高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二章 分子结构与性质第二节 分子的空间结构第1课时同步训练题

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

课后·训练提升

基础巩固

1.如图是一种分子式为C4H8O2的有机化合物的红外光谱图,则该有机化合物的结构简式为(　　)。

A.CH3COOCH2CH3

B.CH3CH2CH2COOH

C.CH3CH(CH3)COOH

D.HCOOCH(CH3)2

答案A

解析由红外光谱图可看出题述有机化合物分子中有不对称—CH3,因此该有机化合物分子中至少有2个—CH3,由图也可以看出含有CO和C—O—C。题述有机化合物分子的结构简式为CH3COOCH2CH3或CH3CH2COOCH3。

2.下列分子中,各原子均处于同一平面上的是(　　)。

A.NH3 B.CCl4 C.P4 D.CH2O

答案D

解析NH3是三角锥形,CCl4是正四面体形,P4是正四面体形,CH2O是平面三角形。

3.下列粒子的价层电子对数正确的是(标注“·”的原子为中心原子)(　　)。

A.H4　4 B.O2　1

C.F3　2 D.O3　2

答案A

解析ABn型分子中中心原子上的价层电子对数:n=σ键电子对数+孤电子对数,CH4中,n=4,A项正确。CO2中,n=2,B项错误。BF3中,n=3,C项错误。SO3中,n=3,D项错误。

4.下列分子或离子的中心原子,带有一个孤电子对的是 (　　)。

A.H2O

B.BeCl2

C.CH4

D.PCl3

答案D

解析选项中四种物质的电子式依次为H、,可知H2O中O有2个孤电子对,BeCl2和CH4中Be、C均没有孤电子对,PCl3中P有1个孤电子对。另外,也可根据中心原子上的孤电子对数=×(a-xb)进行计算,可知H2O、BeCl2、CH4、PCl3的中心原子上的孤电子对数依次为2、0、0、1。

5.下列说法中不正确的是(　　)。

A.分子中的价层电子对(包括σ键电子对和孤电子对)之间存在相互排斥作用

B.分子中的价层电子对之间趋向于彼此远离

C.分子在很多情况下并不是尽可能采取对称的空间结构

D.当价层电子对数分别是2、3、4时,价层电子对互斥模型分别为直线形、平面三角形、正四面体形

答案C

解析分子在很多情况下是尽可能采用对称的空间结构,以使体系能量最低。

6.下列有关分子的空间结构的说法中正确的是(　　)。

A.HClO、BF3、NCl3分子中所有原子的最外层电子都满足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.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VSEPR模型为直线形,σ键电子对数等于2,没有孤电子对

答案D

解析HClO中的H和BF3中的B都未达到8电子结构,A项错误。P4和CH4都是正四面体形结构,但是P4中P—P—P键角为60°;CH4中H—C—H键角为109°28',B项错误。BeCl2的空间结构为直线形,键角为180°;SnCl2呈V形,Sn含有一个孤电子对,由于该孤电子对的存在,键角小于120°;SO3的空间结构为平面正三角形,键角为120°;NH3的空间结构为三角锥形,键角为107°;CCl4的空间结构为正四面体形,键角为109°28';故分子中键角的大小:BeCl2>SO3>SnCl2>CCl4>NH3,C项错误。

7.SF6是一种无色气体,且具有很强的稳定性,可用于灭火。下列有关说法中正确的是(　　)。

A.电负性:S>F

B.SF6分子是正四面体形结构

C.SF6分子中硫原子周围无孤电子对

D.氟原子的轨道表示式为

答案C

解析F的电负性最大,A项错误。SF6分子中硫原子上有6个价层电子对,SF6不是正四面体形结构,B项错误。D项违背泡利原理,错误。

8.请回答下列问题。

(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　　　　　　;SCl2　　　　　　　　　　　; 

N　　　　　　;N　　　　　　　　　　　; 

HCHO　　 　　　;HCN　　　　　　　　　　　。 

(2)利用价层电子对互斥模型推断键角的大小:

①SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角　　　(填“>”“<”或“=”,下同)120°; 

②PCl3分子中,Cl—P—Cl的键角　　　　109°28'。 

答案(1)平面三角形　V形　直线形　V形　平面三角形　直线形

(2)①<　②<

解析(1)SeO3中,Se的价层电子对数为3,孤电子对数为0,SeO3为平面三角形;SCl2中,S的价层电子对数为4,孤电子对数为2,SCl2为V形;N中,N的价层电子对数为2,孤电子对数为0,N为直线形;N中,N的价层电子对数为3,孤电子对数为1,N为V形;HCHO分子中1个碳氧双键计作1个σ键电子对,2个C—H对应2个σ键电子对,C原子上的价层电子对数为3,且无孤电子对,所以HCHO分子为平面三角形;HCN分子的结构式为H—C≡N,1个C≡N可计作1个σ键电子对,1个C—H对应1个σ键电子对,故C原子上的价层电子对数为2,且无孤电子对,所以HCN分子为直线形。

(2)SnBr2分子中,Sn上的价层电子对数为3,σ键电子对数为2,孤电子对数为1,由于孤电子对与Sn—Br的σ键电子对间的排斥作用大于Sn—Br的σ键电子对间的排斥作用,故键角<120°。

PCl3分子中,P上的价层电子对数为4,含有1个孤电子对,由于孤电子对与P—Cl的σ键电子对间的排斥作用大于P—Cl的σ键电子对间的排斥作用,所以Cl—P—Cl的键角小于109°28'。

9.(1)利用VSEPR模型推断分子或离子的空间结构。

P　　　　　　;CS2　　　　　　; AlBr3(共价分子)　　　　　　。 

(2)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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)正四面体形　直线形　平面三角形

(2)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　B　N　BF3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,还有一个未成键的孤电子对,占据了N原子周围的空间,参与相互排斥,形成三角锥形

解析(1)P是AB4型,价层电子对数是4,为正四面体形。CS2是AB2型,价层电子对数是2,是直线形。AlBr3是AB3型,价层电子对数是3,是平面三角形。

能力提升

1.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,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

答案C

解析根据价层电子对互斥模型知,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,若n=2,则分子的空间结构为直线形;若n=3,则分子的空间结构为平面三角形;若n=4,则分子的空间结构为正四面体形。

2.短周期主族元素A、B可形成AB3分子,下列有关叙述错误的是(　　)。

A.若A、B为同一周期元素,则AB3分子可能为三角锥形

B.若AB3分子中的价电子个数为24,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分子可能为NH3

答案C

解析A项,若为PCl3,则分子为三角锥形,正确;B项,BCl3满足要求,其分子为平面正三角形,正确;C项,若分子为SO3,则为平面正三角形,错误;D项,分子可能为NH3,也可能为NF3等,正确。

3.下列分子中,各分子的空间结构、中心原子上含有的孤电子对数均正确的是(　　)。

答案B

解析NH3中心原子上的价层电子对数=3+×(5-3×1)=4,N含有一个孤电子对,分子的空间结构为三角锥形,A项错误。CCl4中心原子上的价层电子对数=4+×(4-4×1)=4,C原子没有孤电子对,分子的空间结构为正四面体形,B项正确。H2O中心原子上的价层电子对数=2+×(6-2×1)=4,O原子含有两个孤电子对,分子的空间结构为V形,C项错误。C中心原子上的价层电子对数=3+×(4+2-3×2)=3,C原子没有孤电子对,分子的空间结构为平面三角形,D项错误。

4.价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)可用于预测简单分子的空间结构。其要点可以概括为:

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大小主要顺序为:

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可以推测出AXnEm的VSEPR理想模型,请填写下表:

(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的键角大小并解释原因:　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)用VSEPR模型判断下列分子或离子的空间结构:

答案(1)4　直线形　180°

(2)CO2属于AX2E0型,n+m=2,故为直线形

(3)V形　水分子属于AX2E2型,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'。但根据Ⅲ中的ⅰ,H—O—H的键角应该小于109°28'

(4)V形　正四面体形　正四面体形

解析AXnEm中n+m=2时,最理想的模型是直线形,键角是180°;若是正四面体形,n+m=4;CO2属于AX2E0型,n+m=2,故为直线形。水分子属于AX2E2型,n+m=4,O有两个孤电子对,应是V形,由于孤电子对之间的斥力强于共用电子对之间的斥力,所以使其键角小于109°28'。

5.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。请回答下列问题。

(1)Z的氢化物的结构式为　　　　　,HZO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　　　　　　　　　。 

(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　　　　。 

(4)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的氢化物分子中中心原子上有一个孤电子对,而D的氢化物分子中中心原子上没有孤电子对

答案(1)H—Cl　2+×(6-1×1-1×1)　V形

(2)3s23p4　平面三角形

(3)SiCl4　109°28'

(4)c

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,氧原子上的价层电子对数=2+×(6-1×1-1×1)=4,所以HClO分子的空间结构为V形。SO3中硫原子上的价层电子对数为3,VSEPR模型为平面三角形。SiCl4是正四面体形结构,键角为109°28'。CH4、NH3的中心原子上的价层电子对数均为4,分子的空间结构不同的根本原因是NH3分子中中心原子上有孤电子对而CH4分子中中心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。