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第二节 分子的空间结构
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
基础过关练
题组一 分子结构的测定
1.下列能够获得有机物中所含官能团信息的是( )
A.红外光谱 B.质谱法
C.色谱法 D.核磁共振氢谱
2.某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成,其红外光谱图只有C—H键、O—H键、C—O键的振动
吸收,该有机物的相对分子质量是60,则该有机物的结构简式是( )
A.CH CH OCH B.CH CH(OH)CH
3 2 3 3 3
C.CH CH OH D.CH COOH
3 2 3
3.如图是一种分子式为C H O 的有机物的红外光谱图,则该有机物可能为( )
4 8 2
A.CH COOCH CH B.CH CH CH COOH
3 2 3 3 2 2
C.HCOOCH CH CH D.(CH ) CHCH COOH
2 2 3 3 2 2
题组二 多样的分子空间结构
4. 下列分子的空间结构模型正确的是( )
A B C D
CO H O NH CH
2 2 3 4
5.下列分子的空间结构与水分子相似的是( )
A.CO B.H SC.PCl D.SiCl
2 2 3 4
6.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
7.根据所学知识填空:
(1)三原子分子常见的空间结构有 形(如CO )和 形(如H O)。
2 2
(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CH 键角是 。
4
题组三 价层电子对互斥模型
8.下列有关价层电子对互斥模型的描述正确的是( )
A.价层电子对数就是σ键电子对数
B.孤电子对数由化学式来确定
C.分子的空间结构是价层电子对互斥的结果
D.孤电子对数等于π键数
9.下列分子的中心原子有一对孤电子对的是( )
A.H O B.BeCl C.CH D.PCl
2 2 4 3
10.下列分子的中心原子的价层电子对数是3的是( )
A.H O B.BF C.CH D.NH
2 3 4 3
11.根据VSEPR模型预测,下列分子中键角是120°的是( )
A.C H B.CH C.BF D.NH
2 2 4 3 3
12.下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是( )
深度解析
A.SO2- B.ClO- C.NO-D.ClO-
3 4 2 3
13.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.CH 与CH Cl 均为正四面体形
4 2 2
B.BeCl 与SO 为直线形
2 2
C.BF 与PCl 为三角锥形
3 3D.NO-与CO2-为平面三角形
3 3
14.用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构,其中不正确的是( )
A.NH+为正四面体形 B.CS 为直线形
4 2
C.HCN为折线形(V形) D.PCl 为三角锥形
3
15.用价层电子对互斥模型推测下列分子(或离子)的空间结构。
深度解析
(1)H S: (2)NH-:
2 2
(3)CHCl : (4)SiF :
3 4
16.用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构。
分子或离子 VSEPR模型名称 空间结构名称
BeCl
2
SCl
2
PF
3
NH+
4
SO2-
3
能力提升练
题组一 分子空间结构的判断
1.( )下列各组微粒的空间结构相同的是( )
①NH 和H O ②NH+和H O+ ③NH 和H O+ ④O 和SO ⑤CO 和BeCl ⑥SiO4-和SO2-
3 2 4 3 3 3 3 2 2 2 4 4
⑦BF 和CCl
3 4
A.全部 B.除④⑥⑦外
C.③④⑤⑥ D.②⑤⑥
2.(双选)( )短周期主族元素A、B可形成AB 分子,下列有关叙述正确的是( )
3
A.若A、B为同一周期元素,则AB 分子一定为平面三角形
3
B.若AB 分子中的价电子数为24,则AB 分子可能为平面三角形
3 3C.若A、B为同一主族元素,则AB 分子一定为三角锥形
3
D.若AB 分子为三角锥形,则AB 分子可能为NH
3 3 3
题组二 根据价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构
3.(2020云南昭通高二期末, )下列有关SO 的说法正确的是( )
3
A.空间结构与NH 相似 B.空间结构与SO 相似
3 2
C.空间结构与BF 相似 D.空间结构与P 相似
3 4
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( )
①NH+ ②PH ③H O+ ④SO2-
4 3 3 4
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
5.(2019四川蓉城名校联盟高二下期中, )下列微粒的价层电子对互斥模型(VSEPR模型)和微粒的空
间结构不相同的是( )
A.PCl B.BCl C.CO2- D.NO-
3 3 3 3
6.(2019黑龙江牡丹江第一高级中学高二月考, )下列分子或离子中,中心原子含有2对孤电子对的是
( )
A.SO B.CH- C.H S D.NH+
2 3 2 4
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结构。下列判断正确的是( )
易错
A.SO 、CS 、HI都是直线形分子
2 2
B.BF 键角为120°,SnBr 键角大于120°
3 2
C.COCl 、BF 、SO 都是平面三角形分子
2 3 3
D.PCl 、NH 、PCl 都是三角锥形分子
3 3 5
8.( )(1)利用VSEPR模型推测分子或离子的空间结构。
ClO-: ;AlBr (共价分子): 。
4 3
(2)有两种活性反应中间体,它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种
粒子的结构,写出相应的化学式:;
。
(3)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: 。
9.( )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),用于预测简单分子的空间
结构。其要点可以概括为:
Ⅰ.用AX E 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
n m
心原子价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的主要顺序为:
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)由AX E 的VSEPR模型填写下表:
n m
n+m 2 ①
VSEPR模型 ② 四面体形
价层电子对之间的键角 ③ 109°28'
(2)请用VSEPR模型解释CO 为直线形分子的原因:
2
。(3)H O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:
2
。
(4)SO Cl 和SO F 都属于AX E 型分子,S、O之间以双键结合,S与Cl、S与F之间以单键结合。请你
2 2 2 2 4 0
预测SO Cl 和SO F 分子的空间结构: 。SO Cl 分子中∠Cl—S—Cl (填“<”“>”或
2 2 2 2 2 2
“=”)SO F 分子中∠F—S—F。
2 2
答案全解全析
基础过关练
1.A 2.B 3.A 4.D 5.B 6.B 8.C 9.D
10.B 11.C 12.B 13.D 14.C
1.A 红外光谱可测定有机物中的化学键或官能团。
2.B A中不存在O—H键;C中有机物相对分子质量不是60;D中还存在 键。
3.A 本题所给选项中有机物的结构简式分别为 、 、
、 。首先排除D项,因D项的分子式为C H O ,与题干不
5 10 2
符;再由题图可知有不对称—CH 、C—O—C,则排除B、C项;而A项存在不对称—CH 、 与C
3 3
—O—C,所以该有机物可能是CH COOCH CH 。
3 2 3
4.D CO 的空间结构是直线形,A项错误;H O的空间结构为V形,B项错误;NH 的空间结构为三角锥
2 2 3
形,C项错误;CH 是正四面体结构,D项正确。
4
5.B S与O同主族,二者形成的氢化物的空间结构相似,均为V形分子;而CO 为直线形分子、PCl 为
2 3
三角锥形分子、SiCl 为正四面体形分子。
4
6.B 键角为180°的分子,空间结构是直线形,例如CO 是直线形分子,A正确;苯分子的键角为120°,但
2
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。
7.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 109°28'
解析 (1)CO 是直线形,H O是V形。(2)甲醛(HCHO)分子呈平面三角形,氨分子呈三角锥形,白磷分子
2 2
呈正四面体形。(3)CH 分子呈正四面体形。
4
8.C 价层电子对数是σ键电子对数与孤电子对数之和,孤电子对数与中心原子价电子数、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。
H
··· ··· ··
9.D 方法1:选项中四种物质的电子式依次为H··¿· O · ··H、 ·· · C · l ··Be·· · C · l ·· 、H·· C ····H、 ·· Cl · P ···· Cl
·· ·· Cl ··
· ·
·· ·· ·· ··
·
H
。H O中中心原子有两对孤电子对,BeCl 和CH 中中心原子没有孤电子对,PCl 中中心原子有一对孤
·· 2 2 4 3
电子对。
方法2:将选项中各物质的已知数据代入公式:中心原子上的孤电子对数=1×(a-xb),经计算知,选项中各
2
分子中心原子上的孤电子对数依次为2、0、0、1。故选D。
10.B H O中O的价层电子对数=2+1×(6-2×1)=4;BF 中B的价层电子对数=3+1×(3-3×1)=3;CH 中C
2 3 4
2 2
的价层电子对数=4+1×(4-4×1)=4;NH 中N的价层电子对数=3+1×(5-3×1)=4。
3
2 2
11.C 根据VSEPR模型,C H 分子为直线形,键角为180°;CH 分子为正四面体形,键角为109°28';BF
2 2 4 3
分子为平面三角形,键角为120°;NH 分子为三角锥形,键角为107°。
3
12.B SO2-的中心原子价层电子对数为4,且含一对孤电子对,所以其VSEPR模型与其空间结构不一致,
3
A项错误;ClO-的中心原子价层电子对数为4,不含孤电子对,所以其VSEPR模型与其空间结构一致,B
4
项正确;NO-的中心原子价层电子对数为3,含有一对孤电子对,其VSEPR模型与其空间结构不一致,C
2
项错误;ClO-的中心原子价层电子对数为4,含有一对孤电子对,其VSEPR模型与其空间结构不一致,D
3
项错误。
特别提醒 分子或离子的价层电子对互斥模型与其空间结构不一定一致,分子或离子的空间结构指的
是构成微粒在空间的排布,不包括中心原子未成键的孤电子对。两者是否一致取决于中心原子上有无
孤电子对,当中心原子上无孤电子对时,两者一致;当中心原子上有孤电子对时,两者不一致。13.D CH 呈正四面体形,CH Cl 呈四面体形,A项错误;BeCl 呈直线形,SO 呈V形,B项错误;BF 呈平
4 2 2 2 2 3
面三角形,PCl 呈三角锥形,C项错误;NO-与CO2-均呈平面三角形,D项正确。
3 3 3
14.C NH+、CS 、HCN、PCl 的VSEPR模型分别为正四面体形、直线形、直线形、四面体形,其中
4 2 3
前三者中心原子均无孤电子对,空间结构就是VSEPR模型,PCl 分子中有1对孤电子对,所以空间结构
3
为三角锥形。
15.答案 (1)V形 (2)V形 (3)四面体形 (4)正四面体形
解析 判断出分子或离子的中心原子含有的孤电子对数和结合的原子数:
化学式 H S NH- CHCl SiF
2 2 3 4
中心原子含有的孤电子对数 2 2 0 0
中心原子结合的原子数 2 2 4 4
根据以上数据不难判断出各种分子或离子的空间结构。
规律总结 确定AB 型分子或离子空间结构的思路
m
(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。
16.答案
分子或离子 VSEPR模型名称 空间结构名称
BeCl 直线形 直线形
2
SCl 四面体形 V形
2
PF 四面体形 三角锥形
3
NH+ 正四面体形 正四面体形
4
SO2- 四面体形 三角锥形
3解析 根据各分子或离子的电子式和结构式,分析中心原子的孤电子对数,依据中心原子连接的原子
数和孤电子对数,确定VSEPR模型和分子、离子的空间结构:
中心原子的 价层电 VSEPR
分子或离子 空间结构名称
孤电子对数 子对数 模型名称
BeCl 0 2 直线形 直线形
2
SCl 2 4 四面体形 V形
2
PF 1 4 四面体形 三角锥形
3
NH+ 0 4 正四面体形 正四面体形
4
SO2- 1 4 四面体形 三角锥形
3
能力提升练
1.C 2.BD 3.C 4.B 5.A 6.C 7.C
1.C NH 为三角锥形结构,H O为V形结构,二者空间结构不同,①错误;NH+为正四面体形结构,H O+为
3 2 4 3
三角锥形结构,二者空间结构不同,②错误;NH 为三角锥形结构、H O+为三角锥形结构,二者空间结构
3 3
相同,③正确;O 、SO 的空间结构都是V形,④正确;CO 是直线形结构,BeCl 是直线形结构,二者空间
3 2 2 2
结构相同,⑤正确;SiO4-和SO2-都是正四面体形结构,⑥正确;BF 为平面三角形结构,CCl 为正四面体形
4 4 3 4
结构,二者空间结构不同,⑦错误。
2.BD A项,若为PCl ,则分子空间结构为三角锥形,错误;B项,BCl 符合要求,其分子空间结构为平面
3 3
三角形,正确;C项,若为SO ,则分子空间结构为平面三角形,错误;D项,可能为NH ,也可能为NF 等,正
3 3 3
确。
3.C SO 分子的空间结构为平面三角形。氨气分子中中心原子价层电子对数=σ键个数+孤电子对数
3
=3+1×(5-3×1)=4,且含有一对孤电子对,所以其空间结构为三角锥形,A错误;SO 分子中,S原子形成2
2
2
个σ键,孤电子对数为1×(6-2×2)=1,价层电子对
2数=σ键个数+孤电子对数=2+1=3,且含有一对孤电子对,所以空间结构为V形,B错误;BF 分子中中心
3
原子硼原子的价层电子对数=3+1×(3-3×1)=3,无孤电子对,空间结构为平面三角形,C正确;白磷(P )属于
4
2
单质,空间结构为正四面体形,D错误。
4.B 所给分子或离子中中心原子价层电子对数:①4+1×(5-1-4×1)=4,②3+1×(5-3×1)=4,③3+1×(6-1-
2 2 2
3×1)=4,④4+1×(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
2
锥形,则中心原子结合三个原子,即存在一对孤电子对,②、③符合。
5.A A项,PCl 中P原子价层电子对数是4,VSEPR模型是四面体形,有1对孤电子对,微粒的空间结构
3
是三角锥形;B项,BCl 中B原子价层电子对数是3,VSEPR模型是平面三角形,无孤电子对,微粒的空间
3
结构是平面三角形;C项,CO2-中C原子价层电子对数是3,VSEPR模型是平面三角形,无孤电子对,微粒
3
的空间结构是平面三角形;D项,NO-中N原子价层电子对数是3,VSEPR模型是平面三角形,无孤电子
3
对,微粒的空间结构是平面三角形。
6.C SO 的中心原子S的价层电子对数为3,S原子有1对孤电子对;CH-的中心原子C原子的价层电
2 3
子对数为4,C原子有1对孤电子对;H S的中心原子S的价层电子对数为4,S与2个H形成了2个σ键,
2
S原子还有2对孤电子对;NH+中心原子N的价层电子对数为4,N原子与4个H原子形成了4个σ
4
键,N原子没有孤电子对。综上所述,本题选C。
7.C SO 是V形分子,CS 、HI是直线形分子,A错误;BF 键角为120°,是平面三角形结构,而Sn原子价
2 2 3
电子数是4,在SnBr 中Sn原子上有一对孤电子对,对成键电子对排斥作用较大,使键角小于120°,B错
2
误;COCl 、BF 、SO 都是平面三角形分子,键角是120°,C正确;PCl 、NH 都是三角锥形分子,而PCl
2 3 3 3 3 5
是三角双锥形结构,D错误。
易错提示 利用VSEPR模型确定分子的空间结构的注意事项
(1)对于AB 型分子,成键电子对数等于与中心原子相连的原子个数。
n
(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AB 型分子只能为直线形或V形结构,AB 型分子只能为平面
2 3
三角形或三角锥形结构。故根据分子类型(AB 型)和孤电子对数能很快确定分子的空间结构。
n
8.答案 (1)正四面体形 平面三角形(2)CH+ CH-
3 3
(3)BF NF CF
3 3 4
解析 (1)ClO-中心原子成键电子对数是4,没有孤电子对,空间结构为正四面体形。AlBr 是AB 型分
4 3 3
子,中心原子成键电子对数是3,没有孤电子对,空间结构是平面三角形。(2)AB 型分子中,中心原子无
3
孤电子对的呈平面三角形,有一对孤电子对的呈三角锥形,所以分别是CH+、CH-。(3)由第二周期非金
3 3
属元素的原子构成的中性分子中,呈三角锥形的是NF ,呈平面三角形的是BF ,呈正四面体形的是
3 3
CF 。
4
9.答案 (1)①4 ②直线形 ③180°
(2)CO 中C原子价层电子对数为2,由VSEPR模型知,两对成键电子对应尽量远离,故为直线形结构
2
(3)V形 ∠H—O—H应略小于109°28',因为H O分子中中心O原子价层电子对数为4,分占不同的位
2
置,它们同样要尽量远离,故H O的VSEPR模型为四面体形,但是由于两对未成键电子对的排斥作用,
2
导致∠H—O—H略小于109°28'
(4)四面体形 >
解析 (2)CO 中C的价层电子对数为2+1×(4-2×2)=2,由VSEPR模型知,两对成键电子对应尽量远离,
2
2
故为直线形结构,即CO 分子为直线形分子。(4)中心原子S原子的价层电子对数为4+1×(6-2×2-
2
2
2×1)=4,4对价层电子对应尽量远离,故为四面体结构,由于周围原子的半径不完全相同,故SO F 和
2 2
SO Cl 的空间结构为四面体形;由于Cl的原子半径大于F的原子半径,Cl原子间的排斥力大于F原子
2 2
间的排斥力,故Cl—S—Cl的键角大于F—S—F的键角。
