資源簡(jiǎn)介

分子的空間結(jié)構(gòu)
第2課時(shí)
教學(xué)目標(biāo)
1. 能運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單分子的空間結(jié)構(gòu)，發(fā)展學(xué)生的模型認(rèn)知能力。
教學(xué)重難點(diǎn)
1.應(yīng)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。
2.中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)的計(jì)算。
教學(xué)過程
一、新課導(dǎo)入
上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了價(jià)層電子對(duì)互斥理論的基本要點(diǎn)，根據(jù)上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，
完成下列表格。
價(jià)層電子對(duì)數(shù) 電子對(duì)空間結(jié)構(gòu) 孤電子對(duì)數(shù) 忽略孤對(duì)電子后 分子的形狀
2 直線形 0 直線形
3 平面三角形 0 平面三角形
1 V形
4 四面體形 0 四面體形
1 三角錐形
2 V形
二、講授新課
【問題提出】
給定一個(gè)分子的化學(xué)式，如何根據(jù)VSEPR模型預(yù)測(cè)其分子結(jié)構(gòu)？
其中要遵循怎樣的步驟？
【思維啟迪】
應(yīng)用VSEPR模型的關(guān)鍵是確定分子中的中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)。
這也是該理論抓住的影響分子結(jié)構(gòu)的核心矛盾。
通過上節(jié)課對(duì)CH4、NH3的案例分析，我們可知，
價(jià)層電子對(duì)數(shù) = σ鍵電子對(duì)數(shù) + 中心原子上的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)
【提問】（1）σ鍵電子對(duì)數(shù)如何確定？
【講解】σ鍵電子對(duì)數(shù)可由化學(xué)式確定。例如H2O中的中心原子為O，O有2個(gè)σ鍵電子對(duì)（O-H）；NH3中的中心原子為N，N有3個(gè)σ鍵電子對(duì)（N-H）；SO3中的中心原子為S，有3個(gè)σ鍵電子對(duì)（S-O）；中的中心原子為S，有4個(gè)σ鍵電子對(duì)（S-O）。
【提問】（2）通過上面的例子，你發(fā)現(xiàn)了化學(xué)式與σ鍵電子對(duì)數(shù)有何聯(lián)系？你能從共價(jià)鍵的角度理解并說明為何呈現(xiàn)這樣的定量關(guān)系么？
【講解】通過上面的例子，我們可以歸納出：
由n個(gè)原子組成的分子或離子，它中心原子的σ鍵電子對(duì)數(shù)為n-1。
因?yàn)榉肿踊螂x子中的原子是通過共價(jià)鍵彼此連接在一起的，兩個(gè)原子間有且僅有1個(gè)σ鍵，n個(gè)原子彼此連接在一起需要n-1個(gè)σ鍵。中心原子就是“連接中心”，它周圍有n-1個(gè)σ鍵電子對(duì)。
注：該討論未將環(huán)狀分子納入，環(huán)狀分子不作要求。
【提問】（3）中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)如何確定？
【講解】中心原子上孤電子對(duì)數(shù)化學(xué)式中看不到，須計(jì)算得出，計(jì)算公式為
孤電子對(duì)數(shù) = (a-xb)/2
其中a為中心原子的價(jià)電子數(shù)（對(duì)于主族元素等于原子的最外層電子數(shù)）；
x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)；
b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)（氫為1；其他原子為“8減去該原子的價(jià)電子數(shù)”，如氧族的O、S、Se等均為2，鹵族元素均為1）
【提問】（4）以S和P為例，說明如何根據(jù)主族元素在周期表中的位置確定它的價(jià)電子數(shù)。
【講解】依據(jù)元素周期表可判斷主族元素的族序數(shù)等于最外層電子數(shù)，也等于價(jià)電子數(shù)。S和P分別處于第三周期的第VIA族和第VA族，因此S和P的價(jià)電子數(shù)分別為6和5。
【提問】（5）以N和Cl為例，說明如何根據(jù)主族元素在周期表中的位置確定它最多能接受的電子數(shù)。
【講解】首先依據(jù)N和Cl在元素周期表中的位置，判斷其價(jià)電子數(shù)分別為5和7；它們最多能接受的電子數(shù)為“8減去原子的價(jià)電子數(shù)”，因此N和Cl最多能接收的電子數(shù)分別為3和1。
【提問】（6）陽(yáng)離子和陰離子在運(yùn)用公式計(jì)算時(shí)需要做怎樣的修改？
【講解】對(duì)于陽(yáng)離子來說，a為中心原子的價(jià)電子數(shù)減去離子的電荷數(shù)，x和b的計(jì)算方法不變。
對(duì)于陰離子來說，a為中心原子的價(jià)電子數(shù)加上離子的電荷數(shù)（絕對(duì)值），x和b的計(jì)算方法不變。
【提問】（7）運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，計(jì)算下列分子或離子的中心原子的孤對(duì)電子數(shù)，完成下列表格。
【講解】
分子或離子 中心原子 a x b 中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)
SO2 S 6 2 2 1
N 4 4 1 0
C 6 3 2 0
N 6 3 2 0
Cl 8 3 2 1
【思維啟迪】
價(jià)層電子對(duì)數(shù) = σ鍵電子對(duì)數(shù) + 中心原子上的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)
通過以上步驟和討論便可以確定分子中的中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)。
由于價(jià)層電子對(duì)的相互排斥，可得到含有孤電子對(duì)的分子的VSEPR模型。
略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對(duì)，便可得到分子的空間結(jié)構(gòu)。
例如，H2O和NH3的中心原子上分別有2個(gè)和1個(gè)孤電子對(duì)，加上中心原子上的σ鍵電子對(duì)，它們的中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)都是4，這些價(jià)層電子對(duì)相互排斥，形成四面體形的VSEPR模型。略去VSEPR模型中的中心原子孤電子對(duì)，便得到了H2O的空間結(jié)構(gòu)為V形，NH3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。
【典型例題】
例1. 應(yīng)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷下列分子或離子的空間結(jié)構(gòu)，完成表格。
分子或離子 中心原子上的孤電子對(duì)數(shù) 中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù) VSEPR模型 分子或離子的 空間結(jié)構(gòu)名稱
BF3 0 3 平面三角形 平面三角形
0 4 正四面體形 正四面體形
1 4 四面體形 三角錐形
CS2 0 2 直線形 直線形
H2S 2 4 四面體形 V形
CH2O 0 3 平面三角形 平面三角形
【提問】（8）如果像乙醛CH2O這樣的分子，與中心原子結(jié)合的原子種類有多種，應(yīng)該如何計(jì)算？
【講解】σ鍵電子對(duì)數(shù)計(jì)算方法不變；
孤電子對(duì)數(shù) = (a-xb)/2，對(duì)這一計(jì)算式稍加推廣，即
孤電子對(duì)數(shù) = (a-x1b1-x2b2)/2
腳標(biāo)1、2分別代表不同種的原子，更多種類的原子同理。
故CH2O中中心原子的孤電子對(duì)數(shù) = (4 - 1×2 - 2×1)/2 = 0
【典型例題】
例2. 運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型解釋為何CH4、NH3、H2O中的鍵角依次減小？
CH4、NH3、H2O三種分子中中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)均為4對(duì)，VSEPR模型均為四面體形。但三種分子中， CH4上的孤電子對(duì)數(shù)為0， NH3上的孤電子對(duì)數(shù)為1， H2O上的孤電子對(duì)數(shù)為2。由于孤電子對(duì)占據(jù)較大空間，因此電子對(duì)間的排斥力有如下關(guān)系：孤對(duì)—孤對(duì) > 孤對(duì)—成鍵 > 成鍵—成鍵。
孤電子對(duì)較大的斥力對(duì)成鍵電子對(duì)“擠壓”的更厲害，使鍵角減小。
因此，在價(jià)層電子對(duì)數(shù)一定時(shí)，孤電子對(duì)越多，鍵角越小。
例3. 運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型比較和的鍵角大小。
中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2，孤電子對(duì)數(shù)為0，VSEPR模型是直線形，離子的空間結(jié)構(gòu)是直線形，鍵角為180°
中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，孤電子對(duì)數(shù)為1，VSEPR模型是平面三角形，離子的空間結(jié)構(gòu)是V形，考慮到孤電子對(duì)的斥力更大，鍵角應(yīng)小于120°
故鍵角>
三、課堂小結(jié)
應(yīng)用VSEPR模型預(yù)測(cè)分子的空間結(jié)構(gòu)的一般步驟：
1.“識(shí)”中心原子
2.“算”價(jià)層電子對(duì)數(shù)：σ鍵電子對(duì)數(shù)和孤電子對(duì)的計(jì)算公式
3.“定”VSEPR模型
4.“略”孤電子對(duì)
5.“得”分子的空間結(jié)構(gòu)
對(duì)價(jià)層電子對(duì)互斥模型的評(píng)價(jià)：它對(duì)分子空間結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)少有失誤，但是它不能用于預(yù)測(cè)以過渡金屬為中心原子的分子。
四、課堂練習(xí)
1. 應(yīng)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷下列分子或離子的空間結(jié)構(gòu)，完成表格。
分子或離子 中心原子上的孤電子對(duì)數(shù) 中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù) VSEPR模型 分子或離子的 空間結(jié)構(gòu)名稱
SiF4
PCl3
HCN
答案　
分子或離子 中心原子上的孤電子對(duì)數(shù) 中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù) VSEPR模型 分子或離子的 空間結(jié)構(gòu)名稱
SiF4 0 4 正四面體形 正四面體形
PCl3 1 4 正四面體形 三角錐形
0 4 正四面體形 正四面體形
HCN 0 2 直線形 直線形
2 4 正四面體形 V形
解析 運(yùn)用公式價(jià)層電子對(duì)數(shù) = σ鍵電子對(duì)數(shù) + 中心原子上的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)
孤電子對(duì)數(shù) = (a-xb)/2

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