2.2.1分子結(jié)構(gòu)的測定和多樣性價層電子對互斥模型知識清單2023-2024學(xué)年高二化學(xué)人教版選擇性必修2

2.2.1分子結(jié)構(gòu)的測定和多樣性、價層電子對互斥模型——高二化學(xué)人教版（2019）選修二課堂速測一、分子結(jié)構(gòu)的測定早年科學(xué)家主要靠對物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后進(jìn)行推測，現(xiàn)代科學(xué)家應(yīng)用了許多測定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線衍射等。1．紅外光譜在測定分子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。當(dāng)一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學(xué)計算，可以得知各吸收峰是由哪種化學(xué)鍵、哪種振動方式引起的，綜合這些信息，可分析分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。2．質(zhì)譜法在測定分子相對分子質(zhì)量中的應(yīng)用現(xiàn)代化學(xué)常利用質(zhì)譜儀測定分子的相對分子質(zhì)量。它的基本原理是在質(zhì)譜儀中使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等粒子。由于生成的離子具有不同的相對質(zhì)量，它們在高壓電場加速后，通過狹縫進(jìn)入磁場得以分離，在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰，化學(xué)家對這些峰進(jìn)行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對分子質(zhì)量。二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)單原子分子(稀有氣體分子)、雙原子分子不存在空間結(jié)構(gòu)，多原子分子中存在原子的幾何學(xué)關(guān)系和形狀，即所謂“分子的空間結(jié)構(gòu)”。1．三原子分子化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CO2O=C=O180°直線形H2O105°V形2.四原子分子化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CH2O約120°平面三角形NH3107°三角錐形3．五原子分子化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CH4109°28′正四面體形CCl4109°28′正四面體形4.其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)三、價層電子對互斥模型1．價層電子對互斥模型(VSEPRmodel)：對ABn型的分子或離子，中心原子A的價層電子對(包括成鍵的σ鍵電子對和未成鍵的孤電子對)之間由于存在排斥力，將使分子的空間結(jié)構(gòu)總是采取電子對相互排斥最弱的那種結(jié)構(gòu)，以使彼此之間斥力最小，分子或離子的體系能量最低，最穩(wěn)定。2．價層電子對的計算(1)中心原子價層電子對數(shù)＝σ鍵電子對數(shù)＋孤電子對數(shù)。(2)σ鍵電子對數(shù)的計算由化學(xué)式確定，即中心原子形成幾個σ鍵，就有幾對σ鍵電子對。如H2O分子中，O有2對σ鍵電子對。NH3分子中，N有3對σ鍵電子對。(3)中心原子上的孤電子對數(shù)的計算中心原子上的孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)①a表示中心原子的價電子數(shù)；對主族元素：a＝最外層電子數(shù)；對于陽離子：a＝價電子數(shù)－離子所帶電荷數(shù)；對于陰離子：a＝價電子數(shù)＋離子所帶電荷數(shù)。②x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。③b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)，氫為1，其他原子＝8－該原子的價電子數(shù)。3．價層電子對的空間結(jié)構(gòu)(即VSEPR模型)價層電子對數(shù)目：234VSEPR模型：直線形平面三角形正四面體形4．VSEPR模型的應(yīng)用——預(yù)測分子空間結(jié)構(gòu)由價層電子對的相互排斥，得到含有孤電子對的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對，便可得到分子的空間結(jié)構(gòu)。(1)中心原子不含孤電子對分子或離子σ鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)VSEPR模型及名稱分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)及名稱CO220直線形直線形COeq\o\al(2－,3)30平面三角形平面三角形CH440正四面體形正四面體形(2)中心原子含孤電子對分子或離子價層電子對數(shù)孤電子對數(shù)VSEPR模型及名稱分子的空間結(jié)構(gòu)及名稱NH341四面體形三角錐形H2O42四面體形V形SO231平面三角形V形【針對訓(xùn)練】1.若ABn型分子的中心原子A上沒有未用于形成共價鍵的孤電子對，運用價層電子對互斥模型，判斷下列說法中正確的是()A．若n＝2，則分子的空間結(jié)構(gòu)為V形B．若n＝3，則分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形C．若n＝4，則分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形D．以上說法都不正確2.有X、Y兩種活性反應(yīng)中間體微粒，均含有1個碳原子和3個氫原子，其球棍模型如圖所示：，。下列說法錯誤的是()A．X的組成為CHeq\o\al(＋,3)B．Y的組成為CHeq\o\al(－,3)C．X的價層電子對數(shù)為4D．Y中鍵角小于120°3.美國化學(xué)家鮑林教授具有獨特的化學(xué)想象力：只要給他物質(zhì)的分子式，他就能大體上想象出這種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)模型。多核離子所帶電荷可以認(rèn)為是中心原子得失電子所致，根據(jù)VSEPR模型，下列離子中所有原子都在同一平面上的一組是()A．NOeq\o\al(－,2)和NHeq\o\al(＋,4) B．H3O＋和ClOeq\o\al(－,3)C．NOeq\o\al(－,3)和COeq\o\al(2－,3) D．POeq\o\al(3－,4)和SOeq\o\al(2－,4)4.如圖是一種分子式為的有機物的紅外光譜圖，則該有機物可能為()A. B.C. D.5.利用價層電子對互斥模型可以預(yù)測許多分子或離子的空間結(jié)構(gòu)，也可推測鍵角的大小，下列判斷正確的是()A.是V形分子 B.的鍵角大于120°C.是三角錐形分子 D.的鍵角等于6.用價層電子對互斥模型（VSEPR模型）可以預(yù)測許多分子或離子的空間結(jié)構(gòu)，有時也能用來推測鍵角大小，下列判斷正確的是()A.是直線形分子B.是三角錐形分子C.的鍵角為120°D.是平面三角形分子7.下列有關(guān)鍵角與分子空間結(jié)構(gòu)的說法不正確的是()A.鍵角為180°的分子，空間結(jié)構(gòu)是直線形B.鍵角為120°的分子，空間結(jié)構(gòu)是平面三角形C.鍵角為60°的分子，空間結(jié)構(gòu)可能是正四面體形D.鍵角為90°~109°28＇之間的分子，空間結(jié)構(gòu)可能是V形8.20世紀(jì)50年代科學(xué)家提出價層電子對互斥模型（簡稱VSEPR模型），用于預(yù)測簡單分子的空間結(jié)構(gòu)。其要點可以概括為：Ⅰ.用表示只含一個中心原子的分子組成，A為中心原子，X為與中心原子相結(jié)合的原子，E為中心原子價層未參與成鍵的電子對（稱為孤電子對），稱為價層電子對數(shù)。分子中的價層電子對總是互相排斥，均勻地分布在中心原子周圍的空間。Ⅱ.分子的空間結(jié)構(gòu)是指分子中的原子在空間的排布，不包括中心原子未成鍵的孤電子對。Ⅲ.分子中價層電子對之間的斥力的主要順序為：ⅰ.孤電子對之間的斥力孤電子對與共用電子對之間的斥力共用電子對之間的斥力；ⅱ.雙鍵與雙鍵之間的斥力雙鍵與單鍵之間的斥力單鍵與單鍵之間的斥力；ⅲ.X原子得電子能力越弱，A—X形成的共用電子對之間的斥力越強；ⅳ.其他。請仔細(xì)閱讀上述材料，回答下列問題：（1）由的VSEPR模型填寫下表：2①_______VSEPR模型②_______四面體形價層電子對之間的鍵角③_______109°28＇（2）請用VSEPR模型解釋為直線形分子的原因：_______。（3）分子的空間結(jié)構(gòu)為_______，請你預(yù)測水分子中∠H—O—H的大小范圍并解釋原因：_______。（4）和都屬于型分子，S、0之間以雙鍵結(jié)合，S與Cl、S與F之間以單鍵結(jié)合。請你預(yù)測和分子的空間結(jié)構(gòu)：_______。分子中∠Cl—S—Cl_______（填“”“”或“”）分子中∠F—S—F。9.價層電子對互斥模型可用于預(yù)測簡單分子的空間結(jié)構(gòu)。用表示只含一個中心原子的分子組成，A為中心原子，X為與中心原子相結(jié)合的原子，E為中心原子最外層未參與成鍵的電子對（稱為孤電子對），為價層電子對數(shù)。（1）請?zhí)顚懴卤恚?____________VSEPR理想模型____________正四面體形價層電子對之間的理想鍵角____________（2）請用VSEPR模型解釋為直線形分子的原因：____________。（3）分子的空間結(jié)構(gòu)為____________。（4）用價層電子對互斥模型判斷下列分子或離子的空間結(jié)構(gòu)：分子或離子空間結(jié)構(gòu)____________________________________10.有下列分子或離子：（1）粒子的空間結(jié)構(gòu)為直線形的為_____________。（2）粒子的空間結(jié)構(gòu)為V形的為_____________。（3）粒子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形的為_____________。（4）粒子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形的為_____________。（5）粒子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形的為_____________。

答案以及解析1.答案：C解析：若中心原子A上沒有未用于形成共價鍵的孤電子對，則不存在σ鍵電子對與孤電子對之間的相互排斥。當(dāng)n＝2時，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形；n＝3時，分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形；n＝4時，分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。2.答案：C解析：由圖可知，X為平面三角形結(jié)構(gòu)，其碳原子應(yīng)該有三對價層電子對，其組成為CHeq\o\al(＋,3)，A項正確、C項錯誤；Y為三角錐形，其碳原子有四對價層電子對，故其組成為CHeq\o\al(－,3)，鍵角比120°小，B、D項正確。3.答案：C解析：NOeq\o\al(－,2)中心原子的價層電子對數(shù)＝2＋eq\f(5＋1－2×2,2)＝3，含有一對孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為V形，NHeq\o\al(＋,4)中心原子的價層電子對數(shù)＝4＋eq\f(5－1－4×1,2)＝4，沒有孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，故A不選；H3O＋中心原子的價層電子對數(shù)＝3＋eq\f(6－1－3×1,2)＝4，含有一對孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，ClOeq\o\al(－,3)中心原子的價層電子對數(shù)＝3＋eq\f(7＋1－3×2,2)＝4，含有一對孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，故B不選；NOeq\o\al(－,3)中心原子的價層電子對數(shù)＝3＋eq\f(5＋1－3×2,2)＝3，沒有孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，COeq\o\al(2－,3)中心原子的價層電子對數(shù)＝3＋eq\f(4＋2－2×3,2)＝3，沒有孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，故C選；POeq\o\al(3－,4)中心原子的價層電子對數(shù)＝4＋eq\f(5＋3－4×2,2)＝4，沒有孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，SOeq\o\al(2－,4)中心原子的價層電子對數(shù)＝4＋eq\f(6＋2－4×2,2)＝4，沒有孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，故D不選。4.答案：A解析：本題所給選項中有機物的結(jié)構(gòu)簡式分別為。首先排除D項，因D項的分子式為，與題干不符；再由題圖可知有不對稱—，還有C—O—C，則排除B、C項；而A項存在不對稱—、CO與C—O—C，所以該有機物可能是。5.答案：D解析：的中心原子的價層電子對數(shù)=2+（42×2）÷2=2，不含孤電子對，為直線形，A項錯誤；的中心原子的價層電子對數(shù)=2+（42×1）÷2=3，孤電子對數(shù)為1，為V形，孤電子對與成鍵電子對之間的排斥力大于成鍵電子對之間的排斥力，所以的鍵角小于120°，B項錯誤；的中心原子的價層電子對數(shù)=3+（33×1）÷2=3，不含孤電子對，為平面三角形，C項錯誤；的中心原子的價層電子對數(shù)=4+（51×41）÷2=4，不含孤電子對，為正四面體形，的鍵角等于，D項正確。6.答案：C解析：的中心原子為S原子，其價層電子對數(shù)為，含有1個孤電子對，所以為Ⅴ形分子，A錯誤；的中心原子為S原子，其價層電子對數(shù)為，不含孤電子對，故是平面三角形分子，B錯誤；的中心原子為B原子，其價層電子對數(shù)為，不含孤電子對，故是平面三角形分子，鍵角為120°，C正確；的中心原子為P原子，其價層電子對數(shù)為，含有1個孤電子對，所以是三角錐形分子，D錯誤。7.答案：B解析：鍵角為180°的分子，空間結(jié)構(gòu)是直線形，例如是直線形分子，A正確；苯分子的鍵角為120°，但其空間結(jié)構(gòu)是平面正六邊形，B錯誤；白磷分子的鍵角為60°，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，C正確；水分子的鍵角為105°，空間結(jié)構(gòu)為V形，D正確。8、（1）答案：①4；②直線形；③180°解析：（2）答案：中C原子價層電子對數(shù)為2，由VSEPR模型知，兩對成鍵電子對應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，故為直線形結(jié)構(gòu)解析：中C的價層電子對數(shù)為，由VSEPR模型知，兩對成鍵電子對應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，故為直線形結(jié)構(gòu)，即分子為直線形分子。（3）答案：V形∠H—O—H應(yīng)略小于109°28＇，因為分子中中心O原子價層電子對數(shù)為4，分占不同的位置，它們同樣要盡量遠(yuǎn)離，故的VSEPR模型為四面體形，但是由于兩對未成鍵電子對的排斥作用，導(dǎo)致∠H—O—H略小于109°28＇解析：（4）答案：四面體形；解析：中心原子S原子的價層電子對數(shù)為4+，4對價層電子對應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，故為四面體結(jié)構(gòu)，由于周圍原子的半徑不完全相同，故和的空間結(jié)構(gòu)為四面體形；由于Cl的原子半徑大于F的原子半徑，Cl原子間的排斥力大于F原子間的排斥力，故Cl—S—Cl的鍵角大于F—S—F的鍵角。9.答案：（1）24VSEPR理想模型直線形正四面體形價層電子對之間的理想鍵角180°（2）分子中=2，故為直線形（3）V形（4）分子或離子空間結(jié)構(gòu)V形三角雙錐形正四面體形解析：（1）當(dāng)時，VSEPR模型為正四面體形，其鍵角是；當(dāng)時，VSEPR模型為直線形，其鍵角是180°。（2）分子中，=2，故為直線形。（3）分子中，，V