第64講-價電子對互斥理論判斷分子空間構型學案知識重構1.《課程標準》相關描述（1）主題2：微粒間的相互作用與物質的性質2.3分子的空間結構結合實例了解共價分子具有特定的空間結構，并可運用相關理論和模型進行解釋和預測。知道分子的結構可以通過波譜、晶體X射線衍射等技術進行測定。知道分子可以分為極性分子和非極性分子，知道分子極性與分子中鍵的極性、分子的空間結構密切相關。結合實例初步認識分子的手性對其性質的影響。目標引領①學業要求：能根據給定的信息分析常見簡單分子的空間結構，能利用相關理論解釋簡單的共價分子的空間結構；能根據分子結構特點和鍵的極性來判斷分子的極性，并據此對分子的一些典型性質及其應用作出解釋。②素養目標：證據推理與模型認知：能應用價層電子對互斥理論預測分子的立體構型及性質，揭示現象的本質與規律。回歸教材概念要點梳理：①價層電子對互斥理論可以用來預測分子的空間結構，②價層電子對是指分子中的中心原子與結合原子間的σ鍵電子對和中心原子上的孤電子對。③分子的空間結構是中心原子的“價層電子對”相互排斥的結果。④排斥力趨向于盡可能將價電子對之間遠離，夾角盡可能張大，這樣會使排斥力盡可能小，分子體系能量越低，越穩定。思維模型【練習】用價層電子對互斥理論判斷NO的立體構型A．正四面體 B．V形 C．三角錐形 D．平面三角形【答案】D【解析】價層電子對個數=σ鍵個數+孤電子對個數，σ鍵個數=配原子個數，孤電子對個數=12(a-xb)，a指中心原子價電子個數，x指配原子個數，bNO3-中價層電子對個數=3+12(5+1-3×2)=3+0=3，中心N原子采取sp2雜化，VSEPR構型為平面三角形，孤電子對個數為0，NO3-的立體構型為平面三角形，故選D。注意事項：1、適用范圍：對有1個中心原子的分子、離子或原子團進行空間構型的推斷和預測一般，價層電子對理論只能判斷1個中心原子的分子、離子或原子團的立體構型，所謂一個中心，就是在分子中，多個原子都以共價鍵連在一個原子上，如H-O-H中的氧就是中心原子。但該理論不能判斷出多中心的分子或離子的立體構型。如H-O-O-H,有兩個中心原子，CH2=CH-CH2-CH3有四個中心原子,類似這樣的分子結構，分析時需要把分子切成幾個部分，再拼接起來。2.應用條件：準確判斷中心元素中心元素判斷錯誤，則孤電子對計算錯誤，造成空間結構判斷錯誤。3.多中心分子中心原子孤電子對進行分割計算如H-O-O-H兩個氧都屬于中心原子，以一個氧為中心，把-O-H看作一個原子，羥基（-OH）得一個電子就達到穩定結構，孤電子對計算式：1/2(6-1×1-1×1)=2。二、重溫經典1.（2022年河北卷17題節選）含Cu、Zn、Sn及S的四元半導體化合物(簡寫為CZTS)，是一種低價、無污染的綠色環保型光伏材料，可應用于薄膜太陽能電池領域。回答下列問題：(3)SnCl3-的幾何構型為_______，其中心離子雜化方式為_______。方法方法1：Sn是IVA族元素，SnCl3-的中心離子Sn2+價層電子對數為：3+，有1對孤電子對，中心離子是sp3雜化，SnCl3-的幾何構型是三角錐形。方法方法2：Sn是IVA族元素，易形成4個共價鍵，分析其結構：，可以看出，含有3個σ鍵和1個孤對電子，因此幾何構型是三角錐形，Sn的雜化方式為sp3雜化。2.（2022年遼寧卷8）理論化學模擬得到一種N13+離子，結構如圖。下列關于該離子的說法錯誤的是()A．所有原子均滿足8電子結構B．N原子的雜化方式有2種C．空間結構為四面體形 D．常溫下不穩定【答案】B【解析】A項，由N13+的結構式可知，所有N原子均滿足8電子穩定結構，A正確；B項，中心N原子為sp3雜化，與中心N原子直接相連的N原子為sp2雜化，與端位N原子直接相連的N原子為sp雜化，端位N原子為sp2雜化，則N原子的雜化方式有3種，B錯誤；C項，中心N原子為sp3雜化，則其空間結構為四面體形，C正確；D項，N13+中含疊氮結構，常溫下不穩定，D正確；故選B。3.（2021·全國甲卷35）(1)SiCl4是生產高純硅的前驅體，其中Si采取的雜化類型為___________。SiCl4可發生水解反應，機理如下：【答案】sp3雜化，②【解析】(1)SiCl4中Si原子價層電子對數為4＋2(4－4×1)＝4，因此Si原子采取sp3雜化（或直接根據結構式分析）；由圖可知，SiCl4(H2O)中Si原子的σ鍵數為5，說明Si原子的雜化軌道數為5，由此可知Si原子的雜化類型為sp3d。4.（2022年湖南卷18題節選）鐵和硒(Se)都是人體所必需的微量元素，且在醫藥、催化、材料等領域有廣泛應用，回答下列問題：(3)科學家近期合成了一種固氮酶模型配合物，該物質可以在溫和條件下直接活化H2，將N3-轉化為NH2-，反應過程如圖所示：①產物中N原子的雜化軌道類型為_______。【答案】sp3【解析】由結構簡式可知，產物中氮原子的價層電子對數為4，原子的雜化方式為sp3雜化。5.（2020·全國卷Ⅲ，35題節選）(2)NH3BH3分子中，N—B化學鍵稱為___________鍵，其電子對由___________提供。氨硼烷在催化劑作用下水解釋放氫氣：3NH3BH3＋6H2O===3NH4＋＋B3O63－＋9H2，B3O63－的結構如圖所示。在該反應中，B原子的雜化軌道類型由__變為_____。【答案】配位Nsp3sp2【解析】B原子最外層有3個電子，B與3個H原子形成3個成鍵電子對，在NH3中，N原子有一對孤對電子，而B最外層有空軌道，故在NH3BH3分子中，N—B鍵為配位鍵，其電子對由N原子提供。NH3BH3分子中，B原子的價層電子對數為4，故其雜化方式為sp3。NH3BH3在催化劑的作用下水解生成氫氣和B3O63－，由圖中信息可知，B3O63－中每個B原子只形成3個σ鍵，其中的B原子的雜化方式為sp2，因此，B原子的雜化軌道類型由sp3變為sp2。6.（2022年湖南卷18題節選）鐵和硒(Se)都是人體所必需的微量元素，且在醫藥、催化、材料等領域有廣泛應用，回答下列問題：(1)③比較鍵角大小：氣態SeO3分子_______SeO32-離子(填“>”“<”或“=”)，原因是_______。【答案】>SeO3分子空間構型為平面三角形，鍵角為120°，SeO32-離子的空間構型為三角錐形,鍵角小于109°28’【解析】SeO3分子中硒原子的價層電子對數為3，VSEPR模型中價層電子對的夾角大約是120°，孤對電子對數為0，分子的空間構型為平面三角形，鍵角為120°，亞硒酸根離子中硒原子的價層電子對數為4，VSEPR模型中價層電子對的夾角大約是109°28’，孤對電子對數為1，離子的空間構型為三角錐形，斥力：孤電子對-成鍵電子對>成鍵電子對-成鍵電子對，因此鍵角小于109°28’。7.石墨烯(圖甲)是一種由單層碳原子構成的平面結構新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結構會發生改變，轉化為氧化石墨烯(圖乙)。圖乙中，1號C的雜化方式是________，該C與相鄰C形成的鍵角________(填“＞”“＜”或“＝”)圖甲中1號C與相鄰C形成的鍵角。【答案】sp3雜化,＜【解析】圖乙中1號碳形成了4個共價鍵，故其雜化方式為sp3，與甲烷中的碳原子類似，其鍵角接近109°28′；圖甲中的1號碳，形成3個σ鍵，雜化方式為sp2，鍵角為120°。三、模型建構1.關于鍵角的判斷（1）判斷鍵角的相對大小：①CO2、BF3、CH4②CH4、NH3、H2O③H2O、H2S、H2Se④NF3、NH3①CO①CO2>BF3>CH4，VSEPR模型依次是直線形、平面三角形、正四面體，無孤電子對，夾角逐漸減小。②CH4>NH3>H2O，VSEPR模型都是四面體，但是，孤電子對數CH4、NH3、H2O逐漸增多，斥力作用增大，成鍵電子對夾角減小。③H2O>H2S>H2Se，VSEPR模型都是四面體，均含兩個孤電子對，端位原子相同，中心元素電負性越大，成鍵電子云在中心元素周圍的密度越大，斥力作用越大，鍵角越大。④NH3>NF3，VSEPR模型都是四面體，中心原子相同，端位原子的電負性F>H，端位原子電負性越大，導致在中心原子周圍的成鍵電子云密度減小，斥力減小，鍵角變小。（2）【答案】【答案】O-C-O>O-S-O【解析】CO32-的中心碳原子的價層電子對數是3，VSEPR模型是平面三角形，無孤電子對，空間結構為平面三角形，O-C-O的鍵角為120°；SO32-的中心S原子的價層電子對數是4，VSEPR模型是四面體，價層電子對夾角約為109°28’，SO32-中孤電子對數為1，空間結構為三角錐形，斥力作用：孤電子對-成鍵電子對>成鍵電子對-成鍵電子對，因此O-S-O鍵角小于109°28’。因此鍵角：O-C-O>O-S-O（3）（21年江蘇卷）N2是合成氨工業的重要原料，NH3不僅可制造化肥，還能通過催化氧化生產HNO3；HNO3能溶解Cu、Ag等金屬，也能與許多有機化合物發生反應；在高溫或放電條件下，N2與O2反應生成NO，NO進一步氧化生成NO2。2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)ΔH=-116.4kJ·mol-1。大氣中過量的NOx和水體中過量的NH4+、NO3－均是污染物。通過催化還原的方法，可將煙氣和機動車尾氣中的NO轉化為N2，也可將水體中的NO3－轉化為N2。下列有關NH3、NH4+、NO3－的說法正確的是A．NH3能形成分子間氫鍵B．NO3－的空間構型為三角錐形C．NH3與NH4+中的鍵角相等D．NH3與Ag+形成的[Ag(NH3)2]+中有6個配位鍵【答案】C項錯誤【解析】NH3與NH4+中的VSEPR模型相同，但是NH3中含有孤對電子，孤電子對-成鍵電子對>成鍵電子對-成鍵電子對，導致鍵角：NH3<NH4+2.易錯點梳理例1.判斷HClO的空間結構方法方法1：HClO中O為中心元素，氧的孤電子對計算式：σ鍵電子對數為2，所以：HClO的空間構型為v形。方法方法2：HClO中O為中心元素，HClO的結構式為H-O-Cl，可以看出氧的價層電子對數為2+2=4，所以：HClO的空間構型為v形。方法1：N2O中，N方法1：N2O中，N是VA元素，O是第VIA元素，N形成的化學鍵數目比O多，容易成為中心原子。則孤電子對計算公式為：σ鍵電子對數為2，所以：N2O的空間結構為直線形。方法方法2：N2O和CO2是等電子體，CO2的結構式O=C=O，空間結構為直線型，因此N2O的空間結構為直線形。例3.判斷COCl2(光氣)的空間結構方法方法1：COCl2中，C是IVA元素，O是第VIA元素，Cl是第VIIA元素，C形成的化學鍵數目最多，易形成4個共價鍵，因此C為中心原子。則孤電子對計算公式為：σ鍵電子對數為3，C最外層4個e-，還剩一個e-用于形成C=O中的一個π鍵，所以：COCl2的空間結構為平面三角形。方法方法2：寫出COCl2的結構式，可以看出價層電子對數為3，因此COCl2的空間結構為平面三角形。例4.下列說法中正確的是()A．五碳糖分子(HOCH2—CHOH—CHOH—CHOH—CHO)及其與氫氣的加成產物分子中的手性碳原子數均為2個B．雜化軌道可用于形成σ鍵或π鍵，也可用于容納未參與成鍵的孤電子對C．[Co(NH3)4Cl2]＋的中心離子配位數為6D．AB2是V形，其A一定為sp2雜化【答案】C【解析】2是V形，則一定含有2個σ鍵，如果A含有一個孤電子對，則A的價層電子對數是3，則A采取sp2雜化，如SO2的價層電子對個數＝2＋(6－2×2)/2＝3，該分子為V形結構，S采取sp2雜化，OF2分子是V形，分子中中心原子價層電子對個數＝2＋(6－2×1)/2＝4，含有2個孤電子對，所以其中心原子采用sp3雜化，故D錯誤。例5.預測I3-的幾何構型【答案】直線形【解析】價層電子對數=2+[（7+1）-2×1]÷2=5，2個成鍵電子對，3個孤電子對，可以得到a、b、c三種結構。依據夾角越大，斥力越小的原則，且孤電子對-孤電子對間斥力最大，經分析，結構a中不存在90°孤對電子-孤對電子排斥，而b、c均存在90°孤對電子-孤對電子的排斥作用，顯然排布a的靜力斥力最小，分子勢能最低，是較穩定的結構。因此I3-的幾何構型是直線形。abcabc例6.預測ICl4-的幾何構型【答案】平面正方形【解析】價層電子對數=4+[（7+1）-4×1]÷2=6，4個成鍵電子對，2個孤電子對，依據價層電子對盡可能遠離的原則，可以得到a、b、兩種結構。又因為孤電子對-孤電子對間斥力最大，經分析，若兩對孤電子位于水平方向四方平面鄰近的兩個角上，具有的排斥力遠遠大于它們位于四方平面的上下部，所以（b）是較為穩定的結構。四．名師導學1940年英國科學家西奇維克（Sidgwick）和美國科學家鮑威爾（Powell）提出了價層電子對互斥理論（valence-shellelectronpairrepulsiontheory），簡稱VSEPR理論，20世紀60年代加拿大科學家吉萊斯皮（Gillespie）和尼霍姆（Ny