第2章 第2节 第1课时 分子结构的测定与多样性 价层电子对互斥模型-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（人教版2019 不定项版）

化学　选择性必修2[RJ] 第二节　分子的空间结构 第一课时　分子结构的测定与多样性　价层电子对互斥模型 1.了解分子结构的测定方法。2.结合实例了解分子具有特定的空间结构。3.能运用价层电子对互斥模型对分子的空间结构进行解释和预测。 1．分子结构的测定 (1)分子结构的现代测量方法 红外光谱、晶体X射线衍射等。 (2)红外光谱作用 初步判断有机物分子中含有何种化学键或官能团。 2．多样的分子空间结构 (1)三原子分子 化学式 结构式 空间填充模型 球棍模型 键角 空间结构 CO2 O===C===O 180° 直线形 H2O 105° V形 (2)四原子分子 化学式 结构式 空间填充模型 球棍模型 键角 空间结构 CH2O 约120° 平面三角形 NH3 107° 三角锥形 (3)五原子分子 化学式 结构式 空间填充模型 球棍模型 键角 空间结构 CH4 109°28′ 正四面体形 3.价层电子对互斥(VSEPR)模型 (1)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的“价层电子对”相互排斥的结果。其中“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键(多重键只计其中的σ键电子对，不计π键电子对)电子对和中心原子上的孤电子对。 (2)价层电子对的计算 ①中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。 ②σ键电子对数的计算 由化学式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几个σ键电子对。如H2O分子中，O有2个σ键电子对。NH3分子中，N有3个σ键电子对。 ③中心原子上的孤电子对数的计算 中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)，其中 ⅰ)a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减去离子的电荷数； 对于阴离子：a＝中心原子的价电子数加上离子的电荷数(绝对值)。 ⅱ)x表示与中心原子结合的原子数。 ⅲ)b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子为“8减去该原子的价电子数”。 ④几种分子或离子的中心原子上的孤电子对数如下表所示： 分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数 SO2 S 6 2 2 1 NH3 N 5 3 1 1 NH N 5－1＝4 4 1 0 CO C 4＋2＝6 3 2 0 (3)根据价层电子对互斥模型对几种分子或离子的空间结构的推测 分子或离子 CO2 SO2 CO CH4 中心原子上的 孤电子对数 0 1 0 0 中心原子上的 价层电子对数 2 3 3 4 VSEPR模型 VSEPR 模型名称 直 线形 平面 三角形 平面 三角形 正四 面体形 分子或离子 的空间结构 分子或离子的 空间结构名称 直 线形 V形 平面 三角形 正四 面体形 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)五原子分子的空间结构都是正四面体形。(　　) (2)键角为120°的分子，空间结构是平面三角形。(　　) (3)键角为60°的分子，空间结构可能是正四面体形。(　　) (4)ClO的空间结构为平面三角形。(　　) (5)BF3是三角锥形分子。(　　) (6)SO2与CO2的分子组成相似，故它们分子的空间结构相似。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)× 解析：(2)苯分子的空间结构是平面正六边形，键角为120°。 (4)ClO中含有3个σ键，含有1个孤电子对，空间结构为三角锥形。 (5)BF3分子中B原子上没有孤电子对，键角是120°，分子的空间结构是平面三角形。 2．下列分子的空间结构模型正确的是(　　) A．CO2： B．H2O： C．NH3： D．CH4： 答案：D 3．下列有关价层电子对互斥模型的描述正确的是(　　) A．价层电子对就是σ键电子对 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 答案：C 4．下列微粒的空间结构与NH3分子相同的是 (　　) A．H3O＋ B．H2O C．CH4 D．CO2 答案：A 解析：氨气分子中N原子上的价层电子对数＝3＋×(5－3×1)＝4，含有一个孤电子对，故氨气分子为三角锥形结构。H3O＋中氧原子上的价层电子对数＝3＋×(6－3×1－1)＝4，含有一个孤电子对，所以它为三角锥形结构；H2O中氧原子上的价层电子对数＝2＋×(6－2×1)＝4，含有2个孤电子对，所以水分子为V形结构；同理可确定CH4是正四面体形结构，CO2为直线形结构。 5．用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构： (1)SO2__________；(2)NH__________； (3)CHCl3__________；(4)SiF4__________。 答案：(1)V形　(2)V形　(3)四面体形　(4)正四面体形 知识点　根据价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构 1．根据价层电子对互斥模型判断分子的空间结构的步骤 　(1)若ABn型分子中，A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成，则价层电子对互斥模型把双键或三键作为一个电子对看待。 (2)价层电子对互斥模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。 (3)中心原子上的价层电子全部用于形成共价键的分子，即中心原子上无孤电子对，其空间结构与VSEPR模型相同，如CO2、CH4等。 (4)中心原子上有孤电子对时，分子的空间结构与VSEPR模型不同，如H2O、NH3等。 2．常见分子或离子空间结构判断实例 σ键电子对数 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 电子对的 排列方式 VSEPR 模型 分子或离子的空间结构 实例 2 0 2 直线形 直线形 BeCl2、 CO2 3 0 3 平面三角形 平面 三角形 BF3、 BCl3 2 1 V形 SO2 4 0 4 四面体形 四面体形 CH4、NH 3 1 三角锥形 NH3、H3O＋ 2 2 V形 H2O、H2S 3.孤电子对对分子键角的影响 由于孤电子对有较大斥力，含孤电子对的分子的实测键角几乎都小于VSEPR模型的预测值。价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对与孤电子对>孤电子对与成键电子对>成键电子对与成键电子对。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的键角减小。 [练1]　若ABn型分子的中心原子A上没有孤电子对，根据价层电子对互斥模型，下列说法正确的是(　　) A．若n＝2，分子的空间结构为V形 B．若n＝3，分子的空间结构为三角锥形 C．若n＝4，分子的空间结构为正四面体形 D．以上说法都不正确 答案：C 解析：若中心原子A上没有孤电子对，则根据斥力最小原则，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。 [练2]　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，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是(　　) A．SO2、CS2、HCN都是直线形的分子 B．BF3键角为120°， SnBr2键角大于120° C．CH2O、CO、SO3都是平面三角形的粒子 D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子 答案：C [练3]　用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构。 分子或离子 VSEPR模型名称 空间结构名称 BeCl2 SCl2 PF3 NH SO 答案： 分子或离子 VSEPR模型名称 空间结构名称 BeCl2 直线形 直线形 SCl2 四面体形 V形 PF3 四面体形 三角锥形 NH 正四面体形 正四面体形 SO 四面体形 三角锥形 [练4]　已知：①CS2，②PCl3，③H2S，④CH2O，⑤H3O＋，⑥NH，⑦BF3，⑧SO2。请回答下列问题： (1)中心原子上没有孤电子对的是________(填序号，下同)。 (2)空间结构为直线形的分子或离子有________；空间结构为平面三角形的分子或离子有________。 (3)空间结构为V形的分子或离子有________。 (4)空间结构为三角锥形的分子或离子有________；空间结构为正四面体形的分子或离子有________。 答案：(1)①④⑥⑦　(2)①　④⑦　(3)③⑧　(4)②⑤　⑥ 解析：(2)CS2的中心原子上的价层电子对数＝2＋＝2，不含孤电子对，故为直线形；CH2O的中心原子上的价层电子对数为3，不含孤电子对，故为平面三角形；BF3的中心原子上的价层电子对数＝3＋＝3，不含孤电子对，故为平面三角形。 (3)H2S的中心原子上的价层电子对数＝2＋＝4，含2个孤电子对，故为V形结构；SO2的中心原子上的价层电子对数＝2＋＝3，含1个孤电子对，故为V形结构。 (4)PCl3的中心原子上的价层电子对数＝3＋＝4，含1个孤电子对，故为三角锥形；H3O＋的中心原子上的价层电子对数＝3＋＝4，含1个孤电子对，故为三角锥形；NH的中心原子上的价层电子对数＝4＋＝4，不含孤电子对，故为正四面体形。 本课总结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ 对点 分子结构的测定 分子空间结构 价层电子对互斥模型与分子结构 价层电子对互斥模型与微粒结构 价层电子对互斥模型与分子结构 价层电子对互斥模型与分子结构 价层电子对互斥模型与离子结构 价层电子对互斥模型与分子结构 题号 9 10 11 12 13 14 15 难度 ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★★ 对点 价层电子对互斥模型与微粒结构 价层电子对互斥模型与微粒结构 价层电子对互斥模型与分子结构 价层电子对互斥模型与分子结构 价层电子对互斥模型与微粒结构 价层电子对互斥模型与离子结构、电负性、电子式书写 价层电子对互斥模型与分子结构 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列方法能够获得有机物所含官能团信息的是(　　) A．红外光谱法 B．质谱法 C．色谱法 D．核磁共振氢谱法 答案：A 2．下列说法正确的是(　　) A．NH3、CO、CO2都是平面形分子 B．CH4、CCl4的键角均为109°28′ C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强 D．CS2、H2O、C2H2都是直线形分子 答案：B 3．用价层电子对互斥模型预测H2S和NH3的空间结构，下列预测正确的是(　　) A．直线形；三角锥形 B．V形；三角锥形 C．直线形；平面三角形 D．V形；平面三角形 答案：B 解析：H2S中S原子上的价层电子对数＝2＋×(6－2×1)＝4，含有2个孤电子对，所以其空间结构为V形；NH3中N原子上的价层电子对数＝3＋×(5－3×1)＝4，含有1个孤电子对，所以其空间结构为三角锥形。 4．下列分子或离子中，VSEPR模型与其空间结构不一致的是(　　) A．CO2 B．H2O C．CO D．CCl4 答案：B 解析：A项，CO2分子中C原子上的价层电子对数是2，且不含孤电子对，为直线形结构，VSEPR模型与分子空间结构一致；B项，水分子中O原子上的价层电子对数为2＋×(6－2×1)＝4，VSEPR模型为四面体形，孤电子对数为2，其空间结构是V形，故VSEPR模型与分子空间结构不一致；C项，CO的中心C原子形成3个σ键，中心原子上的孤电子对数为×(4＋2－2×3)＝0，所以CO的空间结构是平面三角形，VSEPR模型与分子空间结构一致；D项，CCl4分子的中心C原子上的价层电子对数为4，孤电子对数为0，VSEPR模型与分子空间结构一致。 5．下列关于价层电子对互斥模型的说法中错误的是(　　) A．中心原子的价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对 B．CO2分子是直线形的分子，中心原子的价层电子对数为2 C．用该模型预测H2S和BF3的空间结构分别为角形和平面三角形 D．该模型一定能预测出多中心原子的分子、离子或原子团的空间结构 答案：D 6．短周期主族元素A、B可形成AB3型分子，下列有关叙述正确的是(　　) A．若A、B为同周期元素，则AB3分子一定为平面三角形结构 B．若AB3分子中的价层电子个数为24(A、B不同主族)，则AB3分子为平面三角形结构 C．若A、B为同主族元素，则AB3分子一定为三角锥形结构 D．若AB3分子为三角锥形结构，则AB3分子一定为NH3 答案：B 解析：若A、B为P和Cl，形成的PCl3为三角锥形结构，故A错误；若AB3分子中的价层电子个数为24(A、B不同主族)，可以推出A为B元素或Al元素，B为F元素或Cl元素，无论哪种组合形成的AB3型分子，其价层电子对数均为3，且无孤电子对，分子都是平面三角形结构，故B正确；若A、B为S和O，形成的SO3是平面三角形结构，故C错误；若AB3分子为三角锥形结构，则AB3分子可能为NH3，也可能是PH3等，故D错误。 7．下列离子中所有原子都在同一平面上的一组是(　　) A．NO和NH B．H3O＋和ClO C．NO和CO D．PO和SO 答案：C 解析：NO是V形，NH是正四面体形；H3O＋和ClO是三角锥形；NO和CO是平面三角形结构；PO和SO是正四面体形。 8．下列有关NH3和BF3的说法正确的是(　　) A．NH3和BF3的空间结构都是三角锥形 B．NH3中N原子上有1个孤电子对，BF3中B原子上无孤电子对 C．NH3和BF3形成的化合物NH3·BF3中各原子都达到8电子稳定结构 D．NH3和BF3的中心原子上的价层电子对数均为4 答案：B 解析：A项，BF3的空间结构为平面三角形，错误；B项，NH3中N原子上的孤电子对数＝×(5－3×1)＝1，BF3中B原子上的孤电子对数＝×(3－3×1)＝0，正确；C项，NH3·BF3中氢原子形成2电子稳定结构，错误；D项，NH3中N原子上的价层电子对数为3＋1＝4，BF3中B原子上的价层电子对数为3＋0＝3，错误。 9．下列说法正确的是(　　) A．键角：H2O>H3O＋ B．XeF2的价层电子对数为2 C．不同状态的镁中电离最外层一个电子所需能量：> D．SnCl2的VSEPR模型和分子的空间结构相同 答案：C 解析：H2O的中心O原子上的孤电子对数为×(6－2×1)＝2，σ键电子对数为2，价层电子对数为4，H3O＋的中心O原子上的孤电子对数为×(6－1－3×1)＝1，σ键电子对数为3，价层电子对数为4，H2O和H3O＋的VSEPR模型都为四面体形，价层电子对之间斥力大小顺序如下：孤电子对－孤电子对>孤电子对－成键电子对>成键电子对－成键电子对，且随着孤电子数目的增多，孤电子对与成键电子对之间的斥力增大，键角减小，故键角H2O<H3O＋，A错误；XeF2的中心Xe原子上的孤电子对数为×(8－2×1)＝3，σ键电子对数为2，价层电子对数为2＋3＝5，B错误；为基态Mg＋，为激发态Mg＋，3s能级的能量低于3p能级的能量，故电离最外层一个电子所需能量：>，C正确；SnCl2的中心Sn原子上的孤电子对数为×(4－2×1)＝1，σ键电子对数为2，价层电子对数为2＋1＝3，VSEPR模型为平面三角形，略去孤电子对，分子空间结构为V形，D错误。 10．根据价层电子对互斥模型，下列分子或离子的空间结构的判断正确的是(　　) 编号 分子或离子的化学式 价层电子对互斥模型 分子或离子的空间结构 ① AsCl3 正四面体形 三角锥形 ② HCHO 平面三角形 三角锥形 ③ NF3 正四面体形 平面三角形 ④ NH 正四面体形 正四面体形 A．①② B．②③ C．②④ D．①④ 答案：D 解析：AsCl3分子的中心原子上的价层电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，孤电子对数为1，分子的空间结构为三角锥形，①正确；甲醛分子的中心C原子上的价层电子对数为3，价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，分子的空间结构为平面三角形，②错误；NF3分子的中心原子上的价层电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，孤电子对数为1，分子的空间结构为三角锥形，③错误；NH的中心原子上的价层电子对数为4，价层电子对互斥模型为正四面体形，没有孤电子对，离子的空间结构为正四面体形，④正确。 11．H2O2的结构式为H—O—O—H，下列有关H2O2的说法正确的是(　　) A．是直线形分子 B．是三角锥形分子 C．氧原子有1个孤电子对 D．氧原子的价层电子对数为4 答案：D 解析：H2O2中的每个氧原子有6个价电子，形成了2个σ键，故还有4个电子没有成键，孤电子对数为2，价层电子对数为4，C错误，D正确；以氧原子为中心的三个原子呈V形结构，H2O2中相当于有两个V形结构，故不可能是直线形或三角锥形分子，A、B错误。 12．下列有关分子空间结构的说法正确的是(　　) A．HClO、BF3、NCl3分子中所有原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构 B．P4和CCl4都是正四面体形分子且键角都为109°28′ C．分子中键角的大小：BeCl2>SnCl2>SO3>NH3>CCl4 D．BeF2分子中，中心原子Be上的价层电子对数等于2，其空间结构为直线形，成键电子对数等于2，没有孤电子对 答案：D 解析：HClO中H原子最外层有2个电子，BF3中B原子最外层有6个电子，A错误。P4的键角为60°，B错误。BeCl2、SO3、CCl4分子的空间结构分别为直线形、平面三角形、正四面体形，键角分别为180°、120°和109°28′；SnCl2中Sn原子价层电子对数为2＋×(4－2×1)＝3，含有1个孤电子对，由于受孤电子对的影响，键角稍小于120°；NH3中N原子价层电子对数为3＋×(5－3×1)＝4，含有1个孤电子对，受孤电子对的影响，键角稍小于109°28′，故键角：BeCl2>SO3>SnCl2>CCl4>NH3，C错误。 二、非选择题 13．试回答下列问题： (1)利用价层电子对互斥模型推断下列分子或离子的空间结构： SeO3________；NO________； NO________；HCHO________； HCN________。 (2)利用价层电子对互斥模型推断键角的大小： ①甲醛中H—C—H的键角____120°(填“>”“<”或“＝”，下同)； ②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角____120°； ③PCl3分子中Cl—P—Cl的键角____109°28′。 答案：(1)平面三角形　直线形　V形　平面三角形　直线形　(2)①<　②<　③< 解析：(2)①甲醛为平面形分子，由于C===O键与C—H键之间的排斥作用大于2个C—H键之间的排斥作用，所以甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角小于120°。②SnBr2分子中，Sn成键电子对数＝2，孤电子对数＝×(4－2×1)＝1，由于孤电子对与Sn—Br键间的排斥作用大于Sn—Br键之间的排斥作用，故键角<120°。③PCl3分子中，P的孤电子对数＝×(5－3×1)＝1，价层电子对数为3＋1＝4，由于孤电子对与P—Cl键间的排斥作用大于P—Cl键间的排斥作用，所以Cl—P—Cl的键角小于109°28′。 14．硼砂有广泛的用途，可用作清洁剂、化妆品、杀虫剂，也可用于配制缓冲溶液和制取其他硼化合物等。硼砂是含结晶水的四硼酸钠，以硼砂为原料，可以得到BF3、BN和硼酸等重要化合物，请根据模型回答有关问题： (1)硼砂中阴离子Xm－(含B、O、H三种元素)的球棍模型如图所示，则在Xm－中的2号硼原子的价层电子对数为________；m＝________(填数字)。 (2)硼可以与氮形成BN，其中B的化合价为________，请解释原因：__________________。 (3)BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的空间结构为________；NaBF4的电子式为______________________。 答案：(1)3　2　 (2)＋3　N的电负性大于B的电负性 (3)正四面体形　 15．20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)，用于预测简单分子的空间结构。其要点概括如下： 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为中心原子最外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，不包括中心原子未成键的孤电子对； Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力主要顺序为 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形成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)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表： n＋m 2 VSEPR理想模型 正四面体形 价层电子对之间的理想键角 109°28′ (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的大小范围并解释原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)SO2Cl2和SO2F2都属AX4E0型分子，S与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____SO2F2分子中∠F—S—F(填“<”“>”或“＝”)。 答案：(1)4　直线形　180° (2)CO2属AX2E0，n＋m＝2，故为直线形 (3)V形　水分子属AX2E2，n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体形，价层电子对之间的夹角均为109°28′，根据Ⅲ中的ⅰ，应有∠H—O—H<109°28′　(4)四面体形　> 14 学科网（北京）股份有限公司 $$