2.2.1分子結(jié)構(gòu)的測定和多樣性　價層電子對互斥模型高二化學教學講與練（人教版2019選擇性必修2）

第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)第1課時分子結(jié)構(gòu)的測定和多樣性價層電子對互斥模型課程標準核心素養(yǎng)目標1.了解分子結(jié)構(gòu)的測定方法。通過對典型分子空間結(jié)構(gòu)的學習，認識微觀結(jié)構(gòu)對分子空間結(jié)構(gòu)的影響，了解共價分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復雜性。2.通過對價層電子對互斥模型的探究，建立解決復雜分子結(jié)構(gòu)判斷的思維模型。1．通過學習價層電子對互斥模型、雜化軌道理論來判斷簡單分子或離子的構(gòu)型，培養(yǎng)學生“證據(jù)推理和模型認知”的學科素養(yǎng)。2．學習通過各種儀器、方法測定分子的結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學生“科學精神和社會責任”的學科素養(yǎng)。一、分子結(jié)構(gòu)的測定早年科學家主要靠對物質(zhì)的化學性質(zhì)進行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后進行推測，現(xiàn)代科學家應用了許多測定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線衍射等。1．紅外光譜在測定分子結(jié)構(gòu)中的應用分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。當一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學計算，可以得知各吸收峰是由哪種化學鍵、哪種振動方式引起的，綜合這些信息，可分析分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。2．質(zhì)譜法在測定分子相對分子質(zhì)量中的應用現(xiàn)代化學常利用質(zhì)譜儀測定分子的相對分子質(zhì)量。它的基本原理是在質(zhì)譜儀中使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等粒子。由于生成的離子具有不同的相對質(zhì)量，它們在高壓電場加速后，通過狹縫進入磁場得以分離，在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰，化學家對這些峰進行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對分子質(zhì)量。二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)單原子分子(稀有氣體分子)、雙原子分子不存在空間結(jié)構(gòu)，多原子分子中存在原子的幾何學關系和形狀，即所謂“分子的空間結(jié)構(gòu)”。1．三原子分子化學式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CO2O=C=O180°直線形H2O105°V形2.四原子分子化學式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CH2O約120°平面三角形NH3107°三角錐形3．五原子分子化學式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CH4109°28′正四面體形CCl4109°28′正四面體形4.其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)三、價層電子對互斥模型1．價層電子對互斥模型(VSEPRmodel)：對ABn型的分子或離子，中心原子A的價層電子對(包括成鍵的σ鍵電子對和未成鍵的孤電子對)之間由于存在排斥力，將使分子的空間結(jié)構(gòu)總是采取電子對相互排斥最弱的那種結(jié)構(gòu)，以使彼此之間斥力最小，分子或離子的體系能量最低，最穩(wěn)定。2．價層電子對的計算(1)中心原子價層電子對數(shù)＝σ鍵電子對數(shù)＋孤電子對數(shù)。(2)σ鍵電子對數(shù)的計算由化學式確定，即中心原子形成幾個σ鍵，就有幾對σ鍵電子對。如H2O分子中，O有2對σ鍵電子對。NH3分子中，N有3對σ鍵電子對。(3)中心原子上的孤電子對數(shù)的計算中心原子上的孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)①a表示中心原子的價電子數(shù)；對主族元素：a＝最外層電子數(shù)；對于陽離子：a＝價電子數(shù)－離子所帶電荷數(shù)；對于陰離子：a＝價電子數(shù)＋離子所帶電荷數(shù)。②x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。③b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)，氫為1，其他原子＝8－該原子的價電子數(shù)。3．價層電子對的空間結(jié)構(gòu)(即VSEPR模型)價層電子對數(shù)目：234VSEPR模型：直線形平面三角形正四面體形探究一VSEPR模型的應用(1)用VSEPR模型推測下列分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。①HCN(H—C≡N)：；②AlBr3(共價分子)：；③COeq\o\al(2－,3)：；④SOeq\o\al(2－,4)：。(2)按要求寫出第二周期非金屬元素構(gòu)成的中性分子的化學式。①平面三角形分子：；②三角錐形分子：；③四面體形分子：?！敬鸢浮?1)①直線形②平面三角形③平面三角形④正四面體形(2)①BF3②NF3③CF4【解析】(1)①HCN中C的價層電子對數(shù)為2＋eq\f(4－3－1,2)＝2，不含孤電子對，VSEPR模型為直線形，HCN的空間結(jié)構(gòu)為直線形。②AlBr3中Al的價層電子對數(shù)為3＋eq\f(3－3×1,2)＝3，不含孤電子對，VSEPR模型為平面三角形，AlBr3的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。③COeq\o\al(2－,3)中C的價層電子對數(shù)為3＋eq\f(4＋2－3×2,2)＝3，不含孤電子對，VSEPR模型為平面三角形，COeq\o\al(2－,3)的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。④SOeq\o\al(2－,4)中S的價層電子對數(shù)為4＋eq\f(6＋2－4×2,2)＝4，不含孤電子對，VSEPR模型為正四面體形，SOeq\o\al(2－,4)的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。由價層電子對的相互排斥，得到含有孤電子對的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對，便可得到分子的空間結(jié)構(gòu)。(1)中心原子不含孤電子對分子或離子σ鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)VSEPR模型及名稱分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)及名稱CO220直線形直線形COeq\o\al(2－,3)30平面三角形平面三角形CH440正四面體形正四面體形(2)中心原子含孤電子對分子或離子價層電子對數(shù)孤電子對數(shù)VSEPR模型及名稱分子的空間結(jié)構(gòu)及名稱NH341四面體形三角錐形H2O42四面體形V形SO231平面三角形V形【特別提醒】(1)若ABn型分子中，A與B之間通過兩對或三對電子(即通過雙鍵或三鍵)結(jié)合而成，則價層電子對互斥模型把雙鍵或三鍵作為一對電子對看待。(2)由于孤電子對有較大斥力，含孤電子對的分子的實測鍵角幾乎都小于VSEPR模型的預測值。價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規(guī)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(shù)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。(3)價層電子對互斥模型不能用于預測以過渡金屬為中心原子的分子?！纠?】(2023·山西大同一中高二期末)下列分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形的是()①P4②NH3③CCl4④CH4⑤H2S⑥CO2A.①③④⑤ B.①③④⑤⑥C.①③④ D.④⑤【答案】C【解析】NH3的空間結(jié)構(gòu)是三角錐形，H2S的空間結(jié)構(gòu)是V形，CO2的空間結(jié)構(gòu)是直線形，故選C。1.(2023·華東師范大學附中高二期末)下列有關描述正確的是()A.NOeq\o\al(－,3)為V形微粒B.ClOeq\o\al(－,3)的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形C.NOeq\o\al(－,3)的價層電子對互斥模型、空間結(jié)構(gòu)均為平面三角形D.ClOeq\o\al(－,3)的價層電子對互斥模型、空間結(jié)構(gòu)相同【答案】C【解析】NOeq\o\al(－,3)中N原子的價層電子對數(shù)為3＋eq\f(1,2)(5＋1－3×2)＝3，沒有孤電子對，NOeq\o\al(－,3)為平面三角形微粒，故A項錯誤、C項正確；ClOeq\o\al(－,3)中氯原子的價層電子對數(shù)為3＋eq\f(1,2)(7＋1－3×2)＝4，孤電子對數(shù)為1，價層電子對互斥模型為四面體形而空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，B、D項錯誤。1.（2023上·廣東深圳中學期末）下列化學用語表示正確的是A．分子的VSEPR模型：平面三角形B．基態(tài)N原子的價層電子排布圖C．過氧化氫電子式：D．中子數(shù)為10的氧原子：【答案】B【解析】A．分子的VSEPR模型為四面體，故A錯誤；B．基態(tài)N原子的價層電子為2s22p3，排布圖為，故B正確；C．過氧化氫電子式為，故C錯誤；D．中子數(shù)為10的氧原子為，故D錯誤；故選B。2.（2023上·山東省臨沂一中期末）有X、Y兩種活性反應中間體微粒，均含有1個碳原子和3個氫原子，其空間結(jié)構(gòu)模型如圖所示：，。下列說法錯誤的是()A．X的組成為CHeq\o\al(＋,3)B．Y的組成為CHeq\o\al(－,3)C．X的價層電子對數(shù)為4D．Y中鍵角小于120°【答案】C【解析】由圖可知，X為平面三角形結(jié)構(gòu)，其碳原子應該有3個價層電子對，其組成為CHeq\o\al(＋,3)，A項正確、C項錯誤；Y為三角錐形，其碳原子有四個價層電子對，故其組成為CHeq\o\al(－,3)，鍵角小于120°，B、D項正確。3.（2023上·四川省瀘州一中期末）美國化學家鮑林教授具有獨特的化學想象力：只要給他物質(zhì)的分子式，他就能大體上想象出這種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)模型。多核離子所帶電荷可以認為是中心原子得失電子所致，根據(jù)VSEPR模型，下列離子中所有原子都在同一平面上的一組是()A．NOeq\o\al(－,2)和NHeq\o\al(＋,4) B．H3O＋和ClOeq\o\al(－,3)C．NOeq\o\al(－,3)和COeq\o\al(2－,3) D．POeq\o\al(3－,4)和SOeq\o\al(2－,4)【答案】C【解析】NOeq\o\al(－,2)中心原子的價層電子對數(shù)為2＋eq\f(5＋1－2×2,2)＝3，含有1個孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為V形，NHeq\o\al(＋,4)中心原子的價層電子對數(shù)為4＋eq\f(5－1－4×1,2)＝4，沒有孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，故A不選；H3O＋中心原子的價層電子對數(shù)為3＋eq\f(6－1－3×1,2)＝4，含有1個孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，ClOeq\o\al(－,3)中心原子的價層電子對數(shù)為3＋eq\f(7＋1－3×2,2)＝4，含有1個孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，故B不選；NOeq\o\al(－,3)中心原子的價層電子對數(shù)為3＋eq\f(5＋1－3×2,2)＝3，沒有孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，COeq\o\al(2－,3)中心原子的價層電子對數(shù)為3＋eq\f(4＋2－2×3,2)＝3，沒有孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，故C選；POeq\o\al(3－,4)中心原子的價層電子對數(shù)為4＋eq\f(5＋3－4×2,2)＝4，沒有孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，SOeq\o\al(2－,4)中心原子的價層電子對數(shù)為4＋eq\f(6＋2－4×2,2)＝4，沒有孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，故D不選。4．（2024上·浙江紹興一中期末）下列粒子的VSEPR模型為四面體且其空間結(jié)構(gòu)為三角錐形的是A． B． C． D．【答案】A【解析】A．中O價層電子對數(shù)為，孤電子對數(shù)為1，VSEPR模型為四面體，其空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，故A正確；

B．BF3中B價層電子對數(shù)為，無孤電子對，VSEPR模型為平面三角形，其空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，故B錯誤；

C．中S價層電子對數(shù)為，無孤電子對，VSEPR模型為四面體形，其空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，故C錯誤；

D．CO2中C價層電子對數(shù)為，無孤電子對，VSEPR模型為直線形，其空間結(jié)構(gòu)為直線形，故D錯誤；故選A。5．（2023上·湖南長沙長郡中學期末）下列粒子的中心原子的孤電子對數(shù)或空間結(jié)構(gòu)錯誤的是選項粒子中心原子的孤電子對數(shù)粒子的空間結(jié)構(gòu)A0平面三角形B1V形C1三角錐形D0正四面體形【答案】B【解析】A．中心原子B價層電子對數(shù)：，孤電子對數(shù)為0，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，A正確；B．中心原子Be價層電子對數(shù)：，孤電子對數(shù)為0，空間結(jié)構(gòu)為直線形，B錯誤；C．中心原子N價層電子對數(shù)：，孤電子對數(shù)為1，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，C正確；D．中心原子N價層電子對數(shù)：，孤電子對數(shù)為0，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形形，D正確；答案選B。6．（2024上·山東省濱州一中期末）用價層電子對互斥模型預測和的空間結(jié)構(gòu)，兩個結(jié)論都正確的是A．直線形；正四面體形 B．V形；平面正方形C．直線形；平面正方形 D．V形；正四面體形【答案】D【解析】中S原子的孤電子對數(shù)為，鍵電子對數(shù)為2，S原子的價層電子對數(shù)為4，的空間結(jié)構(gòu)為V形；中N的孤電子對數(shù)為，鍵電子對數(shù)為4，N原子的價層電子對數(shù)為4，的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形；故選D。7．（2023上·湖北省黃石一中月考）用價層電子對互斥理論（VSEPR）可以預測許多分子或離子的空間構(gòu)型，有時也能用來推測鍵角大小，下列判斷正確的是A．都是直線形的分子B．鍵角為，鍵角為C．都是三角錐形的分子D．都是平面三角形的粒子【答案】D【解析】A．二氧化硫中價層電子對個數(shù)為2且含有1對孤電子對，所以二氧化硫為V形結(jié)構(gòu)；CO2分子中C原子的價層電子對數(shù)為2＋=2，不含孤電子對，所以是直線形結(jié)構(gòu)，A錯誤；B．H2O分子中中心O原子價層電子對數(shù)為2+=4，O原子采用sp3雜化，O原子上含有2對孤電子對，所以H2O分子是V形分子，鍵角不是；中價層電子對個數(shù)為2且含有1對孤電子對，所以為V形結(jié)構(gòu)，鍵角不是，B錯誤；C．價層電子對個數(shù)為3且含有1對孤電子對，都是三角錐形的分子；價層電子對個數(shù)為3且含有0對孤電子對，為平面三角形，C錯誤；D．價層電子對個數(shù)為3且含有0對孤電子對，都是平面三角形的粒子，D正確；故選D。8．（2023上·江蘇省無錫一中期中）下列粒子的VSEPR模型為四面體且空間結(jié)構(gòu)為V形的是A．SO2 B． C．NO2 D．OF2【答案】D【解析】A．SO2分子中S原子的價層電子對數(shù)為2+=3，VSEPR模型為平面三角形，含有1對孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為V形，但VSEPR模型不為四面體，故A不符合；B．中N原子的價層電子對數(shù)為4+=4，無孤電子對，其VSEPR模型和空間構(gòu)型均為正四面體，故B不符合；C．NO2分子中N原子的價層電子對數(shù)為2+=2.5≈3，VSEPR模型為平面三角形，含有1對孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為V形，但VSEPR模型不為四面體，故C不符合；D．OF2分子中O原子的價層電子對數(shù)為2+=4，含有2對孤電子對，VSEPR模型為四面體，空間構(gòu)型為V形，故D符合題意。答案選D。9．（2023上·山西省太原五中期中）下列粒子的VSEPR模型為四面體、且其空間結(jié)構(gòu)為V形的是A．NO2 B． C． D．H2O【答案】D【解析】NO2中含有大π鍵，其中心原子N周圍的價層電子對數(shù)為3，該微粒的VSEPR模型為平面三角形，其空間結(jié)構(gòu)為V形，A不合題意；中心原子S周圍的價層電子對數(shù)為4，該微粒VSEPR模型為四面體，其空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，B不合題意；中心原子O周圍的價層電子對數(shù)為4，該微粒VSEPR模型為四面體，其空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，C不合題意；H2O中心原子O周圍的價層電子對數(shù)為4，該微粒VSEPR模型為四面體，其空間結(jié)構(gòu)為V形，D符合題意；故選D。10．（2023下·山西運城一中期中）下列分子的VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)不一致的是A． B． C． D．【答案】B【解析】A．分子中B原子的價層電子對數(shù)為，沒有孤電子對，VSEPR模型為平面三角形，空間結(jié)構(gòu)也為平面三角形，故A不符合題意；B．分子中N原子的價層電子對數(shù)為，含有1對孤電子對，VSEPR模型為四面體，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，故B符合題意；C．分子中C原子的價層電子對數(shù)為，無孤電子對，VSEPR模型和空間結(jié)構(gòu)均為直線形，故C不符合題意；D．S原子的價層電子對數(shù)為，無孤電子對，VSEPR模型和空間結(jié)構(gòu)均為平面三角形，故D不符合題意。綜上所述，答案為B。11．（2023下·河北承德二中期末）下列分子或離子的VSEPR模型與其空間結(jié)構(gòu)不一致的是A． B． C． D．【答案】B【解析】A．CO2分子中價層電子對數(shù)=，不含孤電子對，VSEPR模型是直線形，空間構(gòu)型是直線形，故A不選；B．SO2中S原子價層電子對數(shù)=，含1對孤電子對，VSEPR模型是平面三角形，空間構(gòu)型是V形，故B選；C．中C的價層電子對數(shù)=，且不含孤電子對，VSEPR模型、空間構(gòu)型都是平面三角形，故C不選；D．分子中N原子的價層電子對數(shù)是，不含孤電子對，則VSEPR模型、空間結(jié)構(gòu)均為正四面體形，故D不選；故選B。12．（2023下·河南駐馬店二中期末）價層電子對互斥理論可以預測某些微粒的空間結(jié)構(gòu)。下列說法正確的是A．和的VSEPR模型均為四面體B．和的空間構(gòu)型均為三角錐形C．和均為非極性分子D．與的鍵角相等【答案】B【解析】A．中P的價層電子對數(shù)為：，VSEPR模型為三角雙錐，種O原子的價層電子對數(shù)為：，VSEPR模型為四面體，A錯誤；B．中S原子的價層電子對數(shù)為：，空間構(gòu)型為三角錐形，中Cl原子的價層電子對數(shù)為：，空間構(gòu)型為三角錐形，B正確；C．中C原子的價層電子對為：，正四面體構(gòu)型，為非極性分子，中S原子的價層電子對為：，空間構(gòu)型不對稱，為極性分子，C錯誤；D．中Xe的價層電子對數(shù)為：，中Sn的價層電子對數(shù)為：，兩者鍵角不相等，D錯誤；故選B。13．（2023下·北京石景山中學期末）下列粒子空間構(gòu)型是平面三角形的是①H3O+

②BCl3

③CO

④NH3

⑤PCl3A．①② B．②③ C．①④ D．