第2章 第2节 第1课时 分子结构的测定和多样性 价层电子对互斥模型 课后达标 素养提升-【优学精讲】2024-2025学年高中化学选择性必修2教用Word(人教版)

1．下图是一种分子式为C4H8O2的有机化合物的红外光谱图，则该有机化合物可能为(　　) A.CH3COOCH2CH3 B.CH3CH2CH2COOH C.HCOOCH2CH2CH3 D.(CH3)2CHCH2COOH 答案：A 2．下列分子或离子中，中心原子含有孤电子对的是(　　) A.PCl5 B．NO C.SiCl4 D．PbCl2 解析：选D。PCl5中中心原子P的孤电子对数＝×(5－5×1)＝0，故A不选；NO中中心原子N的孤电子对数＝×(5＋1－3×2)＝0，故B不选；SiCl4中中心原子Si的孤电子对数＝×(4－4×1)＝0，故C不选；PbCl2中中心原子Pb的孤电子对数＝×(4－2×1)＝1，故D选。 3．下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是(　　) 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：选B。苯分子的键角为120°，但空间结构是平面正六边形，B错误。 4．多核离子所带电荷可以认为是中心原子得到或失去电子导致。根据VSEPR模型，下列离子中的所有原子在同一平面的一组是(　　) A.NO和NH B．H3O＋和ClO C.NO和CH D．PO和SO 解析：选A。B项中H3O＋、ClO的中心原子上均有1个孤电子对，故H3O＋、ClO的空间结构均为三角锥形，所有原子不可能在同一平面；C项中CH的中心C原子上有1个孤电子对，故CH的空间结构为三角锥形，所有原子不可能在同一平面；D项中PO、SO的空间结构均为正四面体形，所有原子不可能在同一平面。 5．已知某分子的质谱图如下图所示，且该分子的红外光谱信息中含有C—O、C—H、O—H的吸收峰。下列关于该分子结构的叙述正确的是(　　) A.该分子的结构简式为CH3CH2OH B.该分子的相对分子质量可能为27、31、45 或46 C.该分子的结构简式为CH3—O—CH3 D.该分子的红外光谱和质谱都可以全面反映分子结构的信息 解析：选A。由题图可知，该分子的相对分子质量为46，B错误；从该分子的红外光谱信息可知，分子中有羟基，A正确、C错误；质谱只能反映分子相对分子质量信息，不能全面反映分子结构的信息，D错误。 6．已知在CH4分子中C—H间的夹角为109°28′，NH3分子中N—H间的夹角为107°，H2O分子中O—H间的夹角为105°。下列说法正确的是(　　) A.孤电子对与σ键电子对间的斥力大于σ键电子对与σ键电子对间的斥力 B.孤电子对与σ键电子对间的斥力小于σ键电子对与σ键电子对间的斥力 C.孤电子对与σ键电子对间的斥力等于σ键电子对与σ键电子对间的斥力 D.题干中的数据不能说明孤电子对与σ键电子对间的斥力和σ键电子对与σ键电子对间的斥力之间的大小关系 解析：选A。H2O分子中O原子上含有2个孤电子对，NH3分子中N原子上含有1个孤电子对，CH4分子中C原子上没有孤电子对。孤电子对与孤电子对间的斥力>孤电子对与σ键电子对间的斥力>σ键电子对与σ键电子对间的斥力，孤电子对对σ键电子对的排斥导致分子中的键角变小。 7.LiAlH4是一种强还原剂，能将乙酸直接还原成乙醇。下列说法正确的是(　　) A.第三周期简单离子中，Al3＋的半径最大 B.双键对单键的斥力强于单键之间的斥力，图中键角α>β C.AlH的空间结构是正四面体形 D.CH3CH2OH和CH3COOH分子中所含σ键数目相同 解析：选C。A.第三周期元素的简单离子中，Na、Mg、Al原子对应的离子核外有2个能层，从Si到Cl原子对应的简单离子核外有3个能层，第三周期元素中简单离子半径从Na到Al逐渐减小、从Si到Cl逐渐减小，故第三周期简单离子中Al3＋的半径最小，故A错误；B.羧基中碳氧双键对单键的作用力大于单键之间的作用力，所以键角α＜β，故B错误；C.AlH的中心原子Al原子上的价层电子对数＝4＋＝4，且不含孤电子对，根据价层电子对互斥模型判断该离子的空间结构为正四面体形，故C正确；D.CH3CH2OH分子中含有8个σ键，CH3COOH分子中含有7个σ键，故D错误。 8．(2024·潍坊高二月考)用短线“—”表示共用电子对，用“··”表示未成键孤电子对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。下列叙述错误的是(　　) A.R与BF3的空间结构相同 B.键角：PH3<NH3<109°28′ C.R可以是PH3或AsH3 D.R分子的中心原子上的价层电子对数为4 解析：选A。BF3中中心B原子上的价层电子对数为3，且不含孤电子对，故空间结构是平面三角形，而R的空间结构为三角锥形，故A错误；PH3、NH3的空间结构均为三角锥形，键角均小于109°28′，而N原子的电负性大，吸引电子的能力比P原子强，因此NH3中σ键电子对之间的排斥力比PH3中σ键电子对之间的排斥力大，键角大，所以键角：PH3<NH3<109°28′，故B正确；可能为NH3，根据第ⅤA族元素原子的特点得到R也可以是PH3或AsH3，故C正确；R分子的中心原子上的价层电子对数为4，故D正确。 9．(1)已知氯与硫均有多种含氧微粒，S有SO2、SO、SO3、SO等，Cl有HClO、ClO、ClO、ClO等，其中空间结构为V形的微粒有________；为三角锥形的有________；为平面三角形的有________；为正四面体形的有________。 (2)①SiH4、PH3、H2S分子中H—Si—H、H—P—H、H—S—H的键角大小顺序为______________________________________ ______________________________________________。 ②PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角________(填“>”“<”或“＝”)109°28′。 ③俗称“光气”的氯代甲酰氯(COCl2)的空间结构为________，该分子中有两种键角：124.3°、111.4°，其中Cl—C—Cl的键角为________。 解析：(1)SO2的中心S原子上的孤电子对数＝×(6－2×2)＝1，有2个σ键电子对，空间结构为V形；SO的中心S原子上的孤电子对数＝×(6＋2－3×2)＝1，有3个σ键电子对，空间结构为三角锥形；SO3的中心S原子上的孤电子对数＝×(6－3×2)＝0，有3个σ键电子对，空间结构为平面三角形；SO的中心S原子上的孤电子对数＝×(6＋2－4×2)＝0，有4个σ键电子对，空间结构为正四面体形；HClO的中心O原子上的孤电子对数＝×(6－1×1－1×1)＝2，有2个σ键电子对，空间结构为V形；ClO的中心Cl原子上的孤电子对数＝×(7＋1－2×2)＝2，有2个σ键电子对，空间结构为V形；ClO的中心Cl原子上的孤电子对数＝×(7＋1－3×2)＝1，有3个σ键电子对，空间结构为三角锥形；ClO的中心Cl原子上的孤电子对数＝×(7＋1－4×2)＝0，有4个σ键电子对，空间结构为正四面体形。(2)①SiH4的中心Si原子上的孤电子对数＝×(4－4×1)＝0，有4个σ键电子对，空间结构为正四面体形，键角为109°28′；PH3的中心P原子上的孤电子对数＝×(5－3×1)＝1，有3个σ键电子对，空间结构为三角锥形；H2S的中心S原子上的孤电子对数＝×(6－2×1)＝2，有2个σ键电子对，空间结构为V形，由于孤电子对与σ键电子对间的斥力大于σ键电子对与σ键电子对间的斥力，而且孤电子对越多，对σ键电子对的斥力越大，所以含有孤电子对的分子的键角要更小，因此SiH4、PH3、H2S分子中H—Si—H、H—P—H、H—S—H的键角大小顺序为H—Si—H＞H—P—H＞H—S—H。②PCl3的中心P原子上的孤电子对数＝×(5－3×1)＝1，有3个σ键电子对，价层电子对数为4，VSEPR模型为四面体形，但由于有孤电子对，因此Cl—P—Cl的键角小于109°28′。③COCl2的中心C原子上的孤电子对数＝×(4－2×1－1×2)＝0，有3个σ键电子对，价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，空间结构为平面三角形；其中C===O为双键，Cl—C—Cl为单键，因此Cl—C—Cl的键角为较小的111.4°。 答案：(1)SO2、HClO、ClO　SO、ClO　SO3　SO、ClO (2)①H—Si—H>H—P—H>H—S—H　②＜　③平面三角形　111.4° 10．D、E、X、Y、Z是元素周期表中的前20号元素，且原子序数依次增大。它们的最简单氢化物分子的空间结构依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、V形、直线形。回答下列问题： (1)上述五种元素中，能形成酸性最强的含氧酸的元素是__________，写出该元素的任意三种含氧酸的化学式：__________________________。 (2)D和Y形成的化合物分子的空间结构为__________。 (3)Z的氢化物的结构式为__________，HZO分子的中心原子上的价层电子对数的计算式为______________________，该分子的空间结构为________________________________________________。 (4)Y的价层电子排布式为__________，Y的最高价氧化物的VSEPR模型为__________。 (5)D、E的最简单氢化物分子的空间结构分别是正四面体形与三角锥形，这是因为__________(填字母)。 a.两种分子的中心原子上的价层电子对数不同 b.D、E的非金属性不同 c.E的最简单氢化物分子的中心原子上有1个孤电子对，而D的最简单氢化物分子的中心原子上没有孤电子对 解析：元素周期表前20号元素中，最简单氢化物分子的空间结构为正四面体形的是CH4和SiH4，故D为C、X为Si，由此推知E为N、Y为S、Z为Cl。(2)C和S形成的化合物为CS2，CS2分子的空间结构为直线形。(3)HClO中中心原子氧原子上的价层电子对数为2＋×(6－1×1－1×1)＝4，空间结构为V形。(4)SO3的中心原子硫原子上的价层电子对数为3＋×(6－3×2)＝3，VSEPR模型为平面三角形。(5)CH4、NH3的中心原子上的价层电子对数均为4，分子空间结构不同的根本原因是NH3分子的中心原子N原子上有孤电子对而CH4分子的中心原子C原子上没有孤电子对，分子的空间结构与元素的非金属性强弱无关。 答案：(1)Cl　HClO、HClO2、HClO3、HClO4(任写三种)　(2)直线形　(3)H—Cl　2＋×(6－1×1－1×1)　V形　(4)3s23p4　平面三角形　(5)c 11．用价层电子对互斥(VSEPR)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都是直线形分子 B.BF3的键角为120°，SnBr2的键角大于120° C.CH2O、CO、SO3都是平面三角形粒子 D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形分子 解析：选C。A.SO2中中心S原子上的价层电子对数＝2＋＝3，含有1个孤电子对，空间结构为V形；CS2中中心C原子上的价层电子对数＝2＋＝2，无孤电子对，空间结构为直线形；HCN中中心C原子上的价层电子对数＝2＋＝2，无孤电子对，空间结构为直线形，故A错误。B.BF3中中心B原子上的价层电子对数＝3＋＝3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，键角为120°；SnBr2中中心Sn原子上的价层电子对数＝2＋＝3，含有1个孤电子对，空间结构为V形，孤电子对与σ键电子对之间的排斥力大于σ键电子对之间的排斥力，所以SnBr2 的键角小于120°，故B错误。C.CH2O中中心C原子上的价层电子对数＝3＋＝3，无孤电子对，空间结构为平面三角形；CO中中心C原子上的价层电子对数＝3＋＝3，无孤电子对，空间结构为平面三角形；SO3中中心S原子上的价层电子对数＝3＋＝3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，故C正确。D.PCl3 中中心P原子上的价层电子对数＝3＋＝4，含有1个孤电子对，空间结构为三角锥形；NH3中中心N原子上的价层电子对数＝3＋＝4，含有1个孤电子对，空间结构为三角锥形；PCl5中中心P原子上的价层电子对数＝5＋＝5，不含孤电子对，空间结构为三角双锥形，故D错误。 12．(2024·济南高二联考)臭氧(O3)在[Fe(H2O)6]2＋催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为SO和NO，NOx也可在其他条件下被还原为N2。下列说法正确的是　(　　) A.第一电离能：O>N B.NO中中心原子的价层电子对数为4 C.SO的空间结构为三角锥形 D.N2分子中σ键与π键的数目之比为1∶2 解析：选D。一般情况下，同周期从左到右，元素第一电离能呈增大趋势，但当元素处于第ⅡA族的全充满和第ⅤA族的半充满状态时，第一电离能大于同周期相邻元素，N原子2p轨道为半充满状态，故第一电离能：N>O，A错误；NO中中心N原子上的价层电子对数为3＋＝3，B错误；SO中中心S原子上的价层电子对数为4＋＝4，无孤电子对，空间结构为正四面体形，C错误；N2的结构式为N≡N，三键中含1个σ键和2个π键，N2分子中σ键与π键的数目之比为1∶2，D正确。 13.N(NO2)3可作为高效火箭推进剂，结构简式如右图所示。已知该分子中N—N—N的键角都是108.1°。下列有关N(NO2)3的说法正确的是(　　) A.N(NO2)3分子的空间结构是平面三角形 B.该分子中四个氮原子共平面 C.该分子中的中心氮原子上还有1个孤电子对 D.15.2 g该物质含有6.02×1022个原子 解析：选C。N(NO2)3分子的空间结构与NH3分子相似，分子中的四个氮原子构成三角锥形，该分子中N—N—N的键角都是108.1°，说明中心氮原子上还有1个孤电子对，A、B项错误，C项正确；1个N(NO2)3分子中含有10个原子，故15.2 g即0.1 mol N(NO2)3含有6.02×1023个原子，D项错误。 14．20世纪50年代，科学家提出价层电子对互斥(VSEPR)模型，用于预测简单分子的空间结构。其要点可以概括为以下几点： 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，尽可能均匀地分布在中心原子周围的空间； Ⅱ.分子的空间结构指分子中的原子在空间的分布，不包括中心原子上未成键的孤电子对； Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力大小顺序： ①孤电子对之间的斥力＞孤电子对与σ键电子对之间的斥力＞σ键电子对之间的斥力； ②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； ③X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； ④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H2O 分子中H—O—H键角的大小范围并解释原因：_____________________________________________________________ ______________________________________________________。 (4)SO2Cl2和SO2F2都属于AXnEm型分子，S、O之间以双键结合，S与Cl、S与F之间均以单键结合。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。 (5)用价层电子对互斥(VSEPR)模型判断下列分子或离子的空间结构(当n＋m＝6时，VSEPR理想模型为正八面体形)。 分子或离子 PbCl2 XeF4 SnCl PF3Cl2 HgCl 空间结构 解析：(1)因为价层电子对总是互相排斥，尽可能均匀地分布在中心原子周围的空间，故当价层电子对数为2时，理想键角为180°，分子呈直线形。当价层电子对数为4时，理想键角为109°28′，分子呈正四面体形。 (2)CO2分子中，中心原子C原子的最外层电子都参与成键，没有孤电子对，根据AXnEm模型，CO2分子中n＋m＝2，故CO2为直线形分子。 (3)在H2O分子中，中心原子O原子的价层电子对数为4，孤电子对数为2，故H2O分子的空间结构为V形；由于H2O分子符合AXnEm模型中n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体形，价层电子对之间的理想键角为109°28′；根据题给信息Ⅲ－①可知，H—O—H键角＜109°28′。 (4)SO2Cl2和SO2F2都符合AXnEm模型中n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体形，而S—Cl和S—F 都是单键，且F原子的得电子能力要强于Cl原子，根据题给信息Ⅲ－③可知，SO2Cl2分子中Cl—S—Cl的键角大于SO2F2分子中F—S—F的键角。 (5)PbCl2符合AXnEm模型中n＋m＝3，VSEPR理想模型为平面三角形，由于Pb原子上有1个孤电子对，故该分子的空间结构为V形；XeF4符合AXnEm 模型中n＋m＝6，VSEPR理想模型为正八面体形，由于Xe原子上有2个孤电子对，故该分子的空间结构为平面正方形；Sn原子的最外层电子全部参与成键，故SnCl符合AXnEm模型中n＋m＝6，VSEPR理想模型为正八面体形，故该离子的空间结构也为正八面体形；P原子的最外层电子全部参与成键，故PF3Cl2符合AXnEm模型中n＋m＝5，VSEPR理想模型为三角双锥形，故该分子的空间结构也为三角双锥形；HgCl符合AXnEm模型中n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体形，Hg原子上没有孤电子对，故该离子的空间结构也为正四面体形。 答案：(1)4　直线形　180°　(2)根据AXnEm模型，CO2分子中n＋m＝2，故CO2为直线形分子　 (3)V形　H2O分子符合AXnEm模型，H2O分子中n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体形，价层电子对之间的理想键角为109°28′；根据题给信息Ⅲ－①可知，H—O—H键角＜109°28′　 (4)四面体形　＞ (5) 分子或 离子 PbCl2 XeF4 SnCl PF3Cl2 HgCl 空间结构 V形 平面 正方形 正八面 体形 三角 双锥形 正四 面体形 学科网（北京）股份有限公司 $