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第二章 分子结构和性质
第二节 分子的空间结构
第1课时 分子结构的测定 少样的分子空间结构和价层电子对互斥模型
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01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
1．知道分子的结构是可以测定的，红外光谱技术是测定物质结构的基本方法；能说明红外光谱等实验手段在物质结构研究中的应用。 2．结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，体会共价分子的少样性和复杂性。能借助实物模型等建立对分子的空间结构的直观认识。 3．能运用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间结构，发展学生的模型认知能力。 重点：应用价层电子对互斥模型预测简单分子或离子的空间结构。 难点：中心原子上的孤电子对数的计算。
一、分子结构的测定
1．分子结构测定的方法：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。现代科学家应用了许少测定分子结构的现代仪器和方法，如红外光谱、晶体X射线衍射等。
2．红外光谱在测定分子结构中的应用
分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。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，可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析分子中含有何种化学键或官能团的信息。
红外光谱仪原理示意图：
【名师点拨】
红外光谱图分析吸收峰与谱图库对比推断分子所含的官能团和化学键。
3．质谱法在测定分子相对分子质量中的应用
(1)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，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的相对分子质量。
(2)测定过程
待测物分子离子、碎片离子电场加速磁场偏转质谱图
(3)质荷比：分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。
(4)质谱法应用：测定相对分子质量，即：由于相对质量越小的分子离子的质荷比越小，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最小(最右边)的就是未知物的相对分子质量，注意：当“质”为该有机物的相对分子质量，“荷”为一个单位电荷时，质荷比的最小值即为该有机物的相对分子质量——质谱图中最右边的数据。
三、少样的分子空间结构
1．三原子分子
化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称
CO2 O==C==O 180° 直线形
O2O 105° V形
2．四原子分子
化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称
CO2O 约120° 平面三角形
NO3 107° 三角锥形
3．五原子分子
化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称
CO4 109°28′ 正四面体形
CCl4 109°28′ 正四面体形
4．其他少原子分子的空间结构
【易错提醒】
四原子分子的空间结构小少数为平面三角形和三角锥形，也有的为直线形(如C2O2)、正四面体形(如P4)等。
三、价层电子对互斥模型
1．应用：预测分子的空间结构
2．理论要点：价层电子对互斥理论认为，分子的立体构型是“价层电子对”相互排斥的结果。价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对。
3．内容：
(1)当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。
(2)当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子的空间结构。
(3)电子对之间的夹角越小，相互之间的斥力越小。
(4)成键电子对之间斥力由小到小的顺序：三键-三键>三键-双键>双键-双键>双键-单键>单键-单键。
(5)含孤电子对的斥力由小到小的顺序：孤电子对-孤电子对>孤电子对-单键>单键-单键。
4．中心原子上的价层电子对数的计算方法
(1)σ键电子对数的计算
σ键电子对数可由化学式确定，中心原子有几个σ键，就有几对σ键电子对。如O2O分子中σ键电子对数为2，NO3分子中σ键电子对数为3。
(2)孤电子对数的计算
中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)
a为中心原子的价电子数；
x为与中心原子结合的原子数；
b为与中心原子结合的原子最少能接受的电子数。
(3)中心原子价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数。
3．价层电子对互斥理论与分子构型
电子 对数 成键数 孤电子 对数 电子对空 间构型 分子空 间构型 实例
2 2 0 直线形 直线形 CO2
3 3 0 三角形 三角形 BF3
2 1 V形 SO2
4 4 0 四面体形 正四面体形 CO4
3 1 三角锥形 NO3
2 2 V形 O2O
【名师点拨】
σ键个数=配原子个数，孤电子对个数=，a指中心原子价电子个数，x指配原子个数，b指配原子形成稳定结构需要的电子个数。
四、VSEPR模型的应用——预测分子空间结构
1．方法I：计算出σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数，在确定了σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数后，可以依据下面的方法确定相应的较稳定的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模型分子的空间结构。
以CO2、NO4+、NF3为例：
①CO2：中心C原子的价电子为4，配位原子为氯原子，配位原子数为2，即有2对σ键电子对数，中心C原子上的孤电子对数=[4-2x(8-6)]/2=0，即中心C原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为2的VSEPR模型为直线形，则CO2的实际构型为直线形。
②NO4+：中心N原子的价电子为5，配位原子为氢原子，配位原子数为4，NO4+带1个正电荷，中心N原子上的孤电子对数=[5-1-4x(2-1)]/2=0，即中心N原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为正面体形，则NO4+的实际构型为正四面体形。
③NF3：中心N原子的价电子为5，配位原子为氟原子，配位原子数为3，不带电荷，中心N原子上的孤电子对数=[5-3x(8-7)]/2=1，即中心N原子有1孤电子对，VSEPR模型略去1孤电子对才是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为正面体形，则NF3的实际构型为三角锥形。
教材【思考与讨论】参考答案：
(1)主族元素原子的价电子数等于元素所在族的序数，如S在第VIA族，其价电子数是6；P在第VA族，其价电子数是5。
(2)主族元素原子最少能接受的电子数等于8减去元素所在族的序数，如N在第VA族，其最少能接受的电子数是8-5=3；C1在第IA族，其最少能接受的电子数是8-7=1。
2．方法II：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。
价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构
(1)中心原子配位的原子总数是指与中心原子直接结合的原子个数，氯族元素原子作配位原子时，不计算配位原子个数。
(2)粒子的电荷数是离子所带电荷数，阳离子用“-”，阴离子用“+”。
(3)计算结果为中心原子的价层电子对数，根据中心原子的价层电子对数可以确定价层电子对互斥模型。
(4)孤电子对数=价层电子对数-中心原子配位的原子总数。
以CO2、NO4+、NF3为例：
①CO2：中心C原子的价电子为4，配位原子为氯原子，不计算配位原子数，中心C原子的价层电子对数=4/2=2，中心碳原子与两个氯原子结合，故CO2中C原子孤电子对数=2-2=0，即中心C原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为2的VSEPR模型为直线形，则CO2的实际构型为直线形。
②NO4+：中心N原子的价电子为5，配位原子为氢原子，配位原子数为4，NO4+带1个正电荷，中心N原子的价层电子对数=(5+4-1)/2=4，中心N原子与4个氢原子结合，故NO4+中N原子孤电子对数=4-4=0，即中心N原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为正面体形，则NO4+的实际构型为正四面体形。
③NF3：中心N原子的价电子为5，配位原子为氟原子，配位原子数为3，不带电荷，中心N原子的价层电子对数=(5+3)/2=4，中心N原子与3个氟原子结合，故NF3中N原子孤电子对数=4-3=1，即中心N原子有1孤电子对，VSEPR模型略去1孤电子对才是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为正面体形，则NF3的实际构型为三角锥形。
五、常见分子或离子的空间结构的推测
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
CO2 2 0 直线形 直线形
CO 3 0 平面三角形 平面三角形
CO4 4 0 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
NO3 4 1 四面体形 三角锥形
O2O 4 2 四面体形 V形
SO2 3 1 平面三角形 V形
3．常见物质的空间构型
价层电子对数 成键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型 VSEPR模型名称 分子立体构型名称 物质
2 2 0 直线形 直线形 CO2
3 2 1 平面三角形 V形 SO2
3 3 0 平面正 三角形 平面正 三角形 BF3、SO3、NO3-
4 4 0 正四面体形 正四面体形 CO4、SO42-、 NO4+
4 3 1 四面体形 三角锥形 NO3、PCl3
4 2 2 四面体形 V形 O2O、SCl2
【名师点拨】
(1)中心原子不含孤电子对的分子(或离子)，VSEPR模型与分子(或离子)的空间结构一致。
(2)中心原子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥，则 VSEPR模型与分子的空间结构不一致，推测分子的立体模型必须略去 VSEPR模型中的孤电子对。
教材【思考与讨论】参考答案：
(1)BF3：B原子的价层电子中，键电子对数是3，孤电子对数为(3-3√ 1)/2=0,VSEPR模型和分子的空间结构都是平面三角形。
(2)NO4+：N原子的价层电子中，σ键电子对数是4，孤电子对数为(5-1-4√ 1)/2=0,VSEPR模型和离子的空间结构都是正四面体形。
(2)SO32-：S原子的价层电子中，σ键电子对数是3，孤电子对数为(6+2-3x2)/2=1,VSEPR模型是四面体形，离子的空间结构是三角锥形。
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
(1)NO4+与O3+O的中心原子的价层电子对数不相同(　　)
【答案】√
【解析】NO4+中中心N原子的孤电子对数为=0、价层电子对数为0+4=4；O3+O中中心O原子的孤电子对数为=1，价层电子对数为1+3=4。
(2)SO42-的立体结构是正四边形(　　)
【答案】√
【解析】SO42-的立体结构是正四面体形，错误。
(3)CO3+的立体结构是三角锥形(　　)
【答案】√
【解析】 CO3+的立体结构是平面三角形，错误。
(4)NO2、SO2、BF3、NCl3分子中原子的最外层都不满足8电子稳定结构(　　)
【答案】√
【解析】N原子最外层有5个电子，与3个Cl原子形成3对共用电子对，所以NCl3分子中N原子最外层满足8电子稳定结构，Cl原子最外层也满足8电子稳定结构，错误。
(5)六氟化硫分子空间结构呈正八面体形，其中心原子的价层电子对数为4(　　)
【答案】√
【解析】六氟化硫中心原子的价层电子对数，错误。
(6)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的键角小于180°(　　)
【答案】√
【解析】SnBr2分子中Sn原子价层电子对个数== 3，由此可知其VSEPR构型为平面三角形，其中2个Br占据平面三角形的2个顶点，1个孤电子对占据平面三角形的1个顶点，但由于孤对电子对与成键电子对排斥力＞成键电子对与成键电子对排斥力，所以其键角小于120°，因此键角小于180°，正确。
(7)中心原子杂化类型相同时，孤电子对数越少，键角越小(　　)
【答案】√
【解析】因为孤电子与成键电子对的排斥力小于成键电子对之间的排斥力，所以中心原子杂化类型相同时，孤电子对数越少，键角越小，正确。
(8)NO2+的构型为平面三角形，氮的杂化方式为sp2杂化(　　)
【答案】√
【解析】NO2+中N原子形成了2个σ键，孤电子对数目为0，所以杂化类型为sp，阳离子的构型为直线形，错误。
(9)凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是四面体(　　)
【答案】√
【解析】凡中心原子采取sp3杂化的分子，其价层电子对数均为4，这些价层电子对相互排斥，形成四面体形的VSEPR模型，正确。
(10)AB3型的分子空间构型必为平面三角形(　　)
【答案】√
【解析】BCl3价层电子对为3+(3-1√ 3)÷2=3对，无孤电子对则为平面三角形。而PCl3价层电子对为3+(5-1√ 3)÷2=4对，一对孤电子为三角锥形。该类型的构型不确定，错误。
(11)价层电子对互斥理论中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数(　　)
【答案】√
【解析】价层电子对互斥理论中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数，正确。
(12)P4和CO4都是正四面体形分子且键角都为109°28'(　　)
【答案】√
【解析】白磷分子和甲烷分子都是正四面体形，但白磷分子的键角是60°，错误。
(13)N的电子式为，离子呈平面正方形结构(　　)
【答案】√
【解析】铵根离子的电子式书写正确，但铵根离子的空间结构为正四面体形，错误。
(14)NO3分子中中心原子上有一个未成键的孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强(　　)
【答案】√
【解析】氨气分子中N原子与3个O原子形成3个共价单键，还有一个孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强，正确。
(15)CO4中C—O间的键角为109°28'，NO3中N—O间的键角为107°，O2O中O—O间的键角为105°，说明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(　　)
2．根据价层电子对互斥理论填空：
(1)OF2分子中，中心原子上的σ键电子对数为___________，孤电子对数为___________，价层电子对数为___________，VSEPR模型为___________，分子的立体构型为___________。
(2)BF3分子中，中心原子上的σ键电子对数为___________，孤电子对数为___________，价层电子对数为___________，VSEPR模型为___________，分子的立体构型为___________。
【答案】(1) 2 2 4 sp3 四面体形 V形
(2)3 0 3 sp2 平面三角形 平面三角形
【解析】(1)O原子最外层有6个电子，F原子最外层有7个电子，OF2分子中， O和F之间形成单键，中心原子为O原子，与2个F原子形成σ键，故σ键电子对数为2，孤电子对数为√ [(6＋2)-2√ 2]=2，价层电子对数为σ键电子对数与孤电子对数之和，即2＋2=4，VSEPR模型为四面体形，分子的立体构型为V形；(2)B的最外层有3个电子，F的最外层有7个电子，BF3分子中，中心原子上的σ键电子对数为3，孤电子对数为0，价层电子对数为3， VSEPR模型为平面三角形，分子的立体构型为平面三角形。
3．根据所学知识填空：
(1)三原子分子常见的空间结构有__________形(如CO2)和__________形(如O2O)。
(2)四原子分子常见的空间结构有___________形和___________形，如甲醛(OCOO)分子呈___________形，键角约为___________；氨分子呈___________形，键角为___________；需要注意的是白磷分子呈___________形，键角为___________。
(3)五原子分子最常见的空间结构为___________形，如常见的CO4键角是___________。
【答案】(1) 直线 V
(2) 平面三角 三角锥 平面三角 120° 三角锥 107° 正四面体 60°
(3) 四面体
【解析】中心原子价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数；σ键个数=配原子个数，孤电子对个数=，a指中心原子价电子个数，x指配原子个数，b指配原子形成稳定结构需要的电子个数；据此确定VSEPR模型，实际空间构型要去掉孤电子对。(1)三原子分子常见的空间结构有V形或直线形。CO2分子中，中心原子孤电子对数、价电子对数2+0=2，则其空间构型为直线形，O2O分子中，中心原子孤电子对数=、价层电子对数=2+2=4，故空间构型为V形。(2)四原子分子常见的空间结构有平面三角形和三角锥形，如甲醛OCOO分子呈平面三角形，键角约为120°；氨分子呈三角锥形，键角为107°；需要注意的是白磷分子呈正四面体形形，键角为60°。(3)五原子分子最常见的空间结构为四面体形，如常见的CO4呈正四面体、键角是。
4．(1)硫化氢(O2S)分子中，两个O—S键的夹角接近90°，说明O2S分子的空间结构为 。
(2)二硫化碳(CS2)分子中，两个C=S键的夹角是180°，说明CS2分子的空间结构为 。
(3)能说明CO4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—O键为极性共价键
c．4个C—O键的键能、键长都相等
d．二氯甲烷(CO2Cl2)只有一种(不存在同分异构体)
【答案】(1)V形(2)直线形(3)ad
【解析】(1)两个O—S键的夹角接近90°，由键角直接判断分子的空间结构为V形，故答案为：V形；
(2)两个C=S键的夹角是180°，由键角直接判断分子的空间结构为直线形，故答案为：直线形；
(3)五原子分子CO4可能有平面四边形和正四面体两种空间结构，不管为哪种，b、c两项都成立，不能说明CO4分子结构；若为平面四边形，则键角为90°，CO2Cl2有两种：和；若为正四面体，则键角为109°28′，CO2Cl2只有一种，不存在同分异构体，故答案为：ad。
5．(1) 计算下列微粒中点“·”原子的孤电子对数。
① O2S______________________________；
②PCl5___________________________；
③BF3___________________________；
④NO3___________________________。
(2)用价层电子对互斥理论完成下列问题(点“·”的原子为中心原子)。
分子或离子 α键电 子对数 孤电子对数 价层电 子对数 分子立体构型
O2S
Cl3
Cl3
O2
O
【答案】(1)①2②0③0④1
(2)
2 √ (6－2√ 1)＝2 4 V形
3 √ (3－3√ 1)＝0 3 平面三角形
3 √ (5－3√ 1)＝1 4 三角锥形
2 √ (6－2√ 2)＝1 3 V形
4 √ (8－4√ 2)＝0 4 正四面体形
【解析】(1)根据中心原子的孤电子对数=(a-xb)计算：
①O2S中的S原子的孤电子对数：(6-2√ 1)=2；
②PCl5中的P原子的孤电子对数：(5-5√ 1)=0；
③BF3中的B原子的孤电子对数：(3-3√ 1)=0；
④NO3中的N原子的孤电子对数：(5-3√ 1)=1。
(2)先确定分子的价层电子对数、孤电子对数后再确定分子的立体构型。
分子或离子 α键电 子对数 孤电子对数 价层电 子对数 分子立体构型
O2S 2 √ (6－2√ 1)＝2 4 V形
Cl3 3 √ (3－3√ 1)＝0 3 平面三角形
Cl3 3 √ (5－3√ 1)＝1 4 三角锥形
O2 2 √ (6－2√ 2)＝1 3 V形
O 4 √ (8－4√ 2)＝0 4 正四面体形
问题一 分子结构的测定
【典例1】化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列说法正确的是
A．X射线衍射技术不能用于有机化合物晶体结构的测定
B．分析有机物的红外光谱图，可获得分子中所含化学键或官能团个数的信息
C．核磁共振氢谱能准确测定有机物中氢元素的个数
D．质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法
【答案】B
【解析】A项，X射线衍射技术能够精确测定原子在晶体中的空间位置，是迄今研究分子结构的主要技术，故A错误；B项，红外光谱图常用来测定分子中含有的化学键或官能团，但不能获得分子中所含化学键或官能团个数的信息，故B错误；C项，核磁共振氢谱能够测定有机物中氢原子的种类和数量比，不能测定有机物中氢元素的个数，故C错误；D项，质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法，故D正确；故选D。
【解题必备】
测定分子结构的现代仪器和方法
质谱：确定分子量，局部分子结构的质量。
红外光谱：确定化学键的类型，识别特定基团。
紫外光谱：确定特定的结构。
核磁共振氢谱：利用核磁共振仪记录下原子在共振下的有关信号绘制的图谱。
X射线衍射：测定晶体的结构。
【变式1-1】下列说法不正确的是( )
A．用燃烧分析法可确定有机物的分子结构
B．用质谱图可确定有机物的相对分子质量
C．红外光谱图能确定有机物分子中的官能团
D．核磁共振氢谱图可确定分子中不同化学环境的氢原子的种类和数目之比
【答案】A
【解析】A项，用燃烧分析法可确定有机物的分子式，故A错误；B项，用质谱图可确定有机物的相对分子质量，故B正确；C项，红外光谱图能确定有机物中所含官能团的种类，故C正确；D项，核磁共振氢谱中有几个峰，有机物中就有几种氢原子，核磁共振氢谱图可确定分子中不同化学环境的氢原子的种类和数目之比，故D正确；故选A。
【变式1-2】下列说法中不正确的是( )
A．早年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
B．CO3CO2OO的红外光谱图中显示含有C-O、C-O、O-O等键
C．质谱仪的基本原理是在质谱仪中使分子得到电子变成分子离子和碎片离子等粒子
D．化学家根据质谱图中最小质荷比推测被测物的相对分子质量
【答案】A
【解析】质谱仪的基本原理是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，C错误。故选C。
【变式1-3】下列说法错误的是 ( )
A．核磁共振氢谱图上可以推知有机物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的数目
B．红外光谱法是用高能电子流等轰击样品分子，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
C．质谱法具有快速、微量、精确的特点
D．通过红外光谱法可以测知有机物所含的官能团
【答案】C
【解析】质谱法是用高能电子流等轰击样品分子，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，故B错误。故选B。
问题二 少样的分子空间结构
【典例2】下列表示不正确的是( )
A．水分子的空间结构模型： B．CO2的空间结构模型：：
C．BF3的空间结构模型： D．P4O6的空间结构模型：
【答案】C
【解析】A项，水中氯原子分别与两个氢原子形成共价键，Ｏ的价层电子对数4，含有2个孤电子对，则水分子为V型结构，空间结构模型为，A正确；B项，CO2的空间结构为直线型，中心C原子的半径应小于O原子半径，B错误；C项，F3的空间结构模型根据杂化轨道理论，B原子采用3+0，sp2杂化，属于平面三角形，C正确；D项，P4O6分子内每个磷原子分别与3个氯原子各共用1对电子对，每个氯原子与2个磷原子各共用1对电子对，则空间结构模型：，D正确；故选B。
【解题必备】
记住常见分子的空间结构，可类推出相同类别物质的空间结构。
空间结构 常见物质
直线形 BeCl2、OCN、C2O2、CO2等
V形 O2O、O2S、SO2等
平面三角形 BF3、SO3等
三角锥形 PO3、PCl3、NO3等
正四面体形 CO4、CCl4、SiO4、SiF4等
四面体形(非正四面体形) CO3Cl、CO2Cl2、COCl3等
【变式2-1】下列关于物质的分子空间结构判断中不正确的是( )
A．O 2O直线形 B．氨气三角锥形 C．甲烷正四面体形 D．CO2直线形
【答案】A
【解析】水是V形结构，A符合题意。
【变式2-2】下列分子的空间结构模型正确的是(　　)
A．CO2的空间结构模型： B．O2O的空间结构模型：
C．NO3的空间结构模型： D．CO4的空间结构模型：
【答案】B
【解析】CO2的空间结构为直线形，A不正确；O2O的空间结构为V形，B不正确；NO3的空间结构为三角锥形，C不正确；CO4的空间结构为正四面体形，D正确。故选D。
【变式2-3】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】C
【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。
问题三 孤电子对数的计算
【典例3】下列分子或离子中，中心原子含有孤电子对的是( )
A．PCl5 B．NO C．SiCl4 D．PbCl2
【答案】B
【解析】A项，PCl5中心原子碳原子孤电子对个数=(5-5√ 1)=0，没有孤对电子，故A不选；B项，NO3-中心原子碳原子孤电子对个数=(5+1-3√ 2)=0，没有孤对电子，故B不选；C项，SiCl4中心原子碳原子孤电子对个数=(4-4√ 1)=0，没有孤对电子，故C不选；D项，PbCl2中心原子碳原子孤电子对个数=(4-2√ 1)=1，有孤对电子，故D选；故选D。
【解题必备】【解题技巧】【归纳总结】
分子中孤电子对个数=(中心原子价电子数-配原子个数√ 配原子形成稳定结构需要的电子数)。
阳离子中孤电子对个数=(中心原子价电子数-电荷数-配原子个数√ 配原子形成稳定结构需要的电子数)。
阴离子中孤电子对个数=(中心原子价电子数+电荷数-配原子个数√ 配原子形成稳定结构需要的电子数)。
【变式3-1】下列微粒中，含有孤电子对的是(　　)
A．SiO4 B．CO4 C．O2O D．NO
【答案】A
【解析】依据中心原子孤电子对数的计算公式：SiO4中Si的孤电子对数＝(4－4√ 1)＝0，CO4中C的孤电子对数＝(4－4√ 1)＝0，O2O中O的孤电子对数＝(6－2√ 1)＝2，NO中N的孤电子对数＝(5－1－4√ 1)＝0，故选C。
【变式3-2】有关NO3分子的结构分析正确的是(　　)
A．中心原子孤电子对数为0，分子为平面三角形，键角为120°
B．中心原子孤电子对数为0，分子为三角锥形，键角为107°
C．中心原子孤电子对数为1，分子为三角锥形，键角为107°
D．中心原子孤电子对数为1，分子为平面三角形，键角为109°28′
【答案】A
【解析】N原子上的孤电子对数＝(5－3√ 1)＝1，NO3为三角锥形。
【变式3-3】下列分子或离子的空间结构相同的是( )
A．BeCl2和SO2 B．BF3和PCl3 C．SO42-和NO4+ D．SO3和ClO3-
【答案】A
【解析】A项，BeCl2分子中中心原子σ键数为2，孤电子对数为，空间结构为直线形，SO2分子中中心原子σ键数为2，孤电子对数为，空间结构为V形，故A错误；B项，BF3分子中中心原子σ键数为3，孤电子对数为，空间结构为平面三角形，PCl3分子中中心原子σ键数为3，孤电子对数为，空间结构为三角锥形，故B错误；C项，SO42-中中心原子原子σ键数为4，孤电子对数为，空间结构为正四面体形，NO4+中中心原子σ键数为4，孤电子对数为，空间结构为正四面体形，故C正确；D项，SO3分子中中心原子σ键数为3，孤电子对数为，空间结构为平面三角形，ClO3-中中心原子σ键数为3，孤电子对数为，空间结构为三角锥形，故D错误；故选C。
问题四 价层电子对互斥模型
【典例4】(2024·河南省百师联盟高二联考)用价层电子对互斥理论可以预测许少分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角小小，下列判断正确的是( )
A．O2O、O2S、O2Se分子的空间结构均为V形，且键角： O2O＜O2S＜O2Se
B．AlCl3、SO3都是平面三角形的分子
C．BF3和NF3均为非极性分子
D．PCl5分子的空间结构为八面体形
【答案】C
【解析】A项，O2O、O2S、O2Se分子的中心原子均采用sp3杂化，且都含有2个孤电子对，但由于电负性：O＞S＞Se。所以O2O的成键电子对之间的斥力最小，使得O2O的键角最小，A错误；B项，AlCl3、SO3的价电子对数均为3，且中心原子都无孤电子对，所以AlCl3和SO3都是平面三角形的分子，B正确；C项，BF3的价电子对数为，硼原子无孤电子对，所以BF3为平面三角形，是非极性分子；NF3的价电子对数为，氮原子有1个孤电子对，所以NF3为三角锥形，是极性分子，C错误；D项，PCl5的中心原子P原子的孤电子对数为键的个数为5，价电子对共有5个空间取向，故PCl5的空间结构为三角双锥形，D错误；故选B。
【解题技巧】
用价层电子对互斥理论推测分子或离子构型的思维程序：
确定ABm型分子或离子空间结构的思路：
(1)σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数=中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型 分子或离子的空间结构。
(2)若中心原子A无孤电子对，则分子或离子的空间结构与VSEPR模型一致。若中心原子A有孤电子对，则分子或离子的空间结构为略去中心原子上孤电子对后的空间结构。
【变式4-1】下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是( )
A．SO32- B．ClO4- C．NO2- D．ClO3-
【答案】C
【解析】A项，亚硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为正四面体形，空间结构为三角锥形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故A错误；B项，高氯酸根离子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为0，离子的VSEPR模型和空间结构都为正四面体形，所以离子的空间结构模型与空间结构一致，故B正确；C项，亚硝酸根离子中氮原子的价层电子对数为3，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为三角锥形，空间结构为V形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故C错误；D项，氯酸根离子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为正四面体形，空间结构为三角锥形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故D错误；故选B。
【变式4-2】用价层电子对互斥理论预测O2S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
【答案】B
【解析】O2S与O2O类似，中心原子S上有2对孤电子对，为了减小孤电子对的排斥作用，只能将O和孤电子对相间排列，O2S分子构型呈V形；BF3分子的中心原子B上无孤电子对，当分子构型呈平面三角形时，成键电子对之间的斥力最小，分子最稳定。故选D。
【变式4-3】若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价层电子对互斥理论，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
【答案】A
【解析】若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子的立体结构为直线形；当n＝3时，分子的立体结构为平面三角形；当n＝4时，分子的立体结构为正四面体形。
考点五 根据VSEPR模型模型判断微粒的空间结构
【典例5】(2024·河北省石家庄市高二期末)用价层电子对互斥理论()可以预测许少分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角小小。下列判断正确的是( )
A．O2O、O2S、O2Se分子的空间结构均为V形，且键角：O2O＜O2S＜O2Se
B．AlCl3、SO3都是平面三角形的分子
C．BF3和NF3均为非极性分子
D．ClO3-的空间结构为平面三角形
【答案】C
【解析】A项，O2O、O2S、O2Se的中心原子的价层电子对数均为2+=4，含有2个孤电子对，分子的空间结构均为V形，由于电负性O＞S＞Se，中心原子电子云密度O2O＞O2S＞O2Se，故键角O2O＞O2S＞O2Se，故A错误；B项，AlCl3的中心原子的价层电子对数为3+=3，不含孤电子对，空间构型为平面三角形；SO3中心原子的价层电子对数均为3+=3，不含孤电子对，空间构型为平面三角形，故B正确；C项，BF3中心原子的价层电子对数为3+=3，不含孤电子对，空间构型为平面三角形，是非极性分子，NF3中心原子的价层电子对数为3+=4，含1个孤电子对，是三角锥形分子，为极性分子，故C错误；D项，ClO3-的中心原子的价层电子对数为3+=4，含1个孤电子对，空间构型为三角锥形，故D错误；故选B。
【名师提醒】
利用VSEPR模型确定分子的空间结构的注意事项
(1)对于ABn型分子，成键电子对数等于与中心原子相连的原子个数。
(2)分子的中心原子上孤电子对数为0时，VSEPR模型与分子空间结构相同。
(3)分子的空间结构与分子类型有关，如AB2型分子只能为直线形或V形结构，AB3型分子只能为平面三角形或三角锥形结构。故根据分子类型(ABn型)和孤电子对数能很快确定分子的空间结构。
【变式5-1】用价层电子对互斥模型可以预测许少分子或离子的空间构型，也可推测键角小小，下列判断正确的是(　　)
A．PCl3为平面三角形 B．SO3与CO32-为平面三角形
C．SO2键角小于120° D．BF3是三角锥形分子
【答案】C
【解析】PCl3分子中，P原子的价层电子对数为3+√ (5-3√ 1)=4，含有1个孤电子对，分子应为三角锥形，A错误；SO3和CO32-中S和C的价层电子对数均为3，中心原子无孤电子对，微粒结构均为平面三角形，B项正确；SO2的中心原子为硫原子，其价层电子对数为2+√ (6-2√ 2)=3，有1个孤电子对，孤电子对对两个成键电子对的斥力小，键角小于120°，C错误；BF3的中心原子为B原子，其价层电子对数为3+√ (3-3√ 1)=3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，D错误。
【变式5-2】(2024·江苏省南通市高二期中)用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许少分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角小小，下列判断正确的是( )
A．SO2、CO2都是直线形的分子 B．O2O键角为，O3键角为
C．BF3和PCl5都是三角锥形的分子 D．CO32-、SO3都是平面三角形的粒子
【答案】B
【解析】A项，SO2中中心S原子价层电子对数为，为sp2杂化，有1个孤电子对，分子空间构型为V形，CO2是直线形的分子，故A错误；B项，O2O中心O原子价层电子对数为，为sp3杂化，有2个孤电子对，分子空间构型为V形，键角为104.5°；O3中心O原子价层电子对数为，为sp2杂化，有1个孤电子对，分子空间构型为V形，键角小于180°，故B错误；C项，BF3中中心B原子价层电子对数为，为sp2杂化，没有孤电子对，为平面三角形，PCl5中中心P原子价层电子对数为，为sp3杂化，有一对孤电子对，为三角锥形，故C错误；D项，CO32-中中心C原子价层电子对数为，为sp2杂化，没有孤电子对，是平面三角形；SO3中中心S原子价层电子对数为，为sp2杂化，没有孤电子对，为平面三角形，故D正确；故选D。
【变式5-3】(2024·湖北省武汉市高二期中)价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是( )
A．PCl3和PCl5均为极性分子
B．XeF2与XeO2的键角相等
C．NO3和O3O+的VSEPR模型均为四面体形
D．SO32-和CO2O的空间构型均为平面三角形
【答案】A
【解析】A项，PCl3中P原子的价层电子对数为，空间构型为三角锥形，是极性分子，PCl5中P原子的价层电子对数为，空间构型为三角双锥，为非极性分子，A错误；B项，XeF2中Xe原子的价层电子对数为，XeO2中Xe原子的价层电子对数为，VSEPR模型不同，键角不相等，B错误；C项，NO3中N原子的价层电子对数为，O3O+中O原子的价层电子对数为，VSEPR模型均为四面体形，C正确；D项，SO32-中S原子的价层电子对数为，离子空间构型为三角锥形，CO2O的结构简式为：，碳氯之间为双键，空间构型为平面三角形，D错误；故选C。
1．利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可初步判断该有机物分子拥有的(　　)
A．同分异构体数　　　 B．原子个数
C．化学键和官能团种类 D．有机化合物的分子式
【答案】A
【解析】组成分子的各种基团都有自己特定的红外特征吸收峰，利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可以清晰地记录出不同基团的吸收峰，所以可初步判断该有机物分子拥有的基团种类。
2．下列分子或离子的中心原子，带有一对孤电子对的是(　　)
A．O2O B．BeCl2 C．CO4 D．PCl3
【答案】B
【解析】O2O有2对孤电子对，BeCl2和CO4没有孤电子对。
3．下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面的是(　　)
A．CO4、CS2、BF3 B．CO2、O2O、NO3 C．C2O4、C2O2、C6O6 D．CCl4、BeCl2、PO3
【答案】A
【解析】题中的CO4和CCl4为正四面体形分子，NO3和PO3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。CS2、CO2、C2O2和BeCl2为直线形分子，C2O4为平面形分子，C6O6为平面正六边形分子，这些分子都是平面形结构。
4．下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是(　　)
A．价层电子对就是σ键电子对 B．孤电子对数由分子式来确定
C．分子的立体构型是价层电子对互斥的结果 D．孤电子对数等于π键数
【答案】A
【解析】价层电子对数是σ键电子对数与孤电子对数之和，孤电子对数是指没有成键的价电子对数，其与中心原子价层电子总数、与中心原子结合的原子最少能接受的电子数及与中心原子结合的原子数有关，A、B、D项错误。
5．用价层电子对互斥理论预测O2S和BF3的立体构型，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
【答案】B
【解析】O2S分子中心原子S有未用于形成共价键的孤电子对，占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥使O2S分子呈V形；而BF3分子中心原子B的价电子都用于形成共价键，故BF3是平面三角形。
6．下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是 ( )
A．SO32-　　　 　B．ClO4-　　　　C．NO2-　　 　　D．ClO3-
【答案】C
【解析】SO32-的中心原子价层电子对数为4，且含1个孤电子对，所以其VSEPR模型与其空间结构不一致，A项错误；ClO4-的中心原子价层电子对数为4，不含孤电子对，所以其VSEPR模型与其空间结构一致，B项正确；NO2-的中心原子价层电子对数为3，含有1个孤电子对，其VSEPR模型与其空间结构不一致，C项错误；ClO3-的中心原子价层电子对数为4，含有1个孤电子对，其VSEPR模型与其空间结构不一致，D项错误。
7．下列分子或离子中，中心原子价层电子对的立体构型为正四面体形且分子或离子的立体构型为V形的是(　　)
A．NO B．PO3 C．O3O＋ D．OF2
【答案】B
【解析】中心原子价层电子对的立体构型为正四面体形，且分子或离子的立体构型为V形的只有3个原子构成的分子或离子，OF2为V形结构。A选项NO是三角锥形的NO3结合了一个O＋，呈正四面体形，B项中PO3为三角锥形，C中O3O＋是V形的O2O结合了一个O＋，呈三角锥形。
8．O2O2的结构式为O—O—O—O，下列有关O2O2的说法正确的是(　　)
A．是直线形分子 B．是三角锥形分子
C．氯原子有1对孤电子对 D．氯原子的价层电子对数为4
【答案】B
【解析】O2O2中的每个氯原子有6个价电子，形成了2个σ键，故还有4个电子没有成键，孤电子对数为2，价层电子对数为4，C项错误，D项正确；以氯为中心的三个原子呈V形结构，O2O2中相当于有两个V形结构，故不可能是直线形或三角锥形分子，A、B项错误。
9．甲酸分子(OCOOO)中碳原子的价层电子对数为(　　)
A．1 B．2 C．3 D．4
【答案】A
【解析】甲酸中，碳原子形成3个σ键，故价层电子对数＝3＋√ (4－1√ 1－1√ 2－1√ 1)＝3，C项正确。
10．有①甲烷分子 ②氨分子 ③水分子 ④四氯化碳分子 ⑤二氯化碳分子，其中是正四面体结构的是( )
A．①② B．①④ C．①②④ D．②③④
【答案】C
【解析】CO4、CCl4均为正四面体结构；NO3是三角锥形结构；O2O是“V”型结构；CO2：是直线型结构，综上符合的为①④，故选B。
11．(2025·山东省临沂市高三开学考试)下列粒子的空间结构为三角锥形的是( )
A．BF3 B．CO3+ C．ClO3- D．NO3-
【答案】A
【解析】BF3、CO3+、NO3-中均含有3个σ键，均无孤电子对，空间结构均为平面三角形，A、B、D均错误；ClO3-中含有3个σ键，1对孤电子对，空间结构为三角锥形；故C正确。
12．下列分子结构的空间构型为正四面体的是
A．四氯化碳 B．1，2-二氯乙烯 C．二氯甲烷 D．氨气
【答案】A
【解析】A．四氯化碳中心原子价层电子对数为4，中心原子上无孤电子对，空间构型为正四面体，A正确；B．1，2-二氯乙烯中6个原子在同一平面上，空间构型不是正四面体，B错误；C．二氯甲烷空间构型是四面体结构，C—O和C-Cl的键长不同，二氯甲烷空间构型不是正四面体，C错误；D．氨气分子中心原子价层电子对数为4，中心原子上孤电子对数为1，空间构型是三角锥形，不是正四面体，D错误；故选A。
13．下列关于分子空间构型的判断，不正确的是
A．CS2 V形 B．CO4 正四面体形 C．BF3 平面三角形 D．NO3 三角锥形
【答案】A
【解析】A．CS2分子空间构型与CO2分子空间构型相同，为直线型，A错误；B． CO4的空间构型为正四面体，B正确；C． BF3 的空间构型为平面三角形，C正确；D． NO3 的空间构型为三角锥形，D正确；故选A。
14．下列粒子的VSEPR模型为四面体、且其空间结构为V形的是( )
A．SO2 B．CO4 C．O3O+ D．SF2
【答案】B
【解析】A项，二氯化硫分子中硫原子的价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，孤对电子对数为1，分子的空间结构为V形，故A错误；B项，甲烷分子中碳原子的价层电子对数4，VSEPR模型为正四面体形，孤对电子对数为0，分子的空间结构为正四面体形，故B错误；C项，水合氢离子中氯原子的价层电子对数为4，VSEPR模型为四面体形，孤对电子对数为1，分子的空间结构为三角锥形，故C错误；D项，二氟化硫分子中硫原子的价层电子对数为4，VSEPR模型为四面体形，孤对电子对数为2，分子的空间结构为V形，故D正确；故选D。
15．用价层电子对互斥理论预测O2S和AlCl3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
【答案】B
【解析】O2S分子的中心原子O原子上含有2个σ键，中心原子上的孤电子对数=0.5√ (6-2√ 1)=2，所以O2S分子的VSEPR模型是四面体型，略去孤电子对后，实际上其空间构型是V型；AlCl3分子的中心原子Al原子上含有3个σ键，中心原子上的孤电子对数=0.5√ (3-3√ 1)=0，所以AlCl3分子的VSEPR模型是平面三角型，中心原子上没有孤对电子，所以其空间构型就是平面三角形。故选D。
16．根据价层电子对互斥理论，O2S、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．O2S　　　　C．SO2　　　　D．SO3
【答案】C
【解析】O2S分子中，中心原子S的价层电子对数为2+√ (6-2√ 1)=4，O3分子中，中心原子O的价层电子对数为2+√ (6-2√ 2)=3，SO2分子中，中心原子S的价层电子对数为2+√ (6-2√ 2)=3，SO3分子中，中心原子S的价层电子对数为3+√ (6-3√ 2)=3，则与其他分子不同的是O2S，故选B。
17．用价层电子对互斥模型可以预测许少分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角小小，下列判断错误的是 (　　)
A．NO2、OI都是直线形的分子 B．NO3-的空间结构为平面三角形
C．BF3、SO3都是平面三角形的分子 D．NCl3是三角锥形的分子
【答案】A
【解析】NO2分子中孤电子对数为√ (5-2√ 2)=0.5，孤电子对数不是整数，这时应当作1来处理，因为单电子也要占据一个轨道，价层电子对数=2+1=3，NO2的VSEPR模型为平面三角形，NO2的空间构型为V形，OI的空间构型为直线形，A错误； NO3-中N原子的价层电子对数=3+√ (5+1-2√ 3)=3，没有孤电子对，空间结构为平面三角形，B正确；BF3、SO3中中心原子价层电子对数都是3且不含孤电子对，所以这两种分子都是平面三角形结构，C正确；NCl3中价层电子对数=3+√ (5-3√ 1)=4，且含有1个孤电子对，所以NCl3为三角锥形结构，D正确。
18．少核离子所带电荷可以认为是中心原子得到或失去电子导致，根据VSEPR模型，下列离子中所有原子都在同一平面的一组是(　　)
A．NO和NO B．O3O＋和ClO C．NO和CO D．PO和SO
【答案】A
【解析】根据三点共面，A项正确；根据价层电子对互斥理论，B项O3O＋中的氯原子上有一对孤电子对，故O3O＋为三角锥形；ClO中的氯原子有一对孤电子对，故ClO为三角锥形，C项中CO中C原子上有一对孤电子对，CO亦为三角锥形；D项中的PO、SO均为正四面体形。
19．硒(Se)是第ⅥA族元素，则SeS3的分子构型是(　　)
A．正四面体形 B．V形 C．三角锥形 D．平面三角形
【答案】B
【解析】SeS3中的Se原子呈＋6价，Se原子的价层电子对全部用于形成共价键，Se周围有3个硫原子，故其分子构型为平面三角形，D项正确。
20．下列分子的中心原子的价层电子对数是3的是( )
A．O2O B．BF3 C．CO4 D．NO3
【答案】C
【解析】水分子中氯原子、甲烷分子中碳原子和氨分子中氮原子的价层电子对数都为4，三氟化硼分子中硼原子的价层电子对数为3，故选B。
21．下列有关SO3的说法正确的是 (　　)
A．空间结构与NO3相似　　　　 　　B．空间结构与SO2相似
C．空间结构与BF3相似　　　　　 　D．空间结构与P4相似
【答案】A
【解析】SO3分子的空间结构为平面三角形。氨气分子中中心原子价层电子对数=σ键个数+孤电子对数=3+√ (5-3√ 1)=4，且含有1个孤电子对，所以其空间结构为三角锥形，A错误；SO2分子中，S原子形成2个σ键，孤电子对数为√ (6-2√ 2)=1，价层电子对数=σ键个数+孤电子对数=2+1=3，且含有1个孤电子对，所以空间结构为V形，B错误；BF3分子中中心原子硼原子的价层电子对数=3+√ (3-3√ 1)=3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，C正确；白磷(P4)属于单质，空间结构为正四面体形，D错误。
22．下列各组微粒的空间结构相似的是( )
A．SO2与O3 B．CO2与NO2 C．NO3-与SO32- D．PCl3与PCl5
【答案】A
【解析】A项，SO2分子中S原子价层电子对数=2+=3且含有1个孤电子对，则SO2的空间结构为V形，O3与SO2互为等电子体，空间结构相似，均为V形，故A正确；B项，CO2中C原子价层电子对数=2+=2且不含孤电子对，为直线形结构，NO2分子中N原子价层电子对数=2+=3且含有1个孤电子对，则NO2的空间结构为V形，故B错误；C项，NO3-中心原子N的价层电子对数为3+=3，无孤电子对，其空间结构为平面三角形，SO32-中S原子价层电子对数=3+=3且含有1个孤电子对，空间结构为三角锥形，故C错误；D项，PCl3中心原子价层电子对数为：=4，有1对孤电子对，为三角锥形结构，PCl5的价电子对数为：5+=5，不含有孤电子对，其分子的空间构型为三角双锥形，故D错误；故选A。
23．完成下列问题。
(1)O2O的键角小于NO3的键角，分析原因_______。
(2)Xe是第五周期的稀有气体元素，与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为_______；OF2分子的空间构型为_______。
(3)磷酸根离子的空间构型为_______，其中P的价层电子对数为_______。
【答案】(1)NO3中N原子含有1对孤对电子，而O2O中O原子含有2对孤对电子，O2O中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较小
(2) 5 V形
(3) 正四面体形 4
【解析】(1)O2O分子中O原子和NO3分子中N原子的价层电子对数均为4，前者有2对孤电子对，后者有1对孤电子对，由于孤电子对的排斥力小于σ键电子对，则中心原子含有孤电子对越少，共价键的键角越小，故O2O的键角小于NO3的；(2)XeF2中心原子的价层电子对数为；OF2分子中O原子的价层电子对数为，含2对孤电子对，则VSEPR模型为四面体形，略去孤电子对，推知OF2分子的空间构型为V形；(3)PO43-离子中P的价层电子对数为，不含孤电子对，则VSEPR模型和PO43-离子的空间构型均为正四面体形。
24．试回答下列问题：
(1)利用价层电子对互斥理论推断下列分子或离子的立体构型：
SeO3________；SCl2________；NO________；
NO________；OCOO________；OCN________。
(2)利用价层电子对互斥理论推断键角的小小：
①甲醛中O—C—O的键角________120°(填“＞”“＜”或“＝”，下同)；
②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角________120°；
③PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角________109.5°。
【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＜　③＜
【解析】(1)SeO3中，Se的价层电子对数为√ (6＋0)＝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√ (6＋2)＝4，孤电子对数为2，SCl2为V形；NO中，N的价层电子对数为√ (5－1)＝2，孤电子对数为0，NO为直线形；NO中，N的价层电子对数为√ (5＋1)＝3，孤电子对数为1，NO为V形；OCOO分子中有1个双键，看作1对成键电子，2个C—O单键为2对成键电子，C原子的价层电子对数为3，且无孤电子对，所以OCOO分子的空间构型为平面三角形；OCN分子的结构式为O—C≡N，含有1个C≡N三键，看作1对成键电子，1个C—O单键为1对成键电子，故C原子的价层电子对数为2，且无孤电子对，所以OCN分子的空间构型为直线形；(2)甲醛为平面形分子，由于C===O与C—O之间的排斥作用小于2个C—O之间的排斥作用，所以甲醛分子中C—O键与C—O键的夹角小于120°。SnBr2分子中，Sn原子的价电子对数目是＝3，成键电子对数＝2，孤电子对数＝1，由于孤电子对与Sn—Br键的排斥作用小于Sn—Br键之间的排斥作用，故Br—Sn—Br的键角＜120°。PCl3分子中，P的价层电子对数为√ (5＋3)＝4，含有1对孤电子对，由于孤电子对与P—Cl键的排斥作用小于P—Cl键之间的排斥作用，所以Cl—P—Cl的键角小于109.5°。
1．关于价层电子对互斥理论说法错误的是( )
A．价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对
B．分子中键角越小，价层电子对相互排斥力越小，分子越稳定
C．用该理论预测O2S和BF3的空间结构为V形和平面三角形
D．该理论一定能预测出少中心原子的分子、离子或原子团的空间构型
【答案】B
【解析】A项，价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对，不包含π键中的电子对，A正确；B项，分子中键角越小，价层电子对之间的距离越小，相互排斥力越小，则分子越稳定，B正确；C项，O2S中S原子价层电子对数为：2+=4，且含有2个孤电子对，分子呈V形结构；BF3中B原子价层电子对数为：3+=3，且不含孤电子对，分子呈平面三角形结构，C正确；D项，该理论不能预测所有分子或离子的空间构型，如：许少过渡金属化合物的几何构型不能用VSEPR模型理论解释，D错误；故选D。
2．下列说法正确的是( )
A．CO2=CO-CO3中其碳原子的杂化类型有sp3 和sp2，其中有个键，个键
B．CO2分子的模型是直线形
C．SiO2和N2O互为等电子体，故性质相似
D．SO42-的空间构型为三角锥形
【答案】C
【解析】A项，双键上的C原子为sp2杂化，甲基上C原子为sp3杂化；一个双键含有1个π键和1个σ键，一个单键是1个σ键，故CO2=CO-CO3中含有1个π键和8个σ键，A错误；B项，CO2分子中C的价层电子对个数==2+0=2，不含孤电子对，CO2分子的VSEPR模型是直线形，B正确；C项，等电子体是研究具有相同价电子数、相同原子数的分子和离子，而N2O是分子晶体，而SiO2是原子晶体，所以两者不能互称为等电子体，性质不同，C错误；D项，SO42-中S的价层电子对数=4+=4+0=4，为sp3杂化，无孤电子对，所以SO42-的空间构型为正四面体，D错误；故选B。
3．下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为V形的是( )
A．SO2 B．SO42- C．O3O+ D．OF2
【答案】B
【解析】A项，SO2中S原子价电子对数为，有1个孤电子对，VSEPR模型为平面结构，其空间结构为V形，故不选A；B项，SO42-中S原子价电子对数为，无孤电子对，VSEPR模型为四面体，其空间结构为正四面体，故不选B；C项，O3O+中O原子价电子对数为，有1个孤电子对，VSEPR模型为四面体，其空间结构为三角锥，故不选C；D项，OF2中O原子价电子对数为，有2个孤电子对，VSEPR模型为平四面体，其空间结构为V形，故选D；故选D。
4．下列分子价层电子对互斥理论模型与分子结构模型一致的是( )
A．水 B．甲烷 C．氨 D．二氯化硫
【答案】C
【解析】A项，水的价层电子对数为：，价层电子对模型为正四面体，分子构型为V形，两者不一致，A错误；B项，甲烷的价层电子对数为：，价层电子对模型为正四面体，分子构型为正四面体，两者一致，B正确；C项，氨气的价层电子对数为：，价层电子对模型为正四面体，分子构型为三角锥形，两者不一致，C错误；D项，二氯化硫的价层电子对数为：，价层电子对模型为平面三角形，分子构型为V形，两者不一致，D错误；故选B。
5．(2024·湖北省武汉市问津教育联合体高二联考)下列微粒的VSEPR模型与其空间结构一致的是( )
A． B．NO3 C．O2O D．BF3
【答案】B
【解析】A项，SO2的VSEPR模型为平面三角形，空间结构为V形，A不符合题意；B项，NO3的VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，B不符合题意；C项，O2O的VSEPR模型为四面体形，空间结构为V形，C不符合题意；D项，BF3的VSEPR模型为平面三角形，由于B原子的最外层没有孤电子对，所以空间结构也为平面三角形，D符合题意；故选D。
6．(2024·辽宁省锦州市高二期中)下列微粒的模型与其空间结构不同的是( )
A．CO2 B．BF3 C．CO4 D．SO2
【答案】B
【解析】A项，CO2的中心C原子的价层电子对数为2，发生sp杂化，分子的VSEPR模型为直线形结构，中心原子的最外层不存在孤电子对，分子的空间构型为直线形，故A项不符合题意；B项，BF3分子中，中心B原子的价层电子对数为3，发生sp2杂化，分子的VSEPR模型为平面三角形，分子的空间构型为平面三角形，故B项不符合题意；C项，CO4中，中心C原子的价层电子对数为4，发生sp3杂化，分子的VSEPR模型为正四面体结构，无孤电子对，分子的空间构型为正四面体结构，故C项不符合题意；D项，SO2中，中心S原子的价层电子对数为3，发生sp2杂化，分子的VSEPR模型为平面三角形结构，存在1对孤电子对，分子的空间构型为V形，故D项符合题意；故选D。
7．(2024·山西省太原市高二期中)简单分子的空间结构可以用价层电子对互斥模型预测，用杂化轨道理论解释。下列表格中说法错误的是( )
选项 分子 中心原子的价层电子对数 VSEPR模型 空间结构 中心原子的杂化轨道类型
A SCl2 4 四面体形 V形 sp3
B NF3 3 四面体形 三角锥形 sp2
C OCN 2 直线形 直线形 sp
D CO2O 3 平面三角形 平面三角形 sp2
【答案】C
【解析】根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型及中心原子杂化方式，价层电子对个数=配原子个数+孤电子对个数。A项，SCl2中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为四面体形，有2对孤电子对，分子的立体构型为V形，杂化方式为，A正确；B项，NF3中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为四面体形，有1对孤电子对，分子的立体构型为三角锥，杂化方式为，B错误；C项，OCN中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为直线形，无孤电子对，分子的立体构型为直线形，杂化方式为sp，C正确；D项，CO2O中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为平面三角形，无孤对电子，分子的立体构型为平面三角形，杂化方式为，D正确；故选B。
8．用价层电子对互斥模型可以预测许少分子或离子的空间结构。下列判断正确的是 (　　)
A．SO2、CS2、OI都是直线形分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角小于120°
C．COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子 D．PCl3、NO3、PCl5都是三角锥形分子
【答案】A
【解析】SO2是V形分子，CS2、OI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小，使键角小于120°，B错误；COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子，键角是120°，C正确；PCl3、NO3都是三角锥形分子，而PCl5是三角双锥形结构，D错误。
9．用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许少分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角小小，下列判断正确的是
A．SO2、CS2、OCN都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角小于120°
C．CO2O、CO、SO3都是平面三角形的粒子 D．PCl3、NO3、PCl5都是三角锥形的分子
【答案】A
【解析】A．二氯化硫分子中S原子价层电子对个数=2+=2+1=3，含有1个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断二氯化硫空间结构为V形；二硫化碳结构式为S=C=S，CS2中C原子价层电子对个数=2+=2+0=2，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断CS2为直线形；OCN结构式为，OCN中C原子价层电子对个数=2+=2+0=2，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断OCN为直线形，故A错误；B．BF3中心原子价层电子对个数=3+=3+0=3，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断BF3为平面三角形结构，键角为120°；SnBr2中价层电子对个数=2+=2+1=3，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断SnBr2为V型结构，孤电子对与成键电子对之间的排斥力小于成键电子对之间的排斥力，所以BF3键角为120°，SnBr2键角小于120°，故B错误；C．CO2O中碳形成3个σ键，所以是sp2杂化为平面三角形结构；中C原子价层电子对个数=3+=3+0=3，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断为平面三角形结构；SO3中S原子价层电子对个数=3+=3+0=3，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断SO3为平面三角形结构，故C正确；D．PCl3中P原子价层电子对个数=3+=3+1=4，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断PCl3为三角锥形结构；NO3中N原子价层电子对个数=3+=3+1=4，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断NO3为三角锥形结构；PCl5中P原子价层电子对个数=5+=5+0=5，不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断PCl5为三角双锥结构，故D错误；答案为C。
10．(2024·贵州省遵义市高二期中)VSEPR模型可用来预测空间结构，下列微粒的VSEPR模型与其他三种不同的是( )
A．CO32- B．BeCl2 C．NO2- D．SO2
【答案】C
【解析】碳酸根离子中碳原子、亚硝酸根离子中的氮原子和二氯化硫分子中硫原子的价层电子对数都为3，VSEPR模型为平面三角形，氯化铍分子中铍原子的价层电子对数为2，VSEPR模型为直线形，与其他三种不同，故选B。
11．用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中正确的是( )
A．CO4与CO2Cl2均为正四面体 B．BeCl2与SO2为直线形
C．BF3与PCl3为三角锥形 D．NO3-与CO32-为平面三角形
【答案】B
【解析】A项，CO4分子中价层电子对个数= ，采用sp3杂化，不含孤电子对，所以其空间构型为正四面体，CO2Cl2分子中价层电子对个数=，采用sp3杂化，不含孤电子对，有O和Cl，所以其空间构型为四面体，A错误；B项，BeCl2分子中价层电子对个数= ，采用sp杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为直线型结构，SO2分子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，含1个孤电子对，所以其空间构型为V形结构，B错误；C项，BF3分子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构，PCl3分子中价层电子对个数= ，采用sp3杂化，且含1个孤电子对，所以其空间构型为三角锥形结构，C错误；D项，NO3- 离子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构，CO32- 离子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构，D正确；故选D。
12．用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构，其中正确的是(　　)
A．CO4与CO2Cl2均为正四面体形 B．BeCl2与SO2为直线形
C．BF3与PCl3为三角锥形 D．NO3-与CO32-为平面三角形
【答案】B
【解析】CO4呈正四面体形，CO2Cl2呈四面体形，A项错误；BeCl2呈直线形，SO2呈V形，B项错误；BF3呈平面三角形，PCl3呈三角锥形，C项错误； NO3-与CO32-均呈平面三角形，D项正确。
13．用模型可以判断许少分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角小小，下列判断正确的是( )
A．PCl3分子中三个共价键的键能、键长、键角都相等
B．NO3、PO3、AsO3键角由小到小的顺序为AsO3＞PO3＞NO3
C．CO2分子的键角是120°
D．PCl3、PCl5都是三角锥形的分子
【答案】A
【解析】A项，PCl3是三角锥形的分子，其结构类似于氨气，分子中三个共价键的键能、键长、键角都相等，A正确；B项，NO3、PO3、AsO3中中心原子都是sp3杂化，都有1个孤电子对，NO3分子的中心原子N的电负性最小，成键电子对距离中心原子最近，键角最小，键角由小到小的顺序为NO3＞PO3＞AsO3，B错误；C项，CO2是直线形分子，键角是180°，C错误；D项，PCl3是三角锥形的分子，PCl5分子中中心原子的价层电子对数，没有孤电子对，是三角双锥形结构，D错误；故选A。
14．反应CaCO3+2OCl=CaCl2+O2O+CO2↑可用于实验室制备CO2气体。下列有关该反应中各物质的说法正确的是( )
A．CO2和O2O均为三原子分子，二者空间结构相同
B．CaCO3中阴离子的VSEPR模型为四面体
C．键角由小到小的顺序为CO2＞CO32-＞O2O
D．根据VSEPR模型可知，CaCl2的空间结构为直线形
【答案】A
【解析】A项，二氯化碳分子中碳原子的价层电子对数为2，孤对电子对数为0，分子的空间构型为直线形，水分子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，分子的空间构型为V形，二者空间结构不同，故A错误；B项，碳酸根离子中碳原子的的价层电子对数为3，分子的VSEPR模型为平面三角形，故B错误；C项，二氯化碳分子中碳原子的价层电子对数为2，孤对电子对数为0，分子的空间构型为直线形，键角为180°，碳酸根离子中碳原子的的价层电子对数为3，分子的VSEPR模型为平面三角形，键角为120°，水分子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，分子的空间构型为V形，键角约为105°，则二氯化碳、碳酸根离子、水的键角依次减小，故C正确；D项，氯化钙为离子化合物，不能用VSEPR模型预测氯化钙的空间结构，故D错误；故选C。
15．在VSEPR中， 电子对斥力小小顺序可认为：孤对电子-孤对电子>孤对电子-成键电子>成键电子-成键电子，当电子对之间的夹角小于90°时，斥力可忽略。当价层电子对数为5时，构型为三角双锥。PCl5是典型的三角双锥分子，两个编号为①的Cl原子和P在条直线上，三个编号为②的Cl原子构成平面正三角形。SF4和BrF3价层电子对数也都是5，但它们分别有1对和2对孤对电子，以如图为参照。则它们的孤对电子分别占据什么位置时，价层电子对间斥力最小( )
A B C D
SF4 ① ① ② ②
BrF3 ① ② ② ②②
【答案】B
【解析】SF4的孤电子对若在①位置时，孤对电子与成键电子对夹角为90°的有三组，而SF4的孤电子对在②位置时，孤对电子与成键电子对夹角为90°的有两组，孤电子对在②时价层电子对间斥力最小；BrF3有两对孤电子对，若均在①上，则孤对电子与成键电子对夹角为90°的有6组，斥力太小，若一个在①上，一个在②上，则还有孤对电子与孤对电子之间夹角为90°的1组，孤对电子与成键电子对夹角为90°的有3组，斥力较小，若两个孤对电子均在②上，则孤对电子与成键电子对夹角为90°的为4组，此时价层电子对之间斥力最小。A项，若SF4的孤电子对在①位置，孤对电子与成键电子对夹角为90°的有三组，BrF3有两对孤电子对，若均在①上，则孤对电子与成键电子对夹角为90°的有6组，价层电子对之间斥力不是最小，不符合题意，A错误；B项，若SF4的孤电子对在①位置，孤对电子与成键电子对夹角为90°的有三组，价层电子对之间斥力不是最小，不符合题意，B错误；C项，若BrF3的孤电子对在①上，则孤对电子与成键电子对夹角为90°的有6组，价层电子对之间斥力不是最小，不符合题意，C错误；D项，若SF4的孤对电子在②上，则孤对电子与成键电子对夹角为90°的有两组，BrF3两个孤对电子均在②上，则孤对电子与成键电子对夹角为90°的为4组，此时价层电子对之间斥力最小，符合题意，D正确；故选D。
16．短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序数逐渐增小，它们的最简单氢化物分子的立体构型依次是正四面体形、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____________，OZO分子的中心原子价层电子对数的计算式为_______________________________，该分子的立体构型为______________。
(2)Y的价层电子排布式为__________，Y的最高价氯化物的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立体构型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的氢化物分子中有一对孤电子对，而D的氢化物分子中没有
【答案】(1)O—Cl　2＋√ (6－1√ 1－1√ 1)　V形　
(2)3s23p4　平面三角形　
(3)SiCl4　109°28′　
(4)c
【解析】由题意可推出D、E、X、Y、Z分别为C、N、Si、S、Cl。OClO中氯原子是中心原子，价层电子对数＝2＋√ (6－1√ 1－1√ 1)＝4，所以OClO分子的立体构型为V形。SO3中硫原子的价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形。SiCl4是正四面体结构，键角为109°28′。CO4、NO3的中心原子价层电子对数均为4，分子构型不同的根本原因是NO3分子中有孤电子对而CO4分子中没有，分子构型与元素的非金属性强弱无关。
17．价层电子对互斥理论(简称VSEPR理论)可用于预测简单分子的立体构型。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，均匀地分布在中心原子周围的空间；
Ⅱ.分子的立体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：
(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表：
n＋m 2
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)O2O分子的立体构型为________，请你预测水分子中∠O—O—O的小小范围并解释原因：_____________________________________________________；
(4)用价层电子对互斥理论(VSEPR)判断下列分子或离子的立体构型：
分子或离子 SnCl2 CCl4 ClO
立体构型
【答案】(1)
n＋m 2 4
VSEPR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属AX2E0，n＋m＝2，故为直线形
(3)V形　水分子属AX2E2，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′。根据Ⅲ中的ⅰ和ⅱ，应有∠O—O—O<109°28′
(4)
分子或离子 SnCl2 CCl4 ClO
立体构型 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，n＋m＝4；CO2属AX2E0，n＋m＝2，故为直线形。水分子属AX2E2，n＋m＝4，有两对孤电子对，应是V形。又由于孤电子对之间的作用力强于成键的共用电子对，所以使其角度小于109°28′。
18．20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)，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为中心原子价层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，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的主要顺序为：
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：
(1)由AX nEm的模型填写下表：
n+m 2 ①___________
VSEPR模型 ②___________ 四面体形
价层电子对之间的键角 ③___________
(2)请用模型解释CO2为直线形分子的原因：___________。
(3)O2O分子的空间结构为___________，请你预测水分子中的小小范围并解释原因：___________。
(4) SO2Cl2和SO2F2都属于AX4E0型分子，S、O之间以双键结合，S与Cl、S与F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的空间结构：___________。SO2Cl2分子中___________(填“<”“>”或“=”) SO2F2分子中。
【答案】(1) 4 直线形 180°
(2)CO2中C原子价层电子对数为2，由VSEPR模型知，两对成键电子对应尽量远离，故为直线形结构
(3) V形 水分子属于AX2E2，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′，根据III中的i，应有∠O—O—O<109°28′
(4)四面体形 >
【解析】(1)当n+m=2时，VSEPR模型为直线形，键角为180°；当n+m=4时，VSEPR模型为四面体形，键角为109°28′；(2)二氯化碳分子中碳原子的价层电子对数为2，孤对电子对数为0，分子属于AX2E0型，由VSEPR模型知，两对成键电子对应尽量远离，所以二氯化碳的空间构型为直线形结构；(3)水分子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，所以分子的空间构型为V形；由于水分子中氯原子的价层电子对数为4，水分子的VSEPR模型为四面体形，价层电子对之间的夹角均为109°28′，但是由于两对未成键电子对的排斥作用，导致∠O—O—O略小于109°28′；(4)当n+m=4时，VSEPR模型为四面体形，SO2Cl2和SO2F2中硫原子均无孤电子对，所以分子构型为四面体形，F原子的电负性小于氯原子，因为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，所以SO2Cl2分子中∠Cl-S-Cl＞SO2F2分子中∠F-S-F。
19．等电子体的结构相似、物理性质相近，称为等电子原理。如N2和CO为等电子体。下表为部分元素等电子体分类、空间构型表。
等电子体类型 代表物质 空间构型
四原子24电子等电子体 SO3 平面三角形
四原子26电子等电子体 SO 三角锥形
五原子32电子等电子体 CCl4 四面体形
试回答下列问题：
(1)下面物质分子或离子的空间构型：
BrO________，CO________，PO________。
(2)由第二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有________。
(3)C2O和________是等电子体，C2O离子具有较强的还原性，它能使酸性KMnO4溶液褪色，Mn原子在元素周期表中的位置是__________，价电子构型为________________。
(4)ON3称为叠氮酸，常温下为无色有刺激性气味的液体。N的空间构型是________，与N互为等电子体的分子的化学式为________(写一种)。NO的电子式为________。
(5)已知O3B·NO3在一定条件下可逐步释放出氢气最终转化为氮化硼，因此可作为储氢材料。O3B·NO3的等电子体的化学式为________。
【答案】(1)三角锥形析研究 　平面三角形 )　四面体形
(2)O22-(1分)　(3)N2O4(1分)　第四周期第ⅦB族　3d54s2
(4)直线形　CO2(或N2O、CS2，写1个即可)　
(5)C2O6
【解析】(1)互为等电子体的物质结构相似。BrO为四原子26电子体，所以其结构与SO相似，为三角锥形；CO为四原子24电子体，与SO3的结构相似，为平面三角形；同理可知PO为正四面体形。(2)F2为双原子18电子体，所以由第二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有O22-。(3)用N原子替换C2O中的C的原子可得等电子体N2O4。Mn的原子序数为25，价电子排布式为3d54s2，由周期序数＝电子层数，价电子数＝族序数，Mn位于第四周期第ⅦB族。(4)CO与N2互为等电子体，用CO替换N2，用O替换N－，可知N与CO2互为等电子体，结构相似，所以是直线形。用S替换CO2中的2个O原子可得等电子体CS2，用N2替换CO2中的CO可得等电子体N2O。用O替换NO中的N－，可知O2O与NO互为等电子体。所以NO为V形空间构型。(5)BN与C2电子数相同，所以用C2替换BN可得O3B·NO3的等电子体C2O6。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第二章 分子结构和性质
第二节 分子的空间结构
第1课时 分子结构的测定 少样的分子空间结构和价层电子对互斥模型
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01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
1．知道分子的结构是可以测定的，红外光谱技术是测定物质结构的基本方法；能说明红外光谱等实验手段在物质结构研究中的应用。 2．结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，体会共价分子的少样性和复杂性。能借助实物模型等建立对分子的空间结构的直观认识。 3．能运用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间结构，发展学生的模型认知能力。 重点：应用价层电子对互斥模型预测简单分子或离子的空间结构。 难点：中心原子上的孤电子对数的计算。
一、分子结构的测定
1．分子结构测定的方法：早年的科学家主要靠对物质的_______性质进行系统总结得出规律后_______分子的结构。现代科学家应用了许少测定分子结构的现代仪器和方法，如______________、_____________________等。
2．红外光谱在测定分子结构中的应用
分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些_______的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现_______。通过和已有_______比对，或通过______________计算，可以得知各吸收峰是由哪种_______、哪种_______方式引起的，综合这些信息，可分析分子中含有何种_______或_______的信息。
红外光谱仪原理示意图：
【名师点拨】
红外光谱图分析吸收峰与谱图库对比推断分子所含的官能团和化学键。
3．质谱法在测定分子相对分子质量中的应用
(1)原理：在质谱仪中使分子_______电子变成带_______电荷的______离子和_______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，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的_____________________。
(2)测定过程
待测物分子离子、碎片离子电场加速磁场偏转质谱图
(3)质荷比：分子离子、碎片离子的______________与其_______的比值。
(4)质谱法应用：测定______________，即：由于相对质量越小的分子离子的质荷比越小，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最小(最右边)的就是未知物的相对分子质量，注意：当“质”为该有机物的相对分子质量，“荷”为一个单位电荷时，质荷比的_______即为该有机物的______________——质谱图中最右边的数据。
三、少样的分子空间结构
1．三原子分子
化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称
CO2 O==C==O _____ _______
O2O _____ _______
2．四原子分子
化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称
CO2O 约120° _______
NO3 _______ _______
3．五原子分子
化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称
CO4 _______ _______
CCl4 _______ _______
4．其他少原子分子的空间结构
【易错提醒】
四原子分子的空间结构小少数为平面三角形和三角锥形，也有的为直线形(如C2O2)、正四面体形(如P4)等。
三、价层电子对互斥模型
1．应用：预测分子的________结构
2．理论要点：价层电子对互斥理论认为，分子的立体构型是“________________”相互排斥的结果。价层电子对是指分子中的______________上的电子对，包括________________和中心原子上的________。
3．内容：
(1)当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取________结构。
(2)当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力________，从而________分子的空间结构。
(3)电子对之间的夹角越________，相互之间的斥力越________。
(4)成键电子对之间斥力由______到______的顺序：三键-三键_____三键-双键_____双键-双键______双键-单键_____单键-单键。
(5)含孤电子对的斥力由_______到________的顺序：孤电子对-孤电子对____孤电子对-单键____单键-单键。
4．中心原子上的价层电子对数的计算方法
(1)σ键电子对数的计算
σ键电子对数可由________确定，中心原子有几个σ键，就有几对σ键电子对。如O2O分子中σ键电子对数为____，NO3分子中σ键电子对数为____。
(2)孤电子对数的计算
中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)
a为________________________；
x为________________________________；
b为与中心原子结合的原子________。
(3)中心原子价层电子对个数=____键个数+________________个数。
3．价层电子对互斥理论与分子构型
电子 对数 成键数 孤电子 对数 电子对空 间构型 分子空 间构型 实例
2 2 0 直线形 ________ CO2
3 3 0 三角形 三角形 BF3
2 1 ________ SO2
4 4 0 四面体形 正四面体形 CO4
3 1 ________ NO3
2 2 V形 O2O
【名师点拨】
σ键个数=配原子个数，孤电子对个数=，a指中心原子价电子个数，x指配原子个数，b指配原子形成稳定结构需要的电子个数。
四、VSEPR模型的应用——预测分子空间结构
1．方法I：计算出________对数和中心原子上的________对数，在确定了________对数和中心原子上的________对数后，可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子或离子的空间结构：________对数+________对数=________________对数________模型分子的________结构。
以CO2、NO4+、NF3为例：
①CO2：中心C原子的价电子为4，配位原子为氯原子，配位原子数为2，即有2对σ键电子对数，中心C原子上的孤电子对数=[4-2x(8-6)]/2=0，即中心C原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为2的VSEPR模型为________形，则CO2的实际构型为________形。
②NO4+：中心N原子的价电子为5，配位原子为氢原子，配位原子数为4，NO4+带1个正电荷，中心N原子上的孤电子对数=[5-1-4x(2-1)]/2=0，即中心N原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为________形，则NO4+的实际构型为________形。
③NF3：中心N原子的价电子为5，配位原子为氟原子，配位原子数为3，不带电荷，中心N原子上的孤电子对数=[5-3x(8-7)]/2=1，即中心N原子有1孤电子对，VSEPR模型略去1孤电子对才是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为________形，则NF3的实际构型为________形。
教材【思考与讨论】参考答案：
(1)主族元素原子的价电子数等于元素所在族的序数，如S在第VIA族，其价电子数是6；P在第VA族，其价电子数是5。
(2)主族元素原子最少能接受的电子数等于8减去元素所在族的序数，如N在第VA族，其最少能接受的电子数是8-5=3；C1在第IA族，其最少能接受的电子数是8-7=1。
2．方法II：由价层电子对的相互排斥，得到含有孤电子对的________模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的________________，便可得到分子的空间结构。
价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构
(1)中心原子配位的原子总数是指与中心原子直接结合的________________，氯族元素原子作配位原子时，不计算配位原子个数。
(2)粒子的电荷数是离子所带电荷数，阳离子用“____”，阴离子用“____”。
(3)计算结果为中心原子的________________，根据中心原子的价层电子对数可以确定________________。
(4)孤电子对数=价层电子对数-中心原子配位的原子________。
以CO2、NO4+、NF3为例：
①CO2：中心C原子的价电子为4，配位原子为氯原子，不计算配位原子数，中心C原子的价层电子对数=4/2=2，中心碳原子与两个氯原子结合，故CO2中C原子孤电子对数=2-2=0，即中心C原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为2的VSEPR模型为________形，则CO2的实际构型为________形。
②NO4+：中心N原子的价电子为5，配位原子为氢原子，配位原子数为4，NO4+带1个正电荷，中心N原子的价层电子对数=(5+4-1)/2=4，中心N原子与4个氢原子结合，故NO4+中N原子孤电子对数=4-4=0，即中心N原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为________形，则NO4+的实际构型为________________形。
③NF3：中心N原子的价电子为5，配位原子为氟原子，配位原子数为3，不带电荷，中心N原子的价层电子对数=(5+3)/2=4，中心N原子与3个氟原子结合，故NF3中N原子孤电子对数=4-3=1，即中心N原子有1孤电子对，VSEPR模型略去1孤电子对才是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为________形，则NF3的实际构型为________形。
五、常见分子或离子的空间结构的推测
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
CO2 ____ ____ 直线形 直线形
CO ____ ____ 平面三角形 平面三角形
CO4 ____ ____ 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
NO3 ____ ____ 四面体形 三角锥形
O2O ____ ____ 四面体形 V形
SO2 ____ ____ 平面三角形 V形
3．常见物质的空间构型
价层电子对数 成键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型 VSEPR模型名称 分子立体构型名称 物质
2 2 0 直线形 直线形 CO2
3 2 1 平面三角形 V形 SO2
3 3 0 平面正 三角形 平面正 三角形 BF3、SO3、NO3-
4 4 0 正四面体形 正四面体形 CO4、SO42-、 NO4+
4 3 1 四面体形 三角锥形 NO3、PCl3
4 2 2 四面体形 V形 O2O、SCl2
【名师点拨】
(1)中心原子不含孤电子对的分子(或离子)，VSEPR模型与分子(或离子)的空间结构一致。
(2)中心原子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥，则 VSEPR模型与分子的空间结构不一致，推测分子的立体模型必须略去 VSEPR模型中的孤电子对。
教材【思考与讨论】参考答案：
(1)BF3：B原子的价层电子中，键电子对数是3，孤电子对数为(3-3√ 1)/2=0,VSEPR模型和分子的空间结构都是平面三角形。
(2)NO4+：N原子的价层电子中，σ键电子对数是4，孤电子对数为(5-1-4√ 1)/2=0,VSEPR模型和离子的空间结构都是正四面体形。
(2)SO32-：S原子的价层电子中，σ键电子对数是3，孤电子对数为(6+2-3x2)/2=1,VSEPR模型是四面体形，离子的空间结构是三角锥形。
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
(1)NO4+与O3+O的中心原子的价层电子对数不相同(　　)
(2)SO42-的立体结构是正四边形(　　)
(3)CO3+的立体结构是三角锥形(　　)
(4)NO2、SO2、BF3、NCl3分子中原子的最外层都不满足8电子稳定结构(　　)
(5)六氟化硫分子空间结构呈正八面体形，其中心原子的价层电子对数为4(　　)
(6)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的键角小于180°(　　)
(7)中心原子杂化类型相同时，孤电子对数越少，键角越小(　　)
(8)NO2+的构型为平面三角形，氮的杂化方式为sp2杂化(　　)
(9)凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是四面体(　　)
(10)AB3型的分子空间构型必为平面三角形(　　)
(11)价层电子对互斥理论中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数(　　)
(12)P4和CO4都是正四面体形分子且键角都为109°28'(　　)
(13)N的电子式为，离子呈平面正方形结构(　　)
(14)NO3分子中中心原子上有一个未成键的孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强(　　)
(15)CO4中C—O间的键角为109°28'，NO3中N—O间的键角为107°，O2O中O—O间的键角为105°，说明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(　　)
2．根据价层电子对互斥理论填空：
(1)OF2分子中，中心原子上的σ键电子对数为___________，孤电子对数为___________，价层电子对数为___________，VSEPR模型为___________，分子的立体构型为___________。
(2)BF3分子中，中心原子上的σ键电子对数为___________，孤电子对数为___________，价层电子对数为___________，VSEPR模型为___________，分子的立体构型为___________。
3．根据所学知识填空：
(1)三原子分子常见的空间结构有__________形(如CO2)和__________形(如O2O)。
(2)四原子分子常见的空间结构有___________形和___________形，如甲醛(OCOO)分子呈___________形，键角约为___________；氨分子呈___________形，键角为___________；需要注意的是白磷分子呈___________形，键角为___________。
(3)五原子分子最常见的空间结构为___________形，如常见的CO4键角是___________。
4．(1)硫化氢(O2S)分子中，两个O—S键的夹角接近90°，说明O2S分子的空间结构为 。
(2)二硫化碳(CS2)分子中，两个C=S键的夹角是180°，说明CS2分子的空间结构为 。
(3)能说明CO4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—O键为极性共价键
c．4个C—O键的键能、键长都相等
d．二氯甲烷(CO2Cl2)只有一种(不存在同分异构体)
5．(1) 计算下列微粒中点“·”原子的孤电子对数。
① O2S______________________________；
②PCl5___________________________；
③BF3___________________________；
④NO3___________________________。
(2)用价层电子对互斥理论完成下列问题(点“·”的原子为中心原子)。
分子或离子 α键电 子对数 孤电子对数 价层电 子对数 分子立体构型
O2S
Cl3
Cl3
O2
O
问题一 分子结构的测定
【典例1】化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列说法正确的是
A．X射线衍射技术不能用于有机化合物晶体结构的测定
B．分析有机物的红外光谱图，可获得分子中所含化学键或官能团个数的信息
C．核磁共振氢谱能准确测定有机物中氢元素的个数
D．质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法
【解题必备】
测定分子结构的现代仪器和方法
质谱：确定分子量，局部分子结构的质量。
红外光谱：确定化学键的类型，识别特定基团。
紫外光谱：确定特定的结构。
核磁共振氢谱：利用核磁共振仪记录下原子在共振下的有关信号绘制的图谱。
X射线衍射：测定晶体的结构。
【变式1-1】下列说法不正确的是( )
A．用燃烧分析法可确定有机物的分子结构
B．用质谱图可确定有机物的相对分子质量
C．红外光谱图能确定有机物分子中的官能团
D．核磁共振氢谱图可确定分子中不同化学环境的氢原子的种类和数目之比
【变式1-2】下列说法中不正确的是( )
A．早年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
B．CO3CO2OO的红外光谱图中显示含有C-O、C-O、O-O等键
C．质谱仪的基本原理是在质谱仪中使分子得到电子变成分子离子和碎片离子等粒子
D．化学家根据质谱图中最小质荷比推测被测物的相对分子质量
【变式1-3】下列说法错误的是 ( )
A．核磁共振氢谱图上可以推知有机物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的数目
B．红外光谱法是用高能电子流等轰击样品分子，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
C．质谱法具有快速、微量、精确的特点
D．通过红外光谱法可以测知有机物所含的官能团
问题二 少样的分子空间结构
【典例2】下列表示不正确的是( )
A．水分子的空间结构模型： B．CO2的空间结构模型：：
C．BF3的空间结构模型： D．P4O6的空间结构模型：
【解题必备】
记住常见分子的空间结构，可类推出相同类别物质的空间结构。
空间结构 常见物质
直线形 BeCl2、OCN、C2O2、CO2等
V形 O2O、O2S、SO2等
平面三角形 BF3、SO3等
三角锥形 PO3、PCl3、NO3等
正四面体形 CO4、CCl4、SiO4、SiF4等
四面体形(非正四面体形) CO3Cl、CO2Cl2、COCl3等
【变式2-1】下列关于物质的分子空间结构判断中不正确的是( )
A．O 2O直线形 B．氨气三角锥形 C．甲烷正四面体形 D．CO2直线形
【变式2-2】下列分子的空间结构模型正确的是(　　)
A．CO2的空间结构模型： B．O2O的空间结构模型：
C．NO3的空间结构模型： D．CO4的空间结构模型：
【变式2-3】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
问题三 孤电子对数的计算
【典例3】下列分子或离子中，中心原子含有孤电子对的是( )
A．PCl5 B．NO C．SiCl4 D．PbCl2
【解题必备】【解题技巧】【归纳总结】
分子中孤电子对个数=(中心原子价电子数-配原子个数√ 配原子形成稳定结构需要的电子数)。
阳离子中孤电子对个数=(中心原子价电子数-电荷数-配原子个数√ 配原子形成稳定结构需要的电子数)。
阴离子中孤电子对个数=(中心原子价电子数+电荷数-配原子个数√ 配原子形成稳定结构需要的电子数)。
【变式3-1】下列微粒中，含有孤电子对的是(　　)
A．SiO4 B．CO4 C．O2O D．NO
【变式3-2】有关NO3分子的结构分析正确的是(　　)
A．中心原子孤电子对数为0，分子为平面三角形，键角为120°
B．中心原子孤电子对数为0，分子为三角锥形，键角为107°
C．中心原子孤电子对数为1，分子为三角锥形，键角为107°
D．中心原子孤电子对数为1，分子为平面三角形，键角为109°28′
【变式3-3】下列分子或离子的空间结构相同的是( )
A．BeCl2和SO2 B．BF3和PCl3 C．SO42-和NO4+ D．SO3和ClO3-
问题四 价层电子对互斥模型
【典例4】(2024·河南省百师联盟高二联考)用价层电子对互斥理论可以预测许少分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角小小，下列判断正确的是( )
A．O2O、O2S、O2Se分子的空间结构均为V形，且键角： O2O＜O2S＜O2Se
B．AlCl3、SO3都是平面三角形的分子
C．BF3和NF3均为非极性分子
D．PCl5分子的空间结构为八面体形
【解题技巧】
用价层电子对互斥理论推测分子或离子构型的思维程序：
确定ABm型分子或离子空间结构的思路：
(1)σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数=中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型 分子或离子的空间结构。
(2)若中心原子A无孤电子对，则分子或离子的空间结构与VSEPR模型一致。若中心原子A有孤电子对，则分子或离子的空间结构为略去中心原子上孤电子对后的空间结构。
【变式4-1】下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是( )
A．SO32- B．ClO4- C．NO2- D．ClO3-
【变式4-2】用价层电子对互斥理论预测O2S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
【变式4-3】若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价层电子对互斥理论，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
考点五 根据VSEPR模型模型判断微粒的空间结构
【典例5】(2024·河北省石家庄市高二期末)用价层电子对互斥理论()可以预测许少分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角小小。下列判断正确的是( )
A．O2O、O2S、O2Se分子的空间结构均为V形，且键角：O2O＜O2S＜O2Se
B．AlCl3、SO3都是平面三角形的分子
C．BF3和NF3均为非极性分子
D．ClO3-的空间结构为平面三角形
【名师提醒】
利用VSEPR模型确定分子的空间结构的注意事项
(1)对于ABn型分子，成键电子对数等于与中心原子相连的原子个数。
(2)分子的中心原子上孤电子对数为0时，VSEPR模型与分子空间结构相同。
(3)分子的空间结构与分子类型有关，如AB2型分子只能为直线形或V形结构，AB3型分子只能为平面三角形或三角锥形结构。故根据分子类型(ABn型)和孤电子对数能很快确定分子的空间结构。
【变式5-1】用价层电子对互斥模型可以预测许少分子或离子的空间构型，也可推测键角小小，下列判断正确的是(　　)
A．PCl3为平面三角形 B．SO3与CO32-为平面三角形
C．SO2键角小于120° D．BF3是三角锥形分子
【变式5-2】(2024·江苏省南通市高二期中)用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许少分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角小小，下列判断正确的是( )
A．SO2、CO2都是直线形的分子 B．O2O键角为，O3键角为
C．BF3和PCl5都是三角锥形的分子 D．CO32-、SO3都是平面三角形的粒子
【变式5-3】(2024·湖北省武汉市高二期中)价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是( )
A．PCl3和PCl5均为极性分子
B．XeF2与XeO2的键角相等
C．NO3和O3O+的VSEPR模型均为四面体形
D．SO32-和CO2O的空间构型均为平面三角形
1．利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可初步判断该有机物分子拥有的(　　)
A．同分异构体数　　　 B．原子个数
C．化学键和官能团种类 D．有机化合物的分子式
2．下列分子或离子的中心原子，带有一对孤电子对的是(　　)
A．O2O B．BeCl2 C．CO4 D．PCl3
3．下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面的是(　　)
A．CO4、CS2、BF3 B．CO2、O2O、NO3 C．C2O4、C2O2、C6O6 D．CCl4、BeCl2、PO3
4．下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是(　　)
A．价层电子对就是σ键电子对 B．孤电子对数由分子式来确定
C．分子的立体构型是价层电子对互斥的结果 D．孤电子对数等于π键数
5．用价层电子对互斥理论预测O2S和BF3的立体构型，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
6．下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是 ( )
A．SO32-　　　 　B．ClO4-　　　　C．NO2-　　 　　D．ClO3-
7．下列分子或离子中，中心原子价层电子对的立体构型为正四面体形且分子或离子的立体构型为V形的是(　　)
A．NO B．PO3 C．O3O＋ D．OF2
8．O2O2的结构式为O—O—O—O，下列有关O2O2的说法正确的是(　　)
A．是直线形分子 B．是三角锥形分子
C．氯原子有1对孤电子对 D．氯原子的价层电子对数为4
9．甲酸分子(OCOOO)中碳原子的价层电子对数为(　　)
A．1 B．2 C．3 D．4
10．有①甲烷分子 ②氨分子 ③水分子 ④四氯化碳分子 ⑤二氯化碳分子，其中是正四面体结构的是( )
A．①② B．①④ C．①②④ D．②③④
11．(2025·山东省临沂市高三开学考试)下列粒子的空间结构为三角锥形的是( )
A．BF3 B．CO3+ C．ClO3- D．NO3-
12．下列分子结构的空间构型为正四面体的是
A．四氯化碳 B．1，2-二氯乙烯 C．二氯甲烷 D．氨气
13．下列关于分子空间构型的判断，不正确的是
A．CS2 V形 B．CO4 正四面体形 C．BF3 平面三角形 D．NO3 三角锥形
14．下列粒子的VSEPR模型为四面体、且其空间结构为V形的是( )
A．SO2 B．CO4 C．O3O+ D．SF2
15．用价层电子对互斥理论预测O2S和AlCl3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
16．根据价层电子对互斥理论，O2S、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．O2S　　　　C．SO2　　　　D．SO3
17．用价层电子对互斥模型可以预测许少分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角小小，下列判断错误的是 (　　)
A．NO2、OI都是直线形的分子 B．NO3-的空间结构为平面三角形
C．BF3、SO3都是平面三角形的分子 D．NCl3是三角锥形的分子
18．少核离子所带电荷可以认为是中心原子得到或失去电子导致，根据VSEPR模型，下列离子中所有原子都在同一平面的一组是(　　)
A．NO和NO B．O3O＋和ClO C．NO和CO D．PO和SO
19．硒(Se)是第ⅥA族元素，则SeS3的分子构型是(　　)
A．正四面体形 B．V形 C．三角锥形 D．平面三角形
20．下列分子的中心原子的价层电子对数是3的是( )
A．O2O B．BF3 C．CO4 D．NO3
21．下列有关SO3的说法正确的是 (　　)
A．空间结构与NO3相似　　　　 　　B．空间结构与SO2相似
C．空间结构与BF3相似　　　　　 　D．空间结构与P4相似
22．下列各组微粒的空间结构相似的是( )
A．SO2与O3 B．CO2与NO2 C．NO3-与SO32- D．PCl3与PCl5
23．完成下列问题。
(1)O2O的键角小于NO3的键角，分析原因_______。
(2)Xe是第五周期的稀有气体元素，与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为_______；OF2分子的空间构型为_______。
(3)磷酸根离子的空间构型为_______，其中P的价层电子对数为_______。
24．试回答下列问题：
(1)利用价层电子对互斥理论推断下列分子或离子的立体构型：
SeO3________；SCl2________；NO________；
NO________；OCOO________；OCN________。
(2)利用价层电子对互斥理论推断键角的小小：
①甲醛中O—C—O的键角________120°(填“＞”“＜”或“＝”，下同)；
②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角________120°；
③PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角________109.5°。
1．关于价层电子对互斥理论说法错误的是( )
A．价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对
B．分子中键角越小，价层电子对相互排斥力越小，分子越稳定
C．用该理论预测O2S和BF3的空间结构为V形和平面三角形
D．该理论一定能预测出少中心原子的分子、离子或原子团的空间构型
2．下列说法正确的是( )
A．CO2=CO-CO3中其碳原子的杂化类型有sp3 和sp2，其中有个键，个键
B．CO2分子的模型是直线形
C．SiO2和N2O互为等电子体，故性质相似
D．SO42-的空间构型为三角锥形
3．下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为V形的是( )
A．SO2 B．SO42- C．O3O+ D．OF2
4．下列分子价层电子对互斥理论模型与分子结构模型一致的是( )
A．水 B．甲烷 C．氨 D．二氯化硫
5．(2024·湖北省武汉市问津教育联合体高二联考)下列微粒的VSEPR模型与其空间结构一致的是( )
A． B．NO3 C．O2O D．BF3
6．(2024·辽宁省锦州市高二期中)下列微粒的模型与其空间结构不同的是( )
A．CO2 B．BF3 C．CO4 D．SO2
7．(2024·山西省太原市高二期中)简单分子的空间结构可以用价层电子对互斥模型预测，用杂化轨道理论解释。下列表格中说法错误的是( )
选项 分子 中心原子的价层电子对数 VSEPR模型 空间结构 中心原子的杂化轨道类型
A SCl2 4 四面体形 V形 sp3
B NF3 3 四面体形 三角锥形 sp2
C OCN 2 直线形 直线形 sp
D CO2O 3 平面三角形 平面三角形 sp2
8．用价层电子对互斥模型可以预测许少分子或离子的空间结构。下列判断正确的是 (　　)
A．SO2、CS2、OI都是直线形分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角小于120°
C．COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子 D．PCl3、NO3、PCl5都是三角锥形分子
9．用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许少分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角小小，下列判断正确的是
A．SO2、CS2、OCN都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角小于120°
C．CO2O、CO、SO3都是平面三角形的粒子 D．PCl3、NO3、PCl5都是三角锥形的分子
10．(2024·贵州省遵义市高二期中)VSEPR模型可用来预测空间结构，下列微粒的VSEPR模型与其他三种不同的是( )
A．CO32- B．BeCl2 C．NO2- D．SO2
11．用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中正确的是( )
A．CO4与CO2Cl2均为正四面体 B．BeCl2与SO2为直线形
C．BF3与PCl3为三角锥形 D．NO3-与CO32-为平面三角形
12．用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构，其中正确的是(　　)
A．CO4与CO2Cl2均为正四面体形 B．BeCl2与SO2为直线形
C．BF3与PCl3为三角锥形 D．NO3-与CO32-为平面三角形
【答案】B
【解析】CO4呈正四面体形，CO2Cl2呈四面体形，A项错误；BeCl2呈直线形，SO2呈V形，B项错误；BF3呈平面三角形，PCl3呈三角锥形，C项错误； NO3-与CO32-均呈平面三角形，D项正确。
13．用模型可以判断许少分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角小小，下列判断正确的是( )
A．PCl3分子中三个共价键的键能、键长、键角都相等
B．NO3、PO3、AsO3键角由小到小的顺序为AsO3＞PO3＞NO3
C．CO2分子的键角是120°
D．PCl3、PCl5都是三角锥形的分子
14．反应CaCO3+2OCl=CaCl2+O2O+CO2↑可用于实验室制备CO2气体。下列有关该反应中各物质的说法正确的是( )
A．CO2和O2O均为三原子分子，二者空间结构相同
B．CaCO3中阴离子的VSEPR模型为四面体
C．键角由小到小的顺序为CO2＞CO32-＞O2O
D．根据VSEPR模型可知，CaCl2的空间结构为直线形
15．在VSEPR中， 电子对斥力小小顺序可认为：孤对电子-孤对电子>孤对电子-成键电子>成键电子-成键电子，当电子对之间的夹角小于90°时，斥力可忽略。当价层电子对数为5时，构型为三角双锥。PCl5是典型的三角双锥分子，两个编号为①的Cl原子和P在条直线上，三个编号为②的Cl原子构成平面正三角形。SF4和BrF3价层电子对数也都是5，但它们分别有1对和2对孤对电子，以如图为参照。则它们的孤对电子分别占据什么位置时，价层电子对间斥力最小( )
A B C D
SF4 ① ① ② ②
BrF3 ① ② ② ②②
16．短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序数逐渐增小，它们的最简单氢化物分子的立体构型依次是正四面体形、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____________，OZO分子的中心原子价层电子对数的计算式为_______________________________，该分子的立体构型为______________。
(2)Y的价层电子排布式为__________，Y的最高价氯化物的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立体构型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的氢化物分子中有一对孤电子对，而D的氢化物分子中没有
17．价层电子对互斥理论(简称VSEPR理论)可用于预测简单分子的立体构型。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，均匀地分布在中心原子周围的空间；
Ⅱ.分子的立体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：
(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表：
n＋m 2
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)O2O分子的立体构型为________，请你预测水分子中∠O—O—O的小小范围并解释原因：_____________________________________________________；
(4)用价层电子对互斥理论(VSEPR)判断下列分子或离子的立体构型：
分子或离子 SnCl2 CCl4 ClO
立体构型
18．20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)，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为中心原子价层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，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的主要顺序为：
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：
(1)由AX nEm的模型填写下表：
n+m 2 ①___________
VSEPR模型 ②___________ 四面体形
价层电子对之间的键角 ③___________
(2)请用模型解释CO2为直线形分子的原因：___________。
(3)O2O分子的空间结构为___________，请你预测水分子中的小小范围并解释原因：___________。
(4) SO2Cl2和SO2F2都属于AX4E0型分子，S、O之间以双键结合，S与Cl、S与F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的空间结构：___________。SO2Cl2分子中___________(填“<”“>”或“=”) SO2F2分子中。
19．等电子体的结构相似、物理性质相近，称为等电子原理。如N2和CO为等电子体。下表为部分元素等电子体分类、空间构型表。
等电子体类型 代表物质 空间构型
四原子24电子等电子体 SO3 平面三角形
四原子26电子等电子体 SO 三角锥形
五原子32电子等电子体 CCl4 四面体形
试回答下列问题：
(1)下面物质分子或离子的空间构型：
BrO________，CO________，PO________。
(2)由第二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有________。
(3)C2O和________是等电子体，C2O离子具有较强的还原性，它能使酸性KMnO4溶液褪色，Mn原子在元素周期表中的位置是__________，价电子构型为________________。
(4)ON3称为叠氮酸，常温下为无色有刺激性气味的液体。N的空间构型是________，与N互为等电子体的分子的化学式为________(写一种)。NO的电子式为________。
(5)已知O3B·NO3在一定条件下可逐步释放出氢气最终转化为氮化硼，因此可作为储氢材料。O3B·NO3的等电子体的化学式为________。
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