資源簡介

(共31張PPT)
2.2.2 價電子對互斥理論
核心素養目標
1.宏觀辨識與微觀探析：
引導學生從宏觀物質的性質，如分子的極性、溶解性、化學反應活性等現象出發，深入探究其與微觀層面價電子對互斥（VSEPR）理論的內在聯系。
2.證據推理與模型認知：
基于實驗數據，如通過 X 射線衍射測定分子的精確空間結構、利用光譜分析獲取分子中原子的成鍵信息以及鍵角數據等，推理出分子中中心原子的價電子對分布情況，進而確定分子的空間構型。構建以 VSEPR 理論為基礎的分子空間結構認知模型，運用該模型解釋分子的穩定性、反應活性以及物理化學性質等化學現象。
3.科學態度與社會責任：
培養學生嚴謹認真、實事求是的科學態度，在學習 VSEPR 理論的過程中，尊重實驗事實和數據，不主觀臆斷。
學習重難點
學習重點
1.理解 VSEPR 理論的基本概念和要點。
2.掌握利用 VSEPR 理論預測分子空間構型的方法。
3. 理解價電子對的類型（成鍵電子對和孤電子對）對分子空間構型的影響。
學習難點
1.從微觀層面理解價電子對之間的排斥作用以及其對分子空間構型的決定機制。
2.準確計算復雜分子或離子中中心原子的價層電子對數。
3.綜合運用 VSEPR 理論與其他化學理論（如雜化軌道理論）解釋分子的結構和性質。
新課導入
在之前我們學習了原子結構和化學鍵的相關知識，了解到原子通過化學鍵結合形成分子。那么，大家有沒有思考過，分子為什么會呈現出各種各樣的形狀呢？
比如，甲烷是正四面體結構，水分子是 V 形結構，二氧化碳是直線形結構。這些分子的形狀是由什么因素決定的呢？
今天，我們就來學習一種能夠幫助我們預測分子幾何構型的重要理論模型
—— 價層電子對互斥模型。
價電子對互斥理論
PART 01
雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。
（1）當雜化軌道中沒有孤電子對時，能量相同的雜化軌道在空間彼此遠離，形成的分子為對稱結構。
（2）當雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時，孤電子對占據一定空間且對成鍵電子產生排斥，形成的分子空間結構也發生變化。
1.雜化軌道類型與分子的空間結構的關系
雜化軌道理論可以解釋分子的空間結構，但對未知分子空間結構的預測性不強。價電子對互斥理論能比較簡便地定性預測分子的空間結構。
2.價電子對互斥理論
（1）基本觀點：分子中的中心原子的價電子對——成鍵電子對（bp）和孤電子對（lp）由于相互排斥作用，處于不同的空間取向且盡可能趨向于彼此遠離。
（2）兩個原子間的成鍵電子不論是單鍵還是多重鍵，都看作一個空間取向，孤對電子對也看作一個空間取向。
先分析分子中的中心原子的價電子對存在幾個空間取向，再讓這幾個空間取向盡量彼此遠離，就可以推測出分子的空間結構。
注意：價電子對互斥理論不能用于預測以過渡金屬為中心原子的分子的空間結構。
σ鍵電子對數可由化學式確定。
H2O中的中心原子為O，O有2個σ鍵電子對（O—H）
NH3中的中心原子為N，N有3個σ鍵電子對（N—H）
3.中心原子上的價層電子對數的計算
孤電子對：未用于形成共價鍵的電子對
孤電子對
成鍵電子對
3.中心原子上的價層電子對數的計算
3.中心原子上的價層電子對數的計算
寫出CH4、NH3和H2O的電子式，試分子分子中，中心原子周圍分別有幾對價層電子對？幾對σ鍵電子對？幾對孤電子對？
價層電子對數
σ鍵電子對數
孤電子對數
CH4的電子式
NH3的電子式
H2O的電子式
4
4
0
4
3
1
4
2
2
3.中心原子上的價層電子對數的計算
問：中心原子周圍的價層電子對、σ鍵電子對、孤電子對的數目之間有什么聯系？
中心原子周圍的價層電子對數 = σ鍵電子對數+ 孤電子對數
根據CH4、NH3和H2O的電子式，試分析：如何確定分子中，中心原子周圍的σ鍵電子對數目？
在分子中，除中心原子外，其余原子與中心原子均形成一個σ鍵，故σ鍵電子對數 =與中心原子結合的原子數。
多重鍵只計算σ鍵電子對，不計π鍵電子對。即：共價單鍵、雙鍵、三鍵計算時，都只計入一對σ鍵電子對。
3.中心原子上的價層電子對數的計算
而中心原子上的孤電子對數，化學式里看不到，須計算得出，確定方法如下：
中心原子上孤電子對數＝ (a-xb)
2
1
a 中心原子的價層電子數 主族元素 =最外層電子數
陽離子 =中心原子的價層電子數-離子的電荷數
陰離子 =中心原子的價層電子數+︱離子的電荷數︱
x 與中心原子結合的原子數 b 與中心原子結合的原子最多能接受的電子數 H =1
其他原子 =8-該原子的價層電子數
3.中心原子上的價層電子對數的計算
1.以S和P為例，說明如何根據主族元素在周期表中的位置確定它的價電子數。
主族元素的族序數等于最外層電子數。S、P分別處于第三周期第ⅥA族和第ⅤA族，故S和P的價電子數分別為6和5。
依據主族元素所處的族序數，可以確定其價電子數：
主族序數 = 價電子數
3.中心原子上的價層電子對數的計算
2.以N和Cl為例，說明如何根據主族元素在周期表中的位置確定它最多能接受的電子數。
首先依據N和Cl在元素周期表中的位置，判斷其價電子數分別為5和7；它們最多能接受的電子數為“8﹣原子的價電子數”，故N和Cl最多能接受的電子數分別為3和1。
依據主族元素的價電子數，可以確定其最多能接受的電子數：
原子最多能接受的電子數=8－該原子的價電子數
3.中心原子上的價層電子對數的計算
對于離子來說，中心原子上的孤電子對數的計算方法如下：
陽離子：a＝中心原子的價電子數－離子的電荷數
陰離子：a＝中心原子的價電子數+離子的電荷數(絕對值)
x和b的計算方法不變
3.中心原子上的價層電子對數的計算
幾種分子或離子的中心原子上的孤電子對數
分子或離子 中心原子 a x b 中心原子上的孤電子對數
H2O O
NH3 N
SO3 S
NH4+ N
CO32- C
6
5
6
5-1=4
4+2=6
2
3
3
4
3
2
1
2
1
2
2
1
0
0
0
VSEPR
PART 02
1.判斷VSEPR模型
確定σ鍵電子對數
確定中心原子上的孤電子對數
分子（或離子）的空間結構
確定中心原子上的孤電子對數
二者
相加
VSEPR模型
（含孤電子對數）
價層電子對相互排斥
略去中心原子上的孤電子對
根據價電子對互斥理論判斷分子或離子的空間結構
1.判斷VSEPR模型
分子 或離子 σ鍵電子 對數 孤電子 對數 VSEPR模型及名稱 分子(或離子)的
空間結構及名稱
CO2
CO32-
CH4
NH3
H2O
SO2
2
0
3
0
4
0
直線形
平面三角形
正四面體形
直線形
平面三角形
正四面體形
1
4
2
3
1
4
四面體形
四面體形
平面三角形
三角錐形
V形
V形
1.判斷VSEPR模型
乙醇 在乙醇分子中，羥基上的氧原子有兩對成鍵電子對和兩對孤電子對，價電子對共有四個空間取向；氧原子的價電子對相互排斥而遠離，成四面體形，因此C—O—H呈角形。
乙酸 在乙酸分子中，羧基上的碳原子的價電子對均為成鍵電子對，C=O上的成鍵電子對僅有一個空間取向，因此碳原子的價電子對共有三個空間取向，相互排斥
而遠離，因此C—C—O部分呈三角形。
復雜分子（以乙醇和乙酸為例）的空間結構
=O
1.判斷VSEPR模型
中心原子上沒有孤電子對 若n個價電子對全部是成單鍵的電子對且沒有孤電子對，為使價電子對之間的斥力最小，價電子對應盡量遠離。其分子或離子的空間結構與VSEPR模型一致。
中心原子上有孤電子對 中心原子上的孤電子對占據中心原子周圍的空間，與成鍵電子對互相排斥，使分子或離子的空間結構發生變化。其分子或離子的空間結構與VSEPR模型不一致。
價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規律：
孤電子對－孤電子對＞孤電子對－成鍵電子對＞成鍵電子對－成鍵電子對。
隨著孤電子對數目的增多，成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力減小，鍵角也減小
2.VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型
雜化軌道理論解釋了價層電子對互斥模型所推測的分子空間結構，但分析具體分子中的中心原子的雜化軌道類型時，應先確定分子或離子的VSEPR模型，再確定中心原子的雜化軌道類型。VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型如表所示：
VSEPR模型 VSEPR模型名稱 中心原子的雜化軌道類型 典型例子
直線形
sp
sp2
sp2
CO2
SO2
SO3
平面三角形
平面三角形
2.VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型
雜化軌道理論解釋了價層電子對互斥模型所推測的分子空間結構，但分析具體分子中的中心原子的雜化軌道類型時，應先確定分子或離子的VSEPR模型，再確定中心原子的雜化軌道類型。VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型如表所示：
VSEPR模型 VSEPR模型名稱 中心原子的雜化軌道類型 典型例子
四面體形
四面體形
正四面體形
sp3
sp3
sp3
H2O
NH3
CH4
歸納總結
價層電子對互斥（VSEPR）模型
應用：預測分子的空間結構
中心原子價層電子對數目的計算方法
預測分子空間結構
【注意】價層電子對互斥（VSEPR）模型不適用于以過渡元素為中心原子的分子的空間結構。
σ鍵電子對數
中心原子上的孤電子對數
計算中心原子上價層電子對數目
得到VSEPR模型
略去中心原子上的孤電子對
隨堂訓練
1.下列物質中，分子的空間結構與氨分子相似的是( )
A、CO2 B、H2S
C、PCl3 D、SiCl4
C
隨堂訓練
2.下列有關價層電子對互斥理論的描述正確的是（ ）
A.價層電子對就是σ鍵電子對
B.孤電子對數由分子式來確定
C.分子的空間結構是價層電子對互斥的結果
D.孤電子對數等于π鍵數
C
隨堂訓練
3.多核離子所帶電荷可以認為是中心原子得到電子或失去電子導致的，根據VSEPR模型，下列離子中所有原子都在同一平面的是（ ）
A.NO2-和NH2-
B.H3O+和ClO3-
C.NO3-和CH3-
D.PO43-和SO42-
A
隨堂訓練
4.用價層電子對互斥理論(VSEPR)可以預測許多分子或離子的立體構型，有時也能用來推測鍵角大小。下列判斷正確的是( )
A．SO2、CS2、HI都是直線形的分子
B．BF3鍵角為120°，SnBr2鍵角大于120°
C．COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子
D．PCl3、NH3、PCl5都是三角錐形的分子
C
隨堂訓練
5.下列分子或離子中，中心原子含有孤電子對的是（ ）
A．PCl5
B．NO3-
C．SiCl4
D．PbCl2
D
隨堂訓練
6.下列分子或離子的空間結構判斷不正確的是（ ）
A．NH4+為正四面體形
B．BeCl2為直線形
C．NF3為V形
D．CO2為直線形
C
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