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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
目 标 素 养
1.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用相关理论和模型进行解释和预测。形成证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
2.知道分子的结构可以通过红外光谱、晶体X射线衍射等技术进行测定。形成宏观辨识与微观探析、科学探究与创新意识的化学学科核心素养。
知 识 概 览
一、分子结构的测定
1.早年的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结构。如今,科学家应用 红外光谱 、 晶体X射线衍射 等现代仪器和方法测定分子结构。
2.红外光谱仪的工作原理。
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,再记录到谱图上呈现吸收峰,通过和已有谱图库对比,或通过量子化学计算,得知 化学键 或官能团的信息。
3.用质谱法测定分子的相对分子质量。
(1)基本原理: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,对这些峰进行分析可得知样品分子的 相对分子质量 。
(2)认识质谱图。
微解读质谱图中,根据分子离子的质荷比可以确定分子的相对分子质量,根据碎片离子的质荷比可以获得分子结构的部分信息。
微训练1
1.有机化合物C3H6O2的红外光谱如图所示,则该有机化合物可能含有( )。
A.醚键、酯基 B.醚键、醛基
C.羟基、酮羰基 D.酯基
答案:D
2.利用质谱仪测定某物质的相对分子质量所得质谱图如下,由此确定该物质的相对分子质量为( )。
A.15 B.29
C.40 D.44
答案:D
二、多样的分子空间结构
1.常见分子的空间结构。
2.一些分子的空间结构模型。
分子空间结构与其稳定性有关。如S8的空间结构为 皇冠 式时稳定; 椅 式C6H12比 船 式C6H12稳定。
微判断(1)所有的三原子分子都是直线形结构。( )
(2)所有的四原子分子都是平面三角形结构。( )
(3)五原子分子的空间结构都是正四面体。( )
(4)正四面体形的键角均为109°28'。( )
(5)SiCl4、SiH4、 、CH3Cl均为正四面体结构。( )
(6)SF6分子的空间结构为正八面体形。( )
×
×
×
×
×
√
三、价层电子对互斥模型
1.价层电子对互斥模型。
分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥 的结果。
2.中心原子上价层电子对的计算。
(1)价层电子对包括:分子中的中心原子与结合原子间的
σ键电子对 和 中心原子上的孤电子对 。
(2)计算。
①σ键电子对的计算。
可由化学式确定,即中心原子形成几个σ键,就有几个σ键电子对。如H2O分子中,O有 2 个σ键电子对;NH3分子中,N有 3 个σ键电子对。
②中心原子上的孤电子对的计算。
中心原子上的孤电子对数=
a.a表示中心原子的 价电子数 。
对于主族元素:a= 原子的最外层电子数 。
对于阳离子:a= 中心原子的价电子数 - 离子的电荷数 。
对于阴离子:
a= 中心原子的价电子数 + 离子的电荷数(绝对值) 。
b.x表示 与中心原子结合的原子数 。
c.b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)几种分子或离子的中心原子上的孤电子对数。
3.VSEPR模型与分子或离子的空间结构。
σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数→VSEPR模型
分子或离子的空间结构。
由于孤电子对有较大斥力,含孤电子对的分子的实测键角几乎都 小于 VSEPR模型的预测值。价层电子对互斥模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。
微思考AB4型微粒的空间构型可能有哪些
提示:可能有正四面体形、平面正方形、四角锥形等。
微训练2
1.下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为V形的是( )。
A.NO2 B.
C.H3O+ D.H2O
答案:D
2.H2O的中心原子是 ,有 个孤电子对,有 个σ键电子对,中心原子的价层电子对数等于 ,它们相互排斥形成 形VSEPR模型。略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对,因而H2O分子呈 形。
答案: O 2 2 4 四面体 V
问题探究
距今约40亿年前,地球遭受小行星、彗星等天体持续不断的大规模撞击,地球的地壳发生了剧烈的变化,许多气体从火山口释放出来,构成了原始大气。根据科学家们的推断,原始大气的主要成分有氨气、氢气、甲烷、水蒸气、硫化氢、二氧化碳等气体,没有氧气。
(1)硫化氢分子的结构式为H—S—H,键角约为92°,试描述H2S分子的空间结构。
提示:V形。
(2)水分子的结构与硫化氢分子相似,试比较两者键角的大小。
提示:H—O—H的键角大于H—S—H的键角。
(3)N(NO2)3分子结构与氨分子相似,分子中N—N—N的键角都是108.1°。试推测该分子中四个氮原子围成的空间结构。
提示:四个氮原子围成的空间结构是三角锥形。
归纳总结
1.分子(或离子)的空间结构与键角关系的一般规律。
分子(或离子)类型 键角 空间结构 实例
AB2 180° 直线形 CO2、BeCl2、HCN
<180° V形 H2O、SO2
AB3 120° 平面三角形 CH2O、BF3、SO3
<120° 三角锥形 NH3、H3O+
AB4 109°28' 正四面体形 CH4、CCl4
2.典型有机化合物分子的空间结构:C2H4、苯(C6H6)、CH2=CH—CH=CH2(1,3-丁二烯)、CH2O(甲醛)等都是平面形分子;C2H2为直线形分子。
3.依据元素周期表中位置关系推测空间结构相似的分子,如CO2与CS2、H2O与H2S、NH3与PH3、CH4与CCl4等;CH4和CCl4都是五原子正四面体结构,CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3是四面体结构但不是正四面体结构,而白磷是四原子正四面体结构,它与CH4等五原子正四面体结构中原子的空间分布、键角是不同的(P4分子中的键角为60°)。
4.分子(或离子)的空间结构不同的原因:共价键的方向性与饱和性,由此导致共价键的键长、键角不同。
典例剖析
【例1】 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。苯的键角为120°,但其空间结构是平面正六边形,B项错误。白磷的键角为60°,空间结构为正四面体形,C项正确。水的键角为105°,空间结构为V形,D项正确。
1.下列说法正确的是( )。
A.CO2的空间结构为直线形,可推测SO2的空间结构也为直线形
B.C2H2为直线形分子,可推测C2H4也为直线形分子
D.CH4和P4的空间结构都为四面体形,CH4中键角为109°28',P4中键角也为109°28'
答案:C
解析:SO2的空间结构为V形,A项错误;C2H4为平面形分子,B项错误;P4分子中的键角为60°,D项错误。
2.A、B为短周期元素,可形成AB3型分子。写出一种符合所给条件的常见物质的分子式:
(1)A、B同周期,若AB3分子为平面三角形,则AB3可能是 ;若AB3分子为三角锥形,则AB3可能是 。
(2)A、B同主族,则AB3是 ,分子空间结构为 。
(3)A、B既不同周期,也不同主族,且AB3分子的价电子数为24,则AB3是 ,分子空间结构为 。
答案:(1)BF3 PCl3
(2)SO3 平面三角形
(3)BCl3 平面三角形(或其他合理答案)
解析:(1)若A、B为第二周期元素,AB3可以是BF3;若A、B为第三周期元素,AB3可以是PCl3,而BF3为平面三角形,PCl3为三角锥形。(2)A、B同主族,则AB3是SO3,平面三角形分子。(3)BCl3分子的价电子数为24,分子空间结构为平面三角形。
问题探究
分子中中心原子上的价层电子对(包括成键电子对和孤电子对)间由于相互排斥作用,尽可能趋向彼此远离。电子对之间的夹角越大,相互之间的斥力越小。如图所示。
(1)仔细观察上图,依次描述图中分子的价层电子对互斥模型与分子的空间结构。
提示:从左到右,分子的价层电子对互斥模型分别为直线形、平面三角形、四面体形、三角双锥形、八面体形;分子的空间结构分别为直线形、V形、四面体形、三角锥形、四角锥形。
(2)价层电子对互斥模型与分子的空间结构是否一致 在什么情况下两者一致
提示:不一定一致。分子的空间结构实质是中心原子成键电子对的空间结构。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。图中从左数第2、4、5三种不一致。
(3)对于乙醇和乙酸,同样可以用“价层电子对相互排斥而尽量远离”的原则快捷地判断它们分子的空间结构。
①根据图示,结合价层电子对互斥模型分析乙醇分子中C—O—H的空间结构。
②根据图示,结合价层电子对互斥模型分析乙酸分子中
的空间结构。
提示:①在乙醇分子中,羟基上的氧原子有两个σ键电子对和两个孤电子对,价层电子对共有四个空间取向,氧原子的价层电子对相互排斥而远离,呈四面体形,因此C—O—H呈V形。
归纳总结
1.价层电子对互斥模型要点。
(1)对于ABn型分子,分子的空间结构主要取决于中心原子A的价层电子对的相互排斥。价层电子对数=σ键电子对数+中心原子的孤电子对数。
(2)中心原子上的价层电子对数和分子的VSEPR模型的关系。
中心原子上的
价层电子对数 2 3 4 5 6
VSEPR模型名称 直线形 平面三角形 正四面体形 三角双锥形 正八面体形
2.利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构的基本思路。
3.(1)若ABn型分子中,A与B之间通过两对或三对电子结合而成(即形成双键或三键),则价层电子对互斥模型只计为一个σ键电子对看待。
(2)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律: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。随着孤电子对数目的增多,成键电子对与成键电子对之间的斥力减小,键角也减小。如CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小。
典例剖析
【例2】 下列关于表中所列四种粒子的各项描述完全正确的一项是( )。
C
易错警示
用价层电子对互斥模型推测分子或离子空间结构时的常见错误: (1)计算阴、阳离子的中心原子上的价层电子对数时未考虑离子所带电荷而计算错误。 (2)由电子式或结构式判断中心原子上的价层电子对数时未将双键或三键当作一个价层电子对计算。
(3)不能准确区分和判断中心原子上的孤电子对和成键电子对。判断ABn型分子中心原子上的孤电子对数的简单方法为孤电子对数=价层电子对数-n。 (4)误将VSEPR模型当作分子或离子的空间结构。 (5)错误地利用相似性规律判断分子或离子的空间结构。
学以致用
3.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模型可用来预测分子的空间结构
B.分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构
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,价层电子对间的相互排斥力越大,分子越稳定
答案:D
解析:VSEPR模型可用来预测分子的空间结构,注意分子的空间结构要略去VSEPR模型中的孤电子对, A项正确。分子的空间结构与价电子对相互排斥有关,所以分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构, 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,且孤电子对间的排斥力>孤电子对和σ键电子对间的排斥力, C项正确。分子的稳定性与键角没有直接关系, D项不正确。
4.下列化学用语表示正确的是( )。
答案:D
解析:NH3分子中N原子含有3个N—H和1个孤电子对,故VSEPR模型为四面体形,故A项错误;AlCl3的VSEPR模型为平面三角形,故B项错误;H2S分子中S原子含有2个H—S和2个孤电子对,为V形分子,故C项错误;BF3分子中B原子含有3个B—F,BF3的空间结构: (平面三角形),故D项正确。
1.根据价层电子对互斥模型,下列分子或者离子的空间结构不是三角锥形的是( )。
A.PCl3 B.H3O+
C.HCHO D.PH3
答案:C
解析:PCl3中P上的σ键电子对数为3,孤电子对数为1,其价层电子对互斥模型为四面体形,分子的空间结构为三角锥形;H3O+和PH3中中心原子上的σ键电子对数和孤电子对数均分别为3和1,两者的空间结构均为三角锥形;HCHO的中心原子上的价电子都用来形成共价键,中心原子周围的原子数为3,空间结构为平面三角形。
2.下列叙述中正确的是( )。
A.NH3中N处在3个H所组成的三角形的中心
B.CCl4中C处在4个Cl所组成的正方形的中心
C.H2O中O处在2个H所连成的直线的中央
D.CO2中C处在2个O所连成的直线的中央
答案:D
解析:NH3呈三角锥形,N位于锥顶,A项错误。CCl4呈正四面体形,B项错误。H2O呈V形,C项错误。CO2呈直线形,C位于两个O连线的中央,D项正确。
3.下列各组分子或离子的空间结构不相似的是( )。
A.CO2和OF2
B. 和CH4
C.H3O+和NH3
D.SO2和O3
答案:A
解析:CO2为直线形分子,OF2中心原子的价层电子对数为4,孤电子对数为2,所以OF2为V形分子,二者空间结构不相似,故A项正确; 和CH4中心原子的价层电子对数为4,孤电子对数为0,二者均为正四面体形,则二者空间结构相似,故B项错误; H3O+和NH3中心原子的价层电子对数为4,孤电子对数为1,二者均为三角锥形,则二者空间结构相似,故C项错误;SO2和O3中心原子的价层电子对数为3,孤电子对数为1,二者均为V形,则二者空间结构相似,故D项错误。
4.有X、Y两种活性反应中间体粒子,均含有1个碳原子和3个氢原子,其球棍模型如图所示:
答案:C
5.下列判断正确的是( )。
A.SO2、CS2、HI都是直线形的分子
B.BF3键角为120°,NH3键角大于120°
C.COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子
D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子
答案:C
6.请回答下列问题。
(1)指出下列分子或离子的空间结构:
;CS2 。
(2)按要求写出由第二周期非金属主族元素原子构成的分子的化学式:
平面三角形分子 ,三角锥形分子 ,正四面体形分子 。
(3)下列粒子中键角由大到小的顺序为 (填序号)。
答案:(1)正四面体形 直线形
(2)BF3 NF3 CF4
(3)①④②⑤③
解析:(1) 中P无孤电子对,空间结构为正四面体形;CS2的空间结构与CO2的一样,为直线形。
(2)第二周期的五种非金属主族元素原子为B、C、N、O、F,它们构成的分子中,平面三角形分子为BF3,三角锥形分子为NF3,正四面体形分子为CF4。
(3)①HCN为直线形分子,键角为180°;②SiF4为正四面体形结构,键角为109°28';③SCl2为V形结构,键角接近105°;④
为平面三角形结构,键角为120°;⑤H3O+为三角锥形结构,键角接近107°。所以键角由大到小的顺序为①④②⑤③。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
课后·训练提升
基础巩固
1.TBC的一种标准谱图如图所示,它是( )。
A.核磁共振谱 B.质谱
C.红外光谱 D.紫外光谱
答案C
2.下列常见分子中,所有原子均处于同一平面的有( )个。
①CO2 ②H2O ③HCHO ④NH3 ⑤CH4 ⑥H2O2 ⑦C2H2 ⑧C2H4
A.2 B.3 C.4 D.5
答案D
解析CO2分子是直线形,H2O分子是V形,HCHO分子是平面三角形,NH3分子是三角锥形,CH4分子是正四面体形,H2O2分子是二面角结构,C2H2分子是直线形,C2H4分子是平面形,分子中所有原子均处于同一平面的有①②③⑦⑧,共5个。
3.下列微粒中,中心原子的价层电子对数、孤电子对数都正确的是( )。
选项 微粒 价层电子对数 孤电子对数
A N 4 1
B SO2 2 2
C BF3 3 0
D C 4 1
答案C
解析N中心原子N的价层电子对数为4,其中σ键电子对数为4,孤电子对数为0,A项错误;SO2中心原子S的价层电子对数为3,其中σ键电子对数为2,孤电子对数为1,B项错误;BF3中心原子B的价层电子对数为3,其中σ键电子对数为3,孤电子对数为0,C项正确;C中心原子C的价层电子对数为3,其中σ键电子对数为3,孤电子对数为0,D项错误。
4.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.N为正四面体形
B.CS2为直线形
C.CH2O为V形
D.PCl3为三角锥形
答案C
解析N中N原子的价层电子对数为4+×(5-1-4×1)=4,且不含有孤电子对,所以其空间结构为正四面体结构,故A项正确;CS2分子中C原子的价层电子对数为2+×(4-2×2)=2,且不含有孤电子对,所以为直线形结构,故B项正确;CH2O中C原子的价层电子对数为3,不含有孤电子对,为平面三角形,故C项错误;PCl3分子中P原子的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,且含有一个孤电子对,所以其空间结构为三角锥形,故D项正确。
5.下列说法中不正确的是( )。
A.分子中的价层电子对(包括σ键电子对和孤电子对)之间存在相互排斥作用
B.分子中的价层电子对之间趋向于彼此远离
C.分子在很多情况下并不是尽可能采取对称的空间结构
D.当价层电子对数分别是2、3、4时,价层电子对互斥模型分别为直线形、平面三角形、正四面体形
答案C
解析分子在很多情况下是尽可能采用对称的空间结构,以使体系能量最低。
6.下列有关分子的空间结构的说法中正确的是( )。
A.HClO、BF3、NCl3分子中所有原子的最外层电子都满足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.分子中键角的大小:CO2>SnCl2>SO3>NH3
D.BeCl2分子中,中心原子Be的价层电子对数为2,BeCl2为直线形分子
答案D
解析HClO分子中的H和BF3分子中的B都未达到8电子结构,A项错误。P4分子和CH4分子都是正四面体形结构,但是P4分子中P—P—P键角为60°;CH4分子中H—C—H键角为109°28',B项错误。CO2分子的空间结构为直线形,键角为180°;SnCl2分子呈V形,Sn含有一个孤电子对,由于该孤电子对的存在,键角小于120°;SO3分子的空间结构为平面正三角形,键角为120°;NH3分子的空间结构为三角锥形,由于N的孤电子对的存在,键角小于109°28'。故分子中键角的大小:CO2>SO3>SnCl2>NH3,C项错误。
7.下列叙述不正确的是( )。
A.OF2、SO2、O3分子的空间结构均为V形
B.SO3、Cl的空间结构为平面三角形
C.SF6分子呈正八面体形,所以S—F键能和键长完全相同
D.SiF4和S的VSEPR模型均为四面体形
答案B
解析SO3孤电子对数为0,价层电子对数是3,空间结构为平面三角形,而Cl孤电子对数为1,价层电子对数为4,Cl的空间结构为三角锥形,B项错误。
8.请回答下列问题。
(1)利用价层电子对互斥模型推断下列分子或离子的空间结构:
SeO3 ;SCl2 ;
N ;N ;
HCHO ;HCN 。
(2)利用价层电子对互斥模型推断键角的大小:
①SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角 (填“>”“<”或“=”,下同)120°;
②PCl3分子中,Cl—P—Cl的键角 109°28'。
答案(1)平面三角形 V形 直线形 V形 平面三角形 直线形
(2)①< ②<
解析(1)SeO3中,Se的价层电子对数为3,孤电子对数为0,SeO3为平面三角形;SCl2中,S的价层电子对数为4,孤电子对数为2,SCl2为V形;N中,N的价层电子对数为2,孤电子对数为0,N为直线形;N中,N的价层电子对数为3,孤电子对数为1,N为V形;HCHO分子中1个碳氧双键计作1个σ键电子对,2个C—H对应2个σ键电子对,C原子上的价层电子对数为3,且无孤电子对,所以HCHO分子为平面三角形;HCN分子的结构式为H—C≡N,1个C≡N可计作1个σ键电子对,1个C—H对应1个σ键电子对,故C原子上的价层电子对数为2,且无孤电子对,所以HCN分子为直线形。
(2)SnBr2分子中,Sn上的价层电子对数为3,σ键电子对数为2,孤电子对数为1,由于孤电子对与Sn—Br的σ键电子对间的排斥作用大于Sn—Br的σ键电子对间的排斥作用,故键角<120°。
PCl3分子中,P上的价层电子对数为4,含有1个孤电子对,孤电子对与P—Cl的σ键电子对间的排斥作用大于P—Cl的σ键电子对间的排斥作用,所以Cl—P—Cl的键角小于109°28'。
9.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1个孤电子对,而D的氢化物分子中没有
答案(1)H—Cl 2+ V形
(2)3s23p4 平面三角形
(3)SiCl4 109°28'
(4)c
解析由分析可知,D为C,E为N,X为Si,Y为S,Z为Cl。
(1)Z的氢化物为HCl,其结构式为H—Cl;HClO中心原子价层电子对数为2+=2+2=4,孤电子对数为2,可知分子空间结构为V形。
(2)Y为S,位于第三周期第ⅥA族,其价层电子排布式为3s23p4,Y的最高价氧化物的化学式是SO3,中心原子S原子的价层电子对数为3+=3,其VSEPR模型为平面三角形。
(3)X与Z形成的最简单化合物的化学式是SiCl4,分子的空间结构为正四面体形,该分子中的键角是109°28'。
(4)D、E的最简单氢化物分别为CH4、NH3,二者中心原子的价层电子对数均是4,而碳原子的孤电子对数为0,N原子的孤电子对数为1,则CH4为正四面体形,NH3为三角锥形。
能力提升
1.若ABn型分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对,运用价层电子对互斥模型,下列说法正确的是 ( )。
A.若n=2,则分子的空间结构为V形
B.若n=3,则分子的空间结构为三角锥形
C.若n=4,则分子的空间结构为正四面体形
D.以上说法都不正确
答案C
解析根据价层电子对互斥模型知,ABn型分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对,若n=2,则分子的空间结构为直线形;若n=3,则分子的空间结构为平面三角形;若n=4,则分子的空间结构为正四面体形。
2.推理是学习化学知识的一种重要方法。下列推理合理的是( )。
A.SO2分子的空间结构是V形,则CO2分子的空间结构也是V形
B.NCl3分子的空间结构是三角锥形,则BCl3分子的空间结构也是三角锥形
C.C中的键角是120°,则N中的键角也是120°
D.SO2分子和SCl2分子的空间结构相同,所以它们的VSEPR模型也相同
答案C
解析SO2、CO2分子中中心原子的σ键电子对数都是2,但SO2分子中S有1个孤电子对,CO2分子中C没有孤电子对,CO2分子的空间结构是直线形,A项错误;NCl3分子中N原子的价层电子对数是4,含有1个孤电子对,分子的空间结构是三角锥形,BCl3分子中中心原子B的价层电子对数是3,没有孤电子对,分子的空间结构是平面三角形,B项错误;C和N中中心原子的价层电子对数都是3,且都没有孤电子对,空间结构都是平面三角形,键角都是120°,C项正确;虽然SO2分子和SCl2分子的空间结构相同,都是V形,但它们的VSEPR模型不相同,SO2分子的VSEPR模型是平面三角形,SCl2分子的VSEPR模型是四面体形,D项错误。
3.有机反应过程中,随反应条件不同,成键的碳原子可以形成碳正离子(C)、碳负离子(C)、甲基(—CH3)等粒子。下列说法不正确的是( )。
A.—CH3的电子式是H
B.C的空间结构为平面三角形
C.键角:C>C
D.C中所有的原子不都在一个平面内
答案C
解析—CH3的电子式是H,故A项正确;C中碳原子的价层电子对数为3+(4-1-3×1)=3+0=3,空间结构为平面三角形,故B项正确;C中碳原子的价层电子对数为3+(4+1-3×1)=4,含1个孤电子对,空间结构为三角锥形,键角小于109°28',C中碳原子的价层电子对数为3+(4-1-3×1)=3+0=3,空间结构为平面三角形,键角为120°,键角:C4.硫是一种重要的非金属元素。
(1)根据价层电子对互斥模型,H2S、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 。
(2)H2S分子中的键角比H2O分子中的键角 ,原因是 。
(3)
气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的空间结构为 形,键角O—S—O为 ;固体三氧化硫中存在三聚分子,其空间结构如图所示,该分子中键角O—S—O为 。
(4)SO2Cl2分子中,S与O以共价双键结合,S与Cl以共价单键结合,则SO2Cl2分子的空间结构为 。
答案(1)H2S (2)小 O的电负性比S的大,O原子半径比S的小,H2O分子中两个成键电子对更靠近中心原子O,排斥作用增大,键角变大
(3)平面三角 120° 109°28' (4)四面体形
解析(1)价层电子对数包括σ键电子对数和孤电子对数,H2S中S的σ键电子对数为2,孤电子对数为=2,价层电子对数为4;同理,SO2中S的价层电子对数为2+=3,SO3中S的价层电子对数为3+=3,H2S中S的价层电子对数不同于SO2、SO3中S的价层电子对数。(2)O的电负性比S的大,O原子半径比S的小,H2O分子中两个成键电子对更靠近中心原子O,排斥作用增大,键角变大,所以H2S分子中的键角较小。(3)气态SO3为单分子,中心原子S的价层电子对数为3,无孤电子对,分子的空间结构为平面三角形,键角为120°;根据三聚分子的图示可知,固体SO3中,S原子和4个O形成正四面体结构,键角O—S—O为109°28'。(4)SO2Cl2分子中中心原子S的σ键电子对数为4,无孤电子对,分子的空间结构为四面体形,因为SO和S—Cl的键长不等,所以不是正四面体形。
5.价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)可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,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大小主要顺序为:
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。
(1)根据要点Ⅰ可以推测出AXnEm的VSEPR模型,请填写下表:
n+m 2
VSEPR模型 正四面体形
该模型价层电子 对之间的键角 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的键角大小并解释原因: 。
(4)用VSEPR模型判断下列分子或离子的空间结构:
分子或离子 SnCl2 CCl4 Cl
空间结构
答案(1)4 直线形 180°
(2)CO2属于AX2E0型,n+m=2,故为直线形
(3)V形 水分子属于AX2E2型,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'。但根据Ⅲ中的ⅰ,H—O—H的键角应该小于109°28'
(4)V形 正四面体形 正四面体形
解析AXnEm中n+m=2时,最理想的模型是直线形,键角是180°;若是正四面体形,n+m=4;CO2属于AX2E0型,n+m=2,故为直线形。水分子属于AX2E2型,n+m=4,O有两个孤电子对,应是V形,孤电子对之间的斥力强于共用电子对之间的斥力,所以使其键角小于109°28'。
