于H,Cl—O键长应大于H—O键长,因此C错误。HClO中Cl的最外层电子数为7,其1个价电子与O形成共价键,剩余6个价电子形成3个孤电子对,D错误。 6.20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型),用于预测简单分子的空间结构。其要点可以概括为 Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成,A为中心原子,X为与中心原子相结合的原子,E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对),(n+m)称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥,均匀地分布在中心原子周围的空间。 Ⅱ.分子的空间结构是指分子中的原子在空间的排布,不包括中心原子未成键的孤电子对。 Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力的主要顺序为 ⅰ.孤电子对之间的斥力>孤电子对与共用电子对之间的斥力>共用电子对之间的斥力; ⅱ.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; ⅲ.X原子得电子能力越弱,A—X形成的共用电子对之间的斥力越强; ⅳ.其他。 请仔细阅读上述材料,回答下列问题: (1)由AXnEm的VSEPR模型填写下表: n+m 2 ①　　　  VSEPR模型 ②　　　  正四面体形 价层电子对之间 的理想键角 ③　　　  109°28' (2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因: 。  (3)H2O分子的空间结构为　　　　,请你预测水分子中∠H—O—H的大小范围并解释原因: 　。  (4)SO2Cl2和SO2F2都属于AX4E0型分子,SO之间以双键结合,S—Cl、S—F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的空间结构:　　　　　　　　。SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl　　　　(填“<”“>”或“=”)SO2F2分子中∠F—S—F。  解析:(2)CO2中C的价层电子对数为2+×(4-2×2)=2,由VSEPR模型知,两对电子对应尽量远离,故为直线形结构,即CO2分子为直线形分子。(3)H2O分子中中心O原子的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4,共有4对价层电子对分占不同的位置。它们同样要尽量远离,故它的构型为四面体形(含两个未成键电子对),故H2O为V形结构。(4)中心原子S原子的价层电子对数均为4+(6-2×2-2×1)=4,共有4对价层电子对,它们应尽量远离,故为四面体结构,由于周围原子的半径不同,故它们的构型为变形的四面体形;由于Cl的原子半径大于F的原子半径,Cl原子间的排斥力大于F原子间的排斥力,故Cl—S—Cl的键角大于F—S—F的键角。 答案:(1)①4　②直线形　③180°　(2)CO2中C原子的价层电子对数为2,由VSEPR模型知,两对电子对应尽量远离,故为直线形结构　(3)V形　∠H—O—H的大小应略小于109°28',因为H2O分子中中心O原子价层电子对数为4,分占不同的位置,它们同样要尽量远离,故它的空间结构为四面体形,但是由于两个未成键电子对的排斥作用,导致∠H—O—H略小于109°28'　(4)变形的四面体形　> 新知探究(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.等电子体 满足等电子原理的分子或离子互称为等电子体。等电子体具有相同的原子总数和价电子总数。 3.应用举例 利用等电子体原理可以推断一些简单分子或离子的空间结构。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相同。 (1)CS2与CO2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,分子的空间结构为直线形。 (2)PH3、AsH3、H3O+与NH3互为等电子体,可知它们的空间结构均为三角锥形。 4.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 四原子24价电子 N、C、Si、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、S、P [微点拨]　①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相同。②互为等电子体的分子或离子的价电子总数相同,而不是电子总数相同。③O3可以看成OO2,故O3的通式及价电子总数与SO2均相同,二者互为等电子体。 　　[典例]　通常把原子总数和价电子总数相同的分子或原子团称为等电子体,人们发现等电子体的空间结构相同。已知B3N3H6分子的结构与苯相似,则下列有关说法中正确的是 (　　) A.CH4和N互为等电子体,键角均为60° B.N和C互为等电子体,均为平面三角形结构 C.H3O+和PCl3互为等电子体,均为三角锥形结构 D.B3N3H6和苯互为等电子体,B3N3H6分子中不存在“肩并肩”的方式重叠的轨道 [解析]　CH4和N的原子数都是5,价电子总数都是8,互为等电子体,空间结构为正四面体结构,键角为109°28',故A错误;N和C的原子数都是4,价电子总数都是24,互为等电子体,均为平面三角形结构,故B正确;H3O+价电子总数是8,PCl3价电子总数是26,二者价电子总数不同,不互为等电子体,故C错误;B3N3H6分子的结构类似苯,存在π键,π键是p轨道以“肩并肩”的方式重叠形成的,所以B3N3H6分子中存在“肩并肩”的方式重叠的轨道,故D错误。 [答案]　B |思维建模|等电子体的换算方法 ①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,如N2和CO、和CNO-互为等电子体。 ②将微粒中一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素对应的带n个单位电荷的阳离子(或阴离子),如N2O和互为等电子体。 ③同主族元素最外层电子数相等,故可将微粒中的原子换成同主族元素原子,如O3和SO2互为等电子体。 [题点多维训练] 1.(2025·四川省绵阳中学月考)下列各组粒子中不属于等电子体的是 (　　) A.CO2和N2O B.O3和SO3 C.C和N D.CH4和N 解析:选B　等电子体是指价电子数相同、原子数相同的分子、离子或原子团,据此分析。CO2、N2O原子数均为3,价电子总数均为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、N所含原子数均为4,价电子总数均为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,价电子总数均为8,两者互为等电子体,故D不符合题意。 2.(2025·山东卷)用硫酸和NaN3可制备一元弱酸HN3。下列说法错误的是 (　　) A.NaN3的水溶液显碱性 B.的空间构型为V形 C.NaN3为含有共价键的离子化合物 D.的中心N原子所有价电子均参与成键 解析:选B　NaN3水解生成NaOH和HN3,溶液显碱性,A正确。与CO2互为等电子体,两者结构相似 ,其中心原子均为sp杂化,其空间构型均为直线形,B错误。NaN3为离子化合物(Na+与通过离子键结合),内部三个N原子以共价键连接,C正确。中心N原子通过sp杂化形成两个双键,无孤电子对,所有价电子参与成键,D正确。 3.根据等电子原理,由短周期元素组成的粒子,只要其原子总数相同,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N互为等电子体的分子有　　　　。  解析:(1)仅由第2周期元素组成的共价分子中,N2与CO的价电子总数均为10,CO2与N2O的价电子总数均为16。(2)依题意,只要原子数相同,各原子最外层电子数之和也相同,即可互称为等电子体,N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。 答案:(1)N2　CO　CO2　N2O　(2)SO2、O3 学科网（北京）股份有限公司 $