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高中第二章 分子结构与性质第二节 分子的空间结构优秀同步测试题
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这是一份高中第二章 分子结构与性质第二节 分子的空间结构优秀同步测试题
第二章 分子结构与性质第一节 共价键课时精讲09 分子结构的测定 多样的分子空间结构和价层电子对互斥模型【目标导航】1．了解分子结构的测定方法，认识共价分子结构的多样性和复杂性。2．理解价层电子对互斥理论的含义。3．能用价层电子对互斥模型判断和解释分子或离子的构型。【知识导图】一、分子结构的测定早年科学家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，现代科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法，如红外光谱、晶体X射线衍射等。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，可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析分子中含有何种化学键或官能团的信息。红外光谱仪原理示意图：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正电荷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。二、多样的分子空间结构1．三原子分子2．四原子分子3．五原子分子4．其他多原子分子的空间结构三、价层电子对互斥模型1．理论要点价层电子对互斥理论认为，分子的立体构型是“价层电子对”相互排斥的结果。价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对。2．价层电子对数的计算(1)σ键电子对数的计算σ键电子对数可由分子式确定，中心原子有几个σ键，就有几对σ键电子对。如H2O分子中σ键电子对数为2，NH3分子中σ键电子对数为3。(2)孤电子对数的计算中心原子上的孤电子对数＝eq \f(1,2)(a－xb)a为中心原子的价电子数；x为与中心原子结合的原子数；b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。3．价层电子对互斥理论与分子构型四、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孤电子对，便可得到分子的空间结构。1．中心原子不含孤电子对2．中心原子含孤电子对五、常见物质的空间构型【小试牛刀】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。1．SO42-的立体结构是正四边形( )【答案】×【解析】SO42-的立体结构是正四面体形，错误。2．BF3分子中各原子均达到8e-稳定结构( )【答案】×【解析】B原子不满足8e-稳定结构，错误。3．CH3+的立体结构是三角锥形( )【答案】×【解析】 CH3+的立体结构是平面三角形，错误。4．NO2、SO2、BF3、NCl3分子中原子的最外层都不满足8电子稳定结构( )【答案】×【解析】N原子最外层有5个电子，与3个Cl原子形成3对共用电子对，所以NCl3分子中N原子最外层满足8电子稳定结构，Cl原子最外层也满足8电子稳定结构，错误。5．AB3型的分子空间构型必为平面三角形( ) 【答案】×【解析】BCl3价层电子对为3+(3-1×3)÷2=3对，无孤电子对则为平面三角形。而PCl3价层电子对为3+(5-1×3)÷2=4对，一对孤电子为三角锥形。该类型的构型不确定，错误。 6．价层电子对互斥理论中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数( ) 【答案】√【解析】价层电子对互斥理论中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数，正确。7．杂化轨道理论与VSEPR模型分析分子的空间构型结果常常相互矛盾( )【答案】×【解析】杂化轨道理论与VSEPR模型分析分子的空间构型结果并不矛盾，两者相结合更有助于提高判断分子空间结构的准确性，错误。8．P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28'( )【答案】×【解析】白磷分子和甲烷分子都是正四面体形，但白磷分子的键角是60°，错误。9．NH4+的电子式为，离子呈平面正方形结构( )【答案】×【解析】铵根离子的电子式书写正确，但铵根离子的空间结构为正四面体形，错误。10．NH3分子中中心原子上有一个未成键的孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强( )【答案】√【解析】氨气分子中N原子与3个H原子形成3个共价单键，还有一个孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强，正确。11．NH4+与H3+O的中心原子的价层电子对数不相同( )【答案】×【解析】NH4+中中心N原子的孤电子对数为=0、价层电子对数为0+4=4；H3+O中中心O原子的孤电子对数为=1，价层电子对数为1+3=4。12．CH4中C—H间的键角为109°28'，NH3中N—H间的键角为107°，H2O中O—H间的键角为105°，说明孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力( )【答案】√【解析】孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力，正确。考点一 分子结构的测定【例1】下列说法中不正确的是( )A．测定分子结构的现代仪器和方法有红外光谱、晶体X射线衍射等 B．红外光谱属于原子光谱中的吸收光谱 C．红外光谱可测定分子中含有化学键或官能团的信息 D．当红外光束透过分子时，分子会吸收与它的某些化学键的振动频率相同的红外线【答案】B【解析】原子光谱是原子中的电子在不同能级轨道上跃迁时吸收或释放能量所得到的光谱，红外光谱不是原子光谱，属于分子光谱。故选B．【例2】下列说法中不正确的是( )A．早年科学家主要靠对物质的化学性质进行系统总结得出规律后推测分子的结构B．CH3CH2OH的红外光谱图中显示含有C-H、C-O、O-H等键C．质谱仪的基本原理是在质谱仪中使分子得到电子变成分子离子和碎片离子等粒子D．化学家根据质谱图中最大质荷比推测被测物的相对分子质量【答案】C【解析】质谱仪的基本原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子，C错误。故选C。【解题技法】【对点训练1】1．下列说法不正确的是( )A．用燃烧分析法可确定有机物的分子结构B．用质谱图可确定有机物的相对分子质量C．红外光谱图能确定有机物分子中的官能团D．核磁共振氢谱图可确定分子中不同化学环境的氢原子的种类和数目之比【答案】A【解析】A项，用燃烧分析法可确定有机物的分子式，故A错误；B项，用质谱图可确定有机物的相对分子质量，故B正确；C项，红外光谱图能确定有机物中所含官能团的种类，故C正确；D项，核磁共振氢谱中有几个峰，有机物中就有几种氢原子，核磁共振氢谱图可确定分子中不同化学环境的氢原子的种类和数目之比，故D正确；故选A。2．下列说法错误的是 ( )A．核磁共振氢谱图上可以推知有机物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的数目B．红外光谱法是用高能电子流等轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子C．质谱法具有快速、微量、精确的特点D．通过红外光谱法可以测知有机物所含的官能团【答案】B【解析】质谱法是用高能电子流等轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子，故B错误。故选B。考点二 多样的分子空间结构【例3】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：【答案】D【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。故选D。【例4】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【答案】B【解析】键角为180°的分子，空间结构是直线形，例如CO2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。【解题技法】【对点训练2】3．下列关于物质的分子空间结构判断中不正确的是( )A．H 2O直线形 B．氨气三角锥形 C．甲烷正四面体形 D．CO2直线形【答案】A【解析】水是V形结构，A符合题意。4．下列表示不正确的是( )A．水分子的空间结构模型： B．CO2的空间结构模型：：C．BF3的空间结构模型： D．P4O6的空间结构模型：【答案】B【解析】A项，水中氧原子分别与两个氢原子形成共价键，Ｏ的价层电子对数4，含有2个孤电子对，则水分子为V型结构，空间结构模型为，A正确；B项，CO2的空间结构为直线型，中心C原子的半径应大于O原子半径，B错误；C项，F3的空间结构模型根据杂化轨道理论，B原子采用3+0，sp2杂化，属于平面三角形，C正确；D项，P4O6分子内每个磷原子分别与3个氧原子各共用1对电子对，每个氧原子与2个磷原子各共用1对电子对，则空间结构模型：，D正确；故选B。考点三 孤电子对数的计算【例5】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【答案】D【解析】A项，PCl5中心原子碳原子孤电子对个数=(5-5×1)=0，没有孤对电子，故A不选；B项，NO3-中心原子碳原子孤电子对个数=(5+1-3×2)=0，没有孤对电子，故B不选；C项，SiCl4中心原子碳原子孤电子对个数=(4-4×1)=0，没有孤对电子，故C不选；D项，PbCl2中心原子碳原子孤电子对个数=(4-2×1)=1，有孤对电子，故D选；故选D。【例6】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．SO42-和NH4+ D．SO3和ClO3-【答案】C【解析】A项，BeCl2分子中中心原子σ键数为2，孤电子对数为，空间结构为直线形，SO2分子中中心原子σ键数为2，孤电子对数为，空间结构为V形，故A错误；B项，BF3分子中中心原子σ键数为3，孤电子对数为，空间结构为平面三角形，PCl3分子中中心原子σ键数为3，孤电子对数为，空间结构为三角锥形，故B错误；C项，SO42-中中心原子原子σ键数为4，孤电子对数为，空间结构为正四面体形，NH4+中中心原子σ键数为4，孤电子对数为，空间结构为正四面体形，故C正确；D项，SO3分子中中心原子σ键数为3，孤电子对数为，空间结构为平面三角形，ClO3-中中心原子σ键数为3，孤电子对数为，空间结构为三角锥形，故D错误；故选C。【解题技法】【对点训练3】5．下列微粒中，含有孤电子对的是( )A．SiH4 B．CH4 C．H2O D．NHeq \o\al(＋,4)【答案】C【解析】依据中心原子孤电子对数的计算公式：SiH4中Si的孤电子对数＝eq \f(1,2)(4－4×1)＝0，CH4中C的孤电子对数＝eq \f(1,2)(4－4×1)＝0，H2O中O的孤电子对数＝eq \f(1,2)(6－2×1)＝2，NHeq \o\al(＋,4)中N的孤电子对数＝eq \f(1,2)(5－1－4×1)＝0，故选C。6．有关NH3分子的结构分析正确的是( )A．中心原子孤电子对数为0，分子为平面三角形，键角为120°B．中心原子孤电子对数为0，分子为三角锥形，键角为107°C．中心原子孤电子对数为1，分子为三角锥形，键角为107°D．中心原子孤电子对数为1，分子为平面三角形，键角为109°28′【答案】C【解析】N原子上的孤电子对数＝eq \f(1,2)(5－3×1)＝1，NH3为三角锥形。考点四 价层电子对互斥模型【例7】用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间构型，也可推测键角大小，下列判断正确的是( )A．PCl3为平面三角形 B．SO3与CO32-为平面三角形C．SO2键角大于120° D．BF3是三角锥形分子【答案】B【解析】PCl3分子中，P原子的价层电子对数为3+12×(5-3×1)=4，含有1个孤电子对，分子应为三角锥形，A错误；SO3和CO32-中S和C的价层电子对数均为3，中心原子无孤电子对，微粒结构均为平面三角形，B项正确；SO2的中心原子为硫原子，其价层电子对数为2+12×(6-2×2)=3，有1个孤电子对，孤电子对对两个成键电子对的斥力大，键角小于120°，C错误；BF3的中心原子为B原子，其价层电子对数为3+12×(3-3×1)=3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，D错误。【例8】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、HI都是直线形分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°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【答案】C【解析】SO2是V形分子，CS2、HI是直线形分子，A错误；BF3键角为120°，是平面三角形结构，在SnBr2中Sn原子上有一个孤电子对，对成键电子对排斥作用较大，使键角小于120°，B错误；COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子，键角是120°，C正确；PCl3、NH3都是三角锥形分子，而PCl5是三角双锥形结构，D错误。【解题技法】【对点训练3】7．用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，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【答案】D【解析】H2S与H2O类似，中心原子S上有2对孤电子对，为了减小孤电子对的排斥作用，只能将H和孤电子对相间排列，H2S分子构型呈V形；BF3分子的中心原子B上无孤电子对，当分子构型呈平面三角形时，成键电子对之间的斥力最小，分子最稳定。故选D。8．若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价层电子对互斥理论，下列说法正确的是( )A．若n＝2，则分子的立体结构为V形B．若n＝3，则分子的立体结构为三角锥形C．若n＝4，则分子的立体结构为正四面体形D．以上说法都不正确【答案】C【解析】若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子的立体结构为直线形；当n＝3时，分子的立体结构为平面三角形；当n＝4时，分子的立体结构为正四面体形。考点五 根据VSEPR模型模型判断微粒的空间结构【例9】下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是( )A．SO32- B．ClO4- C．NO2- D．ClO3-【答案】B【解析】A项，亚硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为正四面体形，空间结构为三角锥形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故A错误；B项，高氯酸根离子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为0，离子的VSEPR模型和空间结构都为正四面体形，所以离子的空间结构模型与空间结构一致，故B正确；C项，亚硝酸根离子中氮原子的价层电子对数为3，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为三角锥形，空间结构为V形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故C错误；D项，氯酸根离子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为正四面体形，空间结构为三角锥形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故D错误；故选B。【例10】用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中正确的是( )A．CH4与CH2Cl2均为正四面体 B．BeCl2与SO2为直线形C．BF3与PCl3为三角锥形 D．NO3-与CO32-为平面三角形【答案】D【解析】A项，CH4分子中价层电子对个数= ，采用sp3杂化，不含孤电子对，所以其空间构型为正四面体，CH2Cl2分子中价层电子对个数=，采用sp3杂化，不含孤电子对，有H和Cl，所以其空间构型为四面体，A错误；B项，BeCl2分子中价层电子对个数= ，采用sp杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为直线型结构，SO2分子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，含1个孤电子对，所以其空间构型为V形结构，B错误；C项，BF3分子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构，PCl3分子中价层电子对个数= ，采用sp3杂化，且含1个孤电子对，所以其空间构型为三角锥形结构，C错误；D项，NO3- 离子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构，CO32- 离子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构，D正确；故选D。【解题技法】【对点训练2】9．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．NO3-与CO32-为平面三角形【答案】D【解析】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； NO3-与CO32-均呈平面三角形，D项正确。10．用模型可以判断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．PCl3分子中三个共价键的键能、键长、键角都相等B．NH3、PH3、AsH3键角由大到小的顺序为AsH3＞PH3＞NH3C．CO2分子的键角是120°D．PCl3、PCl5都是三角锥形的分子【答案】A【解析】A项，PCl3是三角锥形的分子，其结构类似于氨气，分子中三个共价键的键能、键长、键角都相等，A正确；B项，NH3、PH3、AsH3中中心原子都是sp3杂化，都有1个孤电子对，NH3分子的中心原子N的电负性最大，成键电子对距离中心原子最近，键角最大，键角由大到小的顺序为NH3＞PH3＞AsH3，B错误；C项，CO2是直线形分子，键角是180°，C错误；D项，PCl3是三角锥形的分子，PCl5分子中中心原子的价层电子对数，没有孤电子对，是三角双锥形结构，D错误；故选A。1．下列说法不正确的是( )A．李比希法是最早用于测定有机化合物中碳、氢元素质量分数的方法B．元素分析仪可以确定有机物的分子结构C．从红外光谱图上可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息D．氢核磁共振谱是测定有机物结构的重要方法【答案】B【解析】A项，李比希于1831年最早提出测定有机化合物中碳、氢元素质量分数的方法，故A正确；B项，元素分析仪是一种能分析物质所含元素的一种仪器，能利用先进的技术精密地分析物质所含元素，不能测定有机物的结构，故B错误；C项，当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收，以确定分子中含有何种化学键或官能团的信息，故C正确；D项，核磁共振仪能确定有机化合物中氢原子的种类，可用于研究有机化合物的结构，故D正确。故选B。2．下列说法不正确的是( )A．用质谱图可确定有机物的相对分子质量B．红外光谱图能确定有机物分子中的官能团C．核磁共振氢谱图可获得分子中不同化学环境的氢D．用燃烧分析法可确定有机物的分子结构【答案】D【解析】A项，质谱法可测定有机物的相对分子质量，为有机物实验式和分子式确定中常用的方法，A正确；B项，红外光谱图可确定有机物分子中的化学键或官能团，对有机物分子红外光谱的研究有助于确定有机物分子的结构，B正确；C项，核磁共振氢谱图可获得分子中不同化学环境的氢及其数目，C正确；D项，燃烧分析法可确定有机物的分子式，不能确定其分子结构，D错误；故选D。3．下列说法不正确的是( )A．蛋白质、棉花、PVC、淀粉都是由高分子构成的物质B．乙醇和二甲醚互为同分异构体，可利用红外光谱法鉴别两者C．双原子或多原子形成的气体单质分子中，一定有σ键，可能有π键D．P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28´【答案】D【解析】P4和CH4都是正四面体形分子，其中P4中键角为60°CH4中键角为109°28´，所以D不正确。故选D。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 ( )①NH4+ ②PH3 ③H3O+ ④SO42-A．①② B．②③ C．③④ D．①④【答案】B【解析】所给分子或离子中中心原子价层电子对数：①4+12×(5-1-4×1)=4，②3+12×(5-3×1)=4，③3+12×(6-1-3×1)=4，④4+12×(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．根据价层电子对互斥理论，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【答案】B【解析】H2S分子中，中心原子S的价层电子对数为2+12×(6-2×1)=4，O3分子中，中心原子O的价层电子对数为2+12×(6-2×2)=3，SO2分子中，中心原子S的价层电子对数为2+12×(6-2×2)=3，SO3分子中，中心原子S的价层电子对数为3+12×(6-3×2)=3，则与其他分子不同的是H2S，故选B。6．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，下列判断错误的是 ( )A．NO2、HI都是直线形的分子 B．NO3-的空间结构为平面三角形C．BF3、SO3都是平面三角形的分子 D．NCl3是三角锥形的分子【答案】A【解析】NO2分子中孤电子对数为12×(5-2×2)=0.5，孤电子对数不是整数，这时应当作1来处理，因为单电子也要占据一个轨道，价层电子对数=2+1=3，NO2的VSEPR模型为平面三角形，NO2的空间构型为V形，HI的空间构型为直线形，A错误； NO3-中N原子的价层电子对数=3+12×(5+1-2×3)=3，没有孤电子对，空间结构为平面三角形，B正确；BF3、SO3中中心原子价层电子对数都是3且不含孤电子对，所以这两种分子都是平面三角形结构，C正确；NCl3中价层电子对数=3+12×(5-3×1)=4，且含有1个孤电子对，所以NCl3为三角锥形结构，D正确。7．下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是( )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．分子的立体构型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【解析】价层电子对数是σ键数与孤电子对数之和，孤电子对数是指没有成键的价电子对数，其与中心原子价层电子总数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子数及与中心原子结合的原子数有关，A、B、D项错误。8．下列对应关系不正确的是( )【答案】B【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。9．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，下列离子中所有原子都在同一平面的一组是( )A．NOeq \o\al(－,2)和NHeq \o\al(－,2) B．H3O＋和ClOeq \o\al(－,3)C．NOeq \o\al(－,3)和CHeq \o\al(－,3) D．POeq \o\al(3－,4)和SOeq \o\al(2－,4)【答案】A 【解析】根据三点共面，A项正确；根据价层电子对互斥理论，B项H3O＋中的氧原子上有一对孤电子对，故H3O＋为三角锥形；ClOeq \o\al(－,3)中的氯原子有一对孤电子对，故ClOeq \o\al(－,3)为三角锥形，C项中CHeq \o\al(－,3)中C原子上有一对孤电子对，CHeq \o\al(－,3)亦为三角锥形；D项中的POeq \o\al(3－,4)、SOeq \o\al(2－,4)均为正四面体形。10．硒(Se)是第ⅥA族元素，则SeS3的分子构型是( )A．正四面体形 B．V形C．三角锥形 D．平面三角形【答案】D【解析】SeS3中的Se原子呈＋6价，Se原子的价层电子对全部用于形成共价键，Se周围有3个硫原子，故其分子构型为平面三角形，D项正确。11．根据价层电子对互斥理论填空：(1)OF2分子中，中心原子上的σ键电子对数为___________，孤电子对数为___________，价层电子对数为___________，VSEPR模型为___________，分子的立体构型为___________。(2)BF3分子中，中心原子上的σ键电子对数为___________，孤电子对数为___________，价层电子对数为___________，VSEPR模型为___________，分子的立体构型为___________。【答案】(1) 2 2 4 sp3 四面体形 V形(2)3 0 3 sp2 平面三角形 平面三角形【解析】(1)O原子最外层有6个电子，F原子最外层有7个电子，OF2分子中， O和F之间形成单键，中心原子为O原子，与2个F原子形成σ键，故σ键电子对数为2，孤电子对数为×[(6＋2)-2×2]=2，价层电子对数为σ键电子对数与孤电子对数之和，即2＋2=4，VSEPR模型为四面体形，分子的立体构型为V形；(2)B的最外层有3个电子，F的最外层有7个电子，BF3分子中，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，分子的立体构型为平面三角形。12．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键角是___________。【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 【解析】中心原子价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数；σ键个数=配原子个数，孤电子对个数=，a指中心原子价电子个数，x指配原子个数，b指配原子形成稳定结构需要的电子个数；据此确定VSEPR模型，实际空间构型要去掉孤电子对。(1)三原子分子常见的空间结构有V形或直线形。CO2分子中，中心原子孤电子对数、价电子对数2+0=2，则其空间构型为直线形，H2O分子中，中心原子孤电子对数=、价层电子对数=2+2=4，故空间构型为V形。(2)四原子分子常见的空间结构有平面三角形和三角锥形，如甲醛HCHO分子呈平面三角形，键角约为120°；氨分子呈三角锥形，键角为107°；需要注意的是白磷分子呈正四面体形形，键角为60°。(3)五原子分子最常见的空间结构为四面体形，如常见的CH4呈正四面体、键角是。13．下表是一些常见共价键的键能，其中键百位数被污渍遮住了，请回答下列问题：(1)键键能为_______，根据表中数据计算，电解水，需要吸收_______kJ能量。(2)键极性比键极性_______(强/弱)，键键长比键键长_______(长/短)。(3)中的键键角比H3+O中的_______(大/小)，原因是_______。【答案】(1) 467 249 (2)弱 长(3)小 H2O分子中孤对电子对成键电子对的排斥作用大于H3O+中孤对电子对成键电子对的排斥作用【解析】(1)原子半径：N>O>F，原子半径越小，键长越短，键能越大，所以O-H键的键能应介于N-H键和F-H键之间，N-H键键能为391kJ/mol，F-H键的键能为565kJ/mol，因此O-H键的键能为467kJ/mol；电解水的化学方程式为：2H2Oeq \o(\s\up 7(电解),\s\do0(====))2H2↑+O2↑，根据表中数据计算，电解1molH2O，需要吸收的能量为：(4672-463-0.5498)kJ=249kJ。(2)氧的电负性小于氟，所以O-H键极性比F-H键极性弱；氧的原子半径比氟大，原子半径越小，键长越短，则O-H键的键长比F-H键的键长长。(3)H2O中氧原子的价电子对数为2+(6-21)=4，有2对孤对电子，H3O+中氧原子的价电子对数为3+(6-1-31)=4，有1对孤对电子，H2O分子中孤对电子对成键电子对的排斥作用大于H3O+中孤对电子对成键电子对的排斥作用，所以H2O中H-O-H键的键角比H3O+中的小。14．回答下列问题(1)利用VSEPR模型推测分子或离子的空间结构。ClO4-：___________；AlBr3(共价分子)：___________。(2)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：___________，三角锥形分子：___________，正四面体形分子：___________。【答案】(1)正四面体形 平面三角形(2)BF4 NF3 CF4 【解析】中心原子价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数；σ键个数=配原子个数，孤电子对个数=，a指中心原子价电子个数，x指配原子个数，b指配原子形成稳定结构需要的电子个数；据此确定VSEPR模型，实际空间构型要去掉孤电子对。(1)利用VSEPR模型推测分子或离子的空间结构。ClO4-中的中心原子价层电子对数是4，没有孤电子对，空间结构为正四面体形；AlBr3分子中心原子价层电子对数是3，没有孤电子对，空间结构是平面三角形。(2)第二周期非金属元素有硼、碳、氮、氧、氟，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(中心原子价层电子对数是3，没有孤电子对)，三角锥形分子：NF3(中心原子价层电子对数是4，有1对孤电子对)，正四面体形分子：CF4(中心原子价层电子对数是4，没有孤电子对)。 化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CO2O==C==O180°直线形H2O105°V形化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CH2O约120°平面三角形NH3107°三角锥形化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CH4109°28′正四面体形CCl4109°28′正四面体形电子对数成键数孤电子对数电子对空间构型分子空间构型实例220直线形直线形CO2330三角形三角形BF321V形SO2440四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O分子或离子σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型及名称分子(或离子)的空间结构及名称CO220直线形直线形COeq \o\al(2－,3)30平面三角形平面三角形CH440正四面体形正四面体形分子或离子价层电子对数孤电子对数VSEPR模型及名称分子的空间结构及名称NH341四面体形三角锥形H2O42四面体形 V形SO231平面三角形 V形价层电子对数成键电子对数孤电子对数VSEPR模型VSEPR模型名称分子立体构型名称物质220直线形直线形CO2321平面三角形V形SO2330平面正三角形平面正三角形BF3、SO3、NO3-440正四面体形正四面体形CH4、SO42-、NH4+431四面体形三角锥形NH3、PCl3422四面体形V形H2O、SCl2测定分子结构的现代仪器和方法质谱：确定分子量，局部分子结构的质量。红外光谱：确定化学键的类型，识别特定基团。紫外光谱：确定特定的结构。核磁共振氢谱：利用核磁共振仪记录下原子在共振下的有关信号绘制的图谱。X射线衍射：测定晶体的结构。正四面体形分子：CH4、CCl4、CF4；三角锥形分子：NH3、PH3；V形分子：H2O、H2S、SO2；平面三角形分子：BF3；平面形分子：C2H4、C6H6、CH2O；直线形分子：C2H2、CO2、BeCl2、CS2。分子中孤电子对个数=(中心原子价电子数-配原子个数×配原子形成稳定结构需要的电子数)。阳离子中孤电子对个数=(中心原子价电子数-电荷数-配原子个数×配原子形成稳定结构需要的电子数)。阴离子中孤电子对个数=(中心原子价电子数+电荷数-配原子个数×配原子形成稳定结构需要的电子数)。用价层电子对互斥理论推测分子或离子构型的思维程序：确定ABm型分子或离子空间结构的思路：(1)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 VSEPR模型 分子或离子的空间结构。(2)若中心原子A无孤电子对，则分子或离子的空间结构与VSEPR模型一致。若中心原子A有孤电子对，则分子或离子的空间结构为略去中心原子上孤电子对后的空间结构。利用VSEPR模型确定分子的空间结构的注意事项(1)对于ABn型分子，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型分子只能为直线形或V形结构，AB3型分子只能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。选项ABCD中心原子所在族ⅣAⅤAⅣAⅥA分子通式AB4AB3AB2AB2立体结构正四面体形平面三角形直线形Ⅴ形共价键键能/43639167565498
第二章 分子结构与性质第一节 共价键课时精讲09 分子结构的测定 多样的分子空间结构和价层电子对互斥模型【目标导航】1．了解分子结构的测定方法，认识共价分子结构的多样性和复杂性。2．理解价层电子对互斥理论的含义。3．能用价层电子对互斥模型判断和解释分子或离子的构型。【知识导图】一、分子结构的测定早年科学家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，现代科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法，如红外光谱、晶体X射线衍射等。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，可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析分子中含有何种化学键或官能团的信息。红外光谱仪原理示意图：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正电荷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。二、多样的分子空间结构1．三原子分子2．四原子分子3．五原子分子4．其他多原子分子的空间结构三、价层电子对互斥模型1．理论要点价层电子对互斥理论认为，分子的立体构型是“价层电子对”相互排斥的结果。价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对。2．价层电子对数的计算(1)σ键电子对数的计算σ键电子对数可由分子式确定，中心原子有几个σ键，就有几对σ键电子对。如H2O分子中σ键电子对数为2，NH3分子中σ键电子对数为3。(2)孤电子对数的计算中心原子上的孤电子对数＝eq \f(1,2)(a－xb)a为中心原子的价电子数；x为与中心原子结合的原子数；b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。3．价层电子对互斥理论与分子构型四、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孤电子对，便可得到分子的空间结构。1．中心原子不含孤电子对2．中心原子含孤电子对五、常见物质的空间构型【小试牛刀】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。1．SO42-的立体结构是正四边形( )【答案】×【解析】SO42-的立体结构是正四面体形，错误。2．BF3分子中各原子均达到8e-稳定结构( )【答案】×【解析】B原子不满足8e-稳定结构，错误。3．CH3+的立体结构是三角锥形( )【答案】×【解析】 CH3+的立体结构是平面三角形，错误。4．NO2、SO2、BF3、NCl3分子中原子的最外层都不满足8电子稳定结构( )【答案】×【解析】N原子最外层有5个电子，与3个Cl原子形成3对共用电子对，所以NCl3分子中N原子最外层满足8电子稳定结构，Cl原子最外层也满足8电子稳定结构，错误。5．AB3型的分子空间构型必为平面三角形( ) 【答案】×【解析】BCl3价层电子对为3+(3-1×3)÷2=3对，无孤电子对则为平面三角形。而PCl3价层电子对为3+(5-1×3)÷2=4对，一对孤电子为三角锥形。该类型的构型不确定，错误。 6．价层电子对互斥理论中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数( ) 【答案】√【解析】价层电子对互斥理论中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数，正确。7．杂化轨道理论与VSEPR模型分析分子的空间构型结果常常相互矛盾( )【答案】×【解析】杂化轨道理论与VSEPR模型分析分子的空间构型结果并不矛盾，两者相结合更有助于提高判断分子空间结构的准确性，错误。8．P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28'( )【答案】×【解析】白磷分子和甲烷分子都是正四面体形，但白磷分子的键角是60°，错误。9．NH4+的电子式为，离子呈平面正方形结构( )【答案】×【解析】铵根离子的电子式书写正确，但铵根离子的空间结构为正四面体形，错误。10．NH3分子中中心原子上有一个未成键的孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强( )【答案】√【解析】氨气分子中N原子与3个H原子形成3个共价单键，还有一个孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强，正确。11．NH4+与H3+O的中心原子的价层电子对数不相同( )【答案】×【解析】NH4+中中心N原子的孤电子对数为=0、价层电子对数为0+4=4；H3+O中中心O原子的孤电子对数为=1，价层电子对数为1+3=4。12．CH4中C—H间的键角为109°28'，NH3中N—H间的键角为107°，H2O中O—H间的键角为105°，说明孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力( )【答案】√【解析】孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力，正确。考点一 分子结构的测定【例1】下列说法中不正确的是( )A．测定分子结构的现代仪器和方法有红外光谱、晶体X射线衍射等 B．红外光谱属于原子光谱中的吸收光谱 C．红外光谱可测定分子中含有化学键或官能团的信息 D．当红外光束透过分子时，分子会吸收与它的某些化学键的振动频率相同的红外线【答案】B【解析】原子光谱是原子中的电子在不同能级轨道上跃迁时吸收或释放能量所得到的光谱，红外光谱不是原子光谱，属于分子光谱。故选B．【例2】下列说法中不正确的是( )A．早年科学家主要靠对物质的化学性质进行系统总结得出规律后推测分子的结构B．CH3CH2OH的红外光谱图中显示含有C-H、C-O、O-H等键C．质谱仪的基本原理是在质谱仪中使分子得到电子变成分子离子和碎片离子等粒子D．化学家根据质谱图中最大质荷比推测被测物的相对分子质量【答案】C【解析】质谱仪的基本原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子，C错误。故选C。【解题技法】【对点训练1】1．下列说法不正确的是( )A．用燃烧分析法可确定有机物的分子结构B．用质谱图可确定有机物的相对分子质量C．红外光谱图能确定有机物分子中的官能团D．核磁共振氢谱图可确定分子中不同化学环境的氢原子的种类和数目之比【答案】A【解析】A项，用燃烧分析法可确定有机物的分子式，故A错误；B项，用质谱图可确定有机物的相对分子质量，故B正确；C项，红外光谱图能确定有机物中所含官能团的种类，故C正确；D项，核磁共振氢谱中有几个峰，有机物中就有几种氢原子，核磁共振氢谱图可确定分子中不同化学环境的氢原子的种类和数目之比，故D正确；故选A。2．下列说法错误的是 ( )A．核磁共振氢谱图上可以推知有机物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的数目B．红外光谱法是用高能电子流等轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子C．质谱法具有快速、微量、精确的特点D．通过红外光谱法可以测知有机物所含的官能团【答案】B【解析】质谱法是用高能电子流等轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子，故B错误。故选B。考点二 多样的分子空间结构【例3】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：【答案】D【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。故选D。【例4】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【答案】B【解析】键角为180°的分子，空间结构是直线形，例如CO2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。【解题技法】【对点训练2】3．下列关于物质的分子空间结构判断中不正确的是( )A．H 2O直线形 B．氨气三角锥形 C．甲烷正四面体形 D．CO2直线形【答案】A【解析】水是V形结构，A符合题意。4．下列表示不正确的是( )A．水分子的空间结构模型： B．CO2的空间结构模型：：C．BF3的空间结构模型： D．P4O6的空间结构模型：【答案】B【解析】A项，水中氧原子分别与两个氢原子形成共价键，Ｏ的价层电子对数4，含有2个孤电子对，则水分子为V型结构，空间结构模型为，A正确；B项，CO2的空间结构为直线型，中心C原子的半径应大于O原子半径，B错误；C项，F3的空间结构模型根据杂化轨道理论，B原子采用3+0，sp2杂化，属于平面三角形，C正确；D项，P4O6分子内每个磷原子分别与3个氧原子各共用1对电子对，每个氧原子与2个磷原子各共用1对电子对，则空间结构模型：，D正确；故选B。考点三 孤电子对数的计算【例5】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【答案】D【解析】A项，PCl5中心原子碳原子孤电子对个数=(5-5×1)=0，没有孤对电子，故A不选；B项，NO3-中心原子碳原子孤电子对个数=(5+1-3×2)=0，没有孤对电子，故B不选；C项，SiCl4中心原子碳原子孤电子对个数=(4-4×1)=0，没有孤对电子，故C不选；D项，PbCl2中心原子碳原子孤电子对个数=(4-2×1)=1，有孤对电子，故D选；故选D。【例6】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．SO42-和NH4+ D．SO3和ClO3-【答案】C【解析】A项，BeCl2分子中中心原子σ键数为2，孤电子对数为，空间结构为直线形，SO2分子中中心原子σ键数为2，孤电子对数为，空间结构为V形，故A错误；B项，BF3分子中中心原子σ键数为3，孤电子对数为，空间结构为平面三角形，PCl3分子中中心原子σ键数为3，孤电子对数为，空间结构为三角锥形，故B错误；C项，SO42-中中心原子原子σ键数为4，孤电子对数为，空间结构为正四面体形，NH4+中中心原子σ键数为4，孤电子对数为，空间结构为正四面体形，故C正确；D项，SO3分子中中心原子σ键数为3，孤电子对数为，空间结构为平面三角形，ClO3-中中心原子σ键数为3，孤电子对数为，空间结构为三角锥形，故D错误；故选C。【解题技法】【对点训练3】5．下列微粒中，含有孤电子对的是( )A．SiH4 B．CH4 C．H2O D．NHeq \o\al(＋,4)【答案】C【解析】依据中心原子孤电子对数的计算公式：SiH4中Si的孤电子对数＝eq \f(1,2)(4－4×1)＝0，CH4中C的孤电子对数＝eq \f(1,2)(4－4×1)＝0，H2O中O的孤电子对数＝eq \f(1,2)(6－2×1)＝2，NHeq \o\al(＋,4)中N的孤电子对数＝eq \f(1,2)(5－1－4×1)＝0，故选C。6．有关NH3分子的结构分析正确的是( )A．中心原子孤电子对数为0，分子为平面三角形，键角为120°B．中心原子孤电子对数为0，分子为三角锥形，键角为107°C．中心原子孤电子对数为1，分子为三角锥形，键角为107°D．中心原子孤电子对数为1，分子为平面三角形，键角为109°28′【答案】C【解析】N原子上的孤电子对数＝eq \f(1,2)(5－3×1)＝1，NH3为三角锥形。考点四 价层电子对互斥模型【例7】用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间构型，也可推测键角大小，下列判断正确的是( )A．PCl3为平面三角形 B．SO3与CO32-为平面三角形C．SO2键角大于120° D．BF3是三角锥形分子【答案】B【解析】PCl3分子中，P原子的价层电子对数为3+12×(5-3×1)=4，含有1个孤电子对，分子应为三角锥形，A错误；SO3和CO32-中S和C的价层电子对数均为3，中心原子无孤电子对，微粒结构均为平面三角形，B项正确；SO2的中心原子为硫原子，其价层电子对数为2+12×(6-2×2)=3，有1个孤电子对，孤电子对对两个成键电子对的斥力大，键角小于120°，C错误；BF3的中心原子为B原子，其价层电子对数为3+12×(3-3×1)=3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，D错误。【例8】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、HI都是直线形分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°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【答案】C【解析】SO2是V形分子，CS2、HI是直线形分子，A错误；BF3键角为120°，是平面三角形结构，在SnBr2中Sn原子上有一个孤电子对，对成键电子对排斥作用较大，使键角小于120°，B错误；COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子，键角是120°，C正确；PCl3、NH3都是三角锥形分子，而PCl5是三角双锥形结构，D错误。【解题技法】【对点训练3】7．用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，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【答案】D【解析】H2S与H2O类似，中心原子S上有2对孤电子对，为了减小孤电子对的排斥作用，只能将H和孤电子对相间排列，H2S分子构型呈V形；BF3分子的中心原子B上无孤电子对，当分子构型呈平面三角形时，成键电子对之间的斥力最小，分子最稳定。故选D。8．若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价层电子对互斥理论，下列说法正确的是( )A．若n＝2，则分子的立体结构为V形B．若n＝3，则分子的立体结构为三角锥形C．若n＝4，则分子的立体结构为正四面体形D．以上说法都不正确【答案】C【解析】若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子的立体结构为直线形；当n＝3时，分子的立体结构为平面三角形；当n＝4时，分子的立体结构为正四面体形。考点五 根据VSEPR模型模型判断微粒的空间结构【例9】下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是( )A．SO32- B．ClO4- C．NO2- D．ClO3-【答案】B【解析】A项，亚硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为正四面体形，空间结构为三角锥形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故A错误；B项，高氯酸根离子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为0，离子的VSEPR模型和空间结构都为正四面体形，所以离子的空间结构模型与空间结构一致，故B正确；C项，亚硝酸根离子中氮原子的价层电子对数为3，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为三角锥形，空间结构为V形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故C错误；D项，氯酸根离子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为正四面体形，空间结构为三角锥形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故D错误；故选B。【例10】用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中正确的是( )A．CH4与CH2Cl2均为正四面体 B．BeCl2与SO2为直线形C．BF3与PCl3为三角锥形 D．NO3-与CO32-为平面三角形【答案】D【解析】A项，CH4分子中价层电子对个数= ，采用sp3杂化，不含孤电子对，所以其空间构型为正四面体，CH2Cl2分子中价层电子对个数=，采用sp3杂化，不含孤电子对，有H和Cl，所以其空间构型为四面体，A错误；B项，BeCl2分子中价层电子对个数= ，采用sp杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为直线型结构，SO2分子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，含1个孤电子对，所以其空间构型为V形结构，B错误；C项，BF3分子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构，PCl3分子中价层电子对个数= ，采用sp3杂化，且含1个孤电子对，所以其空间构型为三角锥形结构，C错误；D项，NO3- 离子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构，CO32- 离子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构，D正确；故选D。【解题技法】【对点训练2】9．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．NO3-与CO32-为平面三角形【答案】D【解析】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； NO3-与CO32-均呈平面三角形，D项正确。10．用模型可以判断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．PCl3分子中三个共价键的键能、键长、键角都相等B．NH3、PH3、AsH3键角由大到小的顺序为AsH3＞PH3＞NH3C．CO2分子的键角是120°D．PCl3、PCl5都是三角锥形的分子【答案】A【解析】A项，PCl3是三角锥形的分子，其结构类似于氨气，分子中三个共价键的键能、键长、键角都相等，A正确；B项，NH3、PH3、AsH3中中心原子都是sp3杂化，都有1个孤电子对，NH3分子的中心原子N的电负性最大，成键电子对距离中心原子最近，键角最大，键角由大到小的顺序为NH3＞PH3＞AsH3，B错误；C项，CO2是直线形分子，键角是180°，C错误；D项，PCl3是三角锥形的分子，PCl5分子中中心原子的价层电子对数，没有孤电子对，是三角双锥形结构，D错误；故选A。1．下列说法不正确的是( )A．李比希法是最早用于测定有机化合物中碳、氢元素质量分数的方法B．元素分析仪可以确定有机物的分子结构C．从红外光谱图上可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息D．氢核磁共振谱是测定有机物结构的重要方法【答案】B【解析】A项，李比希于1831年最早提出测定有机化合物中碳、氢元素质量分数的方法，故A正确；B项，元素分析仪是一种能分析物质所含元素的一种仪器，能利用先进的技术精密地分析物质所含元素，不能测定有机物的结构，故B错误；C项，当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收，以确定分子中含有何种化学键或官能团的信息，故C正确；D项，核磁共振仪能确定有机化合物中氢原子的种类，可用于研究有机化合物的结构，故D正确。故选B。2．下列说法不正确的是( )A．用质谱图可确定有机物的相对分子质量B．红外光谱图能确定有机物分子中的官能团C．核磁共振氢谱图可获得分子中不同化学环境的氢D．用燃烧分析法可确定有机物的分子结构【答案】D【解析】A项，质谱法可测定有机物的相对分子质量，为有机物实验式和分子式确定中常用的方法，A正确；B项，红外光谱图可确定有机物分子中的化学键或官能团，对有机物分子红外光谱的研究有助于确定有机物分子的结构，B正确；C项，核磁共振氢谱图可获得分子中不同化学环境的氢及其数目，C正确；D项，燃烧分析法可确定有机物的分子式，不能确定其分子结构，D错误；故选D。3．下列说法不正确的是( )A．蛋白质、棉花、PVC、淀粉都是由高分子构成的物质B．乙醇和二甲醚互为同分异构体，可利用红外光谱法鉴别两者C．双原子或多原子形成的气体单质分子中，一定有σ键，可能有π键D．P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28´【答案】D【解析】P4和CH4都是正四面体形分子，其中P4中键角为60°CH4中键角为109°28´，所以D不正确。故选D。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 ( )①NH4+ ②PH3 ③H3O+ ④SO42-A．①② B．②③ C．③④ D．①④【答案】B【解析】所给分子或离子中中心原子价层电子对数：①4+12×(5-1-4×1)=4，②3+12×(5-3×1)=4，③3+12×(6-1-3×1)=4，④4+12×(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．根据价层电子对互斥理论，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【答案】B【解析】H2S分子中，中心原子S的价层电子对数为2+12×(6-2×1)=4，O3分子中，中心原子O的价层电子对数为2+12×(6-2×2)=3，SO2分子中，中心原子S的价层电子对数为2+12×(6-2×2)=3，SO3分子中，中心原子S的价层电子对数为3+12×(6-3×2)=3，则与其他分子不同的是H2S，故选B。6．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，下列判断错误的是 ( )A．NO2、HI都是直线形的分子 B．NO3-的空间结构为平面三角形C．BF3、SO3都是平面三角形的分子 D．NCl3是三角锥形的分子【答案】A【解析】NO2分子中孤电子对数为12×(5-2×2)=0.5，孤电子对数不是整数，这时应当作1来处理，因为单电子也要占据一个轨道，价层电子对数=2+1=3，NO2的VSEPR模型为平面三角形，NO2的空间构型为V形，HI的空间构型为直线形，A错误； NO3-中N原子的价层电子对数=3+12×(5+1-2×3)=3，没有孤电子对，空间结构为平面三角形，B正确；BF3、SO3中中心原子价层电子对数都是3且不含孤电子对，所以这两种分子都是平面三角形结构，C正确；NCl3中价层电子对数=3+12×(5-3×1)=4，且含有1个孤电子对，所以NCl3为三角锥形结构，D正确。7．下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是( )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．分子的立体构型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【解析】价层电子对数是σ键数与孤电子对数之和，孤电子对数是指没有成键的价电子对数，其与中心原子价层电子总数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子数及与中心原子结合的原子数有关，A、B、D项错误。8．下列对应关系不正确的是( )【答案】B【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。9．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，下列离子中所有原子都在同一平面的一组是( )A．NOeq \o\al(－,2)和NHeq \o\al(－,2) B．H3O＋和ClOeq \o\al(－,3)C．NOeq \o\al(－,3)和CHeq \o\al(－,3) D．POeq \o\al(3－,4)和SOeq \o\al(2－,4)【答案】A 【解析】根据三点共面，A项正确；根据价层电子对互斥理论，B项H3O＋中的氧原子上有一对孤电子对，故H3O＋为三角锥形；ClOeq \o\al(－,3)中的氯原子有一对孤电子对，故ClOeq \o\al(－,3)为三角锥形，C项中CHeq \o\al(－,3)中C原子上有一对孤电子对，CHeq \o\al(－,3)亦为三角锥形；D项中的POeq \o\al(3－,4)、SOeq \o\al(2－,4)均为正四面体形。10．硒(Se)是第ⅥA族元素，则SeS3的分子构型是( )A．正四面体形 B．V形C．三角锥形 D．平面三角形【答案】D【解析】SeS3中的Se原子呈＋6价，Se原子的价层电子对全部用于形成共价键，Se周围有3个硫原子，故其分子构型为平面三角形，D项正确。11．根据价层电子对互斥理论填空：(1)OF2分子中，中心原子上的σ键电子对数为___________，孤电子对数为___________，价层电子对数为___________，VSEPR模型为___________，分子的立体构型为___________。(2)BF3分子中，中心原子上的σ键电子对数为___________，孤电子对数为___________，价层电子对数为___________，VSEPR模型为___________，分子的立体构型为___________。【答案】(1) 2 2 4 sp3 四面体形 V形(2)3 0 3 sp2 平面三角形 平面三角形【解析】(1)O原子最外层有6个电子，F原子最外层有7个电子，OF2分子中， O和F之间形成单键，中心原子为O原子，与2个F原子形成σ键，故σ键电子对数为2，孤电子对数为×[(6＋2)-2×2]=2，价层电子对数为σ键电子对数与孤电子对数之和，即2＋2=4，VSEPR模型为四面体形，分子的立体构型为V形；(2)B的最外层有3个电子，F的最外层有7个电子，BF3分子中，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，分子的立体构型为平面三角形。12．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键角是___________。【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 【解析】中心原子价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数；σ键个数=配原子个数，孤电子对个数=，a指中心原子价电子个数，x指配原子个数，b指配原子形成稳定结构需要的电子个数；据此确定VSEPR模型，实际空间构型要去掉孤电子对。(1)三原子分子常见的空间结构有V形或直线形。CO2分子中，中心原子孤电子对数、价电子对数2+0=2，则其空间构型为直线形，H2O分子中，中心原子孤电子对数=、价层电子对数=2+2=4，故空间构型为V形。(2)四原子分子常见的空间结构有平面三角形和三角锥形，如甲醛HCHO分子呈平面三角形，键角约为120°；氨分子呈三角锥形，键角为107°；需要注意的是白磷分子呈正四面体形形，键角为60°。(3)五原子分子最常见的空间结构为四面体形，如常见的CH4呈正四面体、键角是。13．下表是一些常见共价键的键能，其中键百位数被污渍遮住了，请回答下列问题：(1)键键能为_______，根据表中数据计算，电解水，需要吸收_______kJ能量。(2)键极性比键极性_______(强/弱)，键键长比键键长_______(长/短)。(3)中的键键角比H3+O中的_______(大/小)，原因是_______。【答案】(1) 467 249 (2)弱 长(3)小 H2O分子中孤对电子对成键电子对的排斥作用大于H3O+中孤对电子对成键电子对的排斥作用【解析】(1)原子半径：N>O>F，原子半径越小，键长越短，键能越大，所以O-H键的键能应介于N-H键和F-H键之间，N-H键键能为391kJ/mol，F-H键的键能为565kJ/mol，因此O-H键的键能为467kJ/mol；电解水的化学方程式为：2H2Oeq \o(\s\up 7(电解),\s\do0(====))2H2↑+O2↑，根据表中数据计算，电解1molH2O，需要吸收的能量为：(4672-463-0.5498)kJ=249kJ。(2)氧的电负性小于氟，所以O-H键极性比F-H键极性弱；氧的原子半径比氟大，原子半径越小，键长越短，则O-H键的键长比F-H键的键长长。(3)H2O中氧原子的价电子对数为2+(6-21)=4，有2对孤对电子，H3O+中氧原子的价电子对数为3+(6-1-31)=4，有1对孤对电子，H2O分子中孤对电子对成键电子对的排斥作用大于H3O+中孤对电子对成键电子对的排斥作用，所以H2O中H-O-H键的键角比H3O+中的小。14．回答下列问题(1)利用VSEPR模型推测分子或离子的空间结构。ClO4-：___________；AlBr3(共价分子)：___________。(2)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：___________，三角锥形分子：___________，正四面体形分子：___________。【答案】(1)正四面体形 平面三角形(2)BF4 NF3 CF4 【解析】中心原子价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数；σ键个数=配原子个数，孤电子对个数=，a指中心原子价电子个数，x指配原子个数，b指配原子形成稳定结构需要的电子个数；据此确定VSEPR模型，实际空间构型要去掉孤电子对。(1)利用VSEPR模型推测分子或离子的空间结构。ClO4-中的中心原子价层电子对数是4，没有孤电子对，空间结构为正四面体形；AlBr3分子中心原子价层电子对数是3，没有孤电子对，空间结构是平面三角形。(2)第二周期非金属元素有硼、碳、氮、氧、氟，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(中心原子价层电子对数是3，没有孤电子对)，三角锥形分子：NF3(中心原子价层电子对数是4，有1对孤电子对)，正四面体形分子：CF4(中心原子价层电子对数是4，没有孤电子对)。 化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CO2O==C==O180°直线形H2O105°V形化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CH2O约120°平面三角形NH3107°三角锥形化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CH4109°28′正四面体形CCl4109°28′正四面体形电子对数成键数孤电子对数电子对空间构型分子空间构型实例220直线形直线形CO2330三角形三角形BF321V形SO2440四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O分子或离子σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型及名称分子(或离子)的空间结构及名称CO220直线形直线形COeq \o\al(2－,3)30平面三角形平面三角形CH440正四面体形正四面体形分子或离子价层电子对数孤电子对数VSEPR模型及名称分子的空间结构及名称NH341四面体形三角锥形H2O42四面体形 V形SO231平面三角形 V形价层电子对数成键电子对数孤电子对数VSEPR模型VSEPR模型名称分子立体构型名称物质220直线形直线形CO2321平面三角形V形SO2330平面正三角形平面正三角形BF3、SO3、NO3-440正四面体形正四面体形CH4、SO42-、NH4+431四面体形三角锥形NH3、PCl3422四面体形V形H2O、SCl2测定分子结构的现代仪器和方法质谱：确定分子量，局部分子结构的质量。红外光谱：确定化学键的类型，识别特定基团。紫外光谱：确定特定的结构。核磁共振氢谱：利用核磁共振仪记录下原子在共振下的有关信号绘制的图谱。X射线衍射：测定晶体的结构。正四面体形分子：CH4、CCl4、CF4；三角锥形分子：NH3、PH3；V形分子：H2O、H2S、SO2；平面三角形分子：BF3；平面形分子：C2H4、C6H6、CH2O；直线形分子：C2H2、CO2、BeCl2、CS2。分子中孤电子对个数=(中心原子价电子数-配原子个数×配原子形成稳定结构需要的电子数)。阳离子中孤电子对个数=(中心原子价电子数-电荷数-配原子个数×配原子形成稳定结构需要的电子数)。阴离子中孤电子对个数=(中心原子价电子数+电荷数-配原子个数×配原子形成稳定结构需要的电子数)。用价层电子对互斥理论推测分子或离子构型的思维程序：确定ABm型分子或离子空间结构的思路：(1)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 VSEPR模型 分子或离子的空间结构。(2)若中心原子A无孤电子对，则分子或离子的空间结构与VSEPR模型一致。若中心原子A有孤电子对，则分子或离子的空间结构为略去中心原子上孤电子对后的空间结构。利用VSEPR模型确定分子的空间结构的注意事项(1)对于ABn型分子，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型分子只能为直线形或V形结构，AB3型分子只能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。选项ABCD中心原子所在族ⅣAⅤAⅣAⅥA分子通式AB4AB3AB2AB2立体结构正四面体形平面三角形直线形Ⅴ形共价键键能/43639167565498
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