第二章 第二节 第1课时 分子结构的测定和多样性　价层电子对互斥模型

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第1课时　分子结构的测定和多样性　 价层电子对互斥模型1.了解分子结构的测定方法。2.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。3.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。一、分子结构的测定随堂演练　知识落实课时对点练二、多样的分子空间结构内容索引 三、价层电子对互斥模型早年科学家主要靠对物质的 进行系统总结得出规律后进行推测，现代科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法，如 、 等。1.红外光谱在测定分子结构中的应用分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些 的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现 。通过和已有 比对，或通过 计算，可以得知各吸收峰是由哪种 、哪种 方式引起的，综合这些信息，可分析分子中含有何种 或 的信息。一、分子结构的测定化学性质红外光谱晶体X射线衍射化学键吸收峰谱图库量子化学化学键振动化学键官能团2.质谱法在测定分子相对分子质量中的应用现代化学常利用质谱仪测定分子的相对分子质量。它的基本原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带 的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的离子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场得以分离，在记录仪上呈现一系列峰，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的相对分子质量。正电荷1.可以准确判断有机物分子中含有哪些官能团的分析方法是A.核磁共振氢谱 B.质谱C.红外光谱 D.紫外光谱√解析　核磁共振氢谱能分析等效氢的种类 ，故A错误；质谱分析相对分子质量，故B错误；红外光谱判断有机物分子中官能团的种类，故C正确；只根据紫外光谱是不能完全确定物质的分子结构，故D错误。2.2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机分子的结构进行分析的质谱法。其方法是让极少量(10－9 g左右)的化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子化后可得到 ……然后测定其质荷比β。设H＋的质荷比为1，某有机物样品的质荷比如图(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子多少有关)，则该有机物可能A.CH3OH B.C3H8C.C2H4 D.CH4√解析　有机物样品的质荷比的最大值为该物质的相对分子质量，根据有机物样品的质荷比图可知该物质的相对分子质量为16，甲醇、丙烷、乙烯、甲烷的相对分子质量分别为32、44、28、16，因此该有机物是甲烷。返回单原子分子(稀有气体分子)、双原子分子不存在空间结构，多原子分子中存在原子的几何学关系和形状，即所谓“分子的空间结构”。1.三原子分子二、多样的分子空间结构O==C==O180°105°直线形V形2.四原子分子107°平面三角形三角锥形3.五原子分子109°28′正四面体形109°28′正四面体形4.其他多原子分子的空间结构(1)四原子分子一定都是平面三角形或三角锥形(　　)(2)正四面体形的键角均为109°28′(　　)(3)SiCl4、SiH4、 、CH3Cl均为正四面体结构(　　)(4)SF6分子的空间结构为正八面体形(　　)(5)椅式C6H12比船式C6H12稳定(　　)×××√√1.下列分子的空间结构模型正确的是A.CO2的空间结构模型： 　　B.H2O的空间结构模型： C.NH3的空间结构模型： 　　D.CH4的空间结构模型： √解析　CO2的空间结构为直线形，A不正确；H2O的空间结构为V形，B不正确；NH3的空间结构为三角锥形，C不正确；CH4的空间结构为正四面体形，D正确。2.(2020·南京调研)(1)硫化氢(H2S)分子中，两个H—S的夹角接近90°，说明H2S分子的空间结构为______。(2)二硫化碳(CS2)分子中，两个C==S的夹角是180°，说明CS2分子的空间结构为_______。解析　可由键角直接判断分子的空间结构。V形直线形(3)能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是____(填字母)。a.两个键之间的夹角为109°28′b.C—H为极性共价键c.4个C—H的键能、键长都相等d.二氯甲烷(CH2Cl2)只有一种(不存在同分异构体)解析　五原子分子CH4可能有平面四边形和正四面体两种空间结构，不管为哪种，b、c两项都成立；若为前者，则键角为90°，CH2Cl2有两种：　　 和 ；若为后者，则键角为109°28′，CH2Cl2只有一种。ad返回1.价层电子对互斥模型(VSEPR model)：对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的 和未成键的 )之间由于存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对 最弱的那种结构，以使彼此之间 最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定。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。(2) σ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，就有几对σ键电子对。如H2O分子中， O有 对σ键电子对。NH3分子中， N有 对σ键电子对。三、价层电子对互斥模型σ键电子对孤电子对相互排斥斥力23(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＝①a表示中心原子的价电子数；对主族元素：a＝ ；对于阳离子：a＝ ；对于阴离子：a＝ 。②x表示与 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＝ 。最外层电子数价电子数－离子所带电荷数价电子数＋离子所带电荷数中心原子8－该原子的价电子数价层电子对数目：2　　　　　3　　　　　　4VSEPR模型： 　 　　___________3.价层电子对的空间结构(即VSEPR模型)直线形平面三角形正四面体形4.VSEPR模型的应用——预测分子空间结构由价层电子对的相互排斥，得到含有孤电子对的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的 ，便可得到分子的空间结构。(1)中心原子不含孤电子对203040孤电子对(2)中心原子含孤电子对142314(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对电子对看待。(2)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－孤电子对＞孤电子对－成键电子对＞成键电子对－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斥力减小，键角也减小。(3)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。(1)分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构是相同的(　　)(2)所有的三原子分子都是直线形结构(　　)(3)SO2与CO2的分子组成相似，故它们分子的空间结构相同(　　)(4)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的键角小于180°(　　)(5)根据价层电子对互斥模型可以判断H3O＋与NH3的分子(或离子)的空间结构一致(　　)×××√√1.试解释CH4键角(109°28′)、NH3键角(107°)、H2O键角(105°)依次减小的原因。提示　CH4分子中的C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1对孤电子对，H2O分子中O原子上有2对孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角减小。2.用价层电子对互斥模型完成下列问题(点“·”的原子为中心原子)。2 2 V形3 0 平面三角形3 1 三角锥形2 1 V形4 0 正四面体形2 2 V形2 2 V形返回分子空间结构的确定思路中心原子价层电子对数n⇓⇓分子的空间结构——略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间1.下列物质中，分子的空间结构与氨分子相似的是A.CO2 B.H2S C.PCl3 D.SiCl4123随堂演练　知识落实45解析　氨分子是三角锥形，H2S分子是V形，CO2是直线形，PCl3是三角锥形，SiCl4是正四面体形。√62.下列微粒中，中心原子含有孤电子对的是A.SiH4 B.H2OC.CH4 D.√1234563.若ABn型分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，运用价层电子对互斥模型，判断下列说法中正确的是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　若中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，则不存在σ键电子对与孤电子对之间的相互排斥。当n＝2时，分子的空间结构为直线形；n＝3时，分子的空间结构为平面三角形；n＝4时，分子的空间结构为正四面体形。1234564.有X、Y两种活性反应中间体微粒，均含有1个碳原子和3个氢原子，其球棍模型如图所示： ， 。下列说法错误的是A.X的组成为 B.Y的组成为C.X的价层电子对数为4 D.Y中键角小于120°12345√6123456123455.美国化学家鲍林教授具有独特的化学想象力：只要给他物质的分子式，他就能大体上想象出这种物质的分子结构模型。多核离子所带电荷可以认为是中心原子得失电子所致，根据VSEPR模型，下列离子中所有原子都在同一平面上的一组是√6123456123456123456.(1)利用VSEPR模型推断分子或离子的空间结构。 ____________；CS2________；AlBr3(共价分子)____________。(2)按要求写出第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式。平面三角形分子_____，三角锥形分子_____，四面体形分子_____。6正四面体形直线形平面三角形BF3　 NF3　 CF4解析　第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式，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。解析　 是AB4型，成键电子对是4，为正四面体形。CS2是AB2型，成键电子对是2，是直线形。AlBr3是AB3型，成键电子对是3，是平面三角形。(3)为了解释和预测分子的空间结构，科学家在归纳了许多已知的分子空间结构的基础上，提出了一种十分简单的理论模型——价层电子对互斥模型。这种模型把分子分成两类：一类是____________________________________；另一类是_____________________。BF3和NF3都是四个原子的分子，BF3的中心原子是_____，NF3的中心原子是_____；BF3分子的空间结构是平面三角形而NF3分子的空间结构是三角锥形的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。中心原子上的价电子都用于形成共价键中心原子上有孤电子对BNBF3分子中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键，而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成共价键，还有一对未成键的电子对，占据了N原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形返回123456123456789101112131415课时对点练一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。1.下列关于价层电子对互斥模型的叙述中不正确的是A.价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间结构B.分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构C.中心原子上的孤电子对不参与互相排斥D.分子中键角越大，价层电子对相互排斥力越小，分子越稳定√解析　价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间结构，注意实际空间结构要去掉孤电子对，A正确；空间结构与价层电子对相互排斥有关，所以分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构，B正确；中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间排斥力>孤电子对和成对电子对间的排斥力，C错误；在多原子分子内，两个共价键之间的夹角越大，价层电子对相互排斥力越小，分子越稳定，D正确。123456789101112131415A.a＝8　x＝3　b＝2 B.a＝6　x＝3　b＝2C.a＝4　x＝2　b＝3 D.a＝6　x＝2　b＝3123456789101112131415√3.用价层电子对互斥模型判断SO3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√123456789101112131415解析　SO3中心原子S的孤电子对数＝ ×(6－3×2)＝0，没有孤对电子，只有3对σ键电子对，故其分子空间结构为平面三角形。4.(2019·乌鲁木齐市第二十三中学高二月考)根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的空间结构不是三角锥形的是A.PCl3 B.H3O＋C.HCHO D.PH3123456789101112131415√1234567891011121314151234567891011121314155.下列描述中正确的是A.CS2为V形分子B. 的空间结构为平面三角形C.SF6中有6对完全相同的成键电子对D.SiF4和 的中心原子均无孤电子对√1234567891011121314156.(2019·三亚华侨学校高二期中)下列分子的VSEPR模型与分子的空间结构相同的是A.CCl4 B.SO2C.NH3 D.H2O√1234567891011121314151234567891011121314151234567891011121314157.用价层电子对互斥模型分别预测H2S和BF3的空间结构，两个结论都正确的是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　平面三角形解析　根据价层电子对互斥模型，H2S的中心原子上的价层电子对数为4，孤电子对数为2，孤电子对和σ键电子对相互排斥而形成V形结构；BF3的中心原子上的价层电子对数为3，孤电子对数为0，故为平面三角形结构。123456789101112131415√8.下列对应关系不正确的是123456789101112131415解析　当中心原子在ⅤA族时，AB3分子应是三角锥形。当中心原子在ⅣA族时，AB4分子是正四面体形，当中心原子在ⅣA族时，AB2分子是直线形，当中心原子在ⅥA族时，AB2分子是V形。√二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。9.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分子一定为平面正三角形B.若AB3分子中的价电子个数为24个，则AB3分子可能为平面正三角形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分子一定为NH3√12345678910111213141510.下列说法中正确的是A.NO2、BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外电子层都满足了8 电子稳定结构B.P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28′C. 的电子式为 ，离子呈平面正方形结构D.NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强123456789101112131415√解析　NCl3分子原子的最外电子层都满足8电子稳定结构，故A错误；白磷的键角是60°，故B错误； 呈正四面体形结构，故C错误；分子中，孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对对成键电子对的排斥力，所以NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强，故D正确。12345678910111213141511.第ⅤA族元素的原子R与A原子结合形成RA3气态分子，其空间结构呈三角锥形。RCl5在气态和液态时，分子结构如下图所示，下列关于RCl5分子的说法中不正确的是A.每个原子都达到8电子稳定结构B.键角(Cl—R—Cl)有90°、120°、180°几种C.RCl5受热后会分解生成分子空间结构呈三角 锥形的RCl3D.分子中5个R—Cl键能相同√123456789101112131415√解析　R原子最外层有5个电子，形成5对共用电子对，所以RCl5中R的最外层电子数为10，不满足8电子稳定结构，故选A；上下两个顶点与中心R原子形成的键角为180°，中间为平面三角形，构成三角形的键角为120°，顶点与平面形成的键角为90°，所以键角(Cl—R—Cl)有90°、120°、180°几种，故不选B；RCl5 RCl3＋Cl2↑，则RCl5受热后会分解生成分子空间结构呈三角锥形的RCl3，故不选C；键长越短，键能越大，键长不同，所以键能不同，故选D。12345678910111213141512.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2对孤电子对 D.氧原子的价层电子对数为4123456789101112131415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、D项正确；以氧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项错误。√√三、非选择题13.(1)计算下列分子或离子中点“·”原子的价层电子对数。1234567891011121314154234(2)计算下列微粒中点“·”原子的孤电子对数。2001(3)三原子分子或离子的常见空间结构有______形和____形两种；四原子分子或离子的常见空间结构有_________形和_______形两种；五原子分子或离子最常见的空间结构是_______形。 是平面三角形结构，则离子中的键角是____；CBr4分子中，两个相邻C—Br键的夹角是109°28′，说明CBr4分子的空间结构为_________形。123456789101112131415直线V平面三角三角锥四面体120°正四面体12345678910111213141514.20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)，用于预测简单分子空间结构。其要点可以概括：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中的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对；123456789101112131415Ⅲ.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：4直线形180°123456789101112131415(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_____(填“”或“＝”)SO2F2分子中∠F—S—F。CO2属AX2E0，n＋m＝2，故为直线形水分子属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V形∠H—O—H15.短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序数逐渐增大，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)Z的氢化物的结构式为_______，HZO分子的中心原子价层电子对数的计算式为______________________，该分子的空间结构为_____。(2)Y的价层电子排布式为________，Y的最高价氧化物的VSEPR模型为___________。(3)X与Z形成的最简单化合物的化学式是_______，该分子中的键角是_________。123456789101112131415V形3s23p4平面三角形H—ClSiCl4109°28′(4)D、E的最简单氢化物的分子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的价层电子对数不同b.D、E的非金属性不同c.E的氢化物分子中有一对孤电子对，而D的氢化物分子中没有c123456789101112131415解析　由题意可推出D、E、X、Y、Z分别为C、N、Si、S、Cl。HClO中氧原子是中心原子，价层电子对数＝2＋ ×(6－1×1－1×1)＝4，所以HClO分子的空间结构为V形。SO3中硫原子的价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形。SiCl4是正四面体结构，键角为109°28′。CH4、NH3的中心原子价层电子对数均为4，分子的空间结构不同的根本原因是NH3分子中有孤电子对而CH4分子中没有，分子构型与元素的非金属性强弱无关。123456789101112131415返回