考点7 分子结构的测定和多样性 价层电子对互斥模型
【核心考点梳理】
考点一、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。
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。
【典型例题】
例1．（2022春·江苏宿迁·高二泗阳县实验高级中学校考阶段练习）已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错误的是
A．由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键
B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子
C．仅由A的核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数
D．若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3－O－CH3
例2．（2022春·江苏连云港·高二统考期中）仪器分析法对有机化学的研究至关重要。下列说法错误的是
A．元素分析仪是将有机物在氧气中充分燃烧后对燃烧产物进行自动分析，以确定有机物最简式
B．图-1是有机物甲的红外光谱，该有机物中至少有三种不同的化学键
C．图-2是有机物乙的质谱图，有机物乙的相对分子质量为78
D．图-3①和图-3②是分子式为的两种有机物的1H核磁共振谱图，图-3②为二甲醚
考点二、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
CO2 O==C==O 180° 直线形
H2O 105° 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
NH3 107° 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
CH4 109°28′ 正四面体形
CCl4 109°28′ 正四面体形
4.其他多原子分子的空间结构
【典型例题】
例1．（2023·浙江·诸暨中学高二期中）在白磷分子(P4)中,四个P原子分别处于正四面体的四个顶点上,结合有关P原子的成键特点,下列有关白磷分子的说法正确的是( )
A.白磷分子中的键角为109°28' B.分子中共有4对共用电子对
C.白磷分子中的键角为60° D.分子中有6对孤电子对
例2．（2022秋·四川绵阳·高二四川省绵阳南山中学校考阶段练习）六氟化硫分子呈正八面体结构(如图所示)，在高电压下仍有良好的绝缘性，性质稳定，在电器工业方面有着广泛的用途，但逸散到空气中会引起强温室效应，下列有关六氟化硫的推测正确的是
A．各原子均为8电子稳定结构 B．S原子轨道杂化方式与中的S一样
C．六氟化硫分子中只含极性键 D．键是键，键长可能不相等
考点三、价层电子对互斥模型
1．价层电子对互斥模型(VSEPR model)：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＝(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：2 3 4
VSEPR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
CO2 2 0 直线形 直线形
CO 3 0 平面三角形 平面三角形
CH4 4 0 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
NH3 4 1 四面体形 三角锥形
H2O 4 2 四面体形 V形
SO2 3 1 平面三角形 V形
【典型例题】
例1．（2022·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
例2．（2023秋·河北唐山·高二开滦第一中学校考期末）根据VSEPR模型判断下列各组分子或离子空间结构相同的是
A．和 B．和 C．和 D．和
例3．（2022春·黑龙江哈尔滨·高二校考阶段练习）根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断，下列结果错误的是
选项 分子或离子 价层电子对互斥模型 分子或离子的空间结构名称
A CO2 直线形 直线形
B HCHO 平面三角形 平面三角形
C CO 四面体 三角锥形
D H3O+ 四面体 三角锥形
A．A B．B C．C D．D
【核心归纳】
分子空间结构的确定思路
中心原子价层电子对数n
分子的空间结构——略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间
【必备知识基础练】
1．（2022秋·四川宜宾·高二校考阶段练习）下列分子的VSEPR模型与分子立体结构模型一致的是
A．NH3 B．CCl4 C．H2O D．PCl3
2．（2022春·高二单元测试）用价层电子对互斥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．SO中心原子的价层电子对数为3，是平面三角形结构
B．BF3键角为120°，SnBr2的键角大于120°
C．CH2O是平面三角形的分子
D．PCl3、PCl5都是三角锥形的分子
3．（2022秋·四川遂宁·高二遂宁中学校考期中）用价层电子对互斥理论预测H2S和AlCl3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
4．（2022春·重庆江津·高二校考期中）下列说法中正确的是
A．NO2、SO2、BF3、NCl3分子中每原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构
B．P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28′
C．NH的电子式为，离子呈平面正方形结构
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
5．（2022秋·浙江·高二统考期末）下列有关分子空间结构的说法正确的是
A．HClO、BF3、NCl3分子中所有原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构
B．P4和CCl4都是正四面体形分子且键角都为109°28′
C．分子中键角的大小：BeCl2>SO3>NH3>CCl4
D．BeF2分子中，中心原子Be的价层电子对数等于2，其空间结构为直线形，成键电子对数等于2，没有孤电子对
6．（2022春·新疆塔城·高二乌苏市第一中学校考阶段练习）按要求回答下列问题：
(1)O3分子的VSEPR模型名称为_____，分子的立体结构为____。
(2)BF3分子的立体结构为_____，PCl3分子的立体结构为____。
(3)写出基态碳原子的电子排布式：_____。 (4)写出基态硫离子的价电子排布式：_____。
(5)写出基态铬原子的简化电子排布式：____。 (6)写出基态Fe3+的价电子排布图：_____。
7．（2022·高二课时练习）回答下列问题
(1)利用模型推测分子或离子的空间结构。
：___________；（共价分子）：___________。
(2)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：___________。
【关键能力提升练】
8．下列分子或离子的中心原子上带有一对孤电子对的是 ( )
①BeCl2 ②CH4 ③NH3 ④CH2O ⑤SO2 ⑥H2S ⑦C ⑧N
A.①②③⑤⑥⑦ B.③⑦⑧
C.④⑥⑧ D.③⑤
9．（2022秋·浙江·高二统考期末）下列说法正确的是
A．SO2的VSEPR模型与分子的空间结构相同
B．H2S、NF3、CH4这一组粒子的中心原子杂化类型相同，分子或离子的键角不相等
C．的电子式为，离子呈平面正方形结构，SF6分子是正八面体形
D．SO中心S原子的孤电子对数为0，故其结构为平面三角形
10．（2021·辽宁·沈阳市第一二〇中学高二期中）“医用酒精"和84消毒液”混合，产生QW、Y2X4Z、YX3W等多种物质。已知X、Y、Z、Q、W为原子序数依次增大的短周期主族元素。下列正确的是
A．Y2X4Z中σ键和π键数目之比5：1
B．基态Y原子的价电子轨道表示式，不符合泡利原理
C．YX3W分子的空间构型为正四面体
D．Z与Q形成的常见化合物中阴阳离子个数比为1：2
11．（2021·四川省资阳中学高二期中）短周期的四种元素位置如图所示，若四种元素的核电荷数之和为52，则与四种元素推断相关的描述不正确的是
D
A B C
A．A的最高价氧化物用于制作光导纤维
B．B的最高价氧化物的水化物是一种强酸
C．C至少有两种价态的氧化物
D．D简单氢化物的VSEPR模型为四面体型
12.N、O、S、Cl、Cu五种元素的单质及其化合物在现代工业生产中有着广泛应用。请回答下列问题：
第一电离能：N________填“”或“”，下同，电负性：S________Cl。
前四周期元素中，未成对电子数为5的元素符号是 ______ ；
的空间构型是________，分子中的大键可用符号表示，其中m代表参与形成的大键原子数，n代表参与形成大键的电子数如苯分子中的大键可表示为，则中的大键应表示为________。
亚硒酸根离子的VSEPR模型为 ______ ；
与互为等电子体的微粒有________任写两种
13.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结构依次是正四面体形、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 ,该分子的空间结构为 。
(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结构分别是正四面体形与三角锥形,这是因为 (填字母)。
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
【学科素养拔高练】
14.20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原子,E为中心原子最外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,尽可能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分布,不包括中心原子上未成键的孤电子对;
Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力大小顺序为:
ⅰ.孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力;
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)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型,请填写下表:
n+m 2
VSEPR理想模型 正四面体形
价层电子对之 间的理想键角 109°28'
(2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因: 。
(3)H2O分子的空间结构为 ,请你预测水分子中H—O—H键角的大小范围并解释原因: 。
(4)SO2Cl2和SO2F2都属于AXnEm型分子,SO之间以双键结合,S—Cl、S—F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的空间结构: ,SO2Cl2分子中Cl—S—Cl键角 (填“<”“>”或“=”)SO2F2分子中F—S—F键角。
(5)用价层电子对互斥模型(VSEPR模型)判断下列分子或离子的空间结构(当n+m=6时,VSEPR理想模型为正八面体)。
分子或离子 PbCl2 XeF4 SnC PF3Cl2 HgC
空间结构考点7 分子结构的测定和多样性 价层电子对互斥模型
【核心考点梳理】
考点一、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。
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。
【典型例题】
例1．（2022春·江苏宿迁·高二泗阳县实验高级中学校考阶段练习）已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如图所示，下列说法中错误的是
A．由红外光谱可知，该有机物中至少有三种不同的化学键
B．由核磁共振氢谱可知，该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子
C．仅由A的核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数
D．若A的化学式为C2H6O，则其结构简式为CH3－O－CH3
【答案】D
【详解】A．红外光谱图中给出的化学键有C—H键、O—H键和C—O键三种，A项正确；
B．核磁共振氢谱图中峰的个数即代表氢的种类，故B项正确；
C．核磁共振氢谱峰的面积表示氢的数目比，在没有明确化学式的情况下，无法得知氢原子总数，C项正确；
D．若A为CH3—O—CH3，则无O—H键，与所给红外光谱图不符，且其核磁共振氢谱图应只有1个峰，与核磁共振氢谱图不符，故D项不正确。
故选D。
例2．（2022春·江苏连云港·高二统考期中）仪器分析法对有机化学的研究至关重要。下列说法错误的是
A．元素分析仪是将有机物在氧气中充分燃烧后对燃烧产物进行自动分析，以确定有机物最简式
B．图-1是有机物甲的红外光谱，该有机物中至少有三种不同的化学键
C．图-2是有机物乙的质谱图，有机物乙的相对分子质量为78
D．图-3①和图-3②是分子式为的两种有机物的1H核磁共振谱图，图-3②为二甲醚
【答案】D
【详解】A．元素分析仪是将有机物在氧气中充分燃烧后对燃烧产物进行自动分析，以确定有机物最简式，现代元素分析仪分析的精确度和速度都达到了很高的水平，故A正确；
B．从图1可以看出该有机物甲中至少有C-H、O-H、C-O三种化学键，故B正确；
C．质谱图中最右侧的分子离子峰的质荷比数值为78，则有机物乙的相对分子质量为78，故C正确；
D．1H核磁共振谱图中的吸收峰数目为分子中不同化学环境的H种类，峰面积比是不同化学环境H的个数比，分子式为C2H6O的有机物可能为乙醇，结构简式为CH3CH2OH，有三组峰，峰面积比为3：2：1，也可能为二甲醚，结构简式为CH3OCH3，只有一组峰，所以图-3②为乙醇，图-3①为二甲醚，故D错误；
故选D。
考点二、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
CO2 O==C==O 180° 直线形
H2O 105° 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
NH3 107° 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
CH4 109°28′ 正四面体形
CCl4 109°28′ 正四面体形
4.其他多原子分子的空间结构
【典型例题】
例1．（2023·浙江·诸暨中学高二期中）在白磷分子(P4)中,四个P原子分别处于正四面体的四个顶点上,结合有关P原子的成键特点,下列有关白磷分子的说法正确的是( )
A.白磷分子中的键角为109°28'
B.分子中共有4对共用电子对
C.白磷分子中的键角为60°
D.分子中有6对孤电子对
【答案】C
【解析】根据共价键的方向性和饱和性,每个磷原子都以3个共价键与其他3个磷原子结合,从而形成正四面体结构,所以键角为60°,分子中共有6个共价单键(即6对共用电子对),4对孤电子对。
例2．（2022秋·四川绵阳·高二四川省绵阳南山中学校考阶段练习）六氟化硫分子呈正八面体结构(如图所示)，在高电压下仍有良好的绝缘性，性质稳定，在电器工业方面有着广泛的用途，但逸散到空气中会引起强温室效应，下列有关六氟化硫的推测正确的是
A．各原子均为8电子稳定结构 B．S原子轨道杂化方式与中的S一样
C．六氟化硫分子中只含极性键 D．键是键，键长可能不相等
【答案】C
【解析】A．根据题图知，每个F原子和1个S原子形成1个共用电子对，每个S原子和6个F原子形成6个共用电子对，所以F原子都达到8电子稳定结构，但S原子最外层不满足8电子稳定结构，A错误；
B． SO3中S原子孤电子对数=、价层电子对数=3+0=3，故为sp2杂化、空间构型为平面正三角形；SF6中S原子孤电子对数=、价层电子对数=6+0=6，空间构型为正八面体形、不可能为sp2杂化，B错误；
C．同种原子间形成非极性键，不同种原子间形成极性键，六氟化硫分子中的键均为极性键，不含非极性键，C正确；
D．六氟化硫分子中的键都是键，六氟化硫分子为正八面体形结构，所以各键的键长与键能都相等，D错误；
故选C。
考点三、价层电子对互斥模型
1．价层电子对互斥模型(VSEPR model)：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＝(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：2 3 4
VSEPR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
CO2 2 0 直线形 直线形
CO 3 0 平面三角形 平面三角形
CH4 4 0 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
NH3 4 1 四面体形 三角锥形
H2O 4 2 四面体形 V形
SO2 3 1 平面三角形 V形
【典型例题】
例1．（2022·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。
例2．（2023秋·河北唐山·高二开滦第一中学校考期末）根据VSEPR模型判断下列各组分子或离子空间结构相同的是
A．和 B．和 C．和 D．和
【答案】D
【解析】A．中心原子价层电子对为2，中心C原子为杂化，为直线形分子；中心原子价层电子对为3，中心S原子为杂化，有孤对电子，为平面三角形分子，故A不选；
B．中心原子价层电子对为3，中心B原子为杂化，为平面三角形分子；中心原子价层电子对为4，中心N原子为杂化，有孤对电子，为三角锥形分子，故B不选；
C．中心原子价层电子对为4，中心P原子为杂化，有孤对电子，为三角锥形分子；中心原子价层电子对为4，中心S原子为杂化，有孤对电子，为V形分子，故C不选；
D．中心原子价层电子对为4，中心C原子为杂化，没有孤对电子，为正四面体形分子；中心原子价层电子对为4，中心N原子为杂化，没有孤对电子，为正四面体形分子，故D选；
故选D。
例3．（2022春·黑龙江哈尔滨·高二校考阶段练习）根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断，下列结果错误的是
选项 分子或离子 价层电子对互斥模型 分子或离子的空间结构名称
A CO2 直线形 直线形
B HCHO 平面三角形 平面三角形
C CO 四面体 三角锥形
D H3O+ 四面体 三角锥形
A．A B．B C．C D．D
【答案】C
【解析】A．CO2中心原子价层电子对数为2，价层电子对互斥模型为直线形，不存在孤对电子，分子或离子的立体构型为直线形，故A正确；
B．HCHO分子中心原子杂化方式为sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，不存在孤对电子，分子或离子的立体构型为平面三角形，故B正确；
C．分子中心原子杂化方式为sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，不存在孤对电子，分子或离子的立体构型为平面三角形，故C错误；
D．H3O+分子中心原子杂化方式为sp3，价层电子对互斥模型为四面体形，存在一对孤对电子，分子或离子的立体构型为三角锥形，故D正确；
故选C。
【核心归纳】
分子空间结构的确定思路
中心原子价层电子对数n
分子的空间结构——略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间
【必备知识基础练】
1．（2022秋·四川宜宾·高二校考阶段练习）下列分子的VSEPR模型与分子立体结构模型一致的是
A．NH3 B．CCl4 C．H2O D．PCl3
【答案】B
【解析】A．中心原子价层电子对为4，VSEPR模型为四面体形，中心N原子为杂化，有孤电子对，空间为三角锥形，故A不选；
B．中心原子价层电子对为4，VSEPR模型为四面体形，中心C原子为杂化，空间为(正)四面体形，故B选；
C．中心原子价层电子对为4，VSEPR模型为四面体形，中心O原子为杂化，有孤电子对，空间为V形分子，故C不选；
D．中心原子价层电子对为4，VSEPR模型为四面体形，中心P原子为杂化，有一对孤对电子，空间为三角锥形，故D不选；
故选B。
2．（2022春·高二单元测试）用价层电子对互斥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．SO中心原子的价层电子对数为3，是平面三角形结构
B．BF3键角为120°，SnBr2的键角大于120°
C．CH2O是平面三角形的分子
D．PCl3、PCl5都是三角锥形的分子
【答案】C
【解析】SO的中心原子的价层电子对数为4，孤电子对数= (6＋2－3×2)=1，是三角锥形结构，A错误；BF3分子中心原子价层电子对数=3＋ (3－3×1)=3，是平面三角形结构，键角为120°，SnBr2是V形结构，键角小于120°，B错误；CH2O是平面三角形的分子，C正确；PCl3是三角锥形的分子，PCl5分子中心原子价层电子对数=5＋ (5－5×1)=5，孤电子对数是0，是三角双锥结构，D错误。
3．（2022秋·四川遂宁·高二遂宁中学校考期中）用价层电子对互斥理论预测H2S和AlCl3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分子的中心原子O原子上含有2个σ键，中心原子上的孤电子对数=0.5×（6-2×1）=2，所以H2S分子的VSEPR模型是四面体型，略去孤电子对后，实际上其空间构型是V型；AlCl3分子的中心原子Al原子上含有3个σ键，中心原子上的孤电子对数=0.5×（3-3×1）=0，所以AlCl3分子的VSEPR模型是平面三角型，中心原子上没有孤对电子，所以其空间构型就是平面三角形。
故选D。
4．（2022春·重庆江津·高二校考期中）下列说法中正确的是
A．NO2、SO2、BF3、NCl3分子中每原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构
B．P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28′
C．NH的电子式为，离子呈平面正方形结构
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
【答案】D
【解析】A．BF3分子的电子式为其中B原子未满足8电子稳定结构，A错误；
B．P4为正四面体分子，但其键角为60°，B错误；
C．有4对价层电子对数，无孤对电子对数，则其为正四面体结构而非平面正方形结构，C错误；
D．NH3分子电子式为，有一对未成键电子，由于未成键电子对成键电子的排斥作用较强，使其键角为107°，呈三角锥形，D正确；
故选D。
5．（2022秋·浙江·高二统考期末）下列有关分子空间结构的说法正确的是
A．HClO、BF3、NCl3分子中所有原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构
B．P4和CCl4都是正四面体形分子且键角都为109°28′
C．分子中键角的大小：BeCl2>SO3>NH3>CCl4
D．BeF2分子中，中心原子Be的价层电子对数等于2，其空间结构为直线形，成键电子对数等于2，没有孤电子对
【答案】D
【解析】A．HClO中H原子的最外层电子数为1＋1＝2，不满足8电子稳定结构，BF3中B元素化合价为＋3，B原子最外层电子数为3，所以3＋3＝6，B原子不满足8电子结构；F元素化合价为 1，F原子最外层电子数为7，所以1＋7＝8，F原子满足8电子结构，NCl3中P元素化合价为＋3，N原子最外层电子数为5，所以3＋5＝8，N原子满足8电子结构；Cl元素化合价为 1，Cl原子最外层电子数为7，所以1＋7＝8，Cl原子满足8电子结构，故A错误；
B．P4是四原子的正四面体，键角是60°，而CH4是五原子的正四面体键角都为109°28′，故B错误；
C．BeCl2中Be形成2个σ键，无孤电子对，为sp杂化，键角为180°；SO3中S原子是sp2杂化，分子为平面正三角形构型，键角为120°；NH3中N形成3个σ键，孤电子对数＝，为sp3杂化，为三角锥形，键角大约为107°；CCl4中C形成4个σ键，无孤电子对，为sp3杂化，为正四面体，键角为109°28′，分子中键角的大小：BeCl2＞SO3＞CCl4＞NH3，故C错误；
D．BeF2分子中，铍原子含有两个共价单键，不含孤电子对，所以价层电子对数是2，中心原子以sp杂化轨道成键，价层电子对个数是2且不含孤电子对，为直线形结构，故D正确；
故答案选D。
6．（2022春·新疆塔城·高二乌苏市第一中学校考阶段练习）按要求回答下列问题：
(1)O3分子的VSEPR模型名称为_____，分子的立体结构为____。
(2)BF3分子的立体结构为_____，PCl3分子的立体结构为____。
(3)写出基态碳原子的电子排布式：_____。
(4)写出基态硫离子的价电子排布式：_____。
(5)写出基态铬原子的简化电子排布式：____。
(6)写出基态Fe3+的价电子排布图：_____。
【答案】(1) 平面三角形 V形
(2) 平面正三角形 三角锥形
(3)1s22s22p2
(4)3s23p6
(5)[Ar]3d54s1
(6)
【解析】（1）
O3分子与二氧化硫为等电子体，中心原子孤电子对数=、价层电子对数=2+1=3，故VSEPR模型名称为平面三角形，分子的立体结构为V形。
（2）
BF3的中心原子孤电子对数=、价层电子对数=3+0=3，分子的立体结构为平面正三角形， PCl3的中心原子孤电子对数=、价层电子对数=3+1=4，VSEPR模型为四面体、PCl3分子的立体结构为三角锥形。
（3）
C的质子数为6，基态C原子的核外电子排布式为1s22s22p2。
（4）
S的质子数为16，基态硫离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，价电子排布式：3s23p6。
（5）
Cr元素是24号元素，基态铬原子的简化电子排布式：[Ar]3d54s1。
（6）
Fe元素是26号元素，基态Fe原子的简化电子排布式： [Ar]3d64s2，基态Fe3+的价电子排布为3d5，价电子排布图：。
7．（2022·高二课时练习）回答下列问题
(1)利用模型推测分子或离子的空间结构。
：___________；（共价分子）：___________。
(2)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：___________。
【答案】(1) 正四面体形 平面三角形
(2)
【解析】中心原子价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数；σ键个数=配原子个数，孤电子对个数=，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；据此确定VSEPR模型，实际空间构型要去掉孤电子对。
（1）
利用模型推测分子或离子的空间结构。
中的中心原子价层电子对数是4，没有孤电子对，空间结构为正四面体形。分子中心原子价层电子对数是3，没有孤电子对，空间结构是平面三角形。
（2）
第二周期非金属元素有硼、碳、氮、氧、氟，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：BF3(中心原子价层电子对数是3，没有孤电子对)，三角锥形分子：NF3(中心原子价层电子对数是4，有1对孤电子对)，正四面体形分子：CF4(中心原子价层电子对数是4，没有孤电子对)。
【关键能力提升练】
8.下列分子或离子的中心原子上带有一对孤电子对的是 ( )
①BeCl2 ②CH4 ③NH3 ④CH2O ⑤SO2 ⑥H2S ⑦C ⑧N
A.①②③⑤⑥⑦ B.③⑦⑧
C.④⑥⑧ D.③⑤
【答案】D
【解析】根据孤电子对数=(a-xb),可以计算出各微粒中心原子上的孤电子对数分别为0、0、1、0、1、2、0、0,故含有一对孤电子对的是③⑤。
9．（2022秋·浙江·高二统考期末）下列说法正确的是
A．SO2的VSEPR模型与分子的空间结构相同
B．H2S、NF3、CH4这一组粒子的中心原子杂化类型相同，分子或离子的键角不相等
C．的电子式为，离子呈平面正方形结构，SF6分子是正八面体形
D．SO中心S原子的孤电子对数为0，故其结构为平面三角形
【答案】B
【解析】A．SO2中S原子的价层电子对数=2+=3，含一对孤电子对，VSEPR模型为平面三角形，空间结构为V形，故A错误；
B．H2S中S原子杂化轨道数=σ键数+孤对电子对数=2+=4，所以采取sp3杂化，分子构型为V型，NF3中氮原子杂化轨道数=σ键数+孤对电子对数=3+=4，所以采取sp3杂化，分子构型为四面体型，CH4中C原子杂化轨道数=δ键数+孤对电子对数=4+0=4，所以采取sp3杂化，分子构型为正四面体型，中心原子都是sp3杂化，孤电子对数不同，分子的键角不相同，故B正确；
C．铵根离子与甲烷分子结构相似，都是正四面体结构，故C错误；
D．中S原子孤电子对数==1，价层电子对数=1+3=4，空间构型为三角锥形；故D错误；
故选：B。
10．（2022·辽宁·沈阳市第一二〇中学高二期中）“医用酒精"和84消毒液”混合，产生QW、Y2X4Z、YX3W等多种物质。已知X、Y、Z、Q、W为原子序数依次增大的短周期主族元素。下列正确的是
A．Y2X4Z中σ键和π键数目之比5：1
B．基态Y原子的价电子轨道表示式，不符合泡利原理
C．YX3W分子的空间构型为正四面体
D．Z与Q形成的常见化合物中阴阳离子个数比为1：2
【答案】D
【分析】
“医用酒精”主要成分使CH3CH2OH，“84消毒液”主要成分是NaClO，二者混合反应生成氯化钠、乙醛、一氯甲烷等多种物质，且X、Y、Z、Q、W为原子序数依次增大的短周期主族元素，则X为H、Y为C、Z为O、Q为Na、W为Cl元素，然后根据物质性质及元素周期律分析解答。
【详解】
根据上述分析可知X为H、Y为C、Z为O、Q为Na、W为Cl元素。
A．Y2X4Z是C2H4O表示的物质为CH3CHO，其中σ键为6个，π键为1个，故σ键和π键数目之比6：1，A错误；
B．Y是C，原子核外电子总是可能成单排列，而且自旋方向相同，则基态Y原子的价电子轨道表示式为：，，不符合洪特规则，B错误；
C．YX3W表示的物质是CH3Cl，可看作是甲烷分子中的一个H原子被Cl原子取代产生的，甲烷分子为正四面体结构，由于Cl、H原子半径大小不同，所以CH3Cl分子的空间构型不是正四面体，C错误；
D．Z与Q形成的常见化合物Na2O和Na2O2中阴、阳离子个数比都为1：2，D正确；
故合理选项是D。
11．（2022·四川省资阳中学高二期中）短周期的四种元素位置如图所示，若四种元素的核电荷数之和为52，则与四种元素推断相关的描述不正确的是
D
A B C
A．A的最高价氧化物用于制作光导纤维
B．B的最高价氧化物的水化物是一种强酸
C．C至少有两种价态的氧化物
D．D简单氢化物的VSEPR模型为四面体型
【答案】B
【分析】
设B的原子序数为x，则D的原子序数为x-8，A的原子序数为x-1，C的原子序数为x+1，则x+(x-8)+(x-1)+(x+1)=52，x=15，所以上述四种元素分别是A为Si、B为P、C为S、D为N元素，结合对应的单质、化合物的性质以及元素周期律分析解答。
【详解】
由以上分析可知A为Si、B为P、C为S、D为N元素。
A．A为Si，对应的氧化物为二氧化硅，可用于制作光导纤维，A正确；
B．B为P，其对应的最高价氧化物的水化物H3PO4是—种中强酸，B错误；
C．C为S，能够形成SO2、SO3两种不同价态的氧化物，C正确﹔
D．D为N元素，N元素的简单氢化物NH3中N原子的价层电子对数为3+=4，故N杂化类型是sp3杂化，NH3的VSEPR模型为四面体型，D正确；
故合理选项是B。
12.N、O、S、Cl、Cu五种元素的单质及其化合物在现代工业生产中有着广泛应用。请回答下列问题：
第一电离能：N________填“”或“”，下同，电负性：S________Cl。
前四周期元素中，未成对电子数为5的元素符号是 ______ ；
的空间构型是________，分子中的大键可用符号表示，其中m代表参与形成的大键原子数，n代表参与形成大键的电子数如苯分子中的大键可表示为，则中的大键应表示为________。
亚硒酸根离子的VSEPR模型为 ______ ；
与互为等电子体的微粒有________任写两种
【答案】；；
；
平面正三角形；；
四面体形；
；合理即可。
【解析】
、O位于同一周期相邻位置，N原子的2p能级电子数达到了半满结构，比较稳定，则第一电离能，元素的电负性与非金属性有关，非金属性越强，电负性越大，则电负性；
前四周期元素中，未成对电子数为5的元素的外围电子构型为，元素符号为Mn；
的中心原子为S原子，形成3个键，孤电子对为，则空间构型为平面正三角形，中S原子形成3个键，还有3个电子，3个氧原子有3个电子，形成4原子6电子的大键，应表示为；
亚硒酸根离子的中心原子为Se，形成3个键，孤电子对为，则VSEPR模型为四面体形；
为四个原子的离子，价电子总数为24，互为等电子体的是、。
13.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结构依次是正四面体形、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 ,该分子的空间结构为 。
(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结构分别是正四面体形与三角锥形,这是因为 (填字母)。
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
【答案】(1)H—Cl 2+×(6-1×1-1×1) V形 (2)3s23p4 平面三角形 (3)SiCl4 109°28' (4)c
【解析】由题意可推出D、E、X、Y、Z分别为C、N、Si、S、Cl。HClO中氧原子是中心原子,其价层电子对数=2+×(6-1×1-1×1)=4,所以HClO分子的空间结构为V形。SO3中硫原子的价层电子对数为3,VSEPR模型为平面三角形。SiCl4是正四面体结构,键角为109°28'。CH4、NH3的中心原子价层电子对数均为4,分子空间结构不同的根本原因是NH3分子中有孤电子对而CH4分子中没有,分子空间结构与元素的非金属性强弱无关。
【学科素养拔高练】
14.20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原子,E为中心原子最外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,尽可能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分布,不包括中心原子上未成键的孤电子对;
Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力大小顺序为:
ⅰ.孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力;
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)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型,请填写下表:
n+m 2
VSEPR理想模型 正四面体形
价层电子对之 间的理想键角 109°28'
(2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因: 。
(3)H2O分子的空间结构为 ,请你预测水分子中H—O—H键角的大小范围并解释原因: 。
(4)SO2Cl2和SO2F2都属于AXnEm型分子,SO之间以双键结合,S—Cl、S—F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的空间结构: ,SO2Cl2分子中Cl—S—Cl键角 (填“<”“>”或“=”)SO2F2分子中F—S—F键角。
(5)用价层电子对互斥模型(VSEPR模型)判断下列分子或离子的空间结构(当n+m=6时,VSEPR理想模型为正八面体)。
分子或离子 PbCl2 XeF4 SnC PF3Cl2 HgC
空间结构
【答案】(1)4 直线形 180° (2)根据AXnEm模型,CO2分子中n+m=2,故为直线形
(3)V形 水分子符合AXnEm模型,H2O分子中n+m=4,VSEPR理想模型为正四面体形,价层电子对之间的夹角均为109°28'。根据题目信息Ⅲ-ⅰ,应有H—O—H键角<109°28' (4)四面体形 >
(5)
分子或离子 PbCl2 XeF4 SnC PF3Cl2 HgC
空间结构 V形 平面 正方形 正八面 体形 三角 双锥形 正四面 体形
【解析】(1)因为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,故当价层电子对数为2时,两者理想键角为180°,分子呈直线形。当价层电子对数为4时,理想键角为109°28',分子呈正四面体形。
(2)CO2分子中C原子的最外层电子都参与成键,没有孤电子对,故CO2符合AXnEm模型,故在AXnEm模型中,n+m=2,故为直线形。
(3)在水分子中,O原子上含有2对孤电子对,故H2O分子的空间结构为V形;由于H2O分子符合模型AXnEm中n+m=4,VSEPR理想模型为正四面体,价层电子对之间的夹角均为109°28';根据题目信息Ⅲ-ⅰ,应有H—O—H键角<109°28',实际键角为105°。
(4)SO2Cl2和SO2F2都符合模型AXnEm中n+m=4,VSEPR理想模型为正四面体形,而S—Cl和S—F都是单键,且F原子的得电子能力要强于Cl原子,根据题目信息Ⅲ-ⅲ可知,SO2Cl2分子中Cl—S—Cl键角大于SO2F2分子中F—S—F键角。
(5)PbCl2符合AXnEm模型中n+m=3,VSEPR理想模型为平面三角形,故该分子空间结构为V形;XeF4符合AXnEm模型中n+m=6,VSEPR理想模型为正八面体,由于Xe原子有2个孤电子对,故该分子空间结构为平面正方形;由于Sn的最外层电子全部参与成键,故SnC符合AXnEm,VSEPR理想模型为正八面体,该离子的空间结构也为正八面体;P原子的最外层电子都参与成键,没有孤电子对,PF3Cl2符合AXnEm,VSEPR理想模型为三角双锥形,故该分子也为三角双锥形;Hg原子没有孤电子对,HgC符合AXnEm,VSEPR理想模型为正四面体形,故该离子的空间结构为正四面体形。
