人教版 (2019)选择性必修2第二章 分子结构与性质第二节 分子的空间结构学案

研究与实践：制作分子的空间结构模型

(针对教材P49“研究与实践”)

材料一、分子结构表示分子的空间构型，如DNA的空间结构就是双螺旋结构。分子一般是由多个原子构成的，而原子之间不是简单的堆积成分子，而是有一定的顺序，具有空间结构。如甲烷分子(CH4)，它呈现一个空间正四面体的结构，碳原子位于四面体的中心，四个氢分布在四个角上，每个甲烷分子都是这样相同的结构。如图所示是用橡皮泥、牙签制作的CH4、H2O、CO2、NH3分子的空间结构。

材料二、氯化物是重要的化工原料，其中PCl3、PCl5是有机合成中重要的催化剂。PCl5分子的空间构型为三角双锥形，“三角”是一个正三角形的三个顶点，等价的三个点，“双锥”是对称的两个锥顶(如图所示)。

材料三、锡是第ⅣA族的元素，是一种略带蓝白色的具有金属光泽的低熔点金属元素。早在远古时代，人们便发现并使用锡了。在我国的一些古墓中，便常发掘到一些锡壶、锡烛台之类锡器。据考证，我国周朝时，锡器的使用已十分普遍了。在埃及的古墓中，也发现有锡制的日常用品。虽然锡和碳一样能生成四氯化物如SnCl4，但SnCl4又不同于CCl4而有两种可能的立体结构。

(1)甲烷是五原子分子，五原子分子都是正四面体结构吗？分子的立体构型与化学式有必然联系吗？

提示：不是，没有。如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等虽为四面体结构，但由于碳原子所连的四个原子有所不同，四个原子电子云的排斥力不同，使四个键的键角不全相等，所以并不是正四面体结构；AB2(或A2B)型分子可能是直线形分子，也可能是V形分子，AB3(或A3B)型分子可能是平面三角形分子，也可能是三角锥形分子，AB4型分子一定是正四面体形分子。

(2)磷的氯化物有PCl3和PCl5，PCl3分子的VSEPR模型和空间构型分别是什么形状？白磷在过量氯气(其分子有三种35Cl2、37Cl2、35Cl37Cl分子)中燃烧时，根据PCl5分子的空间构型为三角双锥形，推断产物PCl5共有几种不同分子？

提示：四面体形、三角锥形、12。PCl3分子的VSEPR模型和分子空间构型分别是四面体形，中心原子有一对孤电子对，PCl3分子的空间构型是三角锥形。白磷与氯气的35Cl2、37Cl2、35Cl37Cl分子反应生成的五氯化磷有：P35Cl5(1种)、P35ClCl(2种，有37Cl的一取代物可在角上和锥顶上共2种情况)；P35ClCl2(3种，有37Cl的二取代物可在两个角上、两个锥顶上和一个角一个锥顶上3种情况)；利用对称性，三取代物、四取代物与二取代物、一取代物是相同的。共计有(1＋2＋3)×2＝12种。

(3)根据材料三提出的SnCl4两种可能的立体结构，这两种空间结构可能是什么立体结构？

提示：正四面体结构和正方形结构。SnCl4不同于CCl4，SnCl4两种可能的立体结构是正四面体结构和正方形结构(如图所示)。

1．试回答下列问题：

(1)利用价层电子对互斥模型推断下列分子或离子的立体构型：

SeO3____________；SCl2____________；NO____________；

NO__________；HCHO____________；HCN____________。

(2)利用价电子对互斥模型推断键角的大小：

①甲醛中H—C—H的键角________120°(填“＞”“＜”或“＝”，下同)；

②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角________120°；

③PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角________109°28′。

【解析】(1)SeO3中，Se的价层电子对数为3＋(6－3×2)＝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2＋(6－2×1)＝4，孤电子对数为2，SCl2为V形；NO中，N的价层电子对数为2＋(5－2×2－1)＝2，孤电子对数为0，NO为直线形；NO中，N的价层电子对数为2＋(5－2×2＋1)＝3，孤电子对数为1，NO为V形；HCHO分子中有1个双键，看作1对成键电子，2个C—H单键为2对成键电子，C原子的价层电子对数为3，且无孤电子对，所以HCHO分子的空间构型为平面三角形；HCN分子的结构式为H—C≡N，含有1个C≡N三键，看作1对成键电子，1个C—H单键为1对成键电子，故C原子的价层电子对数为2，且无孤电子对，所以HCN分子的空间构型为直线形。(2)甲醛为平面形分子，由于C===O与C—H之间的排斥作用大于2个C—H之间的排斥作用，所以甲醛分子中C—H键与C—H键的夹角小于120°。SnBr2分子中，Sn原子的成键电子对数＝2，孤电子对数＝1，由于孤电子对与Sn—Br键的排斥作用大于Sn—Br键之间的排斥作用，故键角＜120°。PCl3分子中，P的价层电子对数为3＋(5－3×1)＝4，含有1对孤电子对，由于孤电子对与P—Cl键的排斥作用大于P—Cl键间的排斥作用，所以Cl—P—Cl的键角小于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＜　③＜

2．(1)利用VSEPR模型推断分子或离子的立体构型。

PO________；CS2________；BBr3________。

(2)为了解释和预测分子的立体构型，科学家在归纳了许多已知的分子立体构型的基础上，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分子的立体构型是平面三角形而NF3分子的立体构型是三角锥形的原因是__________________________________。

【解析】(1)PO是AB4型，成键电子对数是4，为正四面体形。CS2是AB2型，成键电子对数是2，是直线形。BBr3是AB3型，成键电子对数是3，是平面三角形。(2)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。

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，还有一对未成键的孤电子对，占据了N原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形

3．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构型依次是正四面体形、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________________________，该分子的立体构型为____________________。

(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的最简单氢化物的分子空间构型分别是正四面体形与三角锥形，这是因为________________________(填序号)。

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

【解析】由题意可推出D、E、X、Y、Z分别为C、N、Si、S、Cl。

(1)HClO中氧原子是中心原子，价层电子对数＝2＋×(6－1×1－1×1)＝4，该分子的立体构型为V形。(2)SO3中硫原子的价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形。(3)SiCl4是正四面体结构，键角为109°28′。(4)CH4、NH3的中心原子的价层电子对数均为4，分子构型不同的根本原因是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。

答案：(1)H—Cl　2＋×(6－1×1－1×1)＝4　V形　(2)3s23p4　平面三角形　(3)SiCl4　109°28′　(4)c

【补偿训练】

用价层电子对互斥模型判断下列分子或离子的空间结构：

(1)PbCl2：____________；ClO____________。

(2)Na3AsO4可作杀虫剂，AsO的立体构型为______________________。

(3)BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的立体构型为______________。

(4)V2O5常用作SO2转化为SO3的催化剂。SO2分子中S原子价层电子对数是______________对，分子的立体构型为__________；V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠(Na3VO4)，该盐阴离子的立体构型为__________；也可以得到偏钒酸钠，其阴离子呈如图所示的无限链状结构，则偏钒酸钠的化学式为__________。

【解析】(1)PbCl2中中心原子Pb的孤电子对数是(4－1×2)÷2＝1，价层电子对数是2＋1＝3，所以PbCl2的空间结构是V形；ClO中Cl的价层电子对数是4＋

×(7＋1－4×2)＝4，且不含孤电子对，所以ClO的空间结构是正四面体形。(2)AsO中As无孤电子对，立体构型为正四面体形。(3)BF的中心原子B价层电子对数是4＋(3－1×4＋1)＝4，且B原子上无孤电子对，所以BF的立体构型为正四面体形。(4)SO2分子中S原子价层电子对数是3对，分子的立体构型为V形；VO中，V形成4个σ键，孤电子对数为＝0，为正四面体结构；由链状结构可知每个V与3个O形成阴离子，且V的化合价为＋5，则形成的化合物的化学式为NaVO3。

答案：(1)V形　正四面体形　(2)正四面体形　(3)正四面体形　(4)3　V形　正四面体形　NaVO3