人教版 (2019)选择性必修2第三节 分子结构与物质的性质随堂练习题
展开第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
2.2.1 分子结构的测定与多样性 价层电子对互斥模型
本节从分子结构的测定、三原子、四原子、五原子分子的立体构型为例，介绍典型分子立体构型；然后从价层电子对互斥理论和杂化轨道理论解释分子结构的多样性和复杂性，并根据上述理论判断简单分子和离子的构型。
课程目标 | 学科素养 |
1.了解分子结构的测定方法。 2.认识共价分子结构的多样性和复杂性。 3.理解价层电子对互斥理论的含义。 4.能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构。 | a.宏观辨识与微观探析：通过对典型分子空间结构的学习，认识微观结构对分子空间结构的影响，了解共价分子结构的多样性和复杂性。 b.证据推理与模型认知：通过对价层电子对互斥模型的探究，建立解决复杂分子结构判断的思维模型。 |
教学重点：价层电子对互斥理论
教学难点：价层电子对互斥理论
多媒体调试、讲义分发
【创设情境】
肉眼不能看到分子，那么，科学家是怎样知道分子的结构的呢？
早年的科学家主要靠对物质的化学性质进行系统总结得出规律后进行推测。
科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法，如红外光谱、晶体X射线衍射等。下面先介绍红外光谱，下一章还将介绍晶体X射线衍射。
【讲解】
分子结构的测定
红外光谱工作原理
原理：分子中的原子不是固定不动的，而是处于不断振动着的。红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到谱图上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知分子中含有何种化学键或官能团的信息。
红外光谱仪原理示意图
【案例探析1】
观察未知物A的红外光谱，可以初步推测该未知物中含有羟基。
【案例探析2】
纵坐标表示相对丰度，横坐标表示粒子的相对质量与其电荷数之比（），简称荷质比，化学家通过分析得知，被测物的相对分子质量是92，该物质是甲苯。
【过渡】
大多数分子是由两个以上原子构成的，于是分子就有了原子的几何关系和形状，这就是分子的空间结构。
【学生活动1】
多样的分子空间结构
观察下表，总结分子类型及其常见分子的空间结构
分子类型 | 化学式 | 空间结构 | 结构式 | 键角 | 空间填充模型 | 球棍模型 |
三原子 分子 | CO2 | 直线形 | O===C===O | 180° | ||
H2O | V形 | 105° | ||||
四原子 分子 | CH2O | 平面 三角形 | 120° | |||
NH3 | 三角锥形 | 107° | ||||
五原子 分子 | CH4 | 四面体形 | 109°28′ |
【讲解】
三原子分子以CO2和H2O为例，CO2呈直线形，键角为180°，而H2O呈V形，键角为105°。
四原子分子以CH2O和NH3为例，CH2O呈平面三角形，键角为120°，NH3呈三角锥形，键角为107°。
五原子分子以CH4和CCl4为例，CH4呈正四面体形，CCl4呈正四面体形，键角均为109°28′。
【总结】
分子的立体构型与键角的关系：
分子类型 | 键角 | 立体构型 | 实例 |
AB2 | 180° | 直线形 | CO2、BeCl2、CS2 |
<180° | V形 | H2O、H2S | |
AB3 | 120° | 平面三角形 | BF3、BCl3 |
<120° | 三角锥形 | NH3、H3O＋、PH3 | |
AB4 | 109°28′ | 正四面体形 | CH4、NH4+、CCl4 |
【设疑】
五原子分子都是正四面体结构吗？
【讲解】
不是，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等，虽为四面体结构，但由于碳原子所连的四个原子不相同，四个原子电子云的排斥力不同，使四个键的键角不全相等，所以并不是正四面体结构。
【展示】
展示其他多原子分子的空间构型
【设疑】
CO2和H2O都是三原子分子，为什么CO2呈直线形，H2O呈V形？
【讲解】
为了探究其原因，发展了许多结构理论，有一种比较简单的理论叫做价层电子对互斥理论。
价层电子对互斥模型认为，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。VSEPR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。多重键只计其中的σ键电子对，不计π电子对。
【讲解】
价层电子对互斥模型(VSEPR)
(1)σ键电子对的计算
由分子式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。如H2O分子中，O有2对σ键电子对，NH3分子中，N有3对σ键电子对。
(2)中心原子上的孤电子对的计算
中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)
①a表示中心原子的价电子数。
对于主族元素：a＝原子的最外层电子数。
对于阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数。
对于阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值)。
②x表示与中心原子结合的原子数。
③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。
【学生活动】
- 以S和P为例，说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它的价电子数
- 以N和Cl为例，说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它最多能接受的电子数。
【讲解】
- S的价电子数是6，P的价电子数是5
- N最多能接受的电子数是3，Cl最多能接受的电子数1
【学生活动】
计算H2O、NH3、SO3、NH4+、CO分子的孤电子对数。
【讲解】
【学生活动】
根据VSEPR，确定CO2、SO2、CO、H2O、NH3、CH4、NH4+分子的空间结构。
【讲解】
分子或离子 | 孤电子对数 | 价层电子对数 | VSEPR 模型名称 | 分子或离子 的空间结构名称 |
CO2 | 0 | 2 | 直线形 | 直线形 |
SO2 | 1 | 3 | 平面三角形 | V形 |
CO | 0 | 3 | 平面三角形 | 平面三角形 |
H2O | 2 | 4 | 四面体形 | V形 |
NH3 | 1 | 4 | 四面体形 | 三角锥形 |
CH4 | 0 | 4 | 正四面体形 | 正四面体形 |
NH4+ | 0 | 4 | 正四面体形 | 正四面体形 |
【展示】
【总结】
VSEPR模型与分子或离子的空间结构
σ键电子对数＋孤电子对数＝价层电子对数VSEPR模型分子或离子的空间结构。
【设疑】
H2O、NH3的键角分别是105°、107°，请解释原因。
【讲解】
H2O、NH3的价层电子对均为4，H2O、NH3的孤电子对分别为2、1，分子中电子对之间的斥力大小顺序：孤电子对-孤电子对＞孤电子对-成键电子对 ＞成键电子-成键电子，故H2O、NH3的键角分别是105°、107°。
【总结】
价层电子对之间的斥力
①电子对之间的夹角越小，斥力越大。
②分子中电子对之间的斥力大小顺序：孤电子对-孤电子对＞孤电子对-成键电子对 ＞成键电子-成键电子。
③由于三键、双键比单键包含的电子多，所以斥力大小顺序：三键＞双键＞单键 。
【课堂小结】
回顾本节课的内容，本节课需要掌握分子的空间构型、价电子对互斥理论的相关知识。
【知识建构】
- 下列离子的VSEPR模型与离子的空间立体构型一致的是
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】解：中价层电子对个数且含有一个孤电子对，所以VSEPR模型为四面体结构，实际为三角锥形结构，故A错误；
B.中价层电子对个数且不含孤电子对，所以离子的VSEPR模型与离子的空间立体构型一致都是平面三角形结构，故B正确；
C.中价层电子对个数且含有一个孤电子对，所以其VSEPR模型是平面三角形，实际上是V形，故C错误；
D.中价层电子对个数且含有一个孤电子对，所以VSEPR模型是四面体结构，实际空间构型为三角锥形，故D错误；
故选：B。
- 用短线“”表示共用电子对，用“”表示未成键孤对电子的式子叫路易斯结构式．R分子的路易斯结构式可以表示为，则以下叙述错误的是
A. R为三角锥形 B. R可以是
C. R是极性分子 D. 键角小于
【答案】B
【解析】解：A、在中含有3个单键和1个孤电子对，价层电子对数为4，而且含有1个孤电子对，空间上为三角锥形，故A正确；
B、B原子最外层含有3个电子，中B原子形成3个共价键，B原子没有孤对电子，所以R不是，故B错误；
C、由极性键构成的分子，若结构对称，正负电荷的中心重合，则为非极性分子，R分子的结构不对称，R是极性分子，故C正确；
D、由于存在孤电子对，斥力增强，键角小于，故D正确；
故选：B。
- 用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中正确的是
A. 与为角形形 B. 与为直线形
C. 与为三角锥形 D. 与为平面三角形
【答案】D
【解析】
A.水分子中O原子价层电子对个数，VSEPR模型为正四面体结构，含有2个孤电子对，略去孤电子对后，实际上其空间构型是V形，中Be原子的价层电子对个数，不含孤电子对，则分子空间构型是直线形，故A错误；
B.分子中每个S原子和C原子形成两个共用电子对，所以C原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，所以为直线形结构，分子中S原子的价层电子对个数且含有1对孤电子对，所以为V形结构，故B错误；
C.分子中B原子的价层电子对个数且不含有孤电子对，所以其空间构型为平面三角形，分子中P原子的价层电子对数，含孤电子对数为1，杂化轨道数4，中心原子采取杂化，分子空间构型为三角锥形，故C错误；
D.中S原子价层电子对个数键个数孤电子对个数，含孤电子对数为0，杂化轨道数3，硫原子采用杂化，分子形状为平面三角形；中碳原子价层电子对个数，采用杂化，所以离子的立体构型为平面三角形，故D正确；
故选D。
- 已知原子总数和价电子总数相同的离子或分子结构相似，如、都是平面三角形。那么下列分子或离子中与有相似结构的是
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
具有相同原子数和价电子数的微粒互称为等电子体，它们具有相似的结构特征。
含有5个原子，32个价电子，、、原子数分别为6、4、3，都不是的等电子体。含有5个原子，32个价电子，和互为等电子体，根据等电子原理，二者具有相似的结构，故B正确。
故选B。
- 根据VSEPR理论判断下列各组分子或离子结构相同的是
A. 和 B. 和 C. 和 D. 和
【答案】D
【解析】
A.和，中中心原子价层电子对个数是3，且含有一对孤电子对，所以分子空间构型是V形，分子是直线型分子，二者空间构型不同，故A错误；
B.中中心原子价层电子对个数是3，且不含孤电子对，所以分子空间构型是平面三角形，中中心原子价层电子对个数，且含有一对孤电子对，所以为三角锥形，二者空间构型不同，故B错误；
C.中中心原子价层电子对个数，且含有一对孤电子对，所以为三角锥形，中中心原子价层电子对个数，且含有两对孤电子对，所以为V形结构，二者空间构型不同，故C错误；
D.中中心原子价层电子对个数是4，且不含孤电子对，为正四面体形结构，中中心原子价层电子对个数是4，且不含孤电子对，为正四面体形结构，二者空间构型相同，故D正确。
故选D。
本节从分子结构的测定，三原子、四原子、五原子分子的立体构型为例，介绍典型分子立体构型，然后从价层电子对互斥理论解释分子结构的多样性和复杂性，并根据上述理论判断简单分子和离子的构型。通过对典型分子空间结构的学习，认识微观结构对分子空间结构的影响，了解共价分子结构的多样性和复杂性，培养学生宏观辨识与微观探析的素养：通过对价层电子对互斥模型的探究，建立解决复杂分子结构判断的思维模型，培养学生证据推理与模型认知的素养。
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