高中化学第二章分子结构与性质2-1形形色色的分子价层电子对互斥理论同步检测含解析 人教版选修3 13页

第1课时　形形色色的分子　价层电子对互斥理论 记一记 探一探 一、形形色色的分子 ‎1．分子的空间构型主要是由共价键的什么性质决定的？原子数目相同的分子空间构型一定相同吗？‎ ‎[提示]　 分子的空间构型主要是由共价键的方向性决定的。原子数目相同的分子空间构型不一定相同。例如CO2和H2O、NH3和甲醛原子数相同，但空间构型不同。‎ ‎2．AB2型分子空间构型一般有哪些情况？NH3和甲醛分子中那个的键角要大？甲烷和白磷(P4)分子的空间形状分别是什么形状，键角分别为多少？‎ ‎[提示]　AB2型分子空间构型一般有V形和直线形。NH3和甲醛分子的形状分别为三角锥形和平面三角形，前者键角约为107°，后者键角约120°，甲醛的键角大。甲烷和白磷(P4)分子的空间形状均为正四面体，甲烷键角为109°28′，白磷键角为60°。‎ 二、价层电子对互斥理论 ‎1．NH3、H2O、CH4、SO、 NH的σ键电子对数分别为多少？NH3、H2O、CH4、SO的中心原子的孤电子对数分别为多少？‎ ‎[提示]　σ键电子对数＝中心原子结合的原子数；中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)。 ‎ ‎2．如何根据价层电子对数确定分子的空间构型？价层电子对数相同的分子(离子)空间构型一定相同吗？‎ ‎[提示]　σ键电子对数＋孤电子对数＝价层电子对数VSEPR模型 - 13 -‎ eq o(―――――――→,sup7(略去孤电子对))分子或离子的立体构型。 价层电子对数相同的分子(离子)空间构型不一定相同，价层电子对数相同，则VSEPR模型相同，但是分子的空间构型还与中心原子的孤电子对数有关。‎ 探究感悟　　‎ ‎　‎ 判一判 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)H2O分子为V形，CO2为直线形。(√)‎ ‎(2)大多数四原子分子采用平面三角形和三角锥形，前者的键角一般比后者大。(√)‎ ‎(3)甲烷、四氯化碳、三氯甲烷均为具有正四面体结构的分子，键角都是109°28′。(× )‎ ‎(4)NH3分子中心原子孤电子对为0，分子为三角锥形，键角为107°。(×)‎ ‎(5)CH2Cl2分子只有一种，可说明CH4的立体构型为正四面体形而不是平面正方形。(√)‎ ‎(6)分子的VSEPR模型和相应分子的立体构型是相同的。(×)‎ ‎(7)根据价层电子对互斥理论，H3O＋的立体构型为平面正三角形。(×)‎ ‎(8)SO2分子与CO2分子中心原子的价层电子对数分别为3和2，所以空间构型不同 。(√)‎ ‎(9)CCl4和H2O的中心原子的价层电子对数都是4，所以分子的VSEPR模型相同。(√)‎ ‎(10)SnBr2分子中Sn原子含有2对孤电子对，Sn—Br键的键角小于180°。(√)‎ 练一练 ‎1.下列常见分子的立体构型或键角正确的是 (　　)‎ A．CH2O：三角锥形　B．NH3：键角109°28′‎ C．H2O：键角180° D．CH4：正四面体形 解析：甲醛CH2O为平面三角形，A项错误；NH3为三角锥形，键角不是109°28′，B项错误；水分子是V形，所以键角不是180°，C项错误；CH4是正四面体形，D项正确。‎ 答案：D ‎2．下列各组微粒中心原子的价层电子对数相等的是(　　)‎ A．SnCl2、BeCl2 B．BF3、NH3‎ C．CCl4、SiF4 D．CS2、OF2‎ 解析：SnCl2、BeCl2中心原子的价层电子对数分别为3、2，不相等，A项错误；BF3、NH3中心原子的价层电子对数分别为3、4，不相等，B项错误；CCl4、SiF4 中心原子的价层电子对数均为4，相等，C项正确；CS2、OF2‎ - 13 -‎ 中心原子的价层电子对数分别为2、4，不相等，D项错误。 ‎ 答案：C ‎3．H2S2的结构式为H—S—S—H，S2Cl2的结构式为Cl—S—S—Cl，下列有关H2S2与S2Cl2的说法不正确的是(　　)‎ A．均为直线形分子 B．分子中σ键数目相同 ‎ C．每个S原子均有2对孤电子对 D．S原子的价层电子对数为4‎ 解析：二者中心原子的价层电子对数均为4，而且均有2对孤电子对，所以C、D两项均正确；二者分子相当于有两个V形结构，故不可能是直线形，所以A项错误；由结构式可知每个分子均含有3个σ键，B项正确。 ‎ 答案：A ‎4．(1)计算下列分子中标“·”原子的价层电子对数：‎ ‎①Cl4________；②eCl2________；③Cl3________；④Cl3________。‎ ‎(2)计算下列分子中标“·”原子的孤电子对数：‎ ‎①H2 ________；②Cl5________；③F3________；④H3________。‎ 解析：‎ ‎(1)根据ABm型分子中价电子对数目n的计算公式：‎ n＝ ‎①CCl4中C原子的价电子对数为＝4；‎ ‎②BeCl2中Be原子的价电子对数为＝2；‎ ‎③BCl3中B原子的价电子对数为＝3；‎ ‎④PCl3中P原子的价电子对数为＝4。‎ ‎(2)根据ABm型分子中心原子的孤电子对数＝(a－xb)的计算公式：‎ ‎①H2S中的S原子的孤电子对数：×(6－2×1)＝2；‎ ‎②PCl5中的P原子的孤电子对数：×(5－5×1)＝0；‎ ‎③BF3中的B原子的孤电子对数：×(3－3×1)＝0；‎ - 13 -‎ ‎④NH3中的N原子的孤电子对数：×(5－3×1)＝1。‎ 答案：(1)①4　②2　③3　④4　(2)①2　②0　③0　④1‎ 知识点一 形形色色的分子 ‎1.下列分子中的立体结构模型正确的是(　　)‎ A．CO2的立体结构模型 ‎ B．H2O的立体结构模型 ‎ C．NH3的立体结构模型 ‎ D．CH4的立体结构模型 ‎ 解析：CO2的立体构型为直线形，A项不正确；H2O的立体构型为V形，B项不正确；NH3的立体构型为三角锥形，C项不正确；CH4的立体构型为正四面体形，D项正确。‎ 答案：D ‎2．下列分子构型与分子中共价键键角对应一定正确的是(　　)‎ A．直线形分子：180° B．平面正三角形：120°‎ C．三角锥形：109°28′ D．正四面体形：109°28′‎ 解析：HCl是直线形分子，因只有一个共价键，故不存在键角，A项错误；氨分子呈三角锥形，键角为107°，C项错误；甲烷与白磷分子均是正四面体形分子，但键角分别为109°28′、60°，D项错误。‎ 答案：B 知识点二 价层电子对互斥理论 ‎3.下列分子或离子的中心原子上孤电子对数最多的是(　　)‎ A．H2O B．NH3‎ C．NH D．PCl3‎ 解析：A项，氧原子有两对未成键的价电子对；B项，NH3分子中N原子有一对孤电子对；C项，NH的中心原子的价电子全部参与成键；D项，磷原子有一对未成键的价电子对。‎ 答案：A - 13 -‎ ‎4．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 解析：SeS3中的Se价层电子对数为3，故其分子构型为平面三角形，D项正确。‎ 答案：D 综合考查 ‎5.下列对应关系不正确的是(　　)‎ 选项 A B C D 中心原子 所在族 ⅣA ⅤA ⅣA ⅥA 分子通式 AB4‎ AB3‎ AB2‎ AB2‎ 立体构型 正四面体形 平面三角形 直线形 V形 解析：当中心原子在ⅤA族，AB3分子应是三角锥形。当中心原子在ⅣA族，AB4分子是正四面体形，AB2分子是直线形。当中心原子在ⅥA族，AB2分子是V形。‎ 答案：B ‎6．已知CH4中C—H键间的键角为109°28′，NH3中N—H键间的键角为107°，H2O中O—H键间的键角为105°，则下列说法中正确的是(　　)‎ A．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 B．孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力 C．孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力 D．题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力和成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系 解析：电子对间排斥力的大小顺序为孤电子对－孤电子对＞孤电子对－成键电子对＞成键电子对－成键电子对，恰好可以解释上述分子的键角大小关系，A项正确。‎ 答案：A ‎7．三原子分子或离子的常见立体构型有________形和________形两种；四原子分子或离子的常见立体构型有________形和________形两种；五原子分子或离子最常见的立体构型是________形。CO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分子的立体构型为________________形。‎ 解析：组成确定的微粒，其立体构型既与中心原子的σ键电子对数有关，也与中心原子是否存在孤电子对有关，由于这些微粒的中心原子有些有孤电子对，有些则没有，故它们的立体构型有所不同。‎ 答案：直线　V　平面三角　三角锥　四面体　120°　正四面体 - 13 -‎ 基础达标 ‎1.以下分子或离子的结构为正四面体形且键与键夹角为109°28′的是(　　)‎ ‎①CH4　②GeCl4　③CH3Cl　④P4　⑤SO A．①②④ B．①②③④⑤ C．①② D．①②⑤‎ 解析：在CH4和GeCl4中，中心原子价层电子对数均为4，且没有孤电子对，4个氢原子和4个氯原子在空间呈正四面体形排列，且键角为109°28′；CH3Cl可看成CH4中一个氢原子被一个氯原子替换，由于氢原子与氯原子间的排斥作用力不同且氢原子与氯原子半径不同，故CH3Cl的立体构型不是正四面体形；P4是正四面体结构，但键角为60°；SO中S原子价层电子对数为4，没有孤电子对，SO为正四面体形，键角为109°28′。‎ 答案：D ‎2．若ABn分子的中心原子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，则分子的立体构型为V形 B．若n＝3，则分子的立体构型为三角锥形 C．若n＝4，则分子的立体构型为正四面体形 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。‎ 答案：C ‎3．下列各组分子的立体构型名称相同的是(　　)‎ A．SCl2、BeCl2 B．BF3、NF3‎ C．CF4、SiCl4 D．CO2、SF2‎ 解析：先确定分子的价层电子对数、孤电子对数后再确定分子的立体构型。‎ σ键电 子对数 孤电子对数 价层电 子对数 分子立 体构型 SCl2‎ ‎2‎ ×(6－2×1)＝2‎ ‎4‎ V形 BeCl2‎ ‎2‎ ×(2－2×1)＝0‎ ‎2‎ 直线形 - 13 -‎ BF3‎ ‎3‎ ×(3－3×1)＝0‎ ‎3‎ 平面三角形 NF3‎ ‎3‎ ×(5－3×1)＝1‎ ‎4‎ 三角锥形 CF4‎ ‎4‎ ×(4－4×1)＝0‎ ‎4‎ 正四面体形 SiCl4 ‎ ‎4‎ ×(4－4×1)＝0‎ ‎4‎ 正四面体形 CO2‎ ‎2‎ ×(4－2×2)＝0‎ ‎2‎ 直线形 SF2‎ ‎2‎ ×(6－2×1)＝2‎ ‎4‎ V形 答案：C ‎4．SO离子的中心原子孤对电子计算公式为(a－xb)/2，下列对应的数值正确的是(　　)‎ A．a＝8　x＝3　b＝2 B．a＝6　x＝3　b＝2‎ C．a＝4　x＝2　b＝3 D．a＝6　x＝2　b＝3‎ 解析：SO离子的中心原子孤对电子计算公式为(a－xb)/2中，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，因此a＝6＋2＝8，x＝3，b＝2，故选A。‎ 答案：A ‎5．下列分子中，价层电子对互斥模型与分子的立体结构模型相同的是(　　)‎ ‎①CH2O　②CO2　③NCl3　④H2S A．①② B．②③‎ C．③④ D．①④‎ 解析：两种模型相同，说明中心原子的价电子均参与成键，无孤电子对存在。 ‎ 答案：A ‎6．下列有关H3O＋与NH的说法正确的是(　　)‎ A．价层电子对互斥模型相同 B．互为等电子体 - 13 -‎ C．立体结构相同 D．键角相同 解析：H3O＋与NH的价层电子对数均为4，A项正确；二者原子数目不同，不属于等电子体，B项错误；H3O＋与NH分别属于三角锥形、四面体形，C项错误；H3O＋与NH分别属于三角锥形、正四面体形，所以键角不同，D错误。‎ 答案：A ‎7．硫化羰(分子式为COS)是一种有臭鸡蛋气味的无色气体，可视为由一个硫原子取代了CO2分子中的一个氧原子后形成的，下列有关硫化羰的说法正确的是(　　)‎ A．硫化羰的结构式为C===O===S B．分子中三个原子位于同一直线上 C．中心原子价层电子对数为4‎ D．分子是V形结构 解析：由题干信息可知，硫化羰的中心原子是碳，结构式为O===C===S，中心原子价层电子对数是2，属于直线形分子，故B项正确。‎ 答案：B ‎8．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：‎ ‎(X)，(Y)‎ 下列说法错误的是(　　)‎ A．X的组成为CH B．Y的组成为CH C．X的价层电子对数为4 D．Y中键角小于120°‎ 解析：由图可知，X为平面三角形结构，其碳原子应该有三对价层电子对，其组成为CH，A项正确，C项错误；Y为三角锥形结构，其碳原子有四对价层电子对，故其组成为CH，键角比120°小，B、D项正确。‎ 答案：C ‎9．下列说法中正确的是(　　)‎ A．NO2、BF3、NCl3分子中原子的最外层电子都不满足8电子稳定结构 B．PCl3、NH3 和NCl3都是三角锥形分子，所以键角一定相同 C．NH的电子式为，离子呈平面正方形结构 - 13 -‎ 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 解析：NCl3分子的电子式为，分子中各原子都满足8电子稳定结构，A项错误；三角锥形分子的键角不一定相同，B项错误；NH为正四面体形结构而非平面正方形结构，C项错误；NH3分子电子式为，有一对未成键的孤电子对，由于孤电子对对成键电子的排斥作用，使其键角为107°，呈三角锥形，D项正确。‎ 答案：D ‎10．下图为常见的分子结构图，据此判断下列说法中正确的是(　　 )‎ 分子 白磷 S8‎ B12‎ ‎(正二十面体)‎ CH4‎ 结构 A.正四面体结构的分子中键角一定是109°28′‎ B．白磷与B12分子中键角相等 C．S8分子中键角大于CO2分子中键角 D．CCl4与CH4的均为正四面体分子， 比例模型相同 解析：白磷为正四面体，但是键角为60°，A错误；白磷与B12分子中键角均为60°，B正确；S8分子中键角小于180°，而CO2分子为直线形，键角为180°，C错误；CCl4与CH4均为正四面体分子，但是原子半径Cl>C>H，所以比例模型不同，D错误。‎ 答案：B ‎11．用价层电子对互斥理论完成下列问题(点“·”的原子为中心原子)。‎ σ键电 子对数 孤电子 对数 VSEPR 模型 ‎ 分子(离 子)形状 eF2‎ lCl3‎ OCl - 13 -‎ O O 答案：‎ σ键电 子对数 孤电子 对数 VSEPR 模型 ‎ 分子(离 子)构型 eF2‎ ‎2‎ ‎2‎ 四面体 V形 lCl3‎ ‎3‎ ‎0‎ 平面三角形 平面三角形 ‎3‎ ‎1‎ 四面体 三角锥形 OCl ‎2‎ ‎1‎ 平面三角形 V形 O ‎2‎ ‎0‎ 直线形 直线形 O ‎2‎ ‎1‎ 平面三角形 V形 ‎12.按下列要求写出由第二周期非金属元素组成的中性分子的相关内容： ‎ ‎(1)平面三角形分子：分子式________。‎ ‎(2)三角锥形分子：分子式________，VSEPR模型的名称为________。‎ ‎(3)正四面体形分子：结构式________。‎ ‎(4)与O互为等电子体的一种化合物的分子式为________，O的电子式可表示为________，1 mol O中含有的π键数目为________。‎ 解析：‎ ‎(1)在第二周期元素中，形成平面三角形分子的是BF3；‎ ‎(2)形成三角锥形分子的是NF3，氮原子的价层电子对数是3＋1/2×(5－3)＝4，有一对孤电子对，所以为三角锥形，VSEPR模型为四面体形；‎ ‎(3)形成的正四面体形分子为CF4，碳原子与4个氟原子分别形成1个共价键，所以四氟化碳的结构式是；‎ ‎(4)O中含有10个价电子，所以与O互为等电子体的化合物的分子式是CO；O的电子式是[:O⋮⋮O:]2＋；该结构中含有三键，即含一个σ键和2个π键，所以1 mol O中含有π键数目为2NA。‎ - 13 -‎ 答案：(1)BF3　(2)NF3　四面体形　(3) (4)CO　[:O⋮⋮O:]2＋　2NA ‎13．X、Y、Z、W、R是元素周期表前四周期元素中的五种常见元素，其原子序数依次增大。X的基态原子的最外层电子排布式为nsnnpn＋1。Y、Z同主族且ZY2是导致酸雨的主要物质之一。R位于ds区且原子最外层只有一个电子。W原子次外层电子数为最外层电子数的7倍。回答下列问题：‎ ‎(1)W位于元素周期表第________周期________族，其基态原子的核外电子排布式为________。‎ ‎(2)Y的气态氢化物稳定性比Z的气态氢化物的稳定性________(填“强”或“弱”)。Y的第一电离能比X的________(填“大”或“小”)。‎ ‎(3)X的最常见的气体氢化物分子的VSEPR模型为________，分子的空间构型是________。‎ ‎(4)原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。分别写出一种与XO互为等电子体的单质和化合物的化学式________、________。‎ 解析：X、Y、Z、W、R是元素周期表前四周期元素中的五种常见元素，其原子序数依次增大。X的基态原子的最外层电子排布式为nsnnpn＋1，s能级容纳2个电子，则n＝2，故X为氮元素；Y、Z同主族且ZY2是导致酸雨的主要物质之一，则Y为氧元素、Z为硫元素；R位于ds 区且原子最外层只有一个电子，外围电子排布式为3d104s1，故R为Cu；W原子次外层电子数为最外层电子数的7倍，原子序数大于S、小于Cu，只能处于第四周期，最外层电子数为2、次外层电子数为14，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，故W为Fe。‎ ‎(1)W为铁元素，位于元素周期表第四周期Ⅷ族，其基态原子的核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d64s2；(2)非金属性O＞S，故氢化物稳定性H2O＞H2S，由于N的2P轨道半充满，所以N的第一电离能大于氧；(3)X的最常见的气态氢化物为NH3，氮原子形成3个N—H键，含有1对孤电子对，价层电子对数为4，分子的VSEPR模型为四面体形，分子的空间构型是三角锥形；(4)与NO互为等电子体的单质和化合物的化学式：O3、SO2。‎ 答案：(1)四　Ⅷ　[Ar]3d64s2　(2)强　大　(3)四面体形　三角锥形　(4)O3　SO2‎ 能力达标 ‎14．‎ - 13 -‎ 六氟化硫分子呈正八面体形(如图所示)，在高电压下仍有良好的绝缘性，在电器工业方面有着广泛的用途，但逸散到空气中会引起温室效应。下列有关六氟化硫的推测正确的是(　　)‎ A．六氟化硫易燃烧生成二氧化硫 B．六氟化硫中各原子均达到8电子稳定结构 C．六氟化硫分子中的S—F键都是σ键，且键长、键能都相等 D．若将六氟化硫分子中的2个F原子换成Cl原子，可以得到3种可能结构 解析：SF6分子中，S和F的化合价分别是＋6和－1，S的化合价已达到最高价，不会再升高，而F的氧化性比O强，所以六氟化硫不易燃烧，A错误；SF6分子中的硫原子并不是8电子稳定结构，氟原子满足8电子稳定结构，B错误；SF6分子中只有S—F极性共价单键，均为σ键，C正确；若将六氟化硫分子中的2个F原子换成Cl原子，只有2种可能结构产物，D错误。‎ 答案：C ‎15．(1)已知氯与硫均有多种含氧微粒，S有：SO2、SO、SO3、SO；Cl有：HClO、ClO、ClO、ClO，其中立体构型为V形的微粒有________；为三角锥形的有________；为平面正三角形的有________；为正四面体形的有________。‎ ‎(2)已知：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，而且孤电子对越多，对成键电子对的斥力越大，所以含有孤电子对的分子其键角要小于VSEPR模型中的键角；不含孤电子对的分子中，原子间形成化学键越多，斥力越大：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。‎ ‎①SiH4、PH3、H2S分子中H－Si－H、H－P－H、H－S－H的键角大小顺序为：________ 。‎ ‎②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角________120°；‎ ‎③PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角________109.5°。‎ ‎④俗称光气的氯代甲酰氯分子(COCl2)形状为：________，其分子中有两种键角：124.3°、111.4°，其中Cl—C—Cl的键角为________ 。‎ 答案：(1)SO2、HClO、ClO　SO、ClO　SO3　SO、ClO　(2)①H－Si－H＞H－P－H＞H－S－H　②<　③<　④平面三角形　111.4°‎ ‎16．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)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 - 13 -‎ 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 答案：‎ ‎(1)2＋×(6－1×1－1×1)＝4　V形 ‎(2)3s23p4　平面三角形　(3)SiCl4　109°28′　(4)c - 13 -‎