2026人教版高中化学选择性必修2《物质结构与性质》基础课时8 分子结构的测定和多样性价层电子对互斥模型题库

第二节分子的空间结构基础课时8分子结构的测定和多样性价层电子对互斥模型学习目标1.了解分子结构的测定方法。2.通过对典型分子空间结构的学习，认识微观结构对分子空间结构的影响，了解共价分子结构的多样性和复杂性。3.通过对价层电子对互斥模型的探究，建立解决复杂分子结构判断的思维模型。一、分子结构的测定(一)知识梳理1.分子结构的现代测定方法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的结构。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的结构。2.红外光谱项目内容作用初步判断分子中含有何种化学键或官能团原理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，从而获得分子中含有何种化学键或官能团的信息原理示意图示例未知物质A的红外光谱图为由上述红外光谱图判断物质A中有O—H、C—H和C—O的振动吸收，推测物质A中含有的官能团是—OH3.质谱法(1)目的：测定分子的相对分子质量。(2)读谱：相对分子质量＝最大质荷比。(3)质谱图示例(以甲苯为例)由图可得，甲苯的相对分子质量为92。(二)问题探究问题1红外光谱属于原子光谱中的吸收光谱吗？提示不属于。原子光谱是原子中的电子在不同能级轨道上跃迁时吸收或释放能量所得到的光谱，红外光谱不是原子光谱，属于分子光谱。问题2红外光谱可以推断化学键或官能团的种类，能否确认化学键或官能团的个数？提示不能。问题3未知物质A的质谱图为由图可知该物质的相对分子质量是多少？提示16。相对分子质量＝最大质荷比。1.可以准确判断有机物分子中含有哪些官能团的分析方法是()A.核磁共振氢谱 B.质谱C.红外光谱 D.紫外光谱答案C解析核磁共振氢谱能分析等效氢的种类，故A错误；质谱分析相对分子质量，故B错误；红外光谱判断有机物分子中化学键或官能团的信息，故C正确；只根据紫外光谱是不能完全确定物质的分子结构，故D错误。2.如图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为()A.CH3COOCH2CH3 B.CH3CH2CH2COOHC.HCOOCH2CH2CH3 D.(CH3)2CHCH2COOH答案A解析本题所给选项中有机物的结构简式分别为。首先排除D项，因D项的分子式为C5H10O2，与题干不符；再由题图可知有不对称—CH3，还有C—O—C，则排除B、C项；而A项存在不对称—CH3、C=O与C—O—C，所以该有机物可能是CH3COOCH2CH3。3.下图是有机物A的质谱图，则A的相对分子质量是()A.29 B.43C.57 D.72答案D解析由有机物A的质谱图可以看出，质荷比最大为72，故A的相对分子质量为72。【题后归纳】用红外光谱仪测定化学键或官能团信息。用质谱仪测定分子的相对分子质量，在质谱图中质荷比最大的数据代表所测物质的相对分子质量。二、多样的分子空间结构(一)知识梳理单原子分子(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(1)三原子分子的空间结构有直线形和V形(又称角形)两种。(2)实例(CO2和H2O分子的空间结构)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(1)大多数四原子分子采取平面三角形和三角锥形两种空间结构。(2)实例(CH2O和NH3分子的空间结构)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(1)五原子分子的空间结构更多，最常见的是四面体形。(2)实例(CH4和CCl4分子的空间结构)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(二)问题探究问题1四原子分子一定都是平面三角形或三角锥形？提示不一定。如乙炔分子(C2H2)是四原子分子，其空间结构为直线形。问题2科学家研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(结构如图所示)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°。试推测四个氮原子围成的空间是正四面体吗？提示不是。由于N—N—N键角都是108.1°。所以四个氮原子围成的空间不是正四面体而是三角锥形。1.下列分子的空间结构错误的是()A.SO2： B.NH3：C.CS2： D.CH4：答案B解析NH3的空间结构是三角锥形，B项错误。2.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分子是直线形分子，A正确；苯分子的键角为120°，但其空间结构是平面正六边形，B错误；白磷分子的键角为60°，空间结构为正四面体形，C正确；水分子的键角为105°，空间结构为V形，D正确。3.填空。(1)硫化氢(H2S)分子中，两个H—S的夹角接近90°，说明H2S分子的空间结构为____________。(2)二硫化碳(CS2)分子中，两个C=S的夹角是180°，说明CS2分子的空间结构为____________。(3)能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是____________。a.两个键之间的夹角为109°28′b.C—H为极性共价键c.4个C—H的键能、键长都相等d.二氯甲烷(CH2Cl2)只有一种结构(不存在同分异构体)答案(1)V形(2)直线形(3)ad解析(1)两个H—S的夹角接近90°，由键角直接判断分子的空间结构为V形；(2)两个C=S的夹角是180°，由键角直接判断分子的空间结构为直线形；(3)五原子分子CH4可能有平面四边形和正四面体形两种空间结构，不管为哪种，b、c两项都成立，不能说明CH4分子结构；若为平面四边形，则键角为90°，CH2Cl2有两种：和；若为正四面体形，则键角为109°28′，CH2Cl2只有一种结构，不存在同分异构体。三、价层电子对互斥模型(一)知识梳理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。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.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)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(二)问题探究问题1BF3是共价化合物。BF3中B原子的价层电子对数、VSEPR模型、分子空间结构是怎样的？提示BF3的价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，分子空间结构为平面三角形。问题2PCl3的价层电子对数、VSEPR模型、分子空间结构是怎样的？提示PCl3的价层电子对数为4，VSEPR模型为正四面体形，分子空间结构为三角锥形。问题3通过1、2两例分析VSEPR模型与分子的空间结构一定相同吗？二者之间有何规律存在？提示VSEPR模型与分子的空间结构不一定一致，分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。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，两者的空间结构一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的空间结构不一致。问题4NH3的键角小于CH4的键角，这是什么原因？提示孤电子对数越多，对成键电子对的斥力越大，键角越小，氨分子中氮原子的孤电子对数为1、甲烷分子中碳原子的孤电子对数为0，所以氨分子的键角小于甲烷分子的键角。【探究归纳】1.价层电子对互斥模型归纳(1)对于ABn型分子中，空间结构主要取决于中心原子A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)中心原子的价层电子对数和VSEPR模型的关系价层电子对数23456VSEPR模型直线形平面三角形正四面体形三角双锥形正八面体形2.价层电子对之间的斥力大小(1)由于孤电子对比成键电子对更靠近中心原子的原子核，因而价层电子对之间的斥力大小顺序：孤电子对与孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对与成键电子对之间的斥力。(2)孤电子对数越多，与成键电子对斥力越大，成键原子所形成的键角越小。例如H3O＋的键角大于H2O分子的键角。(3)结构相似的物质，中心元素的电负性越大，吸引电子的能力越强，成键电子对距离中心原子较近，成键电子对之间的斥力越大，键角越大。例如NH3、PH3、AsH3中，键角由大到小的顺序为NH3＞PH3＞AsH3。3.用价层电子对互斥模型判断共价分子或离子空间结构的步骤第一步：确定中心原子的价层电子对数；第二步：根据中心原子价层电子对数确定VSEPR模型；第三步：略去孤电子对，确定空间结构。σ键电子对数孤电子对数价层电子对数电子对的排列方式VSEPR模型分子或离子的空间结构202直线形直线形303平面三角形平面三角形21V形404正四面体形正四面体形31三角锥形22V形[特别提醒]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。1.判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)(1)CH2Cl2分子只有一种，可说明CH4的空间结构为正四面体形。()(2)分子的VSEPR模型和相应分子的立体构型是相同的。()(3)根据价层电子对互斥理论，H3O＋的立体构型为平面正三角形。()(4)SO2分子与CO2分子的组成相似，故它们都是直线形分子。()答案(1)√(2)×(3)×(4)×2.根据价层电子对互斥理论，H2S、O3、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()A.O3 B.H2SC.SO2 D.SO3答案B解析H2S分子中，中心原子S的价层电子对数为2＋eq\f(1,2)×(6－2×1)＝4；O3分子中，中心原子O的价层电子对数为2＋eq\f(1,2)×(6－2×2)＝3；SO2分子中，中心原子S的价层电子对数为2＋eq\f(1,2)×(6－2×2)＝3；SO3分子中，中心原子S的价层电子对数为3＋eq\f(1,2)×(6－3×2)＝3；则与其他分子不同的是H2S，故选B。3.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.SOeq\o\al(2－,3)中心原子的价层电子对数为3，其空间结构为平面三角形B.BF3键角为120°，SnBr2的键角大于120°C.SOeq\o\al(2－,4)的键角大于H3O＋的键角D.PCl3、PCl5都是三角锥形的分子答案C解析SOeq\o\al(2－,3)的中心原子的价层电子对数为4，含1个孤电子对，则SOeq\o\al(2－,3)是三角锥形结构，A错误；BF3分子是平面三角形结构，键角为120°，SnBr2是V形结构，键角小于120°，B错误；SOeq\o\al(2－,4)、H3O＋的中心原子价层电子对数均为4，含有孤电子对数分别为0、1，则键角：SOeq\o\al(2－,4)>H3O＋，C正确；PCl3是三角锥形分子，PCl5分子中心原子价层电子对数为5，孤电子对数为0，为三角双锥形结构，D错误。4.用价层电子对互斥模型预测下列粒子的空间结构。H2Se：____________；CF4：____________；BCl3：____________；SeO2：____________；PH3：____________；SOeq\o\al(2－,4)：____________。答案V形正四面体形平面三角形V形三角锥形正四面体形解析题目中的几种分子或离子中心原子的价层电子对数分别是4、4、3、3、4、4，但H2Se中Se上有2个孤电子对，SeO2中Se上有1个孤电子对，PH3中P上有1个孤电子对，所以6种粒子的空间结构分别为V形、正四面体形、平面三角形、V形、三角锥形、正四面体形。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意(一)分子结构的测定1.某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图只有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，则该有机物的结构简式是()A.CH3CH2OCH3 B.CH3CH(OH)CH3C.CH3CH2OH D.CH3COOH答案B2.现代化学常用的测定分子的相对分子质量的方法是()A.质谱法 B.晶体X射线衍射法C.核磁共振氢谱法 D.红外光谱法答案A(二)多样的分子空间结构3.下列物质分子的几何构型为三角锥形的是()A.CO2 B.P4C.NH3 D.H2O答案C解析A.CO2分子空间构型为直线形，故A错误；P4属于正四面体结构，故B错误；NH3分子空间构型为三角锥形，故C正确；H2O分子空间构型为V形，故D错误。4.下列分子结构为正四面体形的是()①P4②NH3③CCl4④CH4⑤SO2⑥CO2A.①③④⑤ B.①③④⑤⑥C.①③④ D.④⑤答案C解析NH3的空间结构是三角锥形，SO2的空间结构是V形，CO2的空间结构是直线形。5.下列分子的空间结构模型正确的是()ABCDCO2H2ONH3CH4答案D解析CO2的空间结构是直线形，A项错误；H2O的空间结构为V形，B项错误；NH3的空间结构为三角锥形，C项错误；CH4是正四面体形，D项正确。(三)价层电子对互斥模型6.徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了光棍的快乐——二氧化氮分子、劳动面前人人平等——磷酸分子、有机族的第一代长老——甲烷分子、我在梦中被创造——苯分子、江湖剑客——甲醛分子。下列说法正确的是()A.NO2分子的空间结构为直线形B.POeq\o\al(3－,4)离子的空间结构为正四面体形C.甲烷与氯气反应生成的四种氯代物的空间结构都是正四面体形D.HCHO价层电子对互斥模型是平面三角形，空间结构是三角锥形答案B解析NO2分子是V形，A错误；POeq\o\al(3－,4)离子的空间结构为正四面体形，B正确；甲烷与氯气反应生成的四种氯代物中，只有CCl4的空间结构是正四面体形，C错误；HCHO分子的价层电子对互斥模型是平面三角形，分子的空间结构也是平面三角形，D错误。7.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个孤电子对答案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个孤电子对。8.SOeq\o\al(2－,3)的中心原子孤电子对计算公式为(a－xb)/2，下列对应的数值正确的是()A.a＝8x＝3b＝2 B.a＝6x＝3b＝2C.a＝4x＝2b＝3 D.a＝6x＝2b＝3答案A解析SOeq\o\al(2－,3)的中心原子孤电子对计算公式为(a－xb)/2中，a指中心原子价电子个数，x指与中心原子结合的原子个数，b指与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，因此a＝6＋2＝8，x＝3，b＝2，故选A。9.用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间结构。下列判断正确的是()A.SO2、CS2、HI都是直线形分子B.BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°C.COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形分子答案C解析SO2是V形分子，CS2、HI是直线形分子，A错误；BF3键角为120°，是平面三角形结构，在SnBr2中Sn原子上有一个孤电子对，对成键电子对排斥作用较大，使键角小于120°，B错误；COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子，C正确；PCl3、NH3都是三角锥形分子，而PCl5是三角双锥形结构，D错误。10.2021年9月，我国科学家首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。反应CO2＋2NH3eq\o(=,\s\up7(高压),\s\do5(△))H2O＋CO(NH2)2可应用于工业合成尿素。下列表示反应中相关微粒的说法正确的是()A.CO2分子空间构型为V形B.NH3分子中的中心原子不存在孤电子对C.H2O分子和NH3分子的空间结构相同D.CO(NH2)2的结构简式：，其中心原子C原子既能形成σ键，又能形成π键答案D解析二氧化碳分子结构式为O=C=O，C原子价层电子对个数是2，根据价层电子对互斥理论判断其空间构型为直线形，故A错误；NH3分子中的中心原子为N原子，有1个孤电子对，故B错误；H2O分子的空间结构为V形，NH3分子的空间结构为三角锥形，故C错误；根据结构简式，CO(NH2)2分子中中心原子C原子可形成三个σ键一个π键，故D正确。11.价层电子对互斥模型可用于预测简单分子的空间结构。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)为价层电子对数。(1)请填写下表：n＋m2________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____________。(4)用价层电子对互斥模型判断下列分子或离子的空间结构：分子或离子PbCl2PF3Cl2ClOeq\o\al(－,4)空间结构________________________答案(1)n＋m24VSEPR理想模型直线形正四面体形价层电子对之间的理想键角180°109°28′(2)CO2分子中n＋m＝2，故CO2为直线形(3)V形(4)分子或离子PbCl2PF3Cl2ClOeq\o\al(－,4)空间结构V形三角双锥形正四面体形解析(1)当n＋m＝4时，VSEPR模型为正四面体形，其键角是109°28′；当n＋m＝2时，VSEPR模型为直线形，其键角是180°。(2)CO2分子中，n＋m＝2，故CO2为直线形。(3)H2O分子中，n＋m＝4，VSEPR模型为正四面体形，但氧原子有2个孤电子对，所以H2O分子的空间结构为V形。(4)PbCl2中中心原子Pb的孤电子对数是(4－1×2)÷2＝1，价层电子对数是2＋1＝3，所以PbCl2的空间结构是V形；PF3Cl2分子中P的价层电子对数是5＋0＝5，所以PF3Cl2的空间结构是三角双锥形；ClOeq\o\al(－,4)中Cl的价层电子对数是4＋eq\f(1,2)×[7＋1－(4×2)]＝4，且不含孤电子对，所以ClOeq\o\al(－,4)的空间结构是正四面体形。B级素养培优练12.我国科学家成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)，经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图所示。从结构角度分析，R中两种阳离子不同之处为()A.中心原子的VSEPR模型B.中心原子的价层电子对数C.空间结构D.共价键类型答案C解析R中两种阳离子分别是H3O＋、NHeq\o\al(＋,4)，二者的中心原子的VSEPR模型都是正四面体形，中心原子的价层电子对数都是4，都是共价键，H3O＋、NHeq\o\al(＋,4)的空间结构分别为三角锥形、正四面体形。13.下列说法正确的是()A.NO2、BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外电子层都满足8电子稳定结构B.SO2的VSEPR模型与分子的空间结构相同C.NHeq\o\al(＋,4)的电子式为，离子呈正四面体形结构，键角为107°D.NH3分子中有一个孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强答案D解析NCl3分子原子的最外电子层都满足8电子稳定结构，故A错误；NHeq\o\al(＋,4)呈正四面体形结构，键角为109°28′，故C错误；分子中，孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对间的排斥力，所以NH3分子中的孤电子对对成键电子对的排斥作用较强，故D正确。14.用短线“—”表示共用电子对，用“¨”表示未成键孤电子对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，下列叙述错误的是()A.R与BF3的空间结构相同B.键角：PH3<NH3<109°28′