第2-2-1讲-分子结构的测定和多样性-价层电子对互斥模型-(解析版)

链接教材精准变式练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和多样性价层电子对互斥模型【典例1】（2022·四川资阳·高二期末）下列微粒的VSEPR模型与空间立体构型一致的是A．BF3 B．SO2 C．H2O D．SO【答案】A【分析】如果该微粒中不存在孤电子对，则该微粒的VSEPR模型和其空间立体构型就一致，否则不一致，据此分析解答。【详解】A．BF3中心B原子的价层电子对数为=3，不含孤对电子对，VSEPR模型和立体构型相同，均为平面三角形，A符合题意；B．SO2中心S原子的价层电子对数为=3，含一对孤电子对，VSEPR模型为平面三角形，立体构型为V形，B不符合题意；C．H2O中心O原子的价层电子对数为=4，含两对孤电子对，VSEPR模型为四面体形，立体构型为V形，C不符合题意；D．SO中心S原子价层电子对数为=4，含有一个孤电子对，VSEPR模型为四面体形，立体构型为三角锥形，D不符合题意；综上所述答案为A。【典例2】（2021·四川·成都外国语学校高二期中）用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是A．SO2的分子构型为V形B．SO3是三角锥形分子C．BF3的键角为60°D．PCl3是平面三角形分子【答案】A【详解】A．SO2的中心原子S的价层电子对个数为2+(6-2×1)=4，且S原子上含有2个孤对电子对，所以SO2为V形分子，故A正确；B．SO3的中心原子S的价层电子对个数为3+(6-3×2)=3，是平面三角形分子，故B错误；C．BF3的中心原子B的价层电子对个数为3+(3-3×1)=3，无孤电子对，是平面三角形分子，键角为120°，故C错误；D．PCl3的中心原子P的价层电子对个数为3+(5-3×1)=4，含有1对孤电子对，所以PCl3是三角锥形分子，故D错误；故答案：A。【典例3】（2021·北京市第十三中学高二期中）下列粒子的VSEPR模型为四面体，且空间构型结构为V型的是A．H2O B．NF3 C．H3O+ D．SO2【答案】A【详解】A．水分子中氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，则分子的VSEPR模型为四面体形，空间构型结构为V形，故A正确；B．三氟化氮分子中氮原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，则分子的VSEPR模型为四面体形，空间构型结构为三角锥形，故B错误；C．水合氢离子中氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，则离子的VSEPR模型为四面体形，空间构型结构为三角锥形，故C错误；D．二氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为3，孤对电子对数为1，则分子的VSEPR模型为三角形，空间构型结构为V形，故D错误；故选A。教材知识链接教材知识链接一．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。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。二．多样的分子空间结构单原子分子(稀有气体分子)、双原子分子不存在空间结构，多原子分子中存在原子的几何学关系和形状，即所谓“分子的空间结构”。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三．价层电子对互斥模型1．价层电子对互斥模型(VSEPRmodel)：对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的σ键电子对和未成键的孤电子对)之间由于存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对相互排斥最弱的那种结构，以使彼此之间斥力最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定。2．价层电子对的计算(1)中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。(2)σ键电子对数的计算由化学式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。如H2O分子中，O有2对σ键电子对。NH3分子中，N有3对σ键电子对。(3)中心原子上的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)①a表示中心原子的价电子数；对主族元素：a＝最外层电子数；对于阳离子：a＝价电子数－离子所带电荷数；对于阴离子：a＝价电子数＋离子所带电荷数。②x表示与中心原子结合的原子数。③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。3．价层电子对的空间结构(即VSEPR模型)价层电子对数目：234VSEPR模型：直线形平面三角形正四面体形4．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形精准变式题精准变式题（变式训练1）（2022·四川·乐山市教育科学研究所高二期末）下列分子的VSEPR模型与其空间立体构型一致的是A． B． C． D．【答案】B【详解】A．分子中N原子价层电子对个数=键个数+孤电子对个数=3+(5-31)=4，VSEPR模型为正四面体结构；含有一个孤电子对，所以其空间立体构型为三角锥形，VSEPR模型与其空间立体构型不一致，故A错误；B．分子中C原子价层电子对个数=键个数+孤电子对个数=4+(4-41)=4，VSEPR模型为正四面体结构；中心原子不含孤电子对，所以其空间立体构型为正四面体结构，VSEPR模型与其空间立体构型一致，故B正确；C．分子中O原子价层电子对个数=键个数+孤电子对个数=2+(6-21)=4，VSEPR模型为正四面体结构；含有2个孤电子对，实际空间立体构型为V形，VSEPR模型与其空间立体构型不一致，故C错误；D．分子中S原子价层电子对个数=键个数+孤电子对个数=2+(6-22)=3，VSEPR模型为平面三角形；含有一个孤电子对，实际空间立体构型为V形，VSEPR模型与其空间立体构型不一致，故D错误；答案选B。（变式训练2）（2021·陕西蓝田·高二期末）下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是A．H2S B．CO2 C．PCl3 D．CH4【答案】A【详解】H2O分子是V形结构，然后根据物质结构分析判断。A．H2S分子中的中心S原子采用sp3杂化，由于S原子上有2对孤电子对，因此H2S呈V形，A符合题意；B．CO2分子中的中心C原子采用sp杂化，由于C原子与2个O原子形成四对共用电子对，键角是180°，因此CO2呈直线形，B不符合题意；C．PCl3分子中的中心P原子采用sp3杂化，由于P原子上有1对孤电子对，因此PCl3呈三角锥形，C不符合题意；D．CH4分子中的中心C原子采用sp3杂化，C原子上与4个H原子形成4个共价键，键角是108°28′，因此CH4呈正四面体形，D不符合题意；故合理选项是A。（变式训练3）（2021·河北·河间市第十四中学高二期中）用价电子对互斥理论(VSEPR)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与为平面三角形C．SO2键角大于120o D．BF3是三角锥形分子【答案】B【详解】A．PCl3中价层电子对数=3+×(5-3×1)=4，含有1个孤电子对，为三角锥形，选项A错误；B．SO3与中心原子价电子对数均为3，无孤电子对，都是平面三角形的分子，选项B正确；C．SO2中中心S原子价层电子对个数为2+(6-2×2)=3，且S原子上含有1个孤对电子对，所以SO2为V形分子，键角小于120o，选项C错误；D．BF3中中心B价层电子对个数为3+(3-3×1)=3，无孤电子对，是平面三角形分子，键角为120°，选项D错误；答案选B。1．（2021·浙江·诸暨中学高二期中）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模型可用预测分子的立体构型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【详解】A．VSEPR模型可用来预测分子的立体构型，注意实际空间构型要去掉孤电子对，A正确；B．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正确；C．中心原子上的孤对电子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＞孤电子对和成对电子对间的排斥力，C正确；D．分子的稳定性与键角没有关系，与化学键强弱有关，D错误；综上所述答案为D。2．（2021·四川省蒲江县蒲江中学高二阶段练习）下列对应关系不正确的是选项代表物分子类型有无孤电子对空间构型ASO2AB2无直线形BCH2OAB3无平面三角形CH2OAB2有V形DNH3AB3有三角锥形【答案】A【分析】根据价层电子对数=σ键数+孤电子对数=与中心原子成键的原子数+(a-xb)分析判断。【详解】A．SO2的中心原子S的价层电子对数=2+(6-2×2)=3，有1个孤电子对，VSEPR模型为平面三角形，去掉孤电子对，则分子的空间构型为V形，故A错误；B．CH2O的结构简式为HCHO，中心原子C的价层电子对数=3+(4-2×1-2)=3，没有孤电子对，VSEPR模型为平面三角形，分子的空间构型为平面三角形，故B正确；C．H2O的中心原子O的价层电子对数=2+(6-2×1)=4，有2个孤电子对，VSEPR模型为四面体形，去掉孤电子对，则分子的空间构型为V形，故C正确；D．NH3的中心原子N的价层电子对数为3+(5-3×1)=3+1=4，VSEPR模型为四面体形，有1个孤电子对，分子的空间构型为三角锥形，故D正确；故选A。3．（2021·河北·张家口市宣化第一中学高二期中）下列能说明分子中的4个原子位于同一平面的是A．3个键的键角均为 B．3个键的键能均相等C．3个键的键长均相等 D．3个键均为键【答案】A【分析】分子中价层电子对个数，形成了三条杂化轨道，即B的杂化类型为，形成3个共用电子对，无孤对电子，该分子是平面三角形结构。【详解】A．分子构型为平面三角形，则其分子结构必然是三个Cl原子分别处在以硼为中心的平面三角形的三个顶点上，所以当3个B-Cl的键角均为120°，能说明分子中的4个原子处于同一平面，故A正确；B．3个B-Cl键相同，键能相同，不能说明分子中的4个原子处于同一平面，故B错误；C．3个B-Cl键相同，键长相同，不能说明分子中的4个原子处于同一平面，故B错误；D．单键为σ键，3个B-Cl的键均为σ键，不能说明分子中的4个原子处于同一平面，故D错误；故选A。4．（2021·新疆·新源县第二中学高二期末）用短线“”表示共用电子对，用“”表示未成键孤对电子的式子叫路易斯结构式．R分子的路易斯结构式可以表示为：则以下叙述错误的是A．R为三角锥形 B．R只能是NH3C．R不可能是SO3 D．该分子键角小于【答案】B【详解】A．R的价层电子对数为4，有一个孤电子对，构型为三角锥形，故A正确；B．R可能是NH3、PH3等，故B错误；C．R不可能是SO3，S价层电子对数为3+=3，为杂化，是平面三角形结构，故C正确；D．孤电子对对成键电子对有排斥作用力大于成键电子对间的排斥作用，该分子键角小于，故D正确；故选B。5．（2021·河北石家庄·高二期末）下列各组微粒的空间构型相同的是①和②和③和④和⑤和⑥和⑦和A．全部 B．除④⑥⑦以外C．③④⑤⑥ D．②④⑤⑥【答案】D【详解】①氨分子中氮原子的价层电子对数为4,孤对电子对数为1，空间构型为三角锥形，水分子中的氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，空间构型为V形，两者空间构型不相同，故错误；②氨分子中氮原子和水合氢离子中氧原子的价层电子对数都为4，孤对电子对数都为1，空间构型都为三角锥形，两者的空间构型相同，故正确；③铵根离子中氮原子的价层电子对数为4,孤对电子对数为0，空间构型为正四面体形，水合氢离子中氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，空间构型为三角锥形，两者的空间构型不相同，故错误；④臭氧和二氧化硫的原子个数和价电子数都相同，互为等电子体，等电子体具有相同的空间构型，故正确；⑤二硫化碳中的碳原子和氯化铍中的铍原子的价层电子对数都为2，孤对电子对数都为0，空间构型都为直线形，故正确；⑥高硅酸跟离子中的硅原子和硫酸根离子中硫原子的价层电子对数都为4，孤对电子对数都为0，空间构型都为正四面体形，两者的空间构型相同，故正确；⑦三氟化硼和氯化铝为等电子体，空间构型都为平面三角形，则双聚氯化铝的分子组成与三氟化硼和氯化铝不相同，则空间构型与三氟化硼和氯化铝的空间构型一定不相同，故错误；②④⑤⑥正确，故选D。6．（2021·北京西城·高二期末）下列分子或离子中，VSEPR模型和空间结构不一致的是A．CO2 B．SO C．BeCl2 D．NH3【答案】D【详解】A．CO2分子中价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=2+=2，不含孤电子对，VSEPR模型是直线形，空间构型是直线形，故A不选；B．SO中S原子价层电子对数=4+=4且不含孤电子对，VSEPR模型是正四面体形，空间构型是正四面体形，故B不选；C．BeCl2中Be的价层电子对数==2，且不含孤电子对，VSEPR模型、空间构型都是直线形，故C不选；D．NH3分子中N原子的价层电子对数是3+=4，包括一对孤电子对，则VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，故D选；故选：D。7．（2021·黑龙江·绥化市第一中学高二期中）用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是A．SO2、CS2、HCN都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°C．CH2O、CO、SO3都是平面三角形的粒子 D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子【答案】C【详解】A．二氧化硫分子中S原子价层电子对个数=2+=2+1=3，含有1个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断二氧化硫空间结构为V形；二硫化碳结构式为S=C=S，CS2中C原子价层电子对个数=2+=2+0=2，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断CS2为直线形；HCN结构式为，HCN中C原子价层电子对个数=2+=2+0=2，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断HCN为直线形，故A错误；B．BF3中心原子价层电子对个数=3+=3+0=3，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断BF3为平面三角形结构，键角为120°；SnBr2中价层电子对个数=2+=2+1=3，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断SnBr2为V型结构，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以BF3键角为120°，SnBr2键角小于120°，故B错误；C．CH2O中碳形成3个σ键，所以是sp2杂化为平面三角形结构；中C原子价层电子对个数=3+=3+0=3，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断为平面三角形结构；SO3中S原子价层电子对个数=3+=3+0=3，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断SO3为平面三角形结构，故C正确；D．PCl3中P原子价层电子对个数=3+=3+1=4，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断PCl3为三角锥形结构；NH3中N原子价层电子对个数=3+=3+1=4，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断NH3为三角锥形结构；PCl5中P原子价层电子对个数=5+=5+0=5，不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断PCl5为三角双锥结构，故D错误；答案为C。8．（2021·四川·射洪中学高二阶段练习）用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中正确的是A．SO2直线形B．CS2平面三角形C．正四面体形D．BF3三角锥形【答案】C【详解】A．SO2分子中S原子价电子对数是3，有1个孤电子对，SO2分子是V形，故A错误；B．CS2分子中C原子价电子对数是2，无孤电子对，CS2分子为直线形，故B错误；C．中N原子价电子对数是4，无孤电子对，为正四面体形，故C正确；D．BF3分子中B原子价电子对数是3，无孤电子对，BF3分子为平面三角形，故D错误；选C。9．（2021·四川省绵阳第一中学高二期中）下列分子或离子的VSEPR模型与空间立体构型一致的是A．NH3 B．CCl4 C．H2O D．ClO【答案】B【分析】如果该微粒中不存在孤电子对，则该微粒的VSEPR模型和其空间立体构型就一致，否则不一致，据此分析解答。【详解】A．该分子中N原子价层电子对个数=3+=4，含有一个孤电子对，VSEPR模型为四面体形，立体构型为三角锥形，A不符合题意；B．CCl4该分子中C原子价层电子对个数=4+=4，且不含孤电子对，其VSEPR模型和立体构型相同，均为四面体形，B符合题意；C．该分子中O原子价层电子对个数=2+=4，且含有两个孤电子对，VSEPR模型为四面体形，立体构型为V形，C不符合题意；D．该离子中Cl原子价层电子对个数=3+=4，且含有一个孤电子对，VSEPR模型为四面体形，立体构型为三角锥形，D不符合题意；故合理选项是B。10．（2021·四川·射洪中学高二期中）下列中物质中所原子都在同一平面上的是A．NH3 B．CH4 C．BF3 D．【答案】C【详解】A．NH3中的中心N原子价层电子对数为3+=4，有1对孤电子对，所以NH3是三角锥形，A不符合题意；B．CH4中的中心C原子价层电子对数为4+=4，无对孤电子对，所以CH4是正四面体形，B不符合题意；C．BF3的中心B原子价层电子对数为3+=3，无对孤电子对，所以BF3是平面三角形，即物质中所原子都在同一平面上，C符合题意；D．中的中心S原子价层电子对数为4+=4，无对孤电子对，所以是正四面体形，D不符合题意；故合理选项是C。11．（2022·辽宁沈阳·高二期末）用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是A．SO2、CS2、HCN都是直线形的分子B．BF3键角为120°，SnBr2键角为180°C．PCl3、NH3、GaCl3都是三角锥形的分子D．CH2O、CO、SO3都是平面三角形的粒子【答案】D【详解】A．SO2有2个键，孤电子对数为，根据夹层电子对互斥理论可知SO2为sp2杂化，分子为平面三角形；同理可知CS2为sp杂化，分子为直线型；HCN为sp杂化，分子为直线型，故A错误；B．BF3有3个键，孤电子对数为，为sp2杂化，分子为平面三角形，键角为120°，SnBr2有2个键，孤电子对数为，为sp2杂化，分子为平面三角形，有孤电子对，键角小于120°，故B错误；C．PCl3和NH3是sp3杂化，分子空间构型为三角锥形，GaCl3有3个键，孤电子对数为，为sp2杂化，分子为平面三角形，故C错误；D．CH2O、CO、SO3均采取sp2杂化，都是平面三角形的粒子，故D正确；故答案为D12．（2022·广东东莞·高二期末）下列关于分子空间构型的判断，不正确的是A．CS2V形 B．CH4正四面体形 C．BF3平面三角形 D．NH3三角锥形【答案】A【详解】A．CS2分子内中心原子孤电子对数、价电子对数，则其空间构型为直线型，A错误；B．CH4孤电子对数=、价层电子对数=4+0=4，故为sp3杂化、空间构型为正四面体，B正确；C．BF3中心原子孤电子对数=、价层电子对数=3+0=3，故为sp2杂化、空间构型为平面三角形，C正确；D．NH3中心原子孤电子对数=、价层电子对数=3+1=4，故为sp3杂化、空间构型为三角锥形，D正确；答案选A。13．（2021·黑龙江·海林市朝鲜族中学高二阶段练习）(1)气态分子的立体构型为_______；的立体构型为_______。(2)NH3分子的空间构型是_______。NH3的键角_______(填大于或小于)H2O。【答案】V形三角锥形三角锥形大于【详解】(1)SO2的中心原子的价电子对数为，有1对孤电子，立体构型为V形，的中心原子的价电子对数为，有1对孤电子体构型为三角锥形，故答案为：V形，三角锥形；(2)NH3分子中N原子价层电子对个数为，且含有1个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断该分子空间构型为三角锥形，氨分子和水分子的VSEPR模型都是四面体形，但水分子中心原子孤电子对数大于氨分子，故答案为：三角锥形，大于。14．（2020·四川·平昌县驷马中学高二阶段练习）用价层电子对互斥理论(VSEPR)判断下列分子或离子的空间构型分子或离子BeCl2XeF4SOCH2Cl2NHClO空间构型__________________________________________【答案】直线形正方形正四面体形四面体形正四面体形正四面体形【详解】BeCl2中，中心原子Be的价层电子对数=2+=2，Be原子采取sp2杂化，分子空间构型为直线形；XeF4中，价层电子对数=