2023人教版化学-选择性必修2 第二章 分子结构与性质 第1课时 分子结构的测定 多样的分子空间结构 价层电子对互斥模型

第二节　分子的空间结构

第1课时　分子结构的测定　多样的分子空间结构　价层电子对互斥模型

基础过关练

题组一　分子结构的测定

1.如图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图,则该有机物可能为(　　)

A.CH3COOCH2CH3　　　　　　　　 　B.CH3CH2CH2COOH

C.HCOOCH2CH2CH3　　　　　　　　　D.(CH3)2CHCH2COOH

2.现代化学常用的测定分子的相对分子质量的方法是(　　)

A.质谱法     

B.晶体X射线衍射法

C.核磁共振氢谱法  

D.红外光谱法

题组二　多样的分子空间结构

3.下列分子的空间结构错误的是(　　)

A.H2O:　　　　　　　B.NH3:

C.CS2:　　　　　    D.CCl4:

4.下列多原子分子的空间结构与分子中共价键键角对应正确的是(　　)

A.角形分子:105°　　　　　　 B.平面正三角形:120°

C.三角锥形:109°28'　　　　　D.正四面体形:109°28'

5.根据所学知识填空:

(1)三原子分子常见的空间结构有　　　　形(如CO2)和　　　　形(如H2O)。 

(2)四原子分子常见的空间结构有　　　　形和　　　　　形,如甲醛(HCHO)分子呈　　　　形,键角约为　　　　;氨分子呈　　　　形,键角为　　　　;需要注意的是白磷分子呈　　　形,键角为　　　　。 

(3)五原子分子最常见的空间结构为　　　形,如常见的CH4的键角是　　　　。 

题组三　价层电子对互斥模型

6.(2022四川绵阳一中期中)下列分子或离子的VSEPR模型与空间结构一致的是(　　)

A.NH3　　　B.CCl4　　　C.H2O　　　　D.Cl

7.(2022四川内江六中月考)若ABn的中心原子A上没有孤电子对,运用价层电子对互斥模型,下列说法正确的是(　　)

A.若n=2,则分子的空间结构为V形

B.若n=3,则分子的空间结构为三角锥形

C.若n=4,则分子的空间结构为正四面体形

D.以上说法都不正确

8.下列有关价层电子对互斥模型的描述正确的是(　　)

A.价层电子对数就是σ键电子对数

B.孤电子对数由分子式来确定

C.分子的空间结构是价层电子对互斥的结果

D.孤电子对数等于π键数

9.用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构。

能力提升练

题组一　根据价层电子对互斥模型判断粒子的空间结构

1.(2022四川射洪中学月考)用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构,其中正确的是(　　)

A.SO2　直线形　　　　     　B.CS2　平面三角形

C.N　正四面体形　　　　　D.BF3　三角锥形

2.短周期主族元素A、B可形成AB3分子,下列有关叙述正确的是(　　)

A.若A、B为同一周期元素,则AB3分子一定为平面三角形

B.若AB3分子中的价层电子数为24,则AB3分子可能为平面三角形

C.若A、B为同一主族元素,则AB3分子一定为三角锥形

D.若AB3分子为三角锥形,则AB3分子可能为BF3

3.(2020云南昭通期末)下列有关SO3的说法正确的是(　　)

A.空间结构与NH3相似

B.空间结构与SO2相似

C.空间结构与BF3相似

D.空间结构与P4相似

4.下列分子或离子中,中心原子价层电子对的空间结构为四面体形且分子或离子的空间结构为三角锥形的是(　　)

①N

A.①②　　　　　B.②③　　　　　C.③④　　　　　D.①④

5.(2020天津耀华中学期末)下列分子或离子的空间结构相同的是(　　)

A.BeCl2和SO2　　　　　B.BF3和PCl3

C.S和N　　　　　D.SO3和Cl

6.(2021山东德州月考)根据价层电子对互斥模型,H2S、O3、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数不同于其他分子的是(　　)

A.O3　　　　　B.H2S　　　　　C.SO2　　　　　D.SO3

7.用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构,其中正确的是　　(　　)

A.CH4与CH2Cl2均为正四面体形

B.BeCl2与SO2为直线形

C.BF3与PCl3为三角锥形

D.N与C为平面三角形

8.(2021山东商河一中月考)根据VSEPR模型判断,下列粒子中所有原子都在同一平面上的是(　　)

A.NH3和N　　　　　 　B.SO3和N

C.BF3和Cl　　　　　　D.H2O和P

9.用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间结构。下列判断正确的是(　　)

A.SO2、CS2都是直线形分子

B.N的空间结构为三角锥形

C.COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子

D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形分子

题组二　价层电子对互斥模型的应用

10.(2021安徽合肥月考)下列分子中键角大小的比较正确的是(　　)

A.SO2>CO2　　　　　 B.H2O>H2S

C.CCl4>CH4　　　　　D.SO2>SO3

11.(2021山东枣庄期中)由共价键形成的分子具有一定的空间结构。下列分子中共价键之间的夹角最大的是(　　)

A.CS2　　　　　B.H2O　　　　　

C.NH3　　　　　D.CCl4

12.(2021吉林长春东北师范大学附属中学期末)下列描述中,正确的是(　　)

A.在气体单质分子中,一定含有σ键,可能含有π键

B.Cl的空间结构为四面体形

C.B的键角小于NH3

D.N(CH3)3和S的中心原子均为sp3杂化

13.反应CaCO3+2HCl CaCl2+CO2↑+H2O可用于实验室制备CO2气体。下列有关该反应中各物质的说法正确的是(　　)

A.CO2和H2O均为三原子分子,二者空间结构相同

B.CaCO3中阴离子的VSEPR模型为四面体形

C.键角由大到小的顺序为CO2>C>H2O

D.根据VSEPR模型可知,CaCl2的空间结构为直线形

14.(1)利用VSEPR模型推测分子或离子的空间结构。

Cl:　　　　　　;AlBr3:　　　　　　。 

(2)按要求写出由第二周期非金属元素的原子构成的分子的化学式。

平面三角形分子:　　　　;三角锥形分子:　　　　;正四面体形分子:　　　　。 

15.20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥(VSEPR)模型,用于预测简单多原子分子的空间结构。其要点可以概括为:

Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成,A为中心原子,X为与中心原子相结合的原子,E为中心原子价层未参与成键的电子对(称为孤电子对),n+m称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥,均匀地分布在中心原子周围的空间。

Ⅱ.分子的空间结构是指分子中的原子在空间的排布,不包括中心原子的孤电子对。

Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力的主要顺序为:

ⅰ.孤电子对之间的斥力>孤电子对与共用电子对之间的斥力>共用电子对之间的斥力;

ⅱ.双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键与单键之间的斥力;

ⅲ.X原子得电子能力越弱,A—X键中的共用电子对之间的斥力越强;

ⅳ.其他。

请仔细阅读上述材料,回答下列问题:

(1)由AXnEm的VSEPR模型填写下表:

 (2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)H2O分子的空间结构为　　　　,请你预测水分子中H—O—H的键角　　　(填“>”“<”或“=”)109°28',并解释原因:　　　　　　　　　                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            　。 

(4)SO2Cl2和SO2F2都属于AX4E0型分子,S、O之间以双键结合,S与Cl、S与F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的空间结构:　　　　。SO2Cl2分子中Cl—S—Cl的键角　　　(填“<”“>”或“=”)SO2F2分子中F—S—F的键角。 

答案全解全析

基础过关练

1.A　由题图可知该物质分子中有不对称—CH3、CO与C—O—C,则该有机物可能是CH3COOCH2CH3。

2.A　现代化学常用质谱法测定分子的相对分子质量,A项正确。

3.B　NH3的空间结构为三角锥形。

4.B　A项,不是所有角形分子的键角都是105°,错误;C项,氨分子呈三角锥形,键角为107°,错误;D项,甲烷、白磷分子均是正四面体形分子,但键角分别为109°28'、60°,错误。

5.答案　(1)直线　V　(2)平面三角　三角锥　平面三角　120°　三角锥　107°　正四面体　60°　(3)四面体　109°28'

解析　(1)CO2的空间结构是直线形,H2O的空间结构是V形。(2)甲醛(HCHO)分子呈平面三角形,氨分子呈三角锥形,白磷分子呈正四面体形。(3)CH4分子呈正四面体形。

6.B　四种粒子的VSEPR模型都是四面体形,但只有CCl4分子的中心原子上没有孤电子对,故只有CCl4的空间结构为四面体形。

特别提醒

　　分子或离子的价层电子对互斥模型与其空间结构不一定一致,分子或离子的空间结构指的是构成粒子的原子在空间的排布,不包括中心原子的孤电子对。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对,当中心原子上无孤电子对时,两者一致;当中心原子上有孤电子对时,两者不一致。

7.C　若中心原子A上没有孤电子对,则根据斥力最小的原则,当n=2时,分子的空间结构为直线形;当n=3时,分子的空间结构为平面三角形;当n=4时,分子的空间结构为正四面体形。

8.C　价层电子对数是σ键电子对数与中心原子上的孤电子对数之和,中心原子上的孤电子对数是指没有成键的价层电子对数,其与中心原子价层电子总数、中心原子结合的原子最多能接受的电子数及中心原子结合的原子数有关,A、B、D项错误。

9.答案　

解析　根据各分子或离子的电子式和结构式,分析中心原子的孤电子对数,依据中心原子连接的原子数和孤电子对数,确定分子或离子的VSEPR模型和空间结构:

能力提升练

1.C　SO2分子中S原子价层电子对数是3,有1个孤电子对,SO2分子呈V形,故A错误;CS2分子中C原子价层电子对数是2,无孤电子对,CS2分子呈直线形,故B错误;中N原子价层电子对数是4,无孤电子对,呈正四面体形,故C正确;BF3分子中B原子价层电子对数是3,无孤电子对,BF3分子呈平面三角形,故D错误。

2.B　A项,若为PCl3,则分子空间结构为三角锥形,错误;B项,BCl3符合要求,其分子空间结构为平面三角形,正确;C项,若为SO3,则分子空间结构为平面三角形,错误;D项,BF3为平面三角形,错误。

3.C　SO3分子的空间结构为平面三角形。氨气分子中中心原子价层电子对数=σ键个数+孤电子对数=3+×(5-3×1)=4,且含有1个孤电子对,所以其空间结构为三角锥形,A错误;SO2分子中,S原子形成2个σ键,孤电子对数为×(6-2×2)=1,价层电子对数=σ键个数+孤电子对数=2+1=3,且含有1个孤电子对,所以空间结构为V形,B错误;BF3分子中中心原子硼原子的价层电子对数=3+×(3-3×1)=3,无孤电子对,空间结构为平面三角形,C正确;白磷(P4)属于单质,空间结构为正四面体形,D错误。

4.B　所给分子或离子中中心原子价层电子对数:①4+×(6+2-4×2)=4,所以价层电子对的空间结构均为四面体形;若分子或离子空间结构为三角锥形,则中心原子结合三个原子,即存在一个孤电子对,②、③符合。

5.C　BeCl2分子中中心原子价层电子对数为2+=2,孤电子对数为0,空间结构为直线形,二氧化硫分子中中心原子价层电子对数为2+=3,孤电子对数为1,空间结构为V形,故A不相同;BF3分子中中心原子价层电子对数为3+=3,孤电子对数为0,空间结构为平面三角形,PCl3分子中中心原子价层电子对数为3+=4,孤电子对数为1,空间结构为三角锥形,故B不相同;S中中心原子价层电子对数为4+=4,孤电子对数为0,空间结构为正四面体形,N中中心原子价层电子对数为4+=4,孤电子对数为0,空间结构为正四面体形,故C相同;SO3分子中中心原子价层电子对数为3+=3,孤电子对数为0,空间结构为平面三角形,Cl中中心原子价层电子对数为3+=4,孤电子对数为1,空间结构为三角锥形,故D不相同。

6.B　H2S分子中,中心原子S的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4,O3分子中,中心原子O的价层电子对数为2+×(6-2×2)=3,SO2分子中,中心原子S的价层电子对数为2+×(6-2×2)=3,SO3分子中,中心原子S的价层电子对数为3+×(6-3×2)=3,则与其他分子不同的是H2S,故选B。

7.D　CH4呈正四面体形,CH2Cl2呈四面体形,A项错误;BeCl2呈直线形,SO2呈V形,B项错误;BF3呈平面三角形,PCl3呈三角锥形,C项错误;N与C均呈平面三角形,D项正确。

8.B　NH3为三角锥形;N中心原子价层电子对数为3,有1个孤电子对,为V形,故A错误。SO3中心原子价层电子对数为3,没有孤电子对,为平面三角形;N中心原子价层电子对数为3,没有孤电子对,为平面三角形,故B正确。BF3中心原子价层电子对数为3,没有孤电子对,为平面三角形;Cl中心原子价层电子对数为4,有1个孤电子对,为三角锥形,故C错误。H2O中心原子价层电子对数为4,有2个孤电子对,为V形;P中心原子价层电子对数为4,没有孤电子对,为正四面体形,故D错误。

9.C　SO2是V形分子,CS2是直线形分子,A错误;N中N原子的价层电子对数=3+×(5+1- 2×3)=3,没有孤电子对,空间结构为平面三角形,B错误;COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子,C正确;PCl3、NH3都是三角锥形分子,而PCl5不是,D错误。

归纳提升利用VSEPR模型确定分子的空间结构

(1)对于ABn型分子,中心原子上的成键电子对数等于与中心原子相连的原子个数。

(2)分子的中心原子上孤电子对数为0时,VSEPR模型与分子空间结构相同。

(3)分子的空间结构与分子类型有关,如AB2型分子大多为直线形或V形结构,AB3型分子大多为平面三角形或三角锥形结构。故根据分子类型(ABn型)和孤电子对数能很快确定分子的空间结构。

10.B　二氧化硫是V形分子,二氧化碳是直线形分子,则键角SO2<CO2,A错误;由于电负性O大于S,共用电子对离O近,故H2O分子中共用电子对间的排斥力大,所以键角H2O>H2S,B正确;CCl4与CH4均是正四面体形结构,键角相等,C错误;二氧化硫的空间结构是V形,三氧化硫的空间结构是平面三角形,由于二氧化硫分子的中心原子含有孤电子对,故键角SO2<SO3,D错误。

11.A　A项,CS2与CO2的空间结构相同,均为直线形,夹角为180°;B项,H2O的空间结构为V形,夹角为105°;C项,NH3的空间结构为三角锥形,夹角为107°;D项,CCl4的空间结构为正四面体形,夹角为109°28'。

12.D　稀有气体分子中,不含化学键,A项错误;Cl中氯原子的价层电子对数是4,有1个孤电子对,空间结构为三角锥形,B项错误;B是正四面体结构,键角为109°28',NH3是三角锥形,N原子有1个孤电子对,孤电子对与成键电子对的排斥作用大于成键电子对间的排斥作用,故B的键角大于NH3,C项错误;N(CH3)3中N原子的价层电子对数是4,S中S原子的价层电子对数是4,中心原子均为sp3杂化,D项正确。

13.C　根据VSEPR模型,CO2分子的空间结构为直线形,H2O分子的空间结构为V形,A项错误;C的VSEPR模型为平面三角形,B项错误;CO2分子的键角为180°,C的键角为120°,H2O分子的键角为105°,C项正确;CaCl2为离子化合物,不能用VSEPR模型预测其空间结构,D项错误。

14.答案　(1)正四面体形　平面三角形

(2)BF3　NF3　CF4

解析　(1)Cl的中心原子上的价层电子对数是4,没有孤电子对,空间结构为正四面体形。AlBr3分子的中心原子上的价层电子对数是3,没有孤电子对,空间结构是平面三角形。(2)由第二周期非金属元素的原子构成的分子中,呈三角锥形的是NF3,呈平面三角形的是BF3,呈正四面体形的是CF4。

15.答案　(1)①4　②直线形　③180°

(2)CO2中C原子价层电子对数为2,由VSEPR模型知,两个成键电子对应尽量远离,故为直线形结构

(3)V形　<　水分子属AX2E2型分子,n+m=4,VSEPR模型为四面体形,根据Ⅲ中的ⅰ,应有H—O—H的键角小于109°28'

(4)四面体形　>

解析　(2)CO2中C的价层电子对数为2+×(4-2×2)=2,由VSEPR模型知,两个成键电子对应尽量远离,故为直线形结构,即CO2分子为直线形分子。(4)中心原子S原子的价层电子对数为4+×(6-2×2-2×1)=4,故SO2F2和SO2Cl2的空间结构为四面体形;由于Cl的原子半径大于F的原子半径,Cl原子间的排斥力大于F原子间的排斥力,故Cl—S—Cl的键角大于F—S—F的键角。