师：同学们，下面我们学习高二人教版化学选择性必修二第二章第二节分子的空间结构第二课时。本节课学习目标有：一、通过搭建实物模型理解价层电子对互斥模型，会计算中心原子的孤电子对数和价层电子对数；二、运用价层电子对互斥模型预测简单分子或离子的空间结构，发展模型认知能力。
首先，我们复习相关知识。在物质结构研究中，常用哪些实验手段？
生：有红外光谱法、晶体X射线衍射等。
师：很好，晶体X射线衍射将在第3章具体介绍。那有没有用于预测分子或离子空间结构的方法呢？本节课要介绍的价层电子对互斥模型，也称VSEPR模型，就能用于预测简单分子或离子的空间结构。什么是价层电子对互斥模型呢？该模型认为，分子的空间结构是中心原子周围价层电子对相互排斥的结果。那什么又是价层电子对呢？VSEPR模型的价层电子对，是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的孤电子对。也就是说，价层电子对数等于σ键电子对数加上孤电子对数。如何确定σ键电子对数和计算孤电子对数呢？我们一起来学习。
先看σ键电子对数的确定方法，σ键电子对数等于结合原子数，多重键只计算其中的σ键电子对，不计算π电子对。比如，甲烷分子、氨分子、水分子的中心原子（碳原子、氮原子、氧原子）的结合原子都是氢原子，数目分别为4、3、2，所以它们的σ键电子对数分别为4、3、2。
下面重点讲孤电子对数的确定方法。对于简单分子，我们可以像前面一样根据电子式直接确定，比如氨分子，画出电子式后能发现中心原子氮原子上还有一对孤对电子。或者，我们也可以根据公式来计算孤电子对数。中心原子上的孤电子对数等于$\frac{1}{2}$×（a - xb），其中a为中心原子的价电子数，对于主族元素，等于原子的最外层电子数；x为与中心原子结合的原子数；b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，比如氢为1，其他原子为8减去该原子的价电子数，氧族元素中的硫原子、硒原子等均为2，卤族元素均为1。所以，甲烷的孤电子对数计算为$\frac{1}{2}$×（4 - 4×1） = 0；氨的孤电子对数计算为$\frac{1}{2}$×（5 - 3×1） = 1；水的孤电子对数计算为$\frac{1}{2}$×（6 - 2×1） = 2。
需要说明的是，计算离子的孤电子对数时，阳离子的a等于中心原子的价电子数减去电荷数，阴离子的a等于中心原子的价电子数加上电荷数的绝对值，x和b的计算方法不变。比如铵根离子的a就等于5 - 1 = 4，再用公式计算出孤电子对数等于0；碳酸根离子的a就等于4 + 2 = 6，再用公式计算出孤电子对数为0。
这里有一道练习题：下列微粒中中心原子含有孤电子对的是哪一个选项？
生：硫化氢分子的中心原子硫原子的孤电子对数等于$\frac{1}{2}$×（6 - 2×1） = 2，孤电子对数为2。其他选项出现的硅烷分子、甲烷分子和铵根离子的中心原子（硅原子、碳原子或氮原子）的孤电子对数的计算都是等于$\frac{1}{2}$×（4 - 4×1） = 0。所以答案是硫化氢分子。
师：非常好。认识了价层电子对之后，我们接下来了解电子对互斥。先思考：请计算甲烷的价层电子对数，电子带负电荷，电子对之间相互排斥，最终甲烷呈现什么构型？
生：碳原子与氢原子间的σ键电子对数为4，无孤电子对，故甲烷的价层电子对数为4，甲烷呈正四面体型。
师：那为什么甲烷的空间结构是正四面体型而不是正方形呢？我们通过气球模型模拟甲烷价层电子对互斥。将4个大小相同的橙色气球捆扎在一起，四个气球自动排列成正四面体结构。把气球压成平面正方形结构，这是一个不稳定状态。轻摇平面正方形结构的气球，又自动转变成正四面体结构，这是一个稳定状态。现在你能回答刚才的问题了吗？
生：排列成正四面体时，气球之间空间排斥力小，能量低。同理，空间结构为正四面体型时，甲烷中价层电子对之间的斥力最小。
师：很好。我们再来计算一下甲醛、二氧化碳的价层电子对数，并分析其空间结构。
生：甲醛中碳原子与氢原子、氧原子间的σ键电子对数为3，无孤电子对，故甲醛的价层电子对数为3，其空间结构为平面三角形。二氧化碳中碳原子与氧原子间的σ键电子对数为2，无孤电子对，故二氧化碳的价层电子对数为2，其空间结构为直线形。
师：结合刚才的例子可知，价层电子对分别为2、3、4时，分子的VSEPR模型分别为直线形、平面三角形和正四面体型。请同学们想一想，氨分子和水分子价层电子对数是多少？它们的结构与甲烷有何不同？
生：氨分子和水分子价层电子对数均为4。氨分子是三角锥形，键角107度，水分子是V型，键角105度。而甲烷分子键角为109度28分。
师：为什么同样价层电子对数都为4，分子空间结构却不相同呢？
生：中心原子无孤电子对时，分子的VSEPR模型即分子空间结构；中心原子有孤电子对时，要在确定VSEPR模型基础上再考虑孤电子对，才能确定分子空间结构。因此，氨分子略去孤电子对，分子空间结构为三角锥形；水分子略去孤电子对，分子空间结构为V型。
师：一起来完成以下练习，先看判断题，同学们可以按下暂停键稍作思考。
第一小题，分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构是相同的。对吗？
生：错误，只有当中心原子无孤电子对时，分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构才相同。
师：第2小题，所有的三原子分子都是直线型结构。对吗？
生：错误，比如水分子的中心原子氧原子孤电子对数为2，因此水分子为V型。
师：第3题，若AB?型分子的中心原子A上没有孤电子对，运用价层电子对互斥模型判断，下列说法正确的是？
生：若中心原子A上没有孤电子对，则不存在σ键电子对与孤电子对之间的相互排斥。当n = 2时，分子的空间结构为直线形；n = 3时，分子的空间结构为平面三角形；n = 4时，分子的空间结构为正四面体型。所以答案是C。
师：第4题，下列物质中分子的空间结构与氨分子相似的是？
生：A选项的硫化氢分子，σ键电子对数为2，孤电子对数等于$\frac{1}{2}$×（6 - 2×1） = 2，价层电子对数为4，所以硫化氢分子是V型。B选项二氧化碳分子的σ键电子对数为2，孤电子对数等于$\frac{1}{2}$×（4 - 2×2） = 0，价层电子对数为2，所以二氧化碳分子是直线型。C选项氨分子和三氯化磷分子中，氮原子和磷原子都是价层电子对数为5，中心原子与结合原子分别形成三个σ键，它们的结合原子（氢原子和氯原子）最多能接受的电子对数均为1，孤电子对数等于$\frac{1}{2}$×（5 - 3×1） = 1，价层电子对数均为4。所以三氯化磷分子与氨分子一样都是三角锥形，符合题目要求。D选项的四氯化硅分子，σ键电子对数为4，孤电子对数等于$\frac{1}{2}$×（4 - 4×1） = 0，价层电子对数为4，所以四氯化硅分子是正四面体型。综合以上分析，答案是C。