2.2.1分子结构的测定与多样性价层电子对互斥模型高二化学讲义习题（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课时分子结构的测定与多样性价层电子对互斥模型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。知识点一分子结构的测定知识点二多样的分子空间结构知识点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。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，B项正确。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CH、CO、OH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项错误。3.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】用燃烧分析法可确定有机物的分子式，A项错误；用质谱图可确定有机物的相对分子质量，B项正确；红外光谱图能确定有机物中所含官能团的种类，C项正确；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，D项正确。4.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，B项错误。5.某有机物A的分子式为C4H10O,红外光谱图如图所示,则A的结构简式为()A.CH3CH2OCH2CH3B.CH3OCH2CH2CH3C.CH3CH2CH2OCH3D.(CH3)2CHOCH3【答案】A【解析】红外光谱图中显示存在对称的甲基、对称的亚甲基和醚键,可得分子的结构简式为CH3CH2OCH2CH3。知识点二多样的分子空间结构1．三原子分子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2．四原子分子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3．五原子分子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4．其他多原子分子的空间结构1.下列关于物质的分子空间结构判断中不正确的是()A．H2O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。2.下列物质中,分子的空间结构与氨分子相似的是()A.CO2 B.H2S C.PCl3 D.SiCl4【答案】C【解析】氨分子是三角锥形，CO2是直线结构,H2S分子是V形，PCl3是三角锥形，SiCl4是正四面体形。3.下列分子的空间结构是正四面体形的是()①CH4②NH3③CF4④SiH4⑤C2H4⑥CO2A.①②③ B.①③④C.①③⑤ D.②④⑤【答案】B【解析】CH4、CF4、SiH4分子的空间结构都是正四面体形,而NH3是三角锥形,CO2是直线形,C2H4是平面形分子。4.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项错误；H2O的空间结构为V形，B项错误；NH3的空间结构为三角锥形，C项错误；CH4的空间结构为正四面体形，D项正确。5.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项正确；苯分子的键角为120°，但其空间结构是平面正六边形，B项错误；白磷分子的键角为60°，空间结构为正四面体形，C项正确；水分子的键角为105°，空间结构为V形，D项正确。知识点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H2O1.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+×(53×1)=4，含有1个孤电子对，分子应为三角锥形，A项错误；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项项正确；SO2的中心原子为硫原子，其价层电子对数为2+×(62×2)=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项错误；BF3的中心原子为B原子，其价层电子对数为3+×(33×1)=3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，D项错误。2.下列分子中,价层电子对互斥模型与分子的空间结构不一致的是()A.NH3 B.SO3 C.CCl4 D.CO2【答案】A【解析】NH3中心原子N原子价层电子对数=σ键个数+孤电子对个数=3+1=4，VSEPR模型为正四面体形，略去孤电子对后，实际上其空间结构是三角锥形，A符合题意；SO3的孤电子对数为×(63×2)=0,VSEPR模型与分子的空间结构相同，B不符合题意;CCl4的孤电子对数为×(44×1)=0,VSEPR模型与分子的空间结构相同，C不符合题意；CO2的孤电子对数为×(42×2)=0，VSEPR模型与分子的空间结构相同，D不符合题意。3.下列分子或离子中，中心原子含有孤电子对的是()A．PCl5B．NOC．SiCl4D．PbCl2【答案】D【解析】PCl5中心原子碳原子孤电子对个数=(55×1)=0，没有孤对电子，A项错误；NO3中心原子碳原子孤电子对个数=(5+13×2)=0，没有孤对电子，B项错误；SiCl4中心原子碳原子孤电子对个数=(44×1)=0，没有孤对电子，C项错误；PbCl2中心原子碳原子孤电子对个数=(42×1)=1，有孤对电子，D项正确。4.下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)的叙述中不正确的是()A.VSEPR模型可用于预测分子的空间结构B.VSEPR模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子C.中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥D.分子中键角越大,价层电子对相互排斥力越大,分子越稳定【答案】D【解析】VSEPR模型可用于预测分子的空间结构，A项正确；VSEPR模型可用于预测简单分子的空间结构，不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子，B项正确；中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间排斥力大于孤电子对和成键电子对间的排斥力，C项正确；分子的稳定性与键角没有关系，与化学键强弱有关，D项错误。5.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，D项正确。探究一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2．中心原子含孤电子对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3.常见物质的空间构型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、NO3440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【例1】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项错误；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项错误；COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子，键角是120°，C项正确；PCl3、NH3都是三角锥形分子，而PCl5是三角双锥形结构，D项错误。探究二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。【例2】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。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】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，A项正确；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，B项错误；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，C项正确；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，D项正确。2.下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是()A．SO32B．ClO4C．NO2D．ClO3【答案】B【解析】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，A项错误；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，B项正确；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，C项错误；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，D项错误。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´，D项错误。4.下列分子或离子的空间结构相同的是()A．BeCl2和SO2B．BF3和PCl3C．SO42和NH4+D．SO3和ClO3【答案】C【解析】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，A项错误；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，B项错误；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，C项正确；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，D项错误。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．O3B．H2SC．SO2D．SO3【答案】B【解析】H2S分子中，中心原子S的价层电子对数为2+×(62×1)=4，O3分子中，中心原子O的价层电子对数为2+×(62×2)=3，SO2分子中，中心原子S的价层电子对数为2+×(62×2)=3，SO3分子中，中心原子S的价层电子对数为3+×(63×2)=3，则与其他分子不同的是H2S，B项正确。6.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．P分子中三个共价键的键能、键长、键角都相等B．NH3、PH3、A键角由大到小的顺序为A＞PH3＞NH3C．CO2分子的键角是120°D．P、P都是三角锥形的分子【答案】A【解析】P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项正确；NH3、PH3、A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＞A，B项错误；CO2是直线形分子，键角是180°，C项错误；P是三角锥形的分子，P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项错误。7.下列对应关系不正确的是()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【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。8.下列对应关系不正确的是()选项ABCD中心原子所在族ⅣAⅤAⅣAⅥA分子通式AB4AB3AB2AB2空间结构正四面体形平面三角形直线形V形【答案】B【解析】当中心原子在第ⅤA族时，AB3分子应是三角锥形；当中心原子在第ⅣA族时，AB4分子是正四面体形，AB2分子是直线形;当中心原子在第ⅥA族时，AB2分子是V形。9.（双选）已知某有机化合物A的红外光谱图和质谱图如下所示，下列说法中错误的是()未知物A的红外光谱A.由红外光谱图可知,该有机化合物中至少有三种不同的化学键B.由质谱图可知,该有机化合物分子的相对分子质量为31C.由A的红外光谱图得知其元素组成可能为C、H、O三种元素D.若A的化学式为C2H6O,则其结构简式为CH3—O—CH3【答案】BD【解析】红外光谱图中给出的化学键有C—H、O—H和C—O三种，A、C项正确;由质谱图可知，该有机化合物分子的相对分子质量为46，B项错误；若A为CH3—O—CH3,则无O—H,与所给红外光谱图不符，D项错误。10.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。11.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=SB.分子中三个原子位于同一直线上C.中心原子价层电子排布式为2s22p4D.分子是V形结构【答案】B【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，中心原子价层电子排布式为2s22p2,属于直线形分子，B项正确。12.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。13.LiAlH4是一种强还原剂,能将乙酸(如图所示)直接还原成乙醇,即CH3COOHCH3CH2OH,下列有关说法不正确的是()A.第三周期元素中简单离子半径最小的是Al3+B.AlH4C.CH3COOH分子中键角α>βD.上述反应中通过官能团间的转化实现了物质类别的转化【答案】C【解析】第三周期元素中，阳离子有钠离子、镁离子和铝离子,均为10电子结构，核电荷数大则离子半径小，第三周期的阴离子有硫离子和氯离子，均为18电子结构，阴离子半径比同周期阳离子半径大，则简单离子半径最小的是Al3+，A项正确；AlH4—的中心原子孤电子对数为3+1-4×12=0，价层电子对数为4+0=4，则空间结构是正四面体形，B项正确；C=O键长比C—O键长短，且C=O上O原子距离中心原子较近，C=O中氧原子含有2对孤电子对，对成键电子对排斥力大于C—O中O上2对孤电子对对成键电子对的排斥力，故导致分子中键角α<β，C项错误；上述反应使乙酸转变为乙醇,通过官能团间的转化实现了物质类别的转化，14.(1)利用VSEPR理论推测分子或离子的空间结构。ClO3—；AlBr3(共价分子)。(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球棍模型，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；四面体形分子。【答案】(1)三角锥形平面三角形(2)CH3+CH3-(3)BF3NF【解析】(1)ClO3-是AB3型离子，价层电子对数是4，孤电子对数是1,为三角锥形。AlBr3是AB3型分子，价层电子对数是3，孤电子对数是0，为平面三角形。(2)AB3型分子或离子中，中心原子无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CH3+、CH3-。(3)由第二周期非金属元素构成的中性分子中，呈平面三角形的是BF3，15.20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥理论(简称VSEPR模型)，用于预测简单分子空间结构。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