規(guī)范答題(二)用VSEPR模型預(yù)測(cè)或解釋分子空間結(jié)構(gòu)1.20世紀(jì)50年代科學(xué)家提出價(jià)層電子對(duì)互斥模型(簡(jiǎn)稱VSEPR模型),用于預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單分子的空間結(jié)構(gòu)。其要點(diǎn)可以概括為:Ⅰ.用AXnEm表示只含一個(gè)中心原子的分子組成,A為中心原子,X為與中心原子相結(jié)合的原子,E為中心原子價(jià)層未參與成鍵的電子對(duì)(稱為孤電子對(duì)),n+m稱為價(jià)層電子對(duì)數(shù)。分子中的價(jià)層電子對(duì)總是互相排斥,均勻地分布在中心原子周?chē)目臻g。Ⅱ.分子的空間結(jié)構(gòu)是指分子中的原子在空間的排布,不包括中心原子未成鍵的孤電子對(duì)。Ⅲ.分子中價(jià)層電子對(duì)之間的斥力的主要順序?yàn)?ⅰ.孤電子對(duì)之間的斥力>孤電子對(duì)與共用電子對(duì)之間的斥力>共用電子對(duì)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(duì)之間的斥力越強(qiáng);ⅳ.其他。請(qǐng)仔細(xì)閱讀上述材料,回答下列問(wèn)題:(1)由AXnEm的VSEPR模型填寫(xiě)下表:n+m2①

VSEPR模型②

四面體形價(jià)層電子對(duì)之間的鍵角③

109°28'(2)請(qǐng)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(qǐng)你預(yù)測(cè)水分子中∠H—O—H的大小范圍并解釋原因:

。

(4)SO2Cl2和SO2F2都屬于AX4E0型分子,S、O之間以雙鍵結(jié)合,S與Cl、S與F之間以單鍵結(jié)合。請(qǐng)你預(yù)測(cè)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)①4②直線形③180°(2)CO2中C原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2,由VSEPR模型知,兩對(duì)成鍵電子對(duì)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離,故為直線形結(jié)構(gòu)(3)V形水分子屬于AX2E2,n+m=4,VSEPR理想模型為正四面體形,價(jià)層電子對(duì)之間的夾角均為109°28',根據(jù)Ⅲ中的ⅰ,應(yīng)有∠H—O—H<109°28'(4)四面體形>解析(1)當(dāng)n+m=2時(shí),VSEPR模型為直線形,鍵角為180°;當(dāng)n+m=4時(shí),VSEPR模型為四面體形,鍵角為109°28'。(3)水分子中氧原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為2,所以分子的空間構(gòu)型為V形;(4)當(dāng)n+m=4時(shí),VSEPR模型為四面體形,SO2Cl2和SO2F2中硫原子均無(wú)孤電子對(duì),所以分子構(gòu)型為四面體形,F原子的電負(fù)性大于氯原子,因?yàn)閄原子得電子能力越弱,A—X形成的共用電子對(duì)之間的斥力越強(qiáng),所以SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl>SO2F2分子中∠F—S—F。2.回答下列問(wèn)題。(1)《中華本草》等中醫(yī)典籍中,記載了爐甘石(ZnCO3)入藥,可用于治療皮膚炎癥或表面創(chuàng)傷。ZnCO3中,陰離子空間結(jié)構(gòu)為。

(2)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型,H2S、SO2、SO3的氣態(tài)分子中,中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)不同于其他分子的是。

(3)亞砷酸(H3AsO3)分子中,中心原子砷的VSEPR模型是。

(4)按要求寫(xiě)出由第二周期非金屬元素的原子構(gòu)成的中性分子的化學(xué)式。平面三角形分子:,三角錐形分子:,正四面體形分子:。

答案(1)平面三角形(2)H2S(3)四面體形(4)BF3NF3CF4解析(1)ZnCO3中陰離子為CO32-,依據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論模型,C為中心原子,σ鍵電子對(duì)數(shù)為3,孤電子對(duì)數(shù)為12×(4+2-3×2)=0,所以CO32-的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形;(2)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型,H2S中S為中心原子,σ鍵電子對(duì)數(shù)為2,孤電子對(duì)數(shù)為12×(6-2×1)=2;SO2中S為中心原子,σ鍵電子對(duì)數(shù)為2,孤電子對(duì)數(shù)為12×(6-2×2)=1;SO3中S為中心原子,σ鍵電子對(duì)數(shù)為3,孤電子對(duì)數(shù)為12×(6-3×2)=0;即H2S、SO2、SO3的氣態(tài)分子中,中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)分別是4、3、3;所以,H2S、SO2、SO3的氣態(tài)分子中,中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)不同于其他分子的是H2S;(3)亞砷酸(H3AsO3)分子中,AsO33-中心原子為As,依據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論模型,σ鍵電子對(duì)數(shù)為3,孤電子對(duì)數(shù)為12×(5+3-3×2)=1,所以砷的VSEPR模型是四面體形;(4)第二周期非金屬元素有硼、碳、氮、氧、氟,平面三角形分子為BF3(中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)是3,沒(méi)有孤電子對(duì)),三角錐形分子為NF3(中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4,有13.(1)乙酸分子()中鍵角1(填“大于”“等于”或“小于”)鍵角2,原因是

。

(2)CH3NH3+中H—N—H的鍵角比NH3中H—N—H的鍵角(填“大”或“小”),理由是。

(3)CH4、NH3、H2O的VSEPR模型都是,鍵角分別是、、;分析它們鍵角差異的原因:

。

(4)比較SO42-和H2O分子中的鍵角大小并給出相應(yīng)解釋:。

(5)NH3、PH3、AsH3的鍵角由大到小的順序?yàn)椤?/p>

答案(1)大于C==O對(duì)C—C的斥力大于C—O對(duì)C—C的斥力(2)大CH3NH3+中N形成4個(gè)σ鍵,而NH3分子中N有1個(gè)孤電子對(duì),孤電子對(duì)對(duì)H—N的排斥力更大,H—N—H的鍵角變小(3)四面體形109°28'107°105°CH4中鍵與鍵之間的排斥力一樣,是正四面體形,鍵角為109°28';而其他兩個(gè)分子均有未成鍵的孤電子對(duì),孤電子對(duì)間的排斥力>孤電子對(duì)與σ鍵電子對(duì)間的排斥力>σ鍵電子對(duì)間的排斥力。由于孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子的排斥作用,使得成鍵電子間夾角變小,H2O中有兩個(gè)孤電子對(duì),NH3中有一個(gè)孤電子對(duì),故H2O中鍵角比NH3更小(4)SO42-的鍵角大于H2O的。SO42-中中心原子S的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4、孤電子對(duì)數(shù)為0,其離子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形,H2O分子中中心原子O的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4、孤電子對(duì)數(shù)為2,該分子的空間結(jié)構(gòu)為V形解析(5)同主族元素,從上到下原子半徑依次增大,三種分子中鍵長(zhǎng)大小順序?yàn)镹—H<P—H<As—H,元素電負(fù)性的大小順序?yàn)镹>P>As,三種分子中鍵的極性大小順序?yàn)镹—H>P—H>As—H,所以分子中成鍵電子對(duì)之間的斥力:NH3>PH3>AsH3,則鍵角的大小順序?yàn)镹H3>PH3>AsH3。4.完成下列問(wèn)題。(1)已知氯與硫均有多種含氧微粒,S有:SO2、SO32-、SO3、SO42-;Cl有:HClO、ClO2-、ClO3-、ClO4-,其中立體構(gòu)型為V形的微粒有;(2)已知:孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力大于成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力,而且孤電子對(duì)越多,對(duì)成鍵電子對(duì)的斥力越大,所以含有孤電子對(duì)的分子其鍵角要小于VSEPR模型中的鍵角;不含孤電子對(duì)的分子中,原子間形成化學(xué)鍵越多,斥力越大: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。①SiH4、PH3、H2S分子中H—Si—H、H—P—H、H—S—H的鍵角大小順序?yàn)椤?/p>

②SnBr2分子中Br—Sn—Br的鍵角120°。

③PCl3分子中Cl—P—Cl的鍵角109.5°。

④俗稱光氣的氯代甲酰氯分子(COCl2)形狀為,其分子中有兩種鍵角:124.3°、111.4°,其中Cl—C—Cl的鍵角為。

答案(1)SO2、HClO、ClO2-SO32-、ClO3-SO3SO42-、ClO4-(2)①H—Si—H>H—P—H>H—S—H解析(1)SO2中心原子孤電子對(duì)數(shù)為12×(6-2×2)=1,立體構(gòu)型為V形;SO32-中心原子孤電子對(duì)數(shù)為12×(6+2-3×2)=1,立體構(gòu)型為三角錐形;SO3中心原子孤電子對(duì)數(shù)為12×(6-3×2)=0,立體構(gòu)型為平面正三角形;SO42-中心原子孤電子對(duì)數(shù)為12×(6+2-4×2)=0,立體構(gòu)型為正四面體形;HClO中心原子孤電子對(duì)數(shù)為12×(6-1-1)=2,立體構(gòu)型為V形;ClO2-中心原子孤電子對(duì)數(shù)為12×(7+1-2×2)=2,立體構(gòu)型為V形;ClO3-中心原子孤電子對(duì)數(shù)為12×(7+1-3×2)=1,立體構(gòu)型為三角錐形;ClO4-中心原子孤電子對(duì)數(shù)為12×(7+1-4×2)=0,立體構(gòu)型為正四面體形;(2)由電子式SiH4:H︰Si‥H‥H︰H、PH3:H︰P‥H‥︰H、H2S:H︰S‥‥︰H可知:三種微粒VSEPR均為四面體形,立體構(gòu)型分別為正四面體形,三角錐形和V形,SiH4不含孤電子對(duì),PH3有個(gè)孤電子對(duì),H2S有2個(gè)孤電子對(duì)。由于孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力大于成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力,而且孤電子對(duì)越多,對(duì)成鍵電子對(duì)的斥力越大,所以含有孤電子對(duì)的分子其鍵角要小于VSEPR模型