价层电子对互斥模型

【典例1】硫化氢分子中，两个H—S键的夹角接近90°，说明H2S分子的空间构型为_____；二氧化碳分子中，两个C＝O键的夹角为180°，说明二氧化碳分子的构型为______；甲烷分子中，两个C—H键的夹角为109°28′，说明甲烷分子的空间构型为________。【思路点拨】【自主解答】本题重在考查对常见分子结构的判断。H2S是三原子分子，且键角接近90°，故是V形结构；CO2是三原子分子，键角为180°，故为直线形结构；CH4为五原子分子，键角为109°28′，故为正四面体形结构。答案：V形直线形正四面体形【典例2】用价层电子对互斥模型推测下列分子的空间构型：(1)H2S(2)NH2-(3)BF3(4)CHCl3(5)SiF4【思路点拨】解答本题需注意以下两点：【自主解答】根据原子的最外层电子排布，可以判断出本题分子的中心原子含有的孤电子对数和结合的原子数为：H2S、NH2-分子略去两对孤电子对，分子构型为V形，BF3为平面三角形，CHCl3分子中由于H原子和Cl原子不同，不能形成正四面体形，SiF4为正四面体形。答案:（1）H2S为V形（2）NH2-为V形（3）BF3为平面正三角形（4）CHCl3为四面体形一、选择题（本题包括6小题，每小题6分，共36分）1.下列分子或离子中，中心原子有孤电子对的是（）A.H3O+B.NH4+C.CH4D.CO2【解析】选A。四个选项的孤电子对数分别为：2.以下分子或离子的结构为正四面体形，且键与键之间的夹角为109°28′的是（）①CH4②NH4+③CH3Cl④P4⑤金刚石A.①②④B.①②③④⑤C.①②D.①②⑤【解析】选D。在CH4和NH4+中，中心原子无孤电子对，4个H原子在空间呈正四面体形排列，且键角为109°28′；CH3Cl可看成CH4中的一个H原子被Cl原子取代，由于H、Cl原子间的排斥作用不同，使其分子成为变形的四面体结构；P4是正四面体结构，但键角为60°；在金刚石中，每个碳原子与其周围的四个碳原子相连，呈四面体构型，键角为109°28′。3.若ABn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，则分子的立体结构为V形B.若n=3，则分子的立体结构为三角锥形C.若n=4，则分子的立体结构为正四面体形D.以上说法都不正确【解析】选C。若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，那么它的立体结构可用中心原子周围的原子数n来预测。根据斥力最小的原则，当n=2时，分子结构为直线形；当n=3时，分子结构为平面三角形；当n=4时，分子结构为正四面体形，故正确答案为C。4.用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3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【解析】选D。本题考查价层电子对互斥理论的应用。H2S为V形，BF3为平面三角形。5.下列说法中正确的是（）A.NO2、SO2、BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构B.P4和CH4都是正四面体分子且键角都为109°28′C.NH4+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【解析】选D。NCl3分子的电子式为，分子中各原子都满足8电子稳定结构，A错误；P4为正四面体分子，但其键角为60°，B错误；NH4+为正四面体结构而非平面正方形结构，C错误；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，使其键角为107°，呈三角锥形，D正确。6.已知在CH4中，C-H键间的键角为109°28′，NH3中，N-H键间的键角为107°，H2O中O-H键间的键角为105°，则下列说法中正确的是（）A.孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力B.孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力C.孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力D.题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力与成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系【解析】选A。由中心原子上孤电子对数的计算公式可知，CH4中碳原子无孤电子对，NH3中的氮原子有1对孤电子对，H2O中的氧原子有2对孤电子对。根据题意知CH4中C-H键间的键角为109°28′，若孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力，则NH3中N-H键间的键角和H2O中O-H键间的键角均应为109°28′，故C不正确；若孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力，则NH3中N-H键间的键角和H2O中O-H键间的键角均应大于109°28′，现它们的键角均小于109°28′，故B不正确；孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力，将成键电子对压得靠近一点，使其键角变小，D错误，A正确。二、非选择题（本题包括2小题，共24分）7.（10分）（2010·山东高考）碳族元素包括C、Si、Ge、Sn、Pb。（1）CH4中共用电子对偏向C，SiH4中共用电子对偏向H，则C、Si、H的电负性由大到小的顺序为________。（2）用价层电子对互斥理论推断SnBr2分子中Sn-Br键的键角__________120°（填“”、“”或“=”）。【解析】(1)共用电子对偏向电负性大的原子，故电负性：C＞H＞Si。(2)SnBr2分子中，Sn原子的价层电子对数目是（4+2）/2=3，配位原子数为2，故Sn原子含有孤电子对，SnBr2空间构型为V形，键角小于120°。答案：(1)C＞H＞Si(2)＜8.（14分）已知A、B、C、D、E为中学常见的五种物质，均含元素Y，有的还可能含有元素X、Z，元素X、Y、Z的原子序数依次递增。①元素Y在A、B、C、D、E中所呈化合价依次递增，其中只有B为单质。②常温下将气体D通入水中发生反应，生成C和E。③工业上以A、空气和水为原料，通过催化氧化法制成E。请回答以下问题：（1）A分子的空间构型是________；从轨道重叠的方式看，B分子中的共价键类型有_________。（2）写出②中反应的化学方程式：_________。（3）工业上，若输送Cl2的管道漏气，用A进行检验时可观察到大量白烟，同时有B生成，写出有关反应化学方程式：_________________________________。【解析】由①可知Y元素在A中显负价，在C、D、E中显正价，由③可知A为NH3，E为HNO3，由②可知D为NO2，C为NO；B为N2。（1）NH3的电子式为，根据价层电子对互斥理论可知其空间构型为三角锥形；N2的结构式为N≡N，含有σ键和π键。（2）②中反应的化学方程式为3NO2+H2O====2HNO3+NO。（3）由题给信息可知Cl2与NH3反应生成N2和NH4Cl，其反应方程式为8NH3+3Cl2====6NH4Cl+N2。答案：（1）三角锥形σ键和π键（2）3NO2+H2O====2HNO3+NO（3）8NH3+3Cl2====N2+6NH4Cl一、选择题（本题包括4小题，每小题5分，共20分）1.与H2O分子空间构型不相同的是（）A.H2SB.H2SeC.H2TeD.CO2【解析】选D。本题考查分子的空间构型。O、S、Se均为第ⅥA族元素，形成氢化物分子的空间构型相似，而D项CO2为直线形。2.下列各组的几种分子中所有原子都可能处于同一平面的是（）A.CH4、CS2、BF3B.CO2、H2O、NH3C.C2H4、C2H2、C6H6D.CCl4、BeCl2、PH3【解析】选C。题中的CH4和CCl4为正四面体形分子，NH3和PH3为三角锥形分子，这几种分子的所有原子不可能都在同一平面上，由排除法可确定答案为C。CS2、CO2、C2H2和BeCl2为直线形分子，C2H4为平面四边形分子，C6H6为平面正六边形分子，这些分子都是平面形结构，故正确答案为C。3.用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中不正确的是（）A.NH4+为正四面体形B.CS2为直线形C.HCN为折线形（V形）D.PCl3为三角锥形【解析】选C。NH4+、CS2、HCN中心原子上的价电子都用于形成共价键，没有孤电子对，所以其构型分别为正四面体形、直线形、直线形；PCl3中心原子P上有一对孤电子对，未用于形成共价键，其空间构型为三角锥形。4.科学家发现铂的两种化合物a和b。a：;b:。实验测得a和b具有不同的特性。b具有抗癌作用，而a没有，则下列关于a、b的叙述正确的是（）A.a和b属于同一种物质B.a和b互为同素异形体C.a和b的空间构型是平面四边形D.a和b的空间构型是四面体形【解析】选C。本题考查分子的构型。因为a和b具有不同的特性，所以a和b一定不是同一种物质；性质不同说明结构不同，而a和b的分子式相同且为化合物，所以a和b互为同分异构体，而不是同素异形体。a和b的空间构型若是四面体形，两个氯离子就不存在相邻和相间之分，因此a和b的空间构型只能是平面四边形，故正确选项为C。二、非选择题（本题包括2小题，共20分）5.（6分）若ABn的中心原子上有一对孤电子对未参与成键，当n=2时，其分子的立体结构为_________；当n=3时，其分子的立体结构为_______________。【解析】n=2时，中心原子A的价层电子对数为3，其价层电子对的立体结构为三角形，其中A中还含有一对孤电子对，则分子的立体结构为V形；n=3时，A的价层电子对数为4，价层电子对的立体结构为四面体，A中还含有一对孤电子对，则分子立体的结构为三角锥形。答案：V形三角锥形6.（14分）20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥理论（简称VSEPR模型），用于预测简单分子立体构型。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，均匀的分布在中心原子周围的空间；Ⅱ.分子的空间构型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；ⅳ.其他。请仔细阅读上述材料，回答下列问题：（2）请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因：___________________________________________;（1）根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表：（3）H2O分子的立体构型为：______，请你预测水分子中∠H—O—H的大小范围并解释原因：_______________________________________________;（4）SO2Cl2和SO2F2都属AX4E0型分子，S＝O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分子的空间构型：________，SO2Cl2分子中∠Cl-S-Cl________（选填“”、“”或“=”）SO2F2分子中∠F-S-F。（5）用价层电子对互斥理论（VSEPR）判断下列分子或离子的空间构型：【解析】VSEPR模型的判断方法：在分子中当n+m=2且不存在孤电子对时为直线形分子，存在孤电子对时为V形结构；当n+m=3时，如果没有孤电子对时为平面三角形；如果有孤电子对时为三角锥形；当n+m=4时，如果没有孤电子对时为正四面体形，如果有两对孤电子对时为平面正方形。所以水分子中n+m=2，且有两对孤电子对，所以是V形结构，又由于孤电子对的作用力强于成键的共用电子对，所以使其角度小于109°28′。再如SO2Cl2和SO2F2中的硫原子是中心