第2章 第2节 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（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（人教版）

本高中化学讲义聚焦分子结构的测定、多样的分子空间结构及价层电子对互斥模型，先介绍红外光谱、质谱法等测定方法，再分析三原子到五原子分子的空间结构多样性，最后通过VSEPR模型实现结构预测，构建从实验方法到理论应用的学习支架。 资料以化学观念为统领，通过红外光谱解析化学键、质谱法测定分子量培养物质结构认知，结合价层电子对计算与模型建构发展科学思维，问题探究（如BCl3与NF3结构对比）强化科学探究能力。课中助力教师分层教学，课后通过多样习题帮助学生查漏补缺，提升知识应用能力。

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 学习目标 1.知道分子的结构可以通过波谱等技术进行测定。 2.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，认识共价分子结构的多样性。 3.理解价层电子对互斥模型的含义，并能判断简单分子或离子的空间结构。 知识点一　分子结构的测定　多样的分子空间结构 1.分子结构的测定 （1）早期测定方法 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。 （2）现代测定方法 应用　红外光谱　、晶体X射线衍射等现代仪器和方法测定分子的结构。 （3）红外光谱工作原理 ①原理 当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的　振动频率　相同的红外线，再记录到图谱上呈现　吸收峰　。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可分析出分子中含有何种　化学键　或　官能团　的信息。 ②某未知物的红外光谱 读谱可知，该有机物分子中有　3　种不同的化学键，分别是　C—H　、　O—H　、　C—O　。 （4）质谱法 ①目的：测定分子的　相对分子质量　。 ②仪器：　质谱仪　。 ③质谱图（以甲苯分子为例） 读谱可知，甲苯的相对分子质量为　92　。 ④问题探究 a.红外光谱可以推断化学键或官能团的种类，能否确认化学键或官能团的个数？ 提示：不能。 b.怎样根据质谱图得出分子的相对分子质量？ 提示：相对分子质量＝最大质荷比。 2.多样的分子空间结构 （1）三原子分子的空间结构 三原子分子的空间结构有　直线　形和　V　形（又称角形）两种。 化学式 空间结构 结构式 键角 空间结构模型 CO2 直线形 OCO 180° H2O V形 105° （2）四原子分子的空间结构 大多数四原子分子采取　平面三角　形和　三角锥　形两种空间结构。 化学式 空间结构 结构式 键角 空间结构模型 CH2O 平面三角形 约120° NH3 三角锥形 107° （3）五原子分子的空间结构 五原子分子的形状更多，最常见的是　四面体形　。 化学式 空间结构 结构式 键角 空间结构模型 CH4 四面体形 109°28' （4）问题探究 科学家研制出有望成为高效火箭推进剂的N（NO2）3，如图所示。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°。试推测四个氮原子围成的空间是正四面体形吗？ 提示：不是。由于N—N—N键角都是108.1°。所以四个氮原子围成的空间不是正四面体形而是三角锥形。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）利用红外光谱可分析分子中所含的官能团的信息。（　√　） （2）利用质谱法可测定分子的质量。（　×　） （3）粒子的实际质量与其电荷之比，就是质荷比。（　×　） （4）质谱图中，质荷比的最大值就是样品分子的相对分子质量。（　√　） （5）NH3分子键角大于CH4分子键角。（　×　） 2.TBC的一种标准谱图如图所示，它是（　　） A.核磁共振氢谱 B.质谱 C.红外光谱 D.紫外光谱 解析：C　该标准谱图为红外光谱。 3.（鲁科版习题）哪些物质的分子呈以下形状？写出其化学式，并标出分子中各化学键的键角。 （1）直线形：CO2、C2H2（合理即可）、键角为180°； （2）平面三角形：CH2O、键角约为120°； （3）三角锥形：NH3、键角为107°； （4）正四面体形：CH4、键角为109°28'。 知识点二　价层电子对互斥模型 1.价层电子对互斥模型（VSEPR　model）理论要点 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。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　。 2.中心原子上价层电子对的计算 （1）价层电子对数＝　σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数　。多重键只计其中的σ键电子对，不计π键电子对。 （2）计算 ①σ键电子对的计算 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NH3分子中，N有　3　个σ键电子对。 ②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）　 a.a为中心原子的　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）　。 b.x为　与中心原子结合的原子数　。 c.b为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减去该原子的价电子数　）。 3.VSEPR模型与分子（或离子）的空间结构 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 C 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 提醒：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。 4.利用价层电子对互斥模型判断分子（或离子）的空间结构的步骤 5.问题探究 三氯化硼（BCl3）主要用作有机反应催化剂，也可用作铸镁及合金时的防氧化剂。三氟化氮（NF3）是微电子工业中一种优良的等离子蚀刻气体。 （1）分别计算BCl3、NF3的成键电子对数、孤电子对数、价层电子对数。 提示：BCl3分子中的中心原子是B，成键电子对数为3，孤电子对数＝（a－xb）＝×（3－3×1）＝0，价层电子对数＝0＋3＝3。 NF3分子中的中心原子是N，成键电子对数为3，孤电子对数＝（a－xb）＝×（5－3×1）＝1，价层电子对数＝1＋3＝4。 （2）利用价层电子对互斥模型判断BCl3、NF3的VSEPR模型、分子空间结构是怎样的？ 提示：BCl3的价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，分子空间结构为平面三角形；NF3的价层电子对数为4，VSEPR模型为四面体形，分子空间结构为三角锥形。 （3）通过BCl3、NF3两例分析价层电子对的空间结构与分子的空间结构一定相同吗？ 提示：价层电子对的空间结构与分子的空间结构不一定一致，分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对（未用于形成共价键的电子对）。 1.（2025·吉林市高二月考）下列各组计算微粒中心原子的价层电子对数的代数式错误的是（　　） A.BCl3：3＋（3－3×1） B.S：3＋ C.H3O＋：3＋ D.CS2：2＋（4－2×2） 解析：C　H3O＋中心原子的价层电子对数为3＋＝4，C错误。 2.（教材改编题）结构模型是反映分子的结构特点的主要模型。下列分子价层电子对互斥模型与分子空间结构一致的是（　　） A.水分子 B.甲烷分子 C.氨分子 D.二氧化硫分子 解析：B　水分子价层电子对互斥模型为四面体形，分子空间结构为V形，A不符合题意；甲烷分子价层电子对互斥模型为正四面体形，分子空间结构为正四面体形，B符合题意；氨分子价层电子对互斥模型为四面体形，分子空间结构为三角锥形，C不符合题意；二氧化硫分子价层电子对互斥模型为平面三角形，分子空间结构为V形，D不符合题意。 3.计算下列分子中标“·”原子的孤电子对数： （1）H22；（2）Cl50； （3）F30；（4）H31。 4.计算下列分子中标“·”原子的价层电子对数： （1）Cl44；（2）Cl22； （3）Cl33；（4）Cl34。 1.下列分子的中心原子的价层电子对数是3的是（　　） A.H2O B.BF3 C.CH4 D.NH3 解析：B　水分子中氧原子、甲烷分子中碳原子和氨分子中氮原子的价层电子对数都为4，三氟化硼分子中硼原子的价层电子对数为3，选B。 2.（2025·大同高二月考）设H＋的质荷比为β，某有机物样品的质荷比如图所示（假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关），则该有机物可能是（　　） A.甲醇（CH3OH） B.甲烷 C.丙烷 D.乙烯 解析：B　由题图知，右边最高质荷比为16，是H＋质荷比的16倍，即其相对分子质量为16，可能是甲烷。 3.（苏教版习题）用价层电子对互斥模型判断SiCl4分子的空间结构为（　　） A.正四面体形 B.V形 C.三角锥形 D.平面三角形 解析：A　SiCl4中Si原子的价层电子对数为4＋×（4－4×1）＝4，孤电子对数为0，为正四面体形。 4.根据价层电子对互斥模型填空： （1）OF2分子中，中心原子上的σ键电子对数为2，孤电子对数为2，价层电子对数为4，VSEPR模型为四面体形，分子的空间结构为V形。 （2）N中，中心原子上的σ键电子对数为3，孤电子对数为0，价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，分子的空间结构为平面三角形。 （3）S中，中心原子上的σ键电子对数为4，孤电子对数为0，价层电子对数为4，VSEPR模型为正四面体形，分子的空间结构为正四面体形。 题组一　分子结构的测定 1.利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可初步判断该有机物分子拥有的（　　） A.同分异构体数 B.原子个数 C.化学键和官能团种类 D.有机化合物的分子式 解析：C　利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可以清晰地记录出不同基团的吸收峰，所以可初步判断该有机物分子拥有的化学键和官能团种类。 2.（2025·齐齐哈尔高二月考）如图是某有机化合物分子的质谱图，由图可知该分子的相对分子质量为（　　） A.58 B.214 C.229 D.231 解析：D　质谱图中的质荷比最大的值对应的就是未知物的相对分子质量，D项正确。 3.某有机化合物的分子式为C4H10O，其红外光谱如图所示，则该有机化合物的结构简式为（　　） A.CH3OCH2CH2CH3 B.CH3CH2OCH2CH3 C.CH3OCH（CH3）2 D.CH3CH2CH2CH2OH 解析：B　CH3CH2OCH2CH3中含有对称的—CH3、对称的—CH2—和C—O—C，选B。 题组二　多样的分子空间结构 4.（教材改编题）下列分子的空间结构错误的是（　　） A.SO2： B.NH3： C.CO2： D.CH4： 解析：B　NH3的空间结构是三角锥形，B项错误。 5.下列分子中键角最大的是（　　） A.H2O B.CO2 C.CH2O D.NH3 解析：B　H2O分子呈V形，键角为105°；CO2分子呈直线形，键角为180°；CH2O分子呈平面三角形，键角约为120°；NH3呈三角锥形，键角为107°。 题组三　价层电子对互斥模型 6.（2025·哈尔滨高二期中改编）下列分子中，含有孤电子对的是（　　） A.H2O B.CH4 C.SiH4 D.CO2 解析：A　H2O分子中含有2个孤电子对；CH4的中心原子上的孤电子对数＝×（4－4×1）＝0；SiH4的中心原子上的孤电子对数＝×（4－4×1）＝0；CO2的中心原子上的孤电子对数＝×（4－2×2）＝0。 7.（教材改编题）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 解析：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.（2025·上海晋元中学高二月考）肼（N2H4）分子中心原子的VSEPR模型为（　　） A.平面三角形 B.三角锥形 C.四面体形 D.正四面体形 解析：C　N2H4分子中N原子的价层电子对数为4，1个孤电子对，3个σ键，则分子的VSEPR模型为四面体形，选C。 9.（2025·盐城高二月考）根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的空间结构正确的是（　　） 序号 分子式 价层电子对互斥模型 分子或离子的空间结构 ① AsCl3 四面体形 三角锥形 ② HCHO 平面三角形 三角锥形 ③ NF3 四面体形 平面三角形 ④ N 正四面体形 正四面体形 A.①② B.①④ C.②④ D.②③ 解析：B　AsCl3分子中中心As原子的价层电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，含有1个孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，①正确；甲醛（HCHO）分子中中心C原子的价层电子对数为3（有1个双键），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分子中中心N原子的价层电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，含有1个孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，③错误；N中中心N原子的价层电子对数为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。 10.下列有关键角与分子空间结构的说法错误的是（　　） A.键角为180°的分子，空间结构是直线形 B.键角为120°的分子，空间结构是平面三角形 C.键角为60°的分子，空间结构可能是正四面体形 D.键角为90°～109°28'之间的分子，空间结构可能是V形 解析：B　键角为180°的分子，空间结构是直线形，例如CO2分子是直线形分子，A正确；苯分子的键角为120°，但其空间结构是平面正六边形，B错误；白磷分子的键角为60°，空间结构为正四面体形，C正确；水分子的键角为105°，空间结构为V形，D正确。 11.（2025·重庆八中高二月考）下列微粒中所有原子都在同一平面上的一组是（　　） A.N和NF3 B.H3O＋和Cl C.N和SO3 D.P和S 解析：C　N空间结构为V形，所有原子在同一平面，NF3空间结构为三角锥形，所有原子不在同一平面；H3O＋空间结构为三角锥形，所有原子不在同一平面，Cl空间结构为三角锥形，所有原子不在同一平面；N空间结构为平面三角形，所有原子在同一平面，SO3空间结构为平面三角形，所有原子在同一平面；P空间结构为正四面体形，所有原子不在同一平面，S空间结构为三角锥形，所有原子不在同一平面。 12.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或推测键角大小，下列判断正确的是（　　） A.SO2的空间结构与CO2类似，均为直线形 B.SO3是三角锥形分子 C.BF3的键角为120° D.PCl3是平面三角形分子 解析：C　CO2中中心原子C的价层电子对数为2＋×（4－2×2）＝2，无孤电子对，其空间结构为直线形，SO2中中心原子S的价层电子对数为2＋×（6－2×2）＝3，有1个孤电子对，其空间结构为V形，A错误；SO3中中心原子S的价层电子对数为3＋×（6－3×2）＝3，无孤电子对，空间结构是平面三角形，B错误；BF3中中心原子B的价层电子对数为3＋×（3－3×1）＝3，无孤电子对，空间结构是平面三角形，其键角为120°，C正确；PCl3中中心原子P的价层电子对数为3＋×（5－3×1）＝4，有1个孤电子对，则其空间结构是三角锥形，D错误。 13.（2025·北京师大附中高二期中）我国科学家成功合成了世界上首个五氮阴离子盐（N5）6（H3O）3（NH4）4Cl（用R代表），经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图所示。从结构角度分析，R中两种阳离子不同之处为（　　） A.中心原子的VSEPR模型 B.中心原子的价层电子对数 C.空间结构 D.共价键类型 解析：C　R中两种阳离子分别是H3O＋、N，二者的中心原子的VSEPR模型都是四面体形，中心原子的价层电子对数都是4，共价键类型都为极性键，H3O＋、N的空间结构分别为三角锥形、正四面体形。 14.（1）在BBr3分子中，Br—B—Br的键角是120°。 （2）羰基硫（COS）与CO2的结构相似，羰基硫（COS）分子的结构式为OCS；光气（COCl2）各原子最外层都满足8电子稳定结构，则光气分子的空间结构为平面三角形（用文字描述）。 （3）N的空间结构是V形。 （4）KNO3中N的空间结构为平面三角形，写出与N结构相同的一种阴离子：C（合理即可）。 （5）用价层电子对互斥模型推断SnBr2分子中Sn—Br的键角＜（填“＞”“＜”或“＝”）120°。 解析：（1）BBr3分子中B的价层电子对数为3，没有孤电子对，所以空间结构为平面三角形，Br—B—Br的键角是120°。（2）羰基硫（COS）与CO2的结构相似，故羰基硫（COS）结构式为OCS；光气分子的结构式为，碳原子有3个σ键，没有孤电子对，故COCl2为平面三角形。（3）N中N的价层电子对数为3，有1个孤电子对，所以空间结构是V形。（4）KNO3中N的空间结构为平面三角形，C与N结构相同。（5）SnBr2分子中，Sn原子的价层电子对数是＋2＝3，含有1个孤电子对，SnBr2空间结构为V形，键角小于120°。 15.回答下列问题： （1）利用VSEPR模型推测下列物质的分子或离子的空间结构： Cl：三角锥形；AlBr3（共价分子）：平面三角形。 （2）有两种活性反应中间体，它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子，依据图中给出的这两种粒子的球棍模型，写出这两种活性反应中间体的相应化学符号： 答案：C　C （3）按要求写出由第二周期非金属元素的原子构成的中性分子的化学式： 平面三角形分子BF3；三角锥形分子NF3；四面体形分子CF4。 （4）SO2Cl2和SO2F2都属AXmEn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：四面体形，SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl＞（填“＜”“＞”或“＝”）SO2F2分子中∠F—S—F。 （5）O3分子的空间结构为V形。 解析：（1）Cl是AB3型离子，中心Cl原子的价层电子对数是4，孤电子对数是1，为三角锥形；AlBr3是AB3型分子，中心Al原子的价层电子对数是3，孤电子对数为0，是平面三角形。（2）AB3型分子或离子中，中心原子无孤电子对的呈平面三角形，有一个孤电子对的呈三角锥形，所以分别是C、C。（3）由第二周期非金属元素构成的中性分子中，呈三角锥形的是NF3，呈平面三角形的是BF3，呈四面体形的是CF4。（4）SO2Cl2和SO2F2中的硫原子是中心原子，此时m＋n＝4且没有孤电子对，由于原子种类不同，是四面体形。氟元素的电负性大于氯元素，氟原子的得电子能力大于氯原子，Cl—S形成的共用电子对的斥力强，所以SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl大于SO2F2分子中∠F—S—F。（5）臭氧分子中，中间的氧原子含有1个孤电子对，价层电子对数为3，故O3分子的空间结构为V形。 1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $