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第二節(jié)　分子的空間結(jié)構(gòu)
第1課時　分子結(jié)構(gòu)的測定和多樣性　價層電子對互斥模型
［核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)］　1.了解分子結(jié)構(gòu)的測定方法。2.通過對典型分子空間結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，認(rèn)識微觀結(jié)構(gòu)對分子空間結(jié)構(gòu)的影響，了解共價分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性。3.通過對價層電子對互斥模型的探究，建立解決復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)判斷的思維模型。
一、分子結(jié)構(gòu)的測定
　　科學(xué)家應(yīng)用紅外光譜、晶體X射線衍射等方法測定分子結(jié)構(gòu)，應(yīng)用質(zhì)譜法測定分子的相對分子質(zhì)量。
1.紅外光譜
(1)原理
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，可分析出分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。
(2)紅外光譜儀原理示意圖
(3)實例
某未知物的紅外光譜圖：
通過紅外光譜圖可知，該物質(zhì)中有C—H、O—H、C—O化學(xué)鍵，并推測可能含有羥基官能團(tuán)。
2.相對分子質(zhì)量的確定——質(zhì)譜法
甲苯分子的質(zhì)譜圖：
讀譜：相對分子質(zhì)量=最大質(zhì)荷比，甲苯的相對分子質(zhì)量為92。
1.如圖所示是某分子式為C4H8O2的有機物的紅外光譜圖，則該有機物可能為 (　　)
A.CH3COOCH2CH3
B.CH3CH2CH2COOH
C.HCOOCH2CH2CH3
D.(CH3)2CHCH2COOH
答案　A
解析　該物質(zhì)分子中至少含有兩個甲基，且不對稱，含有碳氧雙鍵和碳氧單鍵。A項，CH3COOCH2CH3分子中存在不對稱—CH3、C—O—C和C==O，且分子式為C4H8O2，正確；B項，CH3CH2CH2COOH分子中含有1個—CH3，且不存在C—O—C，錯誤；C項，HCOOCH2CH2CH3分子中只含有1個—CH3，錯誤；D項，(CH3)2CHCH2COOH分子中存在對稱—CH3，不存在C—O—C，且含有5個碳原子，錯誤。
2.如圖是有機物A的質(zhì)譜圖，則A的相對分子質(zhì)量是 (　　)
A.29　　　　　B.43　　　　　C.57　　　　　D.72
答案　D
解析　由有機物A的質(zhì)譜圖可以看出，最大質(zhì)荷比為72，故A的相對分子質(zhì)量為72。
二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)
觀察下列幾種簡單的分子的空間結(jié)構(gòu)模型。
化學(xué)式 電子式 結(jié)構(gòu)式 鍵角 分子的空間結(jié)構(gòu)
三原子分子 CO2 O==C==O 180° 直線形
H2O H 105° V形(角形)
四原子分子 BF3 120° 平面正三 角形
NH3 H 107° 三角錐形
CH2O 120° 平面三角形
五原子分子 CH4 H 109°28' 正四面體形
CH3Cl — 四面體形
四原子分子都是平面三角形或三角錐形嗎？
提示　不是。H2O2分子的結(jié)構(gòu)類似于一本打開的書，兩個氧原子在兩頁書的交接處，兩個氫原子分別在翻開的書的兩頁上。而白磷(P4)分子為正四面體形。
1.正誤判斷
(1)所有的三原子分子都是直線形結(jié)構(gòu) (　　)
(2)正四面體形的鍵角均為109°28' (　　)
(3)SiCl4、SiH4、N、CH3Cl均為正四面體結(jié)構(gòu) (　　)
(4)SF6分子的空間結(jié)構(gòu)為正八面體形 (　　)
(5)椅式C6H12比船式C6H12穩(wěn)定 (　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
2.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
答案　B
解析　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。
3.(1)硫化氫(H2S)分子中，兩個H—S的夾角接近90°，說明H2S分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　　。
(2)二硫化碳(CS2)分子中，兩個C==S的夾角是180°，說明CS2分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　　。
(3)能說明CH4分子不是平面四邊形，而是正四面體結(jié)構(gòu)的是　　　　　(填字母)。
a.兩個鍵之間的夾角為109°28'
b.C—H為極性共價鍵
c.4個C—H的鍵能、鍵長都相等
d.二氯甲烷(CH2Cl2)只有一種(不存在同分異構(gòu)體)
答案　(1)V形　(2)直線形　(3)ad
解析　(3)五原子分子CH4可能有平面四邊形和正四面體兩種空間結(jié)構(gòu)，不管為哪種，b、c兩項都成立；若為前者，則鍵角為90°，CH2Cl2有兩種：和 ；若為后者，則鍵角為109°28'，CH2Cl2只有一種。
幾種常見分子的空間結(jié)構(gòu)
(1)常見的空間結(jié)構(gòu)為直線形的分子有BeCl2、HCN、C2H2、CO2等。
(2)常見的空間結(jié)構(gòu)為V形的分子有H2O、H2S、SO2等。
(3)常見的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形的分子有BF3、SO3、HCHO等。
(4)常見的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形的分子有PH3、PCl3、NH3等。
(5)常見的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等；是四面體形但不是正四面體形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。
三、價層電子對互斥模型
1.價層電子對互斥模型(VSEPR model)
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，就有幾個σ鍵電子對。如H2O分子中， O有2個σ鍵電子對，NH3分子中， N有3個σ鍵電子對。
(3)中心原子上的孤電子對數(shù)的計算
①中心原子上的孤電子對數(shù)=(a-xb)
ⅰ.a表示中心原子的價電子數(shù)。具體情況如下表所示：
對象 公式
主族元素 a=原子的最外層電子數(shù)
陽離子 a=中心原子的價電子數(shù)-離子的電荷數(shù)
陰離子 a=中心原子的價電子數(shù)+離子的電荷數(shù)(絕對值)
ⅱ.x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。
ⅲ.b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)。
對象 公式
H b=1
其他原子 b=8-該原子的價電子數(shù)
②幾種常見分子或離子的中心原子上的孤電子對數(shù)如下表所示：
分子或離子 中心 原子 a x b 中心原子上的孤電子對數(shù)
SO2 S 6 2 2 1
NH3 N 5 3 1 1
N N 5-1=4 4 1 0
C C 4+2=6 3 2 0
3.價層電子對的空間結(jié)構(gòu)(即VSEPR模型)
4.VSEPR模型的應(yīng)用——預(yù)測分子或離子的空間結(jié)構(gòu)
(1)基本思路
對于ABn型分子，利用VSEPR模型推測分子或離子空間結(jié)構(gòu)的思路如下：
(2)具體實例
①中心原子不含孤電子對
分子或離子 中心原子的價層電子對數(shù) VSEPR模型及 名稱 分子或離子的空間結(jié)構(gòu)及名稱
CO2 2 直線形 直線形
C 3 平面三角形 平面三角形
CH4 4 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 中心原子的價 層電子對數(shù) 中心原子的 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　　
NH3 4 1 四面體形 三角錐形
H2O 4 2 四面體形 V形
H3O+ 4 1 四面體形 三角錐形
SO2 3 1 平面三角形 V形
1.價層電子對的VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)一定一致嗎？什么時候一致？
提示　不一定一致。中心原子有孤電子對時，二者結(jié)構(gòu)不一致；當(dāng)中心原子無孤電子對時，二者結(jié)構(gòu)一致。
2.試解釋CH4鍵角(109°28')、NH3鍵角(107°)、H2O鍵角(105°)依次減小的原因。
提示　CH4分子中C原子沒有孤電子對，NH3分子中N原子上有1個孤電子對，H2O分子中O原子上有2個孤電子對，對成鍵電子對的排斥作用增大，故鍵角依次減小。
(1)若ABn型分子中，A與B之間通過兩對或三對電子(即通過雙鍵或三鍵)結(jié)合而成，則價層電子對互斥模型把雙鍵或三鍵作為一個電子對看待。
(2)由于孤電子對有較大斥力，含孤電子對的分子的實測鍵角幾乎都小于VSEPR模型的預(yù)測值。
價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規(guī)律：孤電子對與孤電子對>孤電子對與成鍵電子對>成鍵電子對與成鍵電子對。隨著孤電子對數(shù)目的增多，成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力減小，鍵角也減小。
(3)價層電子對互斥模型不能用于預(yù)測以過渡金屬為中心原子的分子。
1.正誤判斷
(1)分子的VSEPR模型和相應(yīng)分子的空間結(jié)構(gòu)是相同的 (　　)
(2)SO2與CO2的分子組成相似，故它們分子的空間結(jié)構(gòu)相同 (　　)
(3)由價層電子對互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的鍵角小于180° (　　)
(4)根據(jù)價層電子對互斥模型可以判斷H3O+與NH3的分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)一致 (　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√
2.下列分子或離子中，中心原子含有孤電子對的是 (　　)
A.PCl5　　　　　B.N　　　　　　　C.SiCl4　　　　　　D.PbCl2
答案　D
解析　PCl5中中心原子磷原子含有的孤電子對數(shù)=×(5-5×1)=0，故A不選；N中中心原子氮原子含有的孤電子對數(shù)=×(5+1-3×2)=0，故B不選；SiCl4中中心原子硅原子含有的孤電子對數(shù)=×(4-4×1)=0，故C不選；PbCl2中中心原子鉛原子含有的孤電子對數(shù)=×(4-2×1)=1，故D選。
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.N和N B.H3O+和Cl
C.N和C D.P和S
答案　C
4.用價層電子對互斥模型完成下列問題(加“·”的原子為中心原子)。
σ鍵電子對數(shù) 孤電子對數(shù) 空間結(jié)構(gòu)
H2
SCl2
PCl3
SO2
S
OF2
答案
σ鍵電子對數(shù) 孤電子對數(shù) 空間結(jié)構(gòu)
H2 2 2 V形
SCl2 2 2 V形
PCl3 3 1 三角錐形
SO2 2 1 V形
S 4 0 正四面體形
OF2 2 2 V形
2 2 V形
　　　　 課時對點練　［分值：100分］
(選擇題1~12題，每小題5分，共60分)
題組一　分子結(jié)構(gòu)的測定
1.TBC的一種標(biāo)準(zhǔn)譜圖如圖所示，它是 (　　)
A.核磁共振氫譜 B.質(zhì)譜
C.紅外光譜 D.紫外光譜
答案　C
2.已知某分子質(zhì)譜圖如圖所示，且分子的紅外光譜信息中含有C—O、C—H、O—H的吸收峰。下列關(guān)于其分子結(jié)構(gòu)的敘述正確的是 (　　)
A.該分子的結(jié)構(gòu)為CH3CH2OH
B.該分子的相對分子質(zhì)量可能為27、31、45 或46
C.該分子的結(jié)構(gòu)為CH3—O—CH3
D.該分子的紅外光譜和質(zhì)譜都可以全面反映分子結(jié)構(gòu)的信息
答案　A
解析　題中分子的相對分子質(zhì)量為46，B錯誤；從該分子的紅外光譜信息可知，分子中有羥基，A正確、C錯誤；質(zhì)譜只能反映分子相對分子質(zhì)量信息，不能全面反映分子結(jié)構(gòu)的信息，D錯誤。
題組二　多樣的分子空間結(jié)構(gòu)
3.(2023·天津高二期末)下列各組分子中所有的原子都處于同一平面的是 (　　)
A.CH4、CS2、BF3
B.CO2、H2O、NH3
C.甲醛(CH2O)、C2H2、苯(C6H6)
D.CCl4、BeCl2、PH3
答案　C
解析　CH4和CCl4均為正四面體形分子，NH3和PH3均為三角錐形分子，所有原子不可能在同一平面內(nèi)。
4.在白磷(P4)分子中，4個P原子分別處在正四面體的四個頂點，結(jié)合有關(guān)P原子的成鍵特點，下列有關(guān)白磷的說法正確的是 (　　)
A.白磷分子的鍵角為109°28'
B.分子中共有4對共用電子對
C.白磷分子的鍵角為60°
D.分子中有6對未成鍵價電子
答案　C
解析　根據(jù)共價鍵的方向性和飽和性，每個磷原子都以3個共價鍵與其他3個磷原子結(jié)合，從而形成正四面體結(jié)構(gòu)，鍵角為60°。
題組三　價層電子對互斥模型及應(yīng)用
5.根據(jù)價層電子對互斥模型，判斷下列分子或者離子的空間結(jié)構(gòu)不是三角錐形的是 (　　)
A.PCl3 B.H3O+
C.HCHO D.PH3
答案　C
解析　PCl3中P原子含有的孤電子對數(shù)是=1，σ鍵電子對數(shù)為3，P的價層電子對數(shù)為4，VSEPR模型為四面體形，PCl3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，不選A；H3O+中O原子含有的孤電子對數(shù)是=1，σ鍵電子對數(shù)為3，O的價層電子對數(shù)為4，VSEPR模型為四面體形，H3O+的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，不選B；HCHO中C原子含有的孤電子對數(shù)是=0，σ鍵電子對數(shù)為3，C的價層電子對數(shù)為3，VSEPR模型為平面三角形，甲醛的空間結(jié)構(gòu)是平面三角形，選C；PH3中P原子含有的孤電子對數(shù)是=1，σ鍵電子對數(shù)為3，P的價層電子對數(shù)為4，VSEPR模型為四面體形，PH3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，不選D。
6.下列各組粒子中，空間結(jié)構(gòu)不同的是 (　　)
A.SO3和BF3 B.S和P
C.CO2和CNS- D.S和C
答案　D
解析　SO3中中心S原子上的價層電子對數(shù)=3+×(6-3×2)=3，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為平面三角形；BF3中中心B原子上的價層電子對數(shù)=3+×(3-3×1)=3，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，A項不符合題意；S中中心S原子上的價層電子對數(shù)=4+×(6+2-4×2)=4，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為正四面體形；P中中心P原子上的價層電子對數(shù)=4+×(5+3-4×2)=4，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，B項不符合題意；CO2中中心C原子上的價層電子對數(shù)=2+×(4-2×2)=2，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為直線形；CNS-中中心C原子上的價層電子對數(shù)=2+×(4+1-1×3-1×2)=2，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為直線形，C項不符合題意；S中中心S原子上的價層電子對數(shù)=3+×(6+2-3×2)=4，含1個孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為三角錐形；C中中心C原子上的價層電子對數(shù)=3+×(4+2-2×3)=3，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，D項符合題意。
7.下列描述正確的是 (　　)
A.CO2分子的空間結(jié)構(gòu)為V形
B.Cl的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形
C.SF6中每個原子均滿足最外層8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
D.SiF4和S的中心原子無孤電子對
答案　D
解析　CO2分子中C原子形成2個σ鍵，孤電子對數(shù)為0，為直線形分子，A錯誤；Cl中Cl原子形成3個σ鍵，孤電子對數(shù)為=1，為三角錐形離子，B錯誤；SF6中S原子最外層電子數(shù)為6×2=12，C錯誤；SiF4分子中Si原子形成4個σ鍵，孤電子對數(shù)為0，S中S原子形成4個σ鍵，孤電子對數(shù)為=0，D正確。
8.(2024·重慶高二月考)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，其空間結(jié)構(gòu)模型如圖所示：，。下列說法錯誤的是 (　　)
A.X的組成為C
B.Y的組成為C
C.X的價層電子對數(shù)為4
D.Y中鍵角小于120°
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3個價層電子對，其組成為C，A項正確、C項錯誤；Y為三角錐形，其碳原子有4個價層電子對，故其組成為C，鍵角小于120°，B、D項正確。
9.已知在CH4分子中C—H間的鍵角為109°28'，NH3分子中N—H間的鍵角為107°，H2O分子中O—H間的鍵角為105°。下列說法正確的是 (　　)
A.孤電子對與σ鍵電子對間的斥力大于σ鍵電子對與σ鍵電子對間的斥力
B.孤電子對與σ鍵電子對間的斥力小于σ鍵電子對與σ鍵電子對間的斥力
C.孤電子對與σ鍵電子對間的斥力等于σ鍵電子對與σ鍵電子對間的斥力
D.題干中的數(shù)據(jù)不能說明孤電子對與σ鍵電子對間的斥力和σ鍵電子對與σ鍵電子對間的斥力之間的大小關(guān)系
答案　A
解析　孤電子對與σ鍵電子對間的斥力大于σ鍵電子對與σ鍵電子對間的斥力，孤電子對對σ鍵電子對的排斥導(dǎo)致分子中的鍵角變小，A項正確。
10.下列說法正確的是 (　　)
A.NO2、BF3、NCl3分子中沒有一個分子中原子的最外電子層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
B.SO2的VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)相同
C.N的電子式為［H］+，離子呈平面正方形結(jié)構(gòu)
D.NH3分子中有一個孤電子對，它對成鍵電子對的排斥作用較強
答案　D
解析　NCl3分子中原子的最外電子層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故A錯誤；N呈正四面體形結(jié)構(gòu)，故C錯誤；分子中，孤電子對對成鍵電子對的排斥力大于成鍵電子對間的排斥力，所以NH3分子中的孤電子對對成鍵電子對的排斥作用較強，故D正確。
11.用短線“—”表示共用電子對，用“‥”表示未成鍵孤電子對的式子叫路易斯結(jié)構(gòu)式。R分子的路易斯結(jié)構(gòu)式可以表示為，下列敘述錯誤的是 (　　)
A.R與BF3的空間結(jié)構(gòu)相同
B.鍵角：PH3C.R可以是PH3或AsH3
D.R分子的中心原子上的價層電子對數(shù)為4
答案　A
解析　R的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，BF3中心原子價層電子對數(shù)為3+0=3，其空間結(jié)構(gòu)是平面三角形，因此其空間結(jié)構(gòu)與BF3不相同，故A錯誤；PH3、NH3都為三角錐形，鍵角小于109°28'，而N的電負(fù)性大，吸引電子的能力比P強，因此NH3共用電子對之間的排斥力比PH3共用電子對之間的排斥力大，其鍵角大，所以鍵角：PH312.在價層電子對互斥模型中，電子對斥力大小順序可認(rèn)為：孤電子對與孤電子對>孤電子對與成鍵電子對>成鍵電子對與成鍵電子對，當(dāng)電子對之間的夾角大于90°時，斥力可忽略。當(dāng)價層電子對數(shù)為5時，結(jié)構(gòu)為三角雙錐。PCl5是典型的三角雙錐分子，兩個編號為①的Cl原子和P原子在一條直線上，三個編號為②的Cl原子構(gòu)成平面正三角形。SF4和BrF3價層電子對數(shù)也都是5，但它們分別有1個和2個孤電子對，以如圖為參照。則它們的孤電子對分別占據(jù)什么位置時，價層電子對間斥力最小 (　　)
A B C D
SF4 ① ① ② ②
BrF3 ①① ②② ①① ②②
答案　D
解析　SF4的孤電子對若在①位置時，孤電子對與成鍵電子對夾角為90°的有3組，而SF4的孤電子對在②位置時，孤電子對與成鍵電子對夾角為90°的有2組，孤電子對在②時價層電子對間斥力最小；BrF3有2個孤電子對，若均在①上，則孤電子對與成鍵電子對夾角為90°的有6組，斥力太大，若1個在①上，1個在②上，則還有孤電子對與孤電子對之間夾角為90°的1組，孤電子對與成鍵電子對夾角為90°的有3組，斥力較大，若兩個孤電子對均在②上，則孤電子對與成鍵電子對夾角為90°的為4組，此時價層電子對之間斥力最小。
13.(14分)短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序數(shù)逐漸增大，它們的最簡單氫化物分子的空間結(jié)構(gòu)依次是正四面體形、三角錐形、正四面體形、V形、直線形。
(1)HZO分子的中心原子價層電子對數(shù)的計算式為　　　　，
該分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　　　　　　　　。
(2)Y的價層電子排布為　　　　　，Y的最高價氧化物的VSEPR模型為　　　　　　　。
(3)X與Z形成的最簡單化合物的化學(xué)式是　　　　，
該分子中的鍵角是　　　　　　　。
(4)D、E的最簡單氫化物的分子空間結(jié)構(gòu)分別是正四面體形與三角錐形，這是因為　　　　(填字母)。
a.兩種分子的中心原子的價層電子對數(shù)不同
b.D、E的非金屬性不同
c.E的氫化物分子中有一個孤電子對，而D的氫化物分子中沒有
答案　(1)2+×(6-1×1-1×1)　V形
(2)3s23p4　平面三角形　(3)SiCl4　109°28'　(4)c
解析　由題意可推出D、E、X、Y、Z分別為C、N、Si、S、Cl。
14.(10分)已知：①CS2　②PCl3　③H2S　④CH2O
⑤H3O+　⑥N　⑦BF3　⑧SO2。
(1)中心原子沒有孤電子對的是　　　　　　(填序號，下同)。
(2)空間結(jié)構(gòu)為直線形的分子或離子有　　　　；空間結(jié)構(gòu)為平面三角形的分子或離子有　　　　。
(3)空間結(jié)構(gòu)為V形的分子或離子有　　　　。
(4)空間結(jié)構(gòu)為三角錐形的分子或離子有　　　　；空間結(jié)構(gòu)為正四面體形的分子或離子有　　　　。
答案　(1)①④⑥⑦　(2)①　④⑦　(3)③⑧
(4)②⑤　⑥
解析　(2)①CS2的中心C原子的價層電子對數(shù)為2+=2，不含孤電子對，故CS2為直線形結(jié)構(gòu)；④CH2O的中心C原子的價層電子對數(shù)為3，不含孤電子對，故為平面三角形；⑦BF3的中心B原子的價層電子對數(shù)為3+=3，不含孤電子對，故為平面三角形。
(3)③H2S的中心S原子的價層電子對數(shù)為2+=4，孤電子對數(shù)為2，為V形；⑧SO2的中心S原子的價層電子對數(shù)為2+=3，孤電子對數(shù)為1，為V形。
(4)②PCl3的中心P原子價層電子對數(shù)為3+=4，孤電子對數(shù)為1，為三角錐形；⑤H3O+的中心O原子的價層電子對數(shù)為3+=4，含有1個孤電子對，為三角錐形；⑥N的中心N原子的價層電子對數(shù)為4+=4，不含孤電子對，為正四面體形。
15.(16分)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：
Ⅰ.用AXnEm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)，(n+m)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中的排布，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)根據(jù)要點Ⅰ可以畫出AXnEm的VSEPR理想模型，請?zhí)顚懴卤恚?br/>n+m 2
VSEPR理想模型 正四面體形
價層電子對之間的理想鍵角 109°28'
(2)請用VSEPR模型解釋CO2為直線形分子的原因：　　　　。
(3)H2O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)SO2Cl2和SO2F2都屬AX4E0型分子，S與O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SO2Cl2和SO2F2分子的空間結(jié)構(gòu)：　　　　　　　　，SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl　　　　(填“<”“>”或“=”)SO2F2分子中∠F—S—F。
答案　(1)4　直線形　180°
(2)CO2屬AX2E0，n+m=2，故為直線形
(3)V形　H2O屬AX2E2，n+m=4，VSEPR理想模型為正四面體形，價層電子對之間的夾角應(yīng)均為109°28'，根據(jù)Ⅲ中的ⅰ，應(yīng)有∠H—O—H<109°28'
(4)四面體形　>第二節(jié)　分子的空間結(jié)構(gòu)
第1課時　分子結(jié)構(gòu)的測定和多樣性　價層電子對互斥模型
［核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)］　1.了解分子結(jié)構(gòu)的測定方法。2.通過對典型分子空間結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，認(rèn)識微觀結(jié)構(gòu)對分子空間結(jié)構(gòu)的影響，了解共價分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性。3.通過對價層電子對互斥模型的探究，建立解決復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)判斷的思維模型。
一、分子結(jié)構(gòu)的測定
　　科學(xué)家應(yīng)用　　　光譜、晶體　　　　　等方法測定分子結(jié)構(gòu)，應(yīng)用　　　　測定分子的相對分子質(zhì)量。
1.紅外光譜
(1)原理
當(dāng)一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些　　　　　　　　　　　　的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)　　　　　。通過和已有譜圖庫　　　　　，或通過量子化學(xué)　　　，可分析出分子中含有何種　　　　或　　　　的信息。
(2)紅外光譜儀原理示意圖
(3)實例
某未知物的紅外光譜圖：
通過紅外光譜圖可知，該物質(zhì)中有　　　、　　　、　　　　化學(xué)鍵，并推測可能含有　　　官能團(tuán)。
2.相對分子質(zhì)量的確定——質(zhì)譜法
甲苯分子的質(zhì)譜圖：
讀譜：相對分子質(zhì)量=最大質(zhì)荷比，甲苯的相對分子質(zhì)量為　　　　。
1.如圖所示是某分子式為C4H8O2的有機物的紅外光譜圖，則該有機物可能為 (　　)
A.CH3COOCH2CH3
B.CH3CH2CH2COOH
C.HCOOCH2CH2CH3
D.(CH3)2CHCH2COOH
2.如圖是有機物A的質(zhì)譜圖，則A的相對分子質(zhì)量是 (　　)
A.29 B.43
C.57 D.72
二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)
觀察下列幾種簡單的分子的空間結(jié)構(gòu)模型。
化學(xué)式 電子式 結(jié)構(gòu)式 鍵角 分子的空間結(jié)構(gòu)
三原子分子 CO2
H2O
四原子分子 BF3
NH3
CH2O
五原子分子 CH4
CH3Cl —
四原子分子都是平面三角形或三角錐形嗎？
1.正誤判斷
(1)所有的三原子分子都是直線形結(jié)構(gòu) (　　)
(2)正四面體形的鍵角均為109°28' (　　)
(3)SiCl4、SiH4、N、CH3Cl均為正四面體結(jié)構(gòu) (　　)
(4)SF6分子的空間結(jié)構(gòu)為正八面體形 (　　)
(5)椅式C6H12比船式C6H12穩(wěn)定 (　　)
2.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
3.(1)硫化氫(H2S)分子中，兩個H—S的夾角接近90°，說明H2S分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　。
(2)二硫化碳(CS2)分子中，兩個CS的夾角是180°，說明CS2分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　。
(3)能說明CH4分子不是平面四邊形，而是正四面體結(jié)構(gòu)的是　　　　　(填字母)。
a.兩個鍵之間的夾角為109°28'
b.C—H為極性共價鍵
c.4個C—H的鍵能、鍵長都相等
d.二氯甲烷(CH2Cl2)只有一種(不存在同分異構(gòu)體)
幾種常見分子的空間結(jié)構(gòu)
(1)常見的空間結(jié)構(gòu)為直線形的分子有BeCl2、HCN、C2H2、CO2等。
(2)常見的空間結(jié)構(gòu)為V形的分子有H2O、H2S、SO2等。
(3)常見的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形的分子有BF3、SO3、HCHO等。
(4)常見的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形的分子有PH3、PCl3、NH3等。
(5)常見的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等；是四面體形但不是正四面體形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。
三、價層電子對互斥模型
1.價層電子對互斥模型(VSEPR model)
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　　　　　　　和未成鍵的　　　　　　)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，就有幾個σ鍵電子對。如H2O分子中， O有　　　個σ鍵電子對，NH3分子中， N有　　個σ鍵電子對。
(3)中心原子上的孤電子對數(shù)的計算
①中心原子上的孤電子對數(shù)=(a-xb)
ⅰ.a表示中心原子的價電子數(shù)。具體情況如下表所示：
對象 公式
主族元素 a=原子的最外層電子數(shù)
陽離子 a=中心原子的價電子數(shù)-離子的電荷數(shù)
陰離子 a=中心原子的價電子數(shù)+離子的電荷數(shù)(絕對值)
ⅱ.x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。
ⅲ.b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)。
對象 公式
H b=1
其他原子 b=8-該原子的價電子數(shù)
②幾種常見分子或離子的中心原子上的孤電子對數(shù)如下表所示：
分子或離子 中心原子 a x b 中心原子上的孤電子對數(shù)
SO2 S 6 2 2 1
NH3 N 5 3 1 1
N N 5-1=4 4 1 0
C C 4+2=6 3 2 0
3.價層電子對的空間結(jié)構(gòu)(即VSEPR模型)
4.VSEPR模型的應(yīng)用——預(yù)測分子或離子的空間結(jié)構(gòu)
(1)基本思路
對于ABn型分子，利用VSEPR模型推測分子或離子空間結(jié)構(gòu)的思路如下：
(2)具體實例
①中心原子不含孤電子對
分子或 離子 中心原子的 價層電子對數(shù) VSEPR模 型及名稱 分子或離子的 空間結(jié)構(gòu)及名稱
CO2 直線形 直線形
C 平面三角形 平面三角形
CH4 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 中心原子的價 層電子對數(shù) 中心原子的 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　　
NH3 四面體形 三角錐形
H2O 四面體形 V形
H3O+ 四面體形 三角錐形
SO2 平面三角形 V形
1.價層電子對的VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)一定一致嗎？什么時候一致？
2.試解釋CH4鍵角(109°28')、NH3鍵角(107°)、H2O鍵角(105°)依次減小的原因。
(1)若ABn型分子中，A與B之間通過兩對或三對電子(即通過雙鍵或三鍵)結(jié)合而成，則價層電子對互斥模型把雙鍵或三鍵作為一個電子對看待。
(2)由于孤電子對有較大斥力，含孤電子對的分子的實測鍵角幾乎都小于VSEPR模型的預(yù)測值。
價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規(guī)律：孤電子對與孤電子對>孤電子對與成鍵電子對>成鍵電子對與成鍵電子對。隨著孤電子對數(shù)目的增多，成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力減小，鍵角也減小。
(3)價層電子對互斥模型不能用于預(yù)測以過渡金屬為中心原子的分子。
1.正誤判斷
(1)分子的VSEPR模型和相應(yīng)分子的空間結(jié)構(gòu)是相同的 (　　)
(2)SO2與CO2的分子組成相似，故它們分子的空間結(jié)構(gòu)相同 (　　)
(3)由價層電子對互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的鍵角小于180° (　　)
(4)根據(jù)價層電子對互斥模型可以判斷H3O+與NH3的分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)一致 (　　)
2.下列分子或離子中，中心原子含有孤電子對的是 (　　)
A.PCl5 B.N
C.SiCl4 D.PbCl2
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.N和N B.H3O+和Cl
C.N和C D.P和S
4.用價層電子對互斥模型完成下列問題(加“·”的原子為中心原子)。
σ鍵電子對數(shù) 孤電子對數(shù) 空間結(jié)構(gòu)
H2
SCl2
PCl3
SO2
S
OF2
答案精析
一、
紅外　X射線衍射　質(zhì)譜法
1.(1)化學(xué)鍵的振動頻率相同　吸收峰　比對　計算　化學(xué)鍵　官能團(tuán)　(3)C—H　O—H　C—O　羥基
2.92
應(yīng)用體驗
1.A　［該物質(zhì)分子中至少含有兩個甲基，且不對稱，含有碳氧雙鍵和碳氧單鍵。A項，CH3COOCH2CH3分子中存在不對稱—CH3、C—O—C和CO，且分子式為C4H8O2，正確；B項，CH3CH2CH2COOH分子中含有1個—CH3，且不存在C—O—C，錯誤；C項，HCOOCH2CH2CH3分子中只含有1個—CH3，錯誤；D項，(CH3)2CHCH2COOH分子中存在對稱—CH3，不存在C—O—C，且含有5個碳原子，錯誤。］
2.D　［由有機物A的質(zhì)譜圖可以看出，最大質(zhì)荷比為72，故A的相對分子質(zhì)量為72。］
二、
　　180°　直線形
　　105°　V形(角形)　　　120°　平面正三角形
　　107°　三角錐形
　　120°　平面三角形
　　109°28'　正四面體形　　　四面體形
深度思考
不是。H2O2分子的結(jié)構(gòu)類似于一本打開的書，兩個氧原子在兩頁書的交接處，兩個氫原子分別在翻開的書的兩頁上。而白磷(P4)分子為正四面體形。
應(yīng)用體驗
1.(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
2.B　［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。］
3.(1)V形　(2)直線形　(3)ad
解析　(3)五原子分子CH4可能有平面四邊形和正四面體兩種空間結(jié)構(gòu)，不管為哪種，b、c兩項都成立；若為前者，則鍵角為90°，CH2Cl2有兩種：和 ；若為后者，則鍵角為109°28'，CH2Cl2只有一種。
三、
1.σ鍵電子對　孤電子對
2.(2)2　3
3.直線形　平面三角形　正四面體形
4.(2)①2　3　4　②4　1　4　2　4　1　3　1
深度思考
1.不一定一致。中心原子有孤電子對時，二者結(jié)構(gòu)不一致；當(dāng)中心原子無孤電子對時，二者結(jié)構(gòu)一致。
2.CH4分子中C原子沒有孤電子對，NH3分子中N原子上有1個孤電子對，H2O分子中O原子上有2個孤電子對，對成鍵電子對的排斥作用增大，故鍵角依次減小。
應(yīng)用體驗
1.(1)×　(2)×　(3)√　(4)√
2.D　［PCl5中中心原子磷原子含有的孤電子對數(shù)=×(5-5×1)=0，故A不選；N中中心原子氮原子含有的孤電子對數(shù)=×(5+1-3×2)=0，故B不選；SiCl4中中心原子硅原子含有的孤電子對數(shù)=×(4-4×1)=0，故C不選；PbCl2中中心原子鉛原子含有的孤電子對數(shù)=×(4-2×1)=1，故D選。］
3.C
4.
σ鍵電子對數(shù) 孤電子對數(shù) 空間結(jié)構(gòu)
H2 2 2 V形
SCl2 2 2 V形
PCl3 3 1 三角錐形
SO2 2 1 V形
S 4 0 正四面體形
OF2 2 2 V形
2 2 V形(共87張PPT)
分子結(jié)構(gòu)的測定和多樣性
價層電子對互斥模型
第1課時
第二章　第二節(jié)
<<<
核心素養(yǎng)
發(fā)展目標(biāo)
1.了解分子結(jié)構(gòu)的測定方法。
2.通過對典型分子空間結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，認(rèn)識微觀結(jié)構(gòu)對分子空間結(jié)構(gòu)的影響，了解共價分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性。
3.通過對價層電子對互斥模型的探究，建立解決復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)判斷的思維模型。
內(nèi)容索引
一、分子結(jié)構(gòu)的測定
二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)
課時對點練
三、價層電子對互斥模型
分子結(jié)構(gòu)的測定
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<
一
科學(xué)家應(yīng)用 光譜、晶體 等方法測定分子結(jié)構(gòu)，應(yīng)用 測定分子的相對分子質(zhì)量。
1.紅外光譜
(1)原理
當(dāng)一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些__________________
___的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn) 。通過和已有譜圖庫 ，或通過量子化學(xué) ，可分析出分子中含有何種 或 的信息。
一、分子結(jié)構(gòu)的測定
紅外
X射線衍射
質(zhì)譜法
化學(xué)鍵的振動頻率相
同
吸收峰
比對
計算
化學(xué)鍵
官能團(tuán)
(2)紅外光譜儀原理示意圖
(3)實例
某未知物的紅外光譜圖：
通過紅外光譜圖可知，該物質(zhì)中有 、 、 化學(xué)鍵，并推測可能含有 官能團(tuán)。
C—H
O—H
C—O
羥基
2.相對分子質(zhì)量的確定——質(zhì)譜法
甲苯分子的質(zhì)譜圖：
讀譜：相對分子質(zhì)量=最大質(zhì)荷比，甲苯的相對分子質(zhì)量為 。
92
應(yīng)用體驗
1.如圖所示是某分子式為C4H8O2的有機物的紅外光譜圖，則該有機物可能為
A.CH3COOCH2CH3 B.CH3CH2CH2COOH
C.HCOOCH2CH2CH3 D.(CH3)2CHCH2COOH
√
應(yīng)用體驗
該物質(zhì)分子中至少含有兩個甲基，
且不對稱，含有碳氧雙鍵和碳氧
單鍵。
A項，CH3COOCH2CH3分子中存在不對稱—CH3、C—O—C和C==O，且分子式為C4H8O2，正確；
B項，CH3CH2CH2COOH分子中含有1個—CH3，且不存在C—O—C，錯誤；
應(yīng)用體驗
C項，HCOOCH2CH2CH3分子中只含有1個—CH3，錯誤；
D項，(CH3)2CHCH2COOH分子中存在對稱—CH3，不存在C—O—C，且含有5個碳原子，錯誤。
應(yīng)用體驗
2.如圖是有機物A的質(zhì)譜圖，則A的相對分子質(zhì)量是
A.29　　　　　B.43　　　　　
C.57　　　　　D.72
√
由有機物A的質(zhì)譜圖可以看出，最大質(zhì)荷比為72，故A的相對分子質(zhì)量為72。
返回
多樣的分子空間結(jié)構(gòu)
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<
二
二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)
觀察下列幾種簡單的分子的空間結(jié)構(gòu)模型。
化學(xué)式 電子式 結(jié)構(gòu)式 鍵角 分子的空間結(jié)構(gòu)
三原子分子 CO2 _________ _____ ________
H2O _____ __________
四原子分子 BF3 _____ _____________
180°
直線形
105°
120°
V形(角形)
平面正三角形
O==C==O
化學(xué)式 電子式 結(jié)構(gòu)式 鍵角 分子的空間結(jié)構(gòu)
四原子分子 NH3 _____ __________
CH2O _____ ___________
107°
三角錐形
120°
平面三角形
化學(xué)式 電子式 結(jié)構(gòu)式 鍵角 分子的空間結(jié)構(gòu)
五原子分子 CH4 ________ ___________
CH3Cl — __________
109°28'
正四面體形
四面體形
四原子分子都是平面三角形或三角錐形嗎？
深度思考
提示　不是。H2O2分子的結(jié)構(gòu)類似于一本打開的書，兩個氧原子在兩頁書的交接處，兩個氫原子分別在翻開的書的兩頁上。而白磷(P4)分子為正四面體形。
應(yīng)用體驗
1.正誤判斷
(1)所有的三原子分子都是直線形結(jié)構(gòu)
(2)正四面體形的鍵角均為109°28'
(3)SiCl4、SiH4、N、CH3Cl均為正四面體結(jié)構(gòu)
(4)SF6分子的空間結(jié)構(gòu)為正八面體形
(5)椅式C6H12比船式C6H12穩(wěn)定
×
√
×
×
√
應(yīng)用體驗
2.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
√
應(yīng)用體驗
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。
應(yīng)用體驗
3.(1)硫化氫(H2S)分子中，兩個H—S的夾角接近90°，說明H2S分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　。
(2)二硫化碳(CS2)分子中，兩個C==S的夾角是180°，說明CS2分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　　。
V形
直線形
應(yīng)用體驗
(3)能說明CH4分子不是平面四邊形，而是正四面體結(jié)構(gòu)的是　　　(填字母)。
a.兩個鍵之間的夾角為109°28'
b.C—H為極性共價鍵
c.4個C—H的鍵能、鍵長都相等
d.二氯甲烷(CH2Cl2)只有一種(不存在同分異構(gòu)體)
ad
應(yīng)用體驗
五原子分子CH4可能有平面四邊形和正四面體兩種空間結(jié)構(gòu)，不管為哪種，b、c兩項都成立；若為前者，則鍵角為90°，CH2Cl2有兩種：
和 ；若為后者，則鍵角為109°28'，CH2Cl2只有
一種。
歸納總結(jié)
返回
幾種常見分子的空間結(jié)構(gòu)
(1)常見的空間結(jié)構(gòu)為直線形的分子有BeCl2、HCN、C2H2、CO2等。
(2)常見的空間結(jié)構(gòu)為V形的分子有H2O、H2S、SO2等。
(3)常見的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形的分子有BF3、SO3、HCHO等。
(4)常見的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形的分子有PH3、PCl3、NH3等。
(5)常見的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等；是四面體形但不是正四面體形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。
價層電子對互斥模型
>
<
三
三、價層電子對互斥模型
1.價層電子對互斥模型(VSEPR model)
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________
______和未成鍵的__________)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。
σ鍵電
子對
孤電子對
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，就有幾個σ鍵電子對。如H2O分子中， O有 個σ鍵電子對，NH3分子中， N有 個σ鍵電子對。
2
3
(3)中心原子上的孤電子對數(shù)的計算
①中心原子上的孤電子對數(shù)=(a-xb)
ⅰ.a表示中心原子的價電子數(shù)。具體情況如下表所示：
對象 公式
主族元素 a=原子的最外層電子數(shù)
陽離子 a=中心原子的價電子數(shù)-離子的電荷數(shù)
陰離子 a=中心原子的價電子數(shù)+離子的電荷數(shù)(絕對值)
ⅱ.x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。
ⅲ.b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)。
對象 公式
H b=1
其他原子 b=8-該原子的價電子數(shù)
②幾種常見分子或離子的中心原子上的孤電子對數(shù)如下表所示：
分子或離子 中心原子 a x b 中心原子上的孤電子對數(shù)
SO2 S 6 2 2 1
NH3 N 5 3 1 1
N N 5-1=4 4 1 0
C C 4+2=6 3 2 0
3.價層電子對的空間結(jié)構(gòu)(即VSEPR模型)
正四面體形
直線形
平面三角形
4.VSEPR模型的應(yīng)用——預(yù)測分子或離子的空間結(jié)構(gòu)
(1)基本思路
對于ABn型分子，利用VSEPR模型推測分子或離子空間結(jié)構(gòu)的思路如下：
(2)具體實例
①中心原子不含孤電子對
分子或離子 中心原子的價層電子對數(shù) VSEPR模型及 名稱 分子或離子的空間結(jié)構(gòu)及名稱
CO2 ___ 直線形
直線形
2
分子或離子 中心原子的價層電子對數(shù) VSEPR模型及名稱 分子或離子的空間結(jié)構(gòu)及名稱
C ___ 平面三角形
平面三角形
CH4 ___ 正四面體形
正四面體形
3
4
②中心原子含孤電子對
分子或離子 中心原子的價 層電子對數(shù) 中心原子的 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
NH3 ___ ___ 四面體形
三角錐形
H2O ___ ___ 四面體形
V形
4
1
4
2
分子或離子 中心原子的價 層電子對數(shù) 中心原子的 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
H3O+ ___ ___ 四面體形
三角錐形
SO2 ___ ___ 平面三角形
V形
4
1
3
1
1.價層電子對的VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)一定一致嗎？什么時候一致？
深度思考
提示　不一定一致。中心原子有孤電子對時，二者結(jié)構(gòu)不一致；當(dāng)中心原子無孤電子對時，二者結(jié)構(gòu)一致。
2.試解釋CH4鍵角(109°28')、NH3鍵角(107°)、H2O鍵角(105°)依次減小的原因。
深度思考
提示　CH4分子中C原子沒有孤電子對，NH3分子中N原子上有1個孤電子對，H2O分子中O原子上有2個孤電子對，對成鍵電子對的排斥作用增大，故鍵角依次減小。
特別提醒
返回
(1)若ABn型分子中，A與B之間通過兩對或三對電子(即通過雙鍵或三鍵)結(jié)合而成，則價層電子對互斥模型把雙鍵或三鍵作為一個電子對看待。
(2)由于孤電子對有較大斥力，含孤電子對的分子的實測鍵角幾乎都小于VSEPR模型的預(yù)測值。
價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規(guī)律：孤電子對與孤電子對>孤電子對與成鍵電子對>成鍵電子對與成鍵電子對。隨著孤電子對數(shù)目的增多，成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力減小，鍵角也減小。
(3)價層電子對互斥模型不能用于預(yù)測以過渡金屬為中心原子的分子。
應(yīng)用體驗
1.正誤判斷
(1)分子的VSEPR模型和相應(yīng)分子的空間結(jié)構(gòu)是相同的
(2)SO2與CO2的分子組成相似，故它們分子的空間結(jié)構(gòu)相同
(3)由價層電子對互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的鍵角小于180°
(4)根據(jù)價層電子對互斥模型可以判斷H3O+與NH3的分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)一致
×
√
×
√
應(yīng)用體驗
2.下列分子或離子中，中心原子含有孤電子對的是
A.PCl5　　　　　 B.N　　　
C.SiCl4　　　　　　 D.PbCl2
√
應(yīng)用體驗
PCl5中中心原子磷原子含有的孤電子對數(shù)=×(5-5×1)=0，故A不選；
N中中心原子氮原子含有的孤電子對數(shù)=×(5+1-3×2)=0，故B不選；
SiCl4中中心原子硅原子含有的孤電子對數(shù)=×(4-4×1)=0，故C不選；
PbCl2中中心原子鉛原子含有的孤電子對數(shù)=×(4-2×1)=1，故D選。
應(yīng)用體驗
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.N和N B.H3O+和Cl
C.N和C D.P和S
√
應(yīng)用體驗
4.用價層電子對互斥模型完成下列問題(加“·”的原子為中心原子)。
σ鍵電子對數(shù) 孤電子對數(shù) 空間結(jié)構(gòu)
H2
Cl2
Cl3
O2
2
2
3
2
2
2
1
1
V形
V形
三角錐形
V形
應(yīng)用體驗
σ鍵電子對數(shù) 孤電子對數(shù) 空間結(jié)構(gòu)

F2

4
2
2
0
2
2
正四面體形
V形
V形
返回
課時對點練
題組一　分子結(jié)構(gòu)的測定
1.TBC的一種標(biāo)準(zhǔn)譜圖如圖所示，它是
A.核磁共振氫譜
B.質(zhì)譜
C.紅外光譜
D.紫外光譜
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2.已知某分子質(zhì)譜圖如圖所示，且分子的紅外光譜信息中含有C—O、C—H、O—H的吸收峰。下列關(guān)于其分子結(jié)構(gòu)的敘述正確的是
A.該分子的結(jié)構(gòu)為CH3CH2OH
B.該分子的相對分子質(zhì)量可能為27、31、45 或46
C.該分子的結(jié)構(gòu)為CH3—O—CH3
D.該分子的紅外光譜和質(zhì)譜都可以全面反映分子
結(jié)構(gòu)的信息
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題中分子的相對分子質(zhì)量為46，B錯誤；
從該分子的紅外光譜信息可知，分子中有羥基，A正確、C錯誤；
質(zhì)譜只能反映分子相對分子質(zhì)量信息，不能全面反映分子結(jié)構(gòu)的信息，D錯誤。
題組二　多樣的分子空間結(jié)構(gòu)
3.(2023·天津高二期末)下列各組分子中所有的原子都處于同一平面的是
A.CH4、CS2、BF3 B.CO2、H2O、NH3
C.甲醛(CH2O)、C2H2、苯(C6H6) D.CCl4、BeCl2、PH3
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CH4和CCl4均為正四面體形分子，NH3和PH3均為三角錐形分子，所有原子不可能在同一平面內(nèi)。
4.在白磷(P4)分子中，4個P原子分別處在正四面體的四個頂點，結(jié)合有關(guān)P原子的成鍵特點，下列有關(guān)白磷的說法正確的是
A.白磷分子的鍵角為109°28'
B.分子中共有4對共用電子對
C.白磷分子的鍵角為60°
D.分子中有6對未成鍵價電子
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根據(jù)共價鍵的方向性和飽和性，每個磷原子都以3個共價鍵與其他3個磷原子結(jié)合，從而形成正四面體結(jié)構(gòu)，鍵角為60°。
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題組三　價層電子對互斥模型及應(yīng)用
5.根據(jù)價層電子對互斥模型，判斷下列分子或者離子的空間結(jié)構(gòu)不是三角錐形的是
A.PCl3 B.H3O+
C.HCHO D.PH3
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PCl3中P原子含有的孤電子對數(shù)是=1，σ鍵電子對數(shù)為3，P的價層電子對數(shù)為4，VSEPR模型為四面體形，PCl3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，不選A；
H3O+中O原子含有的孤電子對數(shù)是=1，σ鍵電子對數(shù)為3，O的價層電子對數(shù)為4，VSEPR模型為四面體形，H3O+的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，不選B；
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HCHO中C原子含有的孤電子對數(shù)是=0，σ鍵電子對數(shù)為3，C的價層電子對數(shù)為3，VSEPR模型為平面三角形，甲醛的空間結(jié)構(gòu)是平面三角形，選C；
PH3中P原子含有的孤電子對數(shù)是=1，σ鍵電子對數(shù)為3，P的價層電子對數(shù)為4，VSEPR模型為四面體形，PH3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，不選D。
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6.下列各組粒子中，空間結(jié)構(gòu)不同的是
A.SO3和BF3 B.S和P
C.CO2和CNS- D.S和C
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SO3中中心S原子上的價層電子對數(shù)=3+×(6-3×2)=3，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為平面三角形；BF3中中心B原子上的價層電子對數(shù)=3+×(3-3×1)=3，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，A項不符合題意；
S中中心S原子上的價層電子對數(shù)=4+×(6+2-4×2)=4，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為正四面體形；P中中心P原子上的價層電子對數(shù)=4+×(5+3-4×2)=4，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，B項不符合題意；
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CO2中中心C原子上的價層電子對數(shù)=2+×(4-2×2)=2，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為直線形；CNS-中中心C原子上的價層電子對數(shù)=2+×(4+1-1×3-1×2)=2，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為直線形，C項不符合題意；
S中中心S原子上的價層電子對數(shù)=3+×(6+2-3×2)=4，含1個孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為三角錐形；C中中心C原子上的價層電子對數(shù)=3+×(4+2-2×3)=3，且不含孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，D項符合題意。
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7.下列描述正確的是
A.CO2分子的空間結(jié)構(gòu)為V形
B.Cl的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形
C.SF6中每個原子均滿足最外層8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
D.SiF4和S的中心原子無孤電子對
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CO2分子中C原子形成2個σ鍵，孤電子對數(shù)為0，為直線形分子，A錯誤；
Cl中Cl原子形成3個σ鍵，孤電子對數(shù)為=1，為三角錐形離子，B錯誤；SF6中S原子最外層電子數(shù)為6×2=12，C錯誤；
SiF4分子中Si原子形成4個σ鍵，孤電子對數(shù)為0，S中S原子形成4個σ鍵，孤電子對數(shù)為=0，D正確。
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8.(2024·重慶高二月考)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，其空間結(jié)構(gòu)模型如圖所示： ， 。下
列說法錯誤的是
A.X的組成為C B.Y的組成為C
C.X的價層電子對數(shù)為4 D.Y中鍵角小于120°
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由圖可知，X為平面三角形結(jié)構(gòu)，其碳原子應(yīng)該有3個價層電子對，其組成為C，A項正確、C項錯誤；
Y為三角錐形，其碳原子有4個價層電子對，故其組成為C，鍵角小于120°，B、D項正確。
9.已知在CH4分子中C—H間的鍵角為109°28'，NH3分子中N—H間的鍵角為107°，H2O分子中O—H間的鍵角為105°。下列說法正確的是
A.孤電子對與σ鍵電子對間的斥力大于σ鍵電子對與σ鍵電子對間的斥力
B.孤電子對與σ鍵電子對間的斥力小于σ鍵電子對與σ鍵電子對間的斥力
C.孤電子對與σ鍵電子對間的斥力等于σ鍵電子對與σ鍵電子對間的斥力
D.題干中的數(shù)據(jù)不能說明孤電子對與σ鍵電子對間的斥力和σ鍵電子對與
σ鍵電子對間的斥力之間的大小關(guān)系
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孤電子對與σ鍵電子對間的斥力大于σ鍵電子對與σ鍵電子對間的斥力，孤電子對對σ鍵電子對的排斥導(dǎo)致分子中的鍵角變小，A項正確。
10.下列說法正確的是
A.NO2、BF3、NCl3分子中沒有一個分子中原子的最外電子層都滿足8電
子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
B.SO2的VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)相同
C.N的電子式為 ，離子呈平面正方形結(jié)構(gòu)
D.NH3分子中有一個孤電子對，它對成鍵電子對的排斥作用較強
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NCl3分子中原子的最外電子層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故A錯誤；
N呈正四面體形結(jié)構(gòu)，故C錯誤；
分子中，孤電子對對成鍵電子對的排斥力大于成鍵電子對間的排斥力，所以NH3分子中的孤電子對對成鍵電子對的排斥作用較強，故D正確。
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11.用短線“—”表示共用電子對，用“‥”表示未成鍵孤電子對的式子叫路易斯結(jié)構(gòu)式。R分子的路易斯結(jié)構(gòu)式可以表示為 ，下列敘述錯誤的是
A.R與BF3的空間結(jié)構(gòu)相同
B.鍵角：PH3C.R可以是PH3或AsH3
D.R分子的中心原子上的價層電子對數(shù)為4
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R的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，BF3中心原子價層電子對數(shù)為3+0=3，其空間結(jié)構(gòu)是平面三角形，因此其空間結(jié)構(gòu)與BF3不相同，故A錯誤；
PH3、NH3都為三角錐形，鍵角小于109°28'，而N的電負(fù)性大，吸引電子的能力比P強，因此NH3共用電子對之間的排斥力比PH3共用電子對之間的排斥力大，其鍵角大，所以鍵角：PH31
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可能為NH3，根據(jù)第ⅤA族元素原子的特點得到R可以是PH3或AsH3，故C正確；
R分子的中心原子上有三對成鍵電子和一對孤電子對，價層電子對數(shù)為4，故D正確。
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12.在價層電子對互斥模型中，電子對斥力大小順序可
認(rèn)為：孤電子對與孤電子對>孤電子對與成鍵電子對>
成鍵電子對與成鍵電子對，當(dāng)電子對之間的夾角大于
90°時，斥力可忽略。當(dāng)價層電子對數(shù)為5時，結(jié)構(gòu)為
三角雙錐。PCl5是典型的三角雙錐分子，兩個編號為①的Cl原子和P原子在一條直線上，三個編號為②的Cl原子構(gòu)成平面正三角形。SF4和BrF3價層電子對數(shù)也都是5，但它們分別有1個和2個孤電子對，以如圖為參照。
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則它們的孤電子對分別占據(jù)什么位置時，價層電子對間斥力最小
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A B C D
SF4 ① ① ② ②
BrF3 ①① ②② ①① ②②
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SF4的孤電子對若在①位置時，孤電子對與成鍵電子對夾
角為90°的有3組，而SF4的孤電子對在②位置時，孤電
子對與成鍵電子對夾角為90°的有2組，孤電子對在②時
價層電子對間斥力最小；BrF3有2個孤電子對，若均在①
上，則孤電子對與成鍵電子對夾角為90°的有6組，斥力太大，若1個在①上，1個在②上，則還有孤電子對與孤電子對之間夾角為90°的1組，孤電子對與成鍵電子對夾角為90°的有3組，斥力較大，若兩個孤電子對均在②上，則孤電子對與成鍵電子對夾角為90°的為4組，此時價層電子對之間斥力最小。
13.短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序數(shù)逐漸增大，它們的最簡單氫化物分子的空間結(jié)構(gòu)依次是正四面體形、三角錐形、正四面體形、V形、直線形。
(1)HZO分子的中心原子價層電子對數(shù)的計算式為　　　　 ，
該分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　。
(2)Y的價層電子排布為　　　　，Y的最高價氧化物的VSEPR模型為
　　　　　　。
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2+×(6-1×1-1×1)
V形
3s23p4
平面三角形
(3)X與Z形成的最簡單化合物的化學(xué)式是　　　， 該分子中的鍵角是
　　　　　。
(4)D、E的最簡單氫化物的分子空間結(jié)構(gòu)分別是正四面體形與三角錐形，這是因為　　　(填字母)。
a.兩種分子的中心原子的價層電子對數(shù)不同
b.D、E的非金屬性不同
c.E的氫化物分子中有一個孤電子對，而D的氫化物分子中沒有
SiCl4
109°28'
c
由題意可推出D、E、X、Y、Z分別為C、N、Si、S、Cl。
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14.已知：①CS2　②PCl3　③H2S　④CH2O　⑤H3O+　⑥　⑦BF3　⑧SO2。
(1)中心原子沒有孤電子對的是　　　　　(填序號，下同)。
(2)空間結(jié)構(gòu)為直線形的分子或離子有　 　；空間結(jié)構(gòu)為平面三角形的分子或離子有　　　。
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①④⑥⑦
①
④⑦
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①CS2的中心C原子的價層電子對數(shù)為2+=2，不含孤電子對，故CS2為直線形結(jié)構(gòu)；
④CH2O的中心C原子的價層電子對數(shù)為3，不含孤電子對，故為平面三角形；
⑦BF3的中心B原子的價層電子對數(shù)為3+=3，不含孤電子對，故為平面三角形。
①CS2　②PCl3　③H2S　④CH2O　⑤H3O+　⑥　⑦BF3　⑧SO2
(3)空間結(jié)構(gòu)為V形的分子或離子有　　　　。
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③⑧
③H2S的中心S原子的價層電子對數(shù)為2+=4，孤電子對數(shù)為2，為V形；
⑧SO2的中心S原子的價層電子對數(shù)為2+=3，孤電子對數(shù)為1，為V形。
①CS2　②PCl3　③H2S　④CH2O　⑤H3O+　⑥　⑦BF3　⑧SO2
(4)空間結(jié)構(gòu)為三角錐形的分子或離子有　　　　；空間結(jié)構(gòu)為正四面體形的分子或離子有　　　。
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②⑤
⑥
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②PCl3的中心P原子價層電子對數(shù)為3+=4，孤電子對數(shù)為1，為三角錐形；
⑤H3O+的中心O原子的價層電子對數(shù)為3+=4，含有1個孤電子對，為三角錐形；
⑥N的中心N原子的價層電子對數(shù)為4+=4，不含孤電子對，為正四面體形。
15.20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：
Ⅰ.用AXnEm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)，(n+m)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中的排布，不包括中心原子未成鍵的孤電子對；
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Ⅲ.分子中價層電子對之間的斥力主要順序為
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。
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請仔細(xì)閱讀上述材料，回答下列問題：
(1)根據(jù)要點Ⅰ可以畫出AXnEm的VSEPR理想模型，請?zhí)顚懴卤恚?br/>1
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n+m 2
VSEPR理想模型 正四面體形
價層電子對之間的理想鍵角 109°28'
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直線形
180°
(2)請用VSEPR模型解釋CO2為直線形分子的原因：_________________
_____________________。
CO2屬AX2E0，
n+m=2，故為直線形
(3)H2O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)SO2Cl2和SO2F2都屬AX4E0型分子，S與O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SO2Cl2和SO2F2分子的空間結(jié)構(gòu)：
　　　　　，SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl　　(填“<”“>”或“=”) SO2F2分子中∠F—S—F。
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V形
H2O屬AX2E2，n+m=4，VSEPR理想模型為正四面體形，價層電子對之間的夾角應(yīng)均為109°28'，根據(jù)Ⅲ中的ⅰ，應(yīng)有∠H—O—H<109°28'
四面體形
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