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專題4 分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)
第一單元 分子的空間結(jié)構(gòu)
4.1.2 價(jià)層電子對(duì)互斥模型
核心素養(yǎng)目標(biāo)
宏觀辨識(shí)與微觀探析：
學(xué)生能從宏觀上觀察和描述不同分子的空間構(gòu)型，如直線形的 CO 、平面三角形的 BF 等；從微觀層面理解價(jià)層電子對(duì)互斥模型的本質(zhì)，認(rèn)識(shí)分子中價(jià)電子對(duì)的相互作用如何決定分子的空間結(jié)構(gòu)，建立起宏觀性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。
證據(jù)推理與模型認(rèn)知：
通過(guò)對(duì)分子結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、事實(shí)進(jìn)行分析，依據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型和等電子原理，進(jìn)行證據(jù)推理，判斷分子的空間構(gòu)型、中心原子雜化類型等；理解并運(yùn)用這些模型，解釋和預(yù)測(cè)分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，培養(yǎng)模型認(rèn)知能力。
教學(xué)重難點(diǎn)
重點(diǎn)
價(jià)層電子對(duì)互斥模型的基本要點(diǎn)，包括價(jià)電子對(duì)的計(jì)算方法、價(jià)電子對(duì)數(shù)與分子空間構(gòu)型的關(guān)系；運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型預(yù)測(cè)和判斷簡(jiǎn)單分子（或離子）的空間構(gòu)型；等電子原理的內(nèi)容及常見(jiàn)等電子體的判斷和應(yīng)用。
難點(diǎn)
準(zhǔn)確計(jì)算復(fù)雜分子（或離子）的價(jià)電子對(duì)數(shù)，尤其是涉及離子電荷、不同配位原子等情況；理解孤電子對(duì)的存在對(duì)分子空間構(gòu)型和鍵角的影響，能精確判斷分子的實(shí)際空間構(gòu)型；靈活運(yùn)用等電子原理，尋找和判斷等電子體，并解釋相關(guān)分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。
同學(xué)們，我們之前學(xué)習(xí)了雜化軌道理論，知道原子可以通過(guò)雜化形成不同類型的雜化軌道，進(jìn)而影響分子的空間結(jié)構(gòu)。比如甲烷（CH ）分子中碳原子是 sp 雜化，呈正四面體結(jié)構(gòu)。但是，對(duì)于一些更復(fù)雜的分子，僅僅用雜化軌道理論解釋還不夠。那有沒(méi)有更通用的方法來(lái)預(yù)測(cè)和解釋分子的空間結(jié)構(gòu)呢？今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)另一種重要的理論 —— 價(jià)層電子對(duì)互斥模型，它能幫助我們更全面地理解分子的空間結(jié)構(gòu) 。
課前導(dǎo)入
價(jià)層電子對(duì)互斥原理
PART 01
價(jià)電子對(duì)
包括孤電子對(duì)和成鍵電子對(duì)，即價(jià)電子對(duì)數(shù)=成鍵電子對(duì)數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)。
在價(jià)層電子對(duì)互斥模型中，成鍵電子對(duì)數(shù)等于成鍵數(shù)目，不用區(qū)別單鍵還是雙鍵。
價(jià)電子對(duì)的幾何構(gòu)型
分子中的價(jià)電子對(duì)由于相互排斥作用，而趨向于盡可能彼此遠(yuǎn)離以減小斥力，分子盡可能采取對(duì)稱的空間構(gòu)型。
價(jià)電子對(duì)數(shù)分別為2、3、4時(shí)，價(jià)電子對(duì)的幾何分布分別為直線形、平面三角形、正四面體結(jié)構(gòu)。
價(jià)電子對(duì)（n）分布的幾何構(gòu)型
ABm型分子的價(jià)電子對(duì)數(shù)的計(jì)算方法
對(duì)于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子的價(jià)電子對(duì)數(shù)可以通過(guò)下式確定：
n=
其中，中心原子的價(jià)電子數(shù)等于中心原子的最外層電子數(shù)，配位原子中鹵素原子、氫原子提供1個(gè)價(jià)電子，氧原子和硫原子按不提供價(jià)電子計(jì)算。
根據(jù)分子的價(jià)電子對(duì)數(shù)，可以很方便地確定價(jià)電子對(duì)數(shù)與配位原子數(shù)目相等的ABm型分子的幾何構(gòu)型。
對(duì)于價(jià)電子對(duì)全是成鍵電子對(duì)的分子，價(jià)電子對(duì)的幾何構(gòu)型與分子的空間結(jié)構(gòu)是一致的
雜化軌道理論與價(jià)層電子對(duì)互斥模型
區(qū)別與聯(lián)系
雜化軌道理論用來(lái)解釋一些簡(jiǎn)單分子的空間構(gòu)型，即科學(xué)家通過(guò)科學(xué)手段，測(cè)得一些分子的空間構(gòu)型，科學(xué)家為了解釋這些分子的空間結(jié)構(gòu)，提出了雜化軌道理論。
科學(xué)家在歸納了許多已知分子的空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種簡(jiǎn)單的理論模型，用來(lái)預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單分子（或離子）的空間結(jié)構(gòu)。
兩個(gè)理論中提出的有關(guān)概念不同，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，不能將兩個(gè)理論混淆。
但兩個(gè)理論都是用來(lái)解釋或預(yù)測(cè)分子的空間結(jié)構(gòu)，因此兩者之間必然存在聯(lián)系。
雜化軌道理論與價(jià)層電子對(duì)互斥模型
①價(jià)層電子對(duì)數(shù)=雜化軌道數(shù)；
幾個(gè)重要的數(shù)量關(guān)系
②價(jià)層電子對(duì)數(shù)=成鍵電子對(duì)數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)；
③雜化軌道數(shù)=中心原子孤電子對(duì)數(shù)＋配位數(shù)，其中，配位數(shù)=中心原子結(jié)合的原子數(shù)；
④價(jià)層電子對(duì)的空間幾何構(gòu)型和雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)是相同的。
用價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷雜化軌道類型
價(jià)層電子對(duì)數(shù) 雜化軌道數(shù) 雜化類型 雜化軌道的 空間結(jié)構(gòu) 價(jià)層電子對(duì)
空間結(jié)構(gòu)
2 2 sp 直線形 直線形
3 3 sp2 平面正三角形 平面正三角形
4 4 sp3 正四面體 正四面體
解題技巧
(1)確定中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)的方法
對(duì)于AXm型分子(A是中心原子，X是配位原子)，分子的價(jià)電子對(duì)數(shù)可以通過(guò)下式確定：即n＝
規(guī)定：①作為配體，鹵素原子和氫原子提供1個(gè)電子，氧族元素的原子不提供電子；
②作為中心原子，鹵素原子按提供7個(gè)電子計(jì)算，氧族元素的原子按提供6個(gè)電子計(jì)算，即中心原子的價(jià)電子數(shù)等于中心原子的最外層電子數(shù)；
③對(duì)于復(fù)雜離子，在計(jì)算價(jià)電子對(duì)數(shù)時(shí)，還應(yīng)加上陰離子的電荷數(shù)或減去陽(yáng)離子的電荷數(shù)；
④計(jì)算價(jià)電子對(duì)數(shù)時(shí)，若剩余1個(gè)電子，亦當(dāng)作1對(duì)電子處理；
⑤雙鍵、三鍵等多重鍵作為1對(duì)電子看待。
解題技巧
(2)根據(jù)已知分子結(jié)構(gòu)判斷雜化軌道類型
若已知分子結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)分子結(jié)構(gòu)判斷雜化軌道類型。
雜化軌道只能用于形成σ鍵或者用來(lái)容納孤電子對(duì)，而兩個(gè)原子之間只能形成一個(gè)σ鍵，故有下列關(guān)系：雜化軌道數(shù)＝中心原子孤電子對(duì)數(shù)＋配位數(shù)，再由雜化軌道數(shù)判斷雜化類型。例如：
代表物 雜化軌道數(shù) 雜化軌道類型
CO2 0＋2＝2 sp
CH2O 0＋3＝3 sp2
CH4 0＋4＝4 sp3
SO2 1＋2＝3 sp2
NH3 1＋3＝4 sp3
H2O 2＋2＝4 sp3
典例解析
下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．NH3分子為三角錐型，N發(fā)生sp2雜化
B．雜化軌道只適用于形成共價(jià)鍵
C．SCl2屬于AB2型共價(jià)化合物，中心原子S采取sp雜化軌道成鍵
D．價(jià)層電子對(duì)互斥模型中，π鍵電子對(duì)數(shù)也要計(jì)入中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)
【解析】NH3分子為三角錐型，N發(fā)生sp3雜化，A錯(cuò)誤；雜化軌道只適用于形成共價(jià)鍵，因?yàn)楸仨毿纬晒灿秒娮訉?duì)，所以不可能適用于離子鍵，故B正確；SCl2屬于AB2型共價(jià)化合物，中心原子S采取sp3雜化軌道成鍵，分子空間構(gòu)型為V形，不是直線形，故C錯(cuò)誤；價(jià)層電子對(duì)互斥模型中，σ鍵和孤電子對(duì)計(jì)入中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)，而π鍵不計(jì)入，故D錯(cuò)誤。
B
分子空間結(jié)構(gòu)的判斷
PART 02
價(jià)電子對(duì)數(shù)與配位原子數(shù)目相等的ABm型分子的幾何構(gòu)型
對(duì)于價(jià)層電子對(duì)全是成鍵電子對(duì)的分子，價(jià)電子對(duì)的幾何構(gòu)型與分子的空間構(gòu)型是一致的。
價(jià)層電子對(duì)數(shù)
價(jià)電子對(duì)的幾何構(gòu)型
分子的空間構(gòu)型
2
直線形
直線形
3
平面三角形
平面三角形
4
正四面體結(jié)構(gòu)
正四面體結(jié)構(gòu)
CO2、BeCl2、CS2
BF3、SO3
CH4、CCl4
孤電子對(duì)數(shù)≠0的分子空間構(gòu)型
孤電子對(duì)與孤電子對(duì)之間的斥力>孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間的斥力>成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間的斥力。
分子 價(jià)電子對(duì)數(shù) 成鍵電子對(duì)數(shù) 孤電子對(duì)數(shù) 分子的空間構(gòu)型 鍵角 同類型分子
CH4 4 4 0 正四面體 109.5° SiH4、CCl4
NH3 4 3 1 三角錐 107.3° NF3、PCl3
H2O 4 2 2 V形 104.5° H2S、SCl2
等電子原理
等電子原理
具有相同價(jià)電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征。符這一原理稱為“等電子原理”。
等電子原理的應(yīng)用
(1)判斷一些簡(jiǎn)單分子或離子的立體結(jié)構(gòu)：SiCl4、、互為等電子體，空間結(jié)構(gòu)為正四面體。
(2)判斷分子的結(jié)構(gòu)性質(zhì)：CO和N2，它們的分子中價(jià)電子總數(shù)是10，都形成1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵，CO的結(jié)構(gòu)式為C≡O(shè)，CO和N2鍵能都較大，性質(zhì)也相似。
(3)等電子原理在制造新材料方面的應(yīng)用：晶體硅、鍺、磷化鋁（AlP）、砷化鎵（GaAs）互為等電子體，都是良好的半導(dǎo)體材料。
知識(shí)歸納——常見(jiàn)的等電子體
二原子10電子 N2、CO、NO+、、CNˉ 三鍵
二原子11電子 NO、
二原子14電子 F2、
三原子16電子 CO2、CS2、N2O、、、SCN- 直線形
三原子18電子 O3、SO2、 V形
四原子24電子 BF3、、、、SO3 平面三角形
四原子16電子 NF3、PCl3、、 三角錐
五原子32電子 CCl4、SiF4、 、 正四面體
典例解析
下列分子中，中心原子雜化類型相同，分子空間結(jié)構(gòu)也相同的是(　　)
A．H2O、SO2 B．NF3、BF3 C．NH3、CH4 D．BeCl2、CO2
【解析】根據(jù)雜化軌道理論：H2O分子中O原子的雜化方式為sp3，空間結(jié)構(gòu)為V形，SO2分子中S原子的雜化方式為sp2，空間結(jié)構(gòu)為V形，A不符合題意；NF3分子中N原子的雜化方式為sp3，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，BF3分子中B原子的雜化方式為sp2，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，B不符合題意；NH3分子中N原子的雜化方式為sp3，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，CH4分子中C原子的雜化方式為sp3，空間結(jié)構(gòu)為正四面體，C不符合題意；BeCl2分子中Be原子雜化方式為sp，空間結(jié)構(gòu)均為直線形，CO2分子中C原子雜化方式為sp，空間結(jié)構(gòu)均為直線形，D符合題意。
D
課堂小結(jié)
PART 03
推測(cè)分子的空間結(jié)構(gòu)
理論要點(diǎn)
2
1
價(jià)層電子對(duì)互斥模型
等電子原理及應(yīng)用
3
價(jià)電子對(duì)
價(jià)電子對(duì)的幾何構(gòu)型
判斷方法
常見(jiàn)分子、離子的空間構(gòu)型
價(jià)電子對(duì)的計(jì)算方法
中心原子的雜化類型
課堂練習(xí)
PART 04
1．實(shí)驗(yàn)測(cè)得BH3為平面三角形(鍵角均為120°)，NH3為三角錐形(鍵角為107°18′)，已知電子數(shù)相同的微粒具有相似的結(jié)構(gòu)。由此推斷：①甲基，②甲基碳正離子()，③甲基碳負(fù)離子()的鍵角相對(duì)大小順序?yàn)?　　)
A．②＞①＞③ B．①＞②＞③
C．③＞①＞② D．①＝②＝③
A
2．下列關(guān)于價(jià)層電子對(duì)互斥模型的敘述不正確的是(　　)
A．價(jià)層電子對(duì)互斥模型可用來(lái)預(yù)測(cè)分子的空間結(jié)構(gòu)
B．分子中價(jià)電子對(duì)相互排斥決定了分子的空間結(jié)構(gòu)
C．中心原子上的孤電子對(duì)也要占據(jù)中心原子周圍的空間并參與相互排斥
D．分子中鍵角越大，價(jià)電子對(duì)相互排斥力越大，分子越穩(wěn)定
D
3．短周期主族元素A、B可形成AB3分子，下列有關(guān)敘述正確的是(　　)
A．若A、B為同一周期元素，則AB3分子一定為平面正三角形
B．若AB3分子中的價(jià)電子個(gè)數(shù)為24，則AB3分子可能為平面正三角形
C．若A、B為同一主族元素，則AB3分子一定為三角錐形
D．若AB3分子為三角錐形，則AB3分子一定為NH3
B
4．化合物A(H3BNH3)是一種潛在的儲(chǔ)氫材料，它可由六元環(huán)狀物質(zhì)(HB==NH)3通過(guò)反應(yīng)3CH4＋2(HB==NH)3＋6H2O―→3CO2＋6H3BNH3制得。下列有關(guān)敘述不正確的是(　　)
A．化合物A中不存在π鍵
B．反應(yīng)前后碳原子的雜化類型不變
C．CH4、H2O、CO2分子的空間結(jié)構(gòu)分別是正四面體形、V形、直線形
D．第一電離能：N＞O＞C＞B
B
Thanks
好好學(xué)習(xí)天天向上

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