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第64講-價電子對互斥理論判斷分子空間構型
1．（2024湖北卷·T5）基本概念和理論是化學思維的基石。下列敘述錯誤的是
A．VSEPR理論認為VSEPR模型與分子的空間結構相同
B．元素性質隨著原子序數遞增而呈周期性變化的規律稱為元素周期律
C．泡利原理認為一個原子軌道內最多只能容納兩個自旋相反的電子
D．sp3雜化軌道由1個s軌道和3個p軌道混雜而成
2．（2024甘肅卷·T13）溫室氣體N2O在催化劑作用下可分解為O2和N2，也可作為氧化劑氧化苯制苯酚。下列說法錯誤的是
A．原子半徑： OC．在水中的溶解度：苯<苯酚 D．苯和苯酚中C的雜化方式相同
3．（2024安徽卷·T8）某催化劑結構簡式如圖所示。下列說法錯誤的是
A．該物質中Ni為價 B．基態原子的第一電離能： Cl>P
C．該物質中C和P均采取sp2雜化 D．基態原子價電子排布式為3d84s2
4．（2024湖南卷·T9）通過理論計算方法優化了P和Q的分子結構，P和Q呈平面六元并環結構，原子的連接方式如圖所示，下列說法錯誤的是
A．P為非極性分子，Q為極性分子 B．第一電離能： BC．和所含電子數目相等 D．P和Q分子中C、B和N均為sp2雜化
5．（2024江蘇卷·T7）催化劑能改變化學反應速率而不改變反應的焓變，常見倠化劑有金屬及其氧化物、酸和堿等。倠化反應廣泛存在，如豆科植物固氮、石墨制金剛石、CO2和H2制CH3OCH3 (二甲醚)、V2O5倠化氧化SO2等。催化劑有選擇性，如C2H4與O2反應用Ag催化生成環氧乙烷、用CuCl2/PdCl2催化生成CH3CHO。催化作用能消除污染和影響環境，如汽車尾氣處理、廢水中NO- 3電倠化生成N2、氯自由基催化O3分解形成臭氧空洞。我國在石油催化領域領先世界，高效、經濟、綠色是未來催化劑研究的發展方向。下列說法正確的是
A．CH3CH2OH催化氧化為CH3CHO，CH3CH2OH斷裂C-O鍵
B．氟氯烴破壞臭氧層，氟氯烴產生的氯自由基改變O3分解的歷程
C．丁烷催化裂化為乙烷和乙烯，丁烷斷裂σ鍵和π鍵
D．石墨轉化為金剛石，碳原子軌道的雜化類型由sp3轉變為sp2
6．（2024河北卷·T9）NH4ClO4是火箭固體燃料重要的氧載體，與某些易燃物作用可全部生成氣態產物，如：NH4ClO4+2C= NH3↑+ CO2↑+HCl↑。下列有關化學用語或表述正確的是
A．HCl的形成過程可表示為H+ →H+
B．NH4ClO4中的陰、陽離子有相同的VSEPR模型和空間結構
C．在C60、石墨、金剛石中，碳原子有sp、sp2和sp3三種雜化方式
D．NH3和CO2都能作制冷劑是因為它們有相同類型的分子間作用力
7．（2024甘肅卷·T14）溫室氣體N2O在催化劑作用下可分解為O2和N2，也可作為氧化劑氧化苯制苯酚。下列說法錯誤的是
A．相同條件下N2比O2穩定 B．N2O與NO+ 2的空間構型相同
C．N2O中N-O鍵比N-N鍵更易斷裂 D．N2O中σ鍵和大π鍵的數目不相等
8．（2024新課標卷·T11）我國科學家最近研究的一種無機鹽Y3[Z(WX6)]2納米藥物具有高效的細胞內亞鐵離子捕獲和抗氧化能力。W、X、Y、Z的原子序數依次增加，且W、X、Y屬于不同族的短周期元素。W的外層電子數是其內層電子數的2倍，X和Y的第一電離能都比左右相鄰元素的高。Z的M層未成對電子數為4。下列敘述錯誤的是
A．W、X、Y、Z四種元素的單質中Z的熔點最高
B．在X的簡單氫化物中X原子軌道雜化類型為sp3
C．Y的氫氧化物難溶于NaCl溶液，可以溶于NH4Cl溶液
D．Y3[Z(WX)6]2中WX-提供電子對與形成配位鍵
9．（2024浙江1月卷·T12）X、Y、Z、M和Q五種主族元素，原子序數依次增大，X原子半徑最小，短周期中M電負性最小，Z與Y、Q相鄰，基態Z原子的s能級與p能級的電子數相等，下列說法不正確的是
A．沸點： X2Z>X2Q
B．M與Q可形成化合物M2Q、M2Q2
C．化學鍵中離子鍵成分的百分數： M2Z>M2Q
D． YZ- 3與QZ2- 3離子空間結構均為三角錐形
10．（2024黑吉遼卷·T11）如下反應相關元素中，W、X、Y、Z為原子序數依次增大的短周期元素，基態X原子的核外電子有5種空間運動狀態，基態Y、Z原子有兩個未成對電子，Q是ds區元素，焰色試驗呈綠色。下列說法錯誤的是
QZY4溶液 QZX4Y4W12溶液
A．單質沸點： Z>Y>W B．簡單氫化物鍵角：X>Y
C．反應過程中有藍色沉淀產生 D．QZX4Y4W12是配合物，配位原子是Y
11．（2024浙江6月卷·T10）X、Y、Z、M四種主族元素，原子序數依次增大，分別位于三個不同短周期，Y與M同主族，Y與Z核電荷數相差2，Z的原子最外層電子數是內層電子數的3倍。下列說法不正確的是
A．鍵角： YX+ 3>YX- 3 B．分子的極性：Y2X2>X2Z2
C．共價晶體熔點： Y>M D．熱穩定性：YX4>MX4
12．（2024河北卷·T8）從微觀視角探析物質結構及性質是學習化學的有效方法。下列實例與解釋不符的是
選項 實例 解釋
A 原子光譜是不連續的線狀譜線 原子的能級是量子化的
B CO2、CH2O、CCl4鍵角依次減小 孤電子對與成鍵電子對的斥力大于成鍵電子對之間的斥力
C CsCl晶體中Cs 與8個Cl 配位，而NaCl晶體中Na 與6個Cl 配位 Cs 比Na 的半徑大
D 逐個斷開CH4中的C-H鍵，每步所需能量不同 各步中的C-H鍵所處化學環境不同
13．（2024安徽卷·T7）地球上的生物氮循環涉及多種含氮物質，轉化關系之一如下圖所示(X、Y均為氮氧化物)，羥胺(NH2OH)以中間產物的形式參與循環。常溫常壓下，羥胺易潮解，水溶液呈堿性，與鹽酸反應的產物鹽酸羥胺[NH3OH]Cl廣泛用子藥品、香料等的合成。下列有關物質結構或性質的比較中，正確的是
A．鍵角： NH3>NO- 3
B．熔點： NH2OH >[NH3OH]Cl
C．同濃度水溶液的pH：[NH3OH]Cl>NH4Cl
D．羥胺分子間氫鍵的強弱：O-H…O>N-H…N
14.（2022年湖南卷18題）（1）③比較鍵角大小：氣態SeO3分子_______ SeO32-離子(填“>”“<”或“=”)，原因是_______。
15.(2022年河北卷17題)(3) SnCl3-的幾何構型為_______，其中心離子雜化方式為_______。
16.（2022·陜西榆林·三模）（2）②NH3中鍵角∠HNH_______(填“大于”、“小于”或“等于”)H3NBH3中鍵角∠HNH。
17.（2022·山西太原·二模）(4)LiBH4 -LiI復合材料在低溫下表現出較高的離子電導率。可以被離子部分取代，離子的空間結構為_______。
18.（2022·河南開封·三模）(4)OF2主要用于火箭工程液體助燃劑，其分子的空間構型為_____；
19.（2022·河南洛陽·二模）(3)HCHO的空間構型為_______。
20.（2022·云南昆明·一模）、、的鍵角由大到小的順序是_______。
21.（2022·安徽馬鞍山·三模）人類對第二周期的元素及化合物認識最早。(2)人類合成的第一個稀有氣體化合物是XeF+ ， 中的鍵角有90°和180°兩種。下列關于該化合物的說法中正確的是_______。
A．熔化狀態下不能導電
B．XeF+中所有原子都滿足8電子穩定結構
C．用兩個Cl替換F后，所得PtF4Cl2有兩種結構
D．含有離子鍵、極性鍵、非極性鍵和配位鍵
22.（2022·安徽馬鞍山·三模）(5)SCN—中C原子的雜化類型為_______， 其中含有兩個相同的大π鍵，其形式為_______。(用表示，n為原子數，m為電子數)，檢驗Fe3+時，SCN—以 S原子配位不以N原子配位的原因是_______。
23.（2021·天津第5題）下列化學用語表達正確的是
A. F-的離子結構示意圖：
B. 基態碳原子的軌道表示式：
C. 丙炔的鍵線式：
D. H2O分子的球棍模型：
24. 短周期元素X、 Y、Z、M原子序數依次增大，Z的基態原子2p軌道半充滿，M的最高正價與最低負價絕對值之差為4，它們組成的一種分子結構如圖。下列說法正確的是(　　)
A．電負性：X>Y>Z
B．原子半徑：Y>Z>X
C．分子中Z原子的雜化方式均為sp2
D．Y、Z、M的最高價氧化物的水化物均為強酸
第64講-價電子對互斥理論判斷分子空間構型答案及解析
1．【答案】A
【解析】VSEPR模型是價層電子對的空間結構模型，而分子的空間結構指的是成鍵電子對的空間結構，不包括孤電子對，當中心原子無孤電子對時，兩者空間結構相同，當中心原子有孤電子對時，兩者空間結構不同，A項錯誤；
元素的性質隨著原子序數的遞增而呈現周期性的變化，這一規律叫元素周期律，元素性質的周期性的變化是元素原子的核外電子排布周期性變化的必然結果，B項正確；
在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，它們的自旋相反，這個原理被稱為泡利原理，C項正確；
1個s軌道和3個p軌道混雜形成4個能量相同、方向不同的軌道，稱為sp3雜化軌道，D項正確。
2．【答案】B
【解析】A． C 、N 、O都是第二周期的元素，其原子序數依次遞增；同一周期的元素，從左到右原子半徑依次減小，因此，原子半徑從小到大的順序為OB．同一周期的元素，從左到右電負性呈遞增的趨勢，其中ⅡA和ⅤA的元素因其原子結構相對較穩定而出現反常，使其電負性大于同周期相鄰的元素，因此，第一電離能從小到大的順序為C< O< N，B不正確；
C．苯是非極性分子，苯酚是極性分子，且苯酚與水分子之間可以形成氫鍵，根據相似相溶規則可知，苯酚在水中的溶解度大于苯，C正確；
D．苯和苯酚中C的雜化方式均為sp2，雜化方式相同，D正確。
3．【答案】C
【解析】由結構簡式可知，P原子的3個孤電子與苯環形成共用電子對，P原子剩余的孤電子對與Ni形成配位鍵，Cl-提供孤電子對，與Ni形成配位鍵，由于整個分子呈電中性，故該物質中Ni為+2價，A項正確；
同周期元素隨著原子序數的增大，第一電離能有增大趨勢，故基態原子的第一電離能：Cl＞P，B項正確；
該物質中，C均存在于苯環上，采取sp2雜化，P與苯環形成3對共用電子對，剩余的孤電子對與Ni形成配位鍵，價層電子對數為4，采取sp3雜化，C項錯誤；
Ni的原子序數為28，位于第四周期第Ⅷ族，基態Ni原子價電子排布式為3d84s2，D項正確。
4．【答案】A
【解析】由所給分子結構圖，P和Q分子都滿足對稱，正負電荷重心重合，都是非極性分子，A錯誤；
同周期元素，從左到右第一電離能呈增大趨勢，氮原子的2p軌道為穩定的半充滿結構，第一電離能大于相鄰元素，則第一電離能由小到大的順序為B由所給分子結構可知，P分子式為C24H12，Q分子式為B12N12H12，P、Q分子都是含156個電子，故1mol P和1mol Q所含電子數目相等，C正確；
由所給分子結構可知，P和Q分子中C、B和N均與其它三個原子成鍵，P和Q分子呈平面結構，故P和Q分子中C、B和N均為sp2雜化，D正確。
5．【答案】B
【解析】CH3CH2OH催化生成CH3CHO的原理是羥基中O－H鍵及與羥基相連碳上一個C－H鍵斷裂，形成碳氧雙鍵，A項錯誤；
催化劑能夠改變反應歷程，加快反應速率，B項正確；
丁烷分子中不存在π鍵，C項錯誤；
石墨中碳原子為sp2雜化，金剛石中碳原子為sp3雜化，雜化類型應從sp2轉變為sp3，D項錯誤。
6．【答案】B
【解析】HCl是共價化合物，其形成過程可表示為H+ →H ，A項錯誤；
NH4ClO4中NH+ 4的中心N原子孤電子對數為(5-1-4)=0，價層電子對數為4，ClO- 4的中心Cl原子孤電子對數為(7+1-2×4)=0，價層電子對數為4，則二者的VSEPR模型和空間結構均為正四面體形，B項正確；
C60、石墨、金剛石中碳原子的雜化方式分別為sp、sp2和sp3，共有2種雜化方式，C項錯誤；
NH3易液化，其氣化時吸收熱量，可作制冷劑，干冰易升華，升華時吸收熱量，也可作制冷劑，NH3分子間作用力為氫鍵和范德華力，CO2分子間僅存在范德華力，D項錯誤。
7．【答案】D
【解析】A．N2分子中存在的氮氮三鍵，O2分子中雖然也存在叁鍵，但是其鍵能小于氮氮三鍵，因此，相同條件下N2比O2穩定，A正確；
B．N2O與NO+ 2均為CO2的等電子體，故其均為直線形分子，兩者空間構型相同，B正確；
C．N2O的中心原子是N，其在催化劑作用下可分解為O2和N2，說明N2O中N-O鍵比N-N鍵更易斷裂，C正確；
D．N2O中σ鍵和大π鍵的數目均為2，因此，σ鍵和大π鍵的數目相等，D不正確。
8．【答案】A
【分析】W、X 、Y、Z的原子序數依次增加，且W、X、Y屬于不同族的短周期元素。W的外層電子數是其內層電子數的2倍，則W為C元素；每個周期的ⅡA和ⅤA的元素的第一電離能都比左右相鄰元素的高，由于配合物Y3[Z(WX)6]2中Y在外界，Y可形成簡單陽離子，則Y屬于金屬元素，故X和Y分別為N和Mg；Z的M層未成對電子數為4，則其3d軌道上有4個不成對電子，其價電子排布式為3d64s2，Z為Fe元素，Y3[Z(WX)6]2為Mg3[Z(CN)6]2。
【解析】W、X、 Y、Z四種元素的單質中，N元素的單質形成分子晶體，Mg和Fe均形成金屬晶體，C元素既可以形成金剛石又可以形成石墨，石墨的熔點最高，A項錯誤；
在X的簡單氫化物是NH3，其中C原子軌道雜化類型為sp3，B項正確；
Y的氫氧化物是Mg(OH)2，其屬于中強堿，其難溶于水，難溶于NaCl溶液，但是，由于NH4Cl電離產生的NH+ 4可以破壞Mg(OH)2的沉淀溶解平衡，因此Mg(OH)2可以溶于NH4Cl溶液，C項正確；
Mg3[Z(CN)6]2中CN-提供電子對與Fe3+形成配位鍵，D項正確。
9．【答案】D
【分析】X半徑最小為H，短周期電負性最小則M為Na，Z原子的s能級與p能級的電子數相等，則Z為O，Z與Y、Q相鄰，Y為N，Q為S，以此分析；
【解析】A．H2O中含有氫鍵，則沸點高于H2S，A正確；
B．Na與O形成Na2O、Na2O2，則O與S同族化學性質性質相似，B正確；
C．Na2O的電子式為Na＋Na＋，Na2S的電子式為Na＋Na＋，離子鍵百分比 = (電負性差值 / 總電負性差值)，O的電負性大于S，則Na2O離子鍵成分的百分數大于Na2S，C正確；
D. NO- 3為sp2雜化，孤電子對為0，為平面三角形，SO2-3為sp3雜化，孤電子對為1，三角錐形，D錯誤。
10．【答案】D
【分析】Q是ds區元素，焰色試驗呈綠色，則Q為Cu元素；空間運動狀態數是指電子占據的軌道數，基態X原子的核外電子有5種空間運動狀態，則X為第2周期元素，滿足此條件的主族元素有N(1s22s22p3)、O(1s22s22p4)、F(1s22s22p5)；X、Y、Z為原子序數依次增大，基態Y、Z原子有兩個未成對電子，若Y、Z為第2周期元素，則滿足條件的可能為C(1s22s22p2)或O(1s22s22p4)，C原子序數小于N，所以Y不可能為C，若Y、Z為第3周期元素，則滿足條件的可能為Si(1s22s22p63s23p2)或S(1s22s22p63s23p4)，Y、Z可與Cu形成CuZY4，而O、Si、S中只有O和S形成的SO2-4才能形成CuZY4，所以Y、Z分別為O、S元素，則X只能為N；W能與X形成WX3，則W為IA族或VIIA族元素，但W原子序數小于N，所以W為H元素，綜上所述，W、X、Y、Z、Q分別為H、N、O、S、Cu。
【解析】W、Y、Z分別為H、O、S，S單質常溫下呈固態，其沸點高于氧氣和氫氣，O2和H2均為分子晶體，O2的相對分子質量大于H2，O2的范德華力大于 H2，所以沸點O2＞H2，即沸點S＞O2＞H2，A項正確；
Y、X的 簡單氫化物分別為H2O和NH3，H2O的中心原子O原子的價層電子對數為2+×(6-2×1)=4、孤電子對數為2，空間構型為V形，鍵角約105 ，NH3的中心原子N原子的價層電子對數為3+×(5-3×1)=4、孤電子對數為1，空間構型為三角錐形，鍵角約107 18 ，所以鍵角：X>Y，B項正確；
硫酸銅溶液中滴加氨水，氨水不足時生成藍色沉淀氫氧化銅，氨水過量時氫氧化銅溶解，生成Cu(NH3)4SO4，即反應過程中有藍色沉淀產生，C項正確；
QZX4Y4W12為Cu(NH3)4SO4，其中銅離子提供空軌道、NH3的N原子提供孤電子對，兩者形成配位鍵，配位原子為N，D項錯誤。
11．【答案】B
【分析】X、Y、Z、M四種主族元素，原子序數依次增大，分別位于三個不同短周期，Y與M同主族，Y與Z核電荷數相差2，Z的原子最外層電子數是內層電子數的3倍，則Z為O元素，Y為C元素，X為H元素，M為Si元素。
【解析】YX+ 3為CH+ 3，其中C原子的雜化類型為sp2，CH+ 3的空間構型為平面正三角形，鍵角為120°；YX- 3為CH- 3，其中C原子的雜化類型為sp3，CH- 3的空間構型為三角錐形，由于C原子還有1個孤電子對，故鍵角小于109°28 ，因此，鍵角的大小關系為YX+ 3>YX- 3，A項正確；
Y2X2為C2H2，其為直線形分子，分子結構對稱，分子中正負電荷的重心是重合的，故其為百極性分子；H2O2分子結構不對稱，分子中正負電荷的重心是不重合的，故其為極性分子，因此，兩者極性的大小關系為Y2X2金則石和晶體硅均為共價晶體，但是由于C的原子半徑小于Si，因此，C—C鍵的鍵能大于Si—Si鍵的，故共價晶體熔點較高的是金剛石，C項正確；
元素的非金屬性越強，其氣態氫化物的熱穩定性越強；C的非金屬性強于Si，因此，甲烷的穩定熱穩定性較高，D項正確。
12．【答案】B
【解析】原子光譜是不連續的線狀譜線，說明原子的能級是不連續的，即原子能級是量子化的，A項正確；
CO2中心C原子為sp雜化，鍵角為180°，CH2O中心C原子為sp2雜化，鍵角大約為120°，CCl4中心C原子為sp3雜化，鍵角為109.5°，三種物質中心C原子都沒有孤電子對，三者鍵角大小與孤電子對無關，B項錯誤；
離子晶體的配位數取決于陰、陽離子半徑的相對大小，離子半徑比越大，配位數越大，Cs 周圍最多能排布8個Cl ，Na 周圍最多能排布6個Cl ，說明Cs 比Na 半徑大，C項正確；
斷開第一個鍵時，碳原子周圍的共用電子對多，原子核對共用電子對的吸引力較弱，需要能量較小，斷開C-H鍵越多，碳原子周圍共用電子對越少，原子核對共用電子對的吸引力越大，需要的能量變大，所以各步中的C-H鍵所處化學環境不同，每步所需能量不同，D項正確。
13．【答案】D
【解析】NH3中N原子的價層電子對數=3+×(5-3×1)=4，為sp3雜化，鍵角為107°，NO- 3中N的價層電子對數=3+×(5+1-3×2)=3，為sp2雜化，鍵角為120°，故鍵角：NH3NH2OH為分子晶體，[NH3OH]Cl為離子晶體，故熔點：NH2OH <[NH3OH]Cl，B項錯誤；
由題目信息可知，25℃下，Kb(NH3·H2O)>Kb(NH2OH)，故NH2OH的堿性比NH3·H2O弱，故同濃度的水溶液中， [NH3OH]+的電離程度大于NH+ 4的電離程度，同濃度水溶液的pH：[NH3OH]ClO的電負性大于N，O-H鍵的極性大于N-H鍵，故羥胺分子間氫鍵的強弱O-H…O>N-H…N，D項正確。
14.【答案】＞ SeO3的空間構型為平面三角形，SeO32-的空間構型為三角錐形
【解析】三氧化硒分子中硒原子的價層電子對數為3，孤對電子對數為0，分子的空間構型為平面三角形，鍵角為120°，亞硒酸根離子中硒原子的價層電子對數為4，孤對電子對數為1，離子的空間構型為三角錐形，鍵角小于120°；
15.【答案】(3) 三角錐形 sp3雜化
【解析】(3)Sn是ⅣA族元素，SnCl3-的中心離子Sn2+價層電子對數為3+ =4，有1對孤電子對，中心離子是sp3雜化，SnCl3-的幾何構型是三角錐形；
16.【答案】小于【解析】②氨分子中氮原子含有1對孤對電子，中氨分子的孤對電子與硼原子形成配位鍵，孤電子對對成鍵電子對的排斥力大，所以氨分子中鍵角∠HNH小于中鍵角∠HNH，故答案為：小于。
17.【答案】正四面體
【解析】中P原子價層電子數，所以為雜化，且不含孤電子對，是正四面體構型；
18.【答案】角(V)形
【解析】(4)OF2孤對電子數為2，價層電子數為4，故其分子的空間構型為角(V)形；
19.【答案】(3)平面三角形
【解析】(3)HCHO中碳原子含有3個σ鍵，碳原子采取 sp2雜化，不含孤電子對，所以其空間構型是平面三角形，故答案為：平面三角形；
20.【答案】NO、NO、NO
【解析】NO中氮原子的價層電子對數為2，孤對電子對數為0，離子的空間構型為直線形；NO中氮原子的價層電子對數為3，孤對電子對數為0，離子的空間構型為平面三角形，NO中氮原子的價層電子對數為3，孤對電子對數為1，離子的空間構型為V形，則三種離子的鍵角由大到小的順序是NO、NO、NO，故答案為：NO、NO、NO；
21【答案】BC
【解析】C項由PtF中的鍵角有90°和180°兩種可知，離子的空間構型為正八面體形，鉑原子位于八面體的體心，氟原子位于八面體的頂點，則用兩個氯替換氟后，所得PtF4Cl2有兩種結構，故正確。
22.【答案】(5) sp π S元素的電負性小，離子中S原子易給出孤對電子
【解析】(5)硫氰酸根離子與二氧化碳的原子個數都為3、價電子數目都為16，互為等電子體，等電子體具有相同的空間構型，則硫氰酸根離子與二氧化碳的空間構型相同，都為直線形，所以碳原子的雜化方式為sp雜化；離子中碳原子未參與雜化的2個p電子與硫原子和氮原子的p電子形成大π鍵，其形式為π；硫氰酸根離子中硫元素的電負性小于氮元素，相對于氮原子，硫原子易給出孤對電子，所以檢驗鐵離子時，離子以硫原子配位不以氮原子配位，故答案為：sp；π；S元素的電負性小，離子中S原子易給出孤對電子。
23.【答案】D
【解析】A．F-最外層有8個電子，離子結構示意圖：，故A錯誤；
B．基態碳原子的軌道表示式：，故B錯誤；
C．丙炔的三個碳原子在一條線上，故C錯誤；
D．H2O分子的空間構型為V型，所以球棍模型為：，故D正確；
故選D。
24.【答案】B　
【解析】已知X、Y、Z、M為原子序數依次增大的短周期元素，Z的基態原子2p軌道半充滿，則Z為N元素，M的最高正價與最低負價絕對值之差為4，則M為S元素，4種元素組成的一種分子結構如圖，根據共價鍵數目可推知，則X為H元素，Y為C元素。A．由上述分析可知，X為H元素，Y為C元素，Z為N元素，則電負性：N>C>H，A錯誤；B.H原子核外有1個電子層，而C、N原子核外均有2個電子層，電子層數越多，半徑越大，電子層數相同，核電荷數越大，半徑越小，則原子半徑：C>N>H，B正確；C．分子中N原子均形成共價單鍵，為sp3雜化，C錯誤；D.C元素的最高價氧化物的水化物為H2CO3，H2CO3為二元弱酸，D錯誤。(共44張PPT)
第64講
價電子對互斥理論 判斷 分子空間構型
2025：基于主題教學的高考化學專題復習系列講座
2025
2024湖北卷T5 選擇題：VSEPR模型及空間構型、雜化軌道理論基礎
2024甘肅卷T13，T14 選擇題：苯與苯酚中C原子的雜化方式、含氮化合物的空間構型
2024安徽卷T8 選擇題：有機物中C原子的雜化方式
2024湖南卷T9 選擇題：具體結構中的C、B、N的雜化方式，分子極性
2024江蘇卷T7 選擇題：石墨與金剛石中C原子的雜化方式
2024河北卷T8，T9 選擇題：鍵角比較、C60、石墨、金剛石中C原子的雜化方式
2024新課標卷T11 選擇題：氫化物中中心原子雜化方式
2024黑吉遼T11 選擇題：氫化物中鍵角比較
2024浙江1月T12 選擇題：離子空間構型
2024浙江6月T10 選擇題：鍵角比較、分子極性
2024年——價層電子對互斥理論及分子空間構型考向考點統計
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2025
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2.3 分子的空間結構
結合實例了解共價分子具有特定的空間結構，并可運用相關理論和模型進行解釋和預測。知道分子的結構可以通過波譜、晶體X射線衍射等技術進行測定。
知道分子可以分為極性分子和非極性分子，知道分子極性與分子中鍵的極性、分子的空間結構密切相關。結合實例初步認識分子的手性對其性質的影響。
普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）
主題2 ：微粒間的相互作用與物質的性質
落實基礎、穩固根基
價電子對互斥理論
判斷 分子空間構型
能根據給定的信息分析常見簡單分子的空間結構，能利用相關理論解釋簡單的共價分子的空間結構；能根據分子結構特點和鍵的極性來判斷分子的極性，并據此對分子的一些典型性質及其應用作出解釋。
目
標
引
領
學業
要求
素養
目標
證據推理與模型認知：能應用價層電子對互斥理論預測分子的立體構型及性質，揭示現象的本質與規律。
落實基礎、穩固根基
落實基礎、穩固根基
回歸 教材
概念要點梳理：①價層電子對互斥理論可以用來預測分子的空間結構，②價層電子對是指分子中的中心原子與結合原子間的σ鍵電子對和中心原子上的孤電子對。③分子的空間結構是中心原子的“價層電子對”相互排斥的結果。④排斥力趨向于盡可能將價電子對之間遠離，夾角盡可能張大，這樣會使排斥力盡可能小，分子體系能量越低，越穩定。
成鍵數最多
分子中的原子在空間所處的相對位置
2019魯科版《物質結構與性質》
價層電子對互斥（VSEPR）模型
用來預測分子的空間結構
109°28′
落實基礎、穩固根基
落實基礎、穩固根基
落實基礎、穩固根基
計算公式
要點梳理
價層
電子
對數
σ鍵電子對數
中心原子結合的原子數
中心原子上的孤電子對數
=
（a-xb）
端位原子數
a: 分子：中心原子的價電子數
陽離子：a為中心原子的價電子數減去離子的電荷數；
陰離子： a為中心原子的價電子數加上離子的電荷數。
x ：端位原子數
b ：端位原子最多能接受的電子數 (H為1，其他原子為“8-該原子的價電子數）
多重鍵只計其中σ鍵的電子對,不計π鍵電子對。
確定
孤電子對數
確定價層
電子對數
VSEPR
理想模型
分子的
空間結構
1.電子式
2.計算 (a-xb)
價層電子對數＝
σ鍵電子對數＋孤電子對數
價層電子對數 VSEPR 理想模型 分子空間結構
2 直線形
3 平面三角形
4 正四面體形
略去
孤電子對
2
1
落實基礎、穩固根基
思維模型
中心原子無孤電子對的分子：
VSEPR理想模型就是其分子的空間結構。
若有：先判斷VSEPR理想模型，
后略去孤電子對，便可得到分子的空間結構
用VSEPR模型預測分子的空間結構的思維模型
落實基礎、穩固根基
練習
用價層電子對互斥理論判斷 的立體構型
A．正四面體 B．V形 C．三角錐形 D．平面三角形
【答案】D
【解析】價層電子對個數=σ鍵個數+孤電子對個數，σ鍵個數=配原子個數，孤電子對個數= (a-xb)，a指中心原子價電子個數，x指端位原子個數，b指端位原子形成穩定結構需要的電子個數，根據價層電子對個數判斷中心原子雜化類型，再判斷立體構型。
NO3-中價層電子對個數=3+ (5+1-3×2)=3+0=3，中心N原子采取sp2雜化，VSEPR構型為平面三角形，孤電子對個數為0，NO3-的立體構型為平面三角形，D正確；故選D。
落實基礎、穩固根基
價層電子對互斥模型與分子立體構型的關系（舉例）
價層 電子 對數 VSEPR 模型 σ鍵電子 對數 孤電子 對數 分子立 體構型 實例 鍵角
2 直線形 2 0 ______ ____ ____
3 平面 三角形 3 0 ______ ____ ____
2 1 ____ ______ ______
4 正四面 體形 4 0 ______ ____ ____
3 1 ________ ____ ____
2 2 ____ ____ ____
直線形
BeCl2
180°
平面正三角形
BF3
120°
V形
SO2
119°
正四面體形
CH4
109°28′
三角錐形
NH3
107°
V形
H2O
105°
化學式 電子式 分子的空間結構模型 鍵角
CO2
H2O
CH2O
NH3
CH4
成鍵電子對
孤電子對
落實基礎、穩固根基
180°
105°
120°
107°
109°28’
電子式與分子空間結構的關系
電子式
價層電子對
成鍵電子對
空間結構
思維模型：
思考：
氨基乙酸的空間結構？
C
N
H
H
O
O
C
H
H
H
略去
孤電子對
VSEPR模型
落實基礎、穩固根基
回歸 教材
無孤電子對的空間結構
回歸 教材
落實基礎、穩固根基
有孤電子對的空間結構
落實基礎、穩固根基
實驗測得NH3的鍵角為107°，H2O的鍵角為105°,為什么NH3和H2O的鍵角均小于109°28′？
結論1：由于中心原子的孤電子對占有一定空間，對其他成鍵電子對存在排斥力，影響其分子的空間結構。
結論2：價層電子對之間靜電斥力大小順序為：孤對電子-孤對電子>孤對電子-成鍵電子對>成鍵電子對-成鍵電子對。
結論3：孤電子對之間的排斥力較大，孤電子對越多，排斥力越強，鍵角越小
孤電子對對空間結構的影響
落實基礎、穩固根基
注意事項
1、適用范圍：對有1個中心原子的分子、離子或原子團進行空間構型的推斷和預測
一般，價層電子對理論只能判斷1個中心原子的分子、離子或原子團的立體構型，所謂一個中心，就是在分子中，多個原子都以共價鍵連在一個原子上，如H-O-H中的氧就是中心原子。但該理論不能判斷出多中心的分子或離子的立體構型。如H-O-O-H,有兩個中心原子， CH2=CH-CH2-CH3有四個中心原子,類似這樣的分子結構，分析時需要把分子切成幾個部分，再拼接起來。
2.應用條件：準確判斷中心元素
中心元素判斷錯誤，則孤電子對計算錯誤，造成空間結構判斷錯誤。
3.多中心分子中心原子孤電子對進行分割計算
如H-O-O-H兩個氧都屬于中心原子，以一個氧為中心，把-O-H看作一個原子，羥基（-OH）得一個電子就達到穩定結構，孤電子對計算式：1/2(6-1x1-1x1)=2。
落實基礎、穩固根基
價層電子對互斥模型與雜化軌道類型之間的關系
價層 電子 對數 VSEPR 模型 雜化軌道類型
2 直線形 sp
3 平面 三角形 sp2
4 正四面 體形 sp3
109°28′
雜化軌道概念：在外界條件的影響下，原子內部能量相近的原子軌道重新組合的過程叫原子軌道的雜化，組合后形成的一組新的原子軌道，叫雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。雜化的目的是為了更好的成鍵。
落實基礎、穩固根基
價層電子對數
VSEPR模型
雜化軌道類型
2 sp
3 sp2
4 sp3
研究對象：
中心元素原子
去掉孤電子對
分子的
空間結構
均與π鍵上的e- 無關
雜化軌道數
四面體、三角錐形——sp3
平面三角形——sp2
直線形——sp
雜化軌道夾角
109°28′
sp3雜化
120°
sp2雜化
180°
sp雜化
知
識系統
化、思維結構化
重溫經典
模型建構
名師導學
2025
知識重構
經典引領、洞察考向
直接考查：
價層電子對互斥理論
雜化軌道理論
（2024湖北卷·T5）基本概念和理論是化學思維的基石。下列敘述錯誤的是
A．VSEPR理論認為VSEPR模型與分子的空間結構相同
B．元素性質隨著原子序數遞增而呈周期性變化的規律稱為元素周期律
C．泡利原理認為一個原子軌道內最多只能容納兩個自旋相反的電子
D．sp3雜化軌道由1個s軌道和3個p軌道混雜而成
VSEPR模型分子的空間結構
經典引領、洞察考向
（2024河北卷·T9）NH4ClO4是火箭固體燃料重要的氧載體，與某些易燃物作用可全部生成氣態產物，如：NH4ClO4+2C= NH3↑+ CO2↑+HCl↑。下列有關化學用語或表述正確的是
A．HCl的形成過程可表示為
B．NH4ClO4中的陰、陽離子有相同的VSEPR模型和空間結構
C．在C60、石墨、金剛石中，碳原子有sp、sp2和sp3三種雜化方式
D．NH3和CO2都能作制冷劑是因為它們有相同類型的分子間作用力
直接考查：
價層電子對互斥理論及分子空間結構
元素雜化方式
化學式
價層電子對
空間結構
思維模型：
二者的VSEPR模型和空間結構均為正四面體形
sp2
sp2
sp3
NH3分子間作用力為氫鍵和范德華力，CO2分子間僅存在范德華力
經典引領、洞察考向
（2024甘肅卷·T14）溫室氣體N2O在催化劑作用下可分解為O2和N2，也可作為氧化劑氧化苯制苯酚。下列說法錯誤的是
A．相同條件下N2比O2穩定
B．N2O與 的空間構型相同
C．N2O中N-O鍵比N-N鍵更易斷裂
D．N2O中σ鍵和大π鍵的數目不相等
直接考查：
價層電子對互斥理論及分子空間結構
化學式
價層電子對
空間結構
思維模型：
N2O以N為中心，價電子對數==2對，直線型
以N為中心，價電子對數==2對，直線型
另二者均為CO2的等電子體
在催化劑作用下可分解為O2和N2，說明N2O中N-O鍵比N-N鍵更易斷裂
σ鍵和大π鍵的數目均為2，因此，σ鍵和大π鍵的數目相等
經典引領、洞察考向
化學式
價層電子對
雜化方式
孤電子對
電負性
思維模型：
（2024安徽卷·T7）地球上的生物氮循環涉及多種含氮物質，轉化關系之一如下圖所示(X、Y均為氮氧化物)，羥胺(NH2OH)以中間產物的形式參與循環。常溫常壓下，羥胺易潮解，水溶液呈堿性，與鹽酸反應的產物鹽酸羥胺[NH3OH]Cl廣泛用子藥品、香料等的合成。下列有關物質結構或性質的比較中，正確的是
A．鍵角： NH3>
B．熔點： NH2OH >[NH3OH]Cl
C．25℃同濃度水溶液的pH：[NH3OH]Cl>NH4Cl
D．羥胺分子間氫鍵的強弱：O-H…O>N-H…N
考查
鍵角問題
NH3中N原子的價層電子對數=3+×(5-3×1)=4，為sp3雜化
中N的價層電子對數=3+×(5+1-3×2)=3，為sp2雜化
NH2OH為分子晶體，[NH3OH]Cl為離子晶體
Kb(NH3·H2O)>Kb(NH2OH)
O的電負性大于N，O-H鍵的極性大于N-H鍵
【2022年河北卷17題節選】含Cu、Zn、Sn及S的四元半導體化合物(簡寫為CZTS)，是一種低價、無污染的綠色環保型光伏材料，可應用于薄膜太陽能電池領域。回答下列問題：
(3) SnCl3-的幾何構型為_______，其中心離子雜化方式為_______。
方法1：Sn是IVA族元素，SnCl3-的中心離子Sn2+價層電子對數為：
3+ ，有1對孤電子對，中心離子是sp3雜化，
SnCl3-的幾何構型是三角錐形。
經典引領、洞察考向
方法2：Sn是IVA族元素，易形成4個共價鍵，分析其結構：
，可以看出，含有3個σ鍵和1個孤對電子，
因此幾何構型是三角錐形，Sn的雜化方式
為 sp3雜化。
公式法
結構法
直接考查：
根據價層電子對互斥理論判斷
分子空間結構
及元素雜化方式
化學式
價層電子對
空間結構
雜化類型
思維模型：
【2022年湖南卷18題節選】鐵和硒(Se)都是人體所必需的微量元素，且在醫藥、催化、材料等領域有廣泛應用，回答下列問題：
(3)科學家近期合成了一種固氮酶模型配合物，該物質可以在溫和條件下直接活化H2，將N3-轉化為NH2-，反應過程如圖所示：①產物中N原子的雜化軌道類型為_______。
【答案】sp3
【解析】由結構簡式可知，產物中氮原子的價層電子對數為4，原子的雜化方式為sp3雜化。
經典引領、洞察考向
經典引領、洞察考向
[2020·全國卷Ⅲ，35題節選](2)NH3BH3分子中，N—B化學鍵稱為___________鍵，其電子對由___________提供。氨硼烷在催化劑作用下水解釋放氫氣：3NH3BH3＋6H2O===3NH4＋＋B3O63－＋9H2，B3O63－的結構如圖所示。在該反應中，B原子的雜化軌道類型由__變為_____。
【答案】配位　N　sp3　sp2
【解析】B原子最外層有3個電子，B與3個H原子形成3個成鍵電子對，在NH3中，N原子有一對孤對電子，而B最外層有空軌道，故在NH3BH3分子中，N—B鍵為配位鍵，其電子對由N原子提供。NH3BH3分子中，B原子的價層電子對數為4，故其雜化方式為sp3。NH3BH3在催化劑的作用下水解生成氫氣和B3O63－，由圖中信息可知，B3O63－中每個B原子只形成3個σ鍵，其中的B原子的雜化方式為sp2，因此，B原子的雜化軌道類型由sp3變為sp2。
注意“隱藏著”的配位鍵，
價層電子對=
成鍵電子對（包括配位健）
+孤電子對
【2022年湖南卷18題節選】鐵和硒(Se)都是人體所必需的微量元素，且在醫藥、催化、材料等領域有廣泛應用，回答下列問題：
(1)③比較鍵角大小：氣態SeO3分子_______ SeO32-離子(填“>”“<”或“=”)，原因是_______。
【答案】> SeO3分子空間構型為平面三角形，鍵角為120°，SeO32-離子的空間構型為三角錐形,鍵角小于109°28’
【解析】SeO3分子中硒原子的價層電子對數為3，VSEPR模型中價層電子對的夾角大約是120°，孤對電子對數為0，分子的空間構型為平面三角形，鍵角為120°，亞硒酸根離子中硒原子的價層電子對數為4，VSEPR模型中價層電子對的夾角大約是109°28’，孤對電子對數為1，離子的空間構型為三角錐形，斥力：孤電子對-成鍵電子對>成鍵電子對-成鍵電子對，因此鍵角小于109°28’。
經典引領、洞察考向
考查
鍵角問題
經典引領、洞察考向
石墨烯(圖甲)是一種由單層碳原子構成的平面結構新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結構會發生改變，轉化為氧化石墨烯(圖乙)。圖乙中，1號C的雜化方式是________，該C與相鄰C形成的鍵角________(填“＞”“＜”或“＝”)圖甲中1號C與相鄰C形成的鍵角。
【答案】sp3雜化,＜
【解析】圖乙中1號碳形成了4個共價鍵，故其雜化方式為sp3，與甲烷中的碳原子類似，其鍵角接近109°28′；圖甲中的1號碳，形成3個σ鍵，雜化方式為sp2，鍵角為120°。
考查
鍵角問題
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凝練方法、思維建模
關于鍵角的判斷
判斷鍵角的相對大小：
①CO2、BF3、CH4 ②CH4、NH3、H2O③H2O、H2S、H2Se ④NF3、NH3
①CO2 > BF3 > CH4 ， VSEPR模型依次是直線形、平面三角形、正四面體，無孤電子對，夾角逐漸減小。
②CH4>NH3 > H2O，VSEPR模型都是四面體，但是，孤電子對數CH4、NH3 、H2O逐漸增多，斥力作用增大，成鍵電子對夾角減小。
③H2O>H2S > H2Se ，VSEPR模型都是四面體，均含兩個孤電子對，端位原子相同，中心元素電負性越大，成鍵電子云在中心元素周圍的密度越大，斥力作用越大，鍵角越大。
④NH3 > NF3 ，VSEPR模型都是四面體，中心原子相同，端位原子的電負性F>H，端位原子電負性越大，導致在中心原子周圍的成鍵電子云密度減小，斥力減小，鍵角變小。
109°28′
一看VSEPR模型
二看孤電子對數
三看中心元素電負性
四看端位元素電負性
思維模型：
關于鍵角的判斷
凝練方法、思維建模
【答案】O-C-O > O-S-O
【解析】CO32-的中心碳原子的價層電子對數是3，VSEPR模型是平面三角形，無孤電子對，空間結構為平面三角形，O-C-O的鍵角為120°；SO32-的中心S原子的價層電子對數是4，VSEPR模型是四面體，價層電子對夾角約為109°28’，SO32-中孤電子對數為1，空間結構為三角錐形，斥力作用：孤電子對-成鍵電子對>成鍵電子對-成鍵電子對，因此O-S-O鍵角小于109°28’。因此鍵角：O-C-O > O-S-O
關于鍵角的判斷
凝練方法、思維建模
（21年江蘇卷）N2是合成氨工業的重要原料，NH3不僅可制造化肥，還能通過催化氧化生產HNO3；HNO3能溶解Cu、Ag等金屬，也能與許多有機化合物發生反應；在高溫或放電條件下，N2與O2反應生成NO，NO進一步氧化生成NO2。2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH=-116.4kJ·mol-1。大氣中過量的NOx和水體中過量的NH4+、NO3－均是污染物。通過催化還原的方法，可將煙氣和機動車尾氣中的NO轉化為N2，也可將水體中的NO3－轉化為N2。下列有關NH3、NH4+、NO3－的說法正確的是
A．NH3能形成分子間氫鍵
B．NO3－的空間構型為三角錐形
C．NH3與NH4+中的鍵角相等
D．NH3與Ag+形成的[Ag(NH3)2]+中有6個配位鍵
【答案】C項錯誤
【解析】NH3與NH4+中的VSEPR模型相同，但是NH3中含有孤對電子，孤電子對-成鍵電子對>成鍵電子對-成鍵電子對，導致鍵角：NH3凝練方法、思維建模
易錯點梳理
例1.判斷HClO的空間結構
方法1：HClO中O為中心元素，氧的孤電子對計算式：
σ鍵電子對數為2，所以：HClO的空間構型為v形。
方法2：HClO中O為中心元素，HClO的結構式為H-O-Cl，
可以看出氧的價層電子對數為2+2=4，
所以：HClO的空間構型為v形。
中心元素的確定是關鍵
公式法
結構式法
凝練方法、思維建模
易錯點梳理
方法1：N2O中，N是VA元素，O是第VIA元素，N形成的化學鍵數目比O多，容易成為中心原子。則孤電子對計算公式為：
σ鍵電子對數為2，所以：N2O的空間結構為直線形。
方法2：N2O和CO2是等電子體，CO2的結構式O=C=O，空間結構為直線型，因此N2O的空間結構為直線形。
中心元素的確定是關鍵
例2. 判斷N2O的空間結構
公式法
等電子體法
凝練方法、思維建模
易錯點梳理
中心元素的確定是關鍵
例3.判斷COCl2(光氣)的空間結構
方法1：COCl2中，C是IVA元素，O是第VIA元素，Cl是第VIIA元素，C形成的化學鍵數目最多，易形成4個共價鍵，因此C為中心原子。則孤電子對計算公式為：
σ鍵電子對數為3，C最外層4個e-，還剩一個e-用于形成C=O中的一個π鍵，所以：COCl2的空間結構為平面三角形。
方法2：寫出COCl2的結構式 ，可以看出價層電子對數為3，因此COCl2的空間結構為平面三角形。
公式法
結構式法
凝練方法、思維建模
易錯點梳理
例4.下列說法中正確的是(　　)
A．五碳糖分子(HOCH2—CHOH—CHOH—CHOH—CHO)及其與氫氣的加成產物分子中的手性碳原子數均為2個
B．雜化軌道可用于形成σ鍵或π鍵，也可用于容納未參與成鍵的孤電子對
C．[Co(NH3)4Cl2]＋的中心離子配位數為6
D．AB2是V形，其A一定為sp2雜化
【答案】C
【解析】D.AB2是V形，則一定含有2個σ鍵，如果A含有一個孤電子對，則A的價層電子對數是3，則A采取sp2雜化，如SO2的價層電子對個數＝2＋(6－2×2)/2＝3，該分子為V形結構，S采取sp2雜化，OF2分子是V形，分子中中心原子價層電子對個數＝2＋(6－2×1)/2＝4，含有2個孤電子對，所以其中心原子采用sp3雜化，故D錯誤。
凝練方法、思維建模
易錯點梳理
例5. 預測I3-的幾何構型
【答案】直線形
【解析】價層電子對數=2+[（7+1）-2×1]÷2=5，2個成鍵電子對，3個孤電子對，可以得到a、b、c三種結構。依據夾角越大，斥力越小的原則，且孤電子對-孤電子對間斥力最大，經分析，結構a中不存在90°孤對電子-孤對電子排斥，而b、c均存在90°孤對電子-孤對電子的排斥作用，顯然排布a的靜力斥力最小，分子勢能最低，是較穩定的結構。因此I3-的幾何構型是直線形。
a b c
凝練方法、思維建模
易錯點梳理
例6. 預測ICl4-的幾何構型
【答案】平面正方形
【解析】價層電子對數=4+[（7+1）-4×1]÷2=6，4個成鍵電子對，2個孤電子對，依據價層電子對盡可能遠離的原則，可以得到a、b、兩種結構。又因為孤電子對-孤電子對間斥力最大，經分析，若兩對孤電子位于水平方向四方平面鄰近的兩個角上，具有的排斥力遠遠大于它們位于四方平面的上下部，所以（b）是較為穩定的結構。
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1940年英國科學家西奇維克（Sidgwick）和美國科學家鮑威爾（Powell）提出了價層電子對互斥理論（valence-shell electron pair repulsion theory），簡稱VSEPR理論，20世紀60年代加拿大科學家吉萊斯皮（Gillespie）和尼霍姆（Nyholm）進一步發展了這一理論。該理論不需要原子軌道的概念，而且在解釋、判斷和預見多原子分子構型的準確性方面比較簡單和直觀.
微點撥1.價層電子對互斥模型是價層電子對的立體構型，而分子的立體構型指的是成鍵電子對的立體構型，不包括孤電子對。兩者是否一致取決于中心原子上有無孤電子對(未用于形成共價鍵的電子對)，當中心原子上無孤電子對時，兩者的構型一致；當中心原子上有孤電子對時，兩者的構型不一致。
價層電子對互斥模型
價層電子對的立體構型
分子的立體構型
成鍵電子對的立體構型
孤電子對
價層電子對互斥理論
分子的立體構型
預測
分子的成鍵情況
雜化軌道理論
解釋
×
微點撥2．價層電子對互斥理論能預測分子的立體構型，但不能解釋分子的成鍵情況，雜化軌道理論能解釋分子的成鍵情況，但不能預測分子的立體構型。兩者相結合，具有一定的互補性，可達到處理問題簡便、迅速、全面的效果。
“價電子對相互排斥而盡量遠離”的原則
（可以通過波譜、晶體 X 射線衍射技術測定）
光譜
測定
σ鍵 π鍵
類 型
原子
分子
分子的極性
公式法
電子式法
結構式法
等電子體法等
極性分子
非極性分子
sp sp2 sp3
知識系統化、
思維結構化第64講-價電子對互斥理論判斷分子空間構型 學案
知識重構
1.《課程標準》相關描述
（1）主題2 ：微粒間的相互作用與物質的性質
2.3 分子的空間結構
結合實例了解共價分子具有特定的空間結構，并可運用相關理論和模型進行解釋和預測。知道分子的結構可以通過波譜、晶體X射線衍射等技術進行測定。
知道分子可以分為極性分子和非極性分子，知道分子極性與分子中鍵的極性、分子的空間結構密切相關。結合實例初步認識分子的手性對其性質的影響。
目標引領
①學業要求：能根據給定的信息分析常見簡單分子的空間結構，能利用相關理論解釋簡單的共價分子的空間結構；能根據分子結構特點和鍵的極性來判斷分子的極性，并據此對分子的一些典型性質及其應用作出解釋。
②素養目標：證據推理與模型認知：能應用價層電子對互斥理論預測分子的立體構型及性質，揭示現象的本質與規律。
回歸教材
概念要點梳理：①價層電子對互斥理論可以用來預測分子的空間結構，②價層電子對是指分子中的中心原子與結合原子間的σ鍵電子對和中心原子上的孤電子對。③分子的空間結構是中心原子的“價層電子對”相互排斥的結果。④排斥力趨向于盡可能將價電子對之間遠離，夾角盡可能張大，這樣會使排斥力盡可能小，分子體系能量越低，越穩定。
思維模型
【練習】用價層電子對互斥理論判斷NO的立體構型
A．正四面體 B．V形 C．三角錐形 D．平面三角形
【答案】D
【解析】
價層電子對個數=σ鍵個數+孤電子對個數，σ鍵個數=配原子個數，孤電子對個數= (a-xb)，a指中心原子價電子個數，x指配原子個數，b指配原子形成穩定結構需要的電子個數，根據價層電子對個數判斷中心原子雜化類型，再判斷立體構型。
NO3-中價層電子對個數=3+ (5+1-3×2)=3+0=3，中心N原子采取sp2雜化，VSEPR構型為平面三角形，孤電子對個數為0，NO3-的立體構型為平面三角形，D正確；
故選D。
注意事項：
1、適用范圍：對有1個中心原子的分子、離子或原子團進行空間構型的推斷和預測
一般，價層電子對理論只能判斷1個中心原子的分子、離子或原子團的立體構型，所謂一個中心，就是在分子中，多個原子都以共價鍵連在一個原子上，如H-O-H中的氧就是中心原子。但該理論不能判斷出多中心的分子或離子的立體構型。如H-O-O-H,有兩個中心原子， CH2=CH-CH2-CH3有四個中心原子,類似這樣的分子結構，分析時需要把分子切成幾個部分，再拼接起來。
2.應用條件：準確判斷中心元素
中心元素判斷錯誤，則孤電子對計算錯誤，造成空間結構判斷錯誤。
3.多中心分子中心原子孤電子對進行分割計算
如H-O-O-H兩個氧都屬于中心原子，以一個氧為中心，把-O-H看作一個原子，羥基（-OH）得一個電子就達到穩定結構，孤電子對計算式：1/2(6-1×1-1×1)=2。
二、重溫經典
1. （2024湖北卷·T5）基本概念和理論是化學思維的基石。下列敘述錯誤的是
A．VSEPR理論認為VSEPR模型與分子的空間結構相同
B．元素性質隨著原子序數遞增而呈周期性變化的規律稱為元素周期律
C．泡利原理認為一個原子軌道內最多只能容納兩個自旋相反的電子
D．sp3雜化軌道由1個s軌道和3個p軌道混雜而成
【答案】A
【解析】VSEPR模型是價層電子對的空間結構模型，而分子的空間結構指的是成鍵電子對的空間結構，不包括孤電子對，當中心原子無孤電子對時，兩者空間結構相同，當中心原子有孤電子對時，兩者空間結構不同，A項錯誤；元素的性質隨著原子序數的遞增而呈現周期性的變化，這一規律叫元素周期律，元素性質的周期性的變化是元素原子的核外電子排布周期性變化的必然結果，B項正確；在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，它們的自旋相反，這個原理被稱為泡利原理，C項正確；1個s軌道和3個p軌道混雜形成4個能量相同、方向不同的軌道，稱為sp3雜化軌道，D項正確。
2. （2024河北卷·T9）NH4ClO4是火箭固體燃料重要的氧載體，與某些易燃物作用可全部生成氣態產物，如：NH4ClO4+2C= NH3↑+ CO2↑+HCl↑。下列有關化學用語或表述正確的是
A．HCl的形成過程可表示為H+ →H+
B．NH4ClO4中的陰、陽離子有相同的VSEPR模型和空間結構
C．在C60、石墨、金剛石中，碳原子有sp、sp2和sp3三種雜化方式
D．NH3和CO2都能作制冷劑是因為它們有相同類型的分子間作用力
【答案】B
【解析】HCl是共價化合物，其形成過程可表示為H+ →H ，A項錯誤；NH4ClO4中NH+ 4的中心N原子孤電子對數為(5-1-4)=0，價層電子對數為4，ClO- 4的中心Cl原子孤電子對數為(7+1-2×4)=0，價層電子對數為4，則二者的VSEPR模型和空間結構均為正四面體形，B項正確；C60、石墨、金剛石中碳原子的雜化方式分別為sp2和sp3，共有2種雜化方式，C項錯誤；NH3易液化，其氣化時吸收熱量，可作制冷劑，干冰易升華，升華時吸收熱量，也可作制冷劑，NH3分子間作用力為氫鍵和范德華力，CO2分子間僅存在范德華力，D項錯誤。
3. （2024甘肅卷·T14）溫室氣體N2O在催化劑作用下可分解為O2和N2，也可作為氧化劑氧化苯制苯酚。下列說法錯誤的是
A．相同條件下N2比O2穩定 B．N2O與NO+ 2的空間構型相同
C．N2O中N-O鍵比N-N鍵更易斷裂 D．N2O中σ鍵和大π鍵的數目不相等
【答案】D
【解析】A．N2分子中存在的氮氮三鍵，O2分子中雖然也存在雙鍵，但是其鍵能小于氮氮三鍵，因此，相同條件下N2比O2穩定，A正確；
B．N2O與NO+ 2均為CO2的等電子體，故其均為直線形分子，兩者空間構型相同，B正確；
C．N2O的中心原子是N，其在催化劑作用下可分解為O2和N2，說明N2O中N-O鍵比N-N鍵更易斷裂，C正確；
D．N2O中σ鍵和大π鍵的數目均為2，因此，σ鍵和大π鍵的數目相等，D不正確。
4.（2024安徽卷·T7）地球上的生物氮循環涉及多種含氮物質，轉化關系之一如下圖所示(X、Y均為氮氧化物)，羥胺(NH2OH)以中間產物的形式參與循環。常溫常壓下，羥胺易潮解，水溶液呈堿性，與鹽酸反應的產物鹽酸羥胺[NH3OH]Cl廣泛用子藥品、香料等的合成。下列有關物質結構或性質的比較中，正確的是
A．鍵角： NH3>NO- 3
B．熔點： NH2OH >[NH3OH]Cl
C．25℃同濃度水溶液的pH：[NH3OH]Cl>NH4Cl
D．羥胺分子間氫鍵的強弱：O-H…O>N-H…N
【答案】D
【解析】NH3中N原子的價層電子對數=3+×(5-3×1)=4，為sp3雜化，鍵角為107°，NO- 3中N的價層電子對數=3+×(5+1-3×2)=3，為sp2雜化，鍵角為120°，故鍵角：NH35.（2022年河北卷17題節選）含Cu、Zn、Sn及S的四元半導體化合物(簡寫為CZTS)，是一種低價、無污染的綠色環保型光伏材料，可應用于薄膜太陽能電池領域。回答下列問題：
(3) SnCl3-的幾何構型為_______，其中心離子雜化方式為_______。
6.（2022年遼寧卷8）理論化學模擬得到一種N13+離子，結構如圖。下列關于該離子的說法錯誤的是( )
A．所有原子均滿足8電子結構 B．N原子的雜化方式有2種
C．空間結構為四面體形 D．常溫下不穩定
【答案】B
【解析】A項，由N13+的結構式可知，所有N原子均滿足8電子穩定結構，A正確；B項，中心N原子為sp3雜化，與中心N原子直接相連的N原子為sp2雜化，與端位N原子直接相連的N原子為sp雜化，端位N原子為sp2雜化，則N原子的雜化方式有3種，B錯誤；C項，中心N原子為sp3雜化，則其空間結構為四面體形，C正確；D項，N13+中含疊氮結構，常溫下不穩定，D正確；故選B。
7.（2021·全國甲卷35）(1)SiCl4是生產高純硅的前驅體，其中Si采取的雜化類型為___________。SiCl4可發生水解反應，機理如下：
【答案】sp3雜化，②
【解析】(1)SiCl4中Si原子價層電子對數為4＋2(4－4×1)＝4，因此Si原子采取sp3雜化（或直接根據結構式分析）；由圖可知，SiCl4(H2O)中Si原子的σ鍵數為5，說明Si原子的雜化軌道數為5，由此可知Si原子的雜化類型為sp3d。
8.（2022年湖南卷18題節選）鐵和硒(Se)都是人體所必需的微量元素，且在醫藥、催化、材料等領域有廣泛應用，回答下列問題：
(3)科學家近期合成了一種固氮酶模型配合物，該物質可以在溫和條件下直接活化H2，將N3-轉化為NH2-，反應過程如圖所示：①產物中N原子的雜化軌道類型為_______。
【答案】sp3
【解析】由結構簡式可知，產物中氮原子的價層電子對數為4，原子的雜化方式為sp3雜化。
9.（2020·全國卷Ⅲ，35題節選）(2)NH3BH3分子中，N—B化學鍵稱為___________鍵，其電子對由___________提供。氨硼烷在催化劑作用下水解釋放氫氣：3NH3BH3＋6H2O===3NH4＋＋B3O63－＋9H2，B3O63－的結構如圖所示。在該反應中，B原子的雜化軌道類型由__變為_____。
【答案】配位　N　sp3　sp2
【解析】B原子最外層有3個電子，B與3個H原子形成3個成鍵電子對，在NH3中，N原子有一對孤對電子，而B最外層有空軌道，故在NH3BH3分子中，N—B鍵為配位鍵，其電子對由N原子提供。NH3BH3分子中，B原子的價層電子對數為4，故其雜化方式為sp3。NH3BH3在催化劑的作用下水解生成氫氣和B3O63－，由圖中信息可知，B3O63－中每個B原子只形成3個σ鍵，其中的B原子的雜化方式為sp2，因此，B原子的雜化軌道類型由sp3變為sp2。
10.（2022年湖南卷18題節選）鐵和硒(Se)都是人體所必需的微量元素，且在醫藥、催化、材料等領域有廣泛應用，回答下列問題：
(1)③比較鍵角大小：氣態SeO3分子_______ SeO32-離子(填“>”“<”或“=”)，原因是_______。
【答案】> SeO3分子空間構型為平面三角形，鍵角為120°，SeO32-離子的空間構型為三角錐形,鍵角小于109°28’
【解析】SeO3分子中硒原子的價層電子對數為3，VSEPR模型中價層電子對的夾角大約是120°，孤對電子對數為0，分子的空間構型為平面三角形，鍵角為120°，亞硒酸根離子中硒原子的價層電子對數為4，VSEPR模型中價層電子對的夾角大約是109°28’，孤對電子對數為1，離子的空間構型為三角錐形，斥力：孤電子對-成鍵電子對>成鍵電子對-成鍵電子對，因此鍵角小于109°28’。
11.石墨烯(圖甲)是一種由單層碳原子構成的平面結構新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結構會發生改變，轉化為氧化石墨烯(圖乙)。圖乙中，1號C的雜化方式是________，該C與相鄰C形成的鍵角________(填“＞”“＜”或“＝”)圖甲中1號C與相鄰C形成的鍵角。
【答案】sp3雜化,＜
【解析】圖乙中1號碳形成了4個共價鍵，故其雜化方式為sp3，與甲烷中的碳原子類似，其鍵角接近109°28′；圖甲中的1號碳，形成3個σ鍵，雜化方式為sp2，鍵角為120°。
三、模型建構
1.關于鍵角的判斷
（1）判斷鍵角的相對大小：
①CO2、BF3、CH4 ②CH4、NH3、H2O③H2O、H2S、H2Se ④NF3、NH3
（2）
（3）（2024河北卷·T8）從微觀視角探析物質結構及性質是學習化學的有效方法。下列實例與解釋不符的是
選項 實例 解釋
A 原子光譜是不連續的線狀譜線 原子的能級是量子化的
B CO2、CH2O、CCl4鍵角依次減小 孤電子對與成鍵電子對的斥力大于成鍵電子對之間的斥力
C CsCl晶體中Cs 與8個Cl 配位，而NaCl晶體中Na 與6個Cl 配位 Cs 比Na 的半徑大
D 逐個斷開CH4中的C-H鍵，每步所需能量不同 各步中的C-H鍵所處化學環境不同
【答案】B項錯誤
【解析】CO2中心C原子為sp雜化，鍵角為180°，CH2O中心C原子為sp2雜化，鍵角大約為120°，CCl4中心C原子為sp3雜化，鍵角為109.5°，三種物質中心C原子都沒有孤電子對，三者鍵角大小與孤電子對無關。
2.易錯點梳理
例1.判斷HClO的空間結構
例2. 判斷N2O的空間結構
例3.判斷COCl2(光氣)的空間結構
例4.下列說法中正確的是(　　)
A．五碳糖分子(HOCH2—CHOH—CHOH—CHOH—CHO)及其與氫氣的加成產物分子中的手性碳原子數均為2個
B．雜化軌道可用于形成σ鍵或π鍵，也可用于容納未參與成鍵的孤電子對
C．[Co(NH3)4Cl2]＋的中心離子配位數為6
D．AB2是V形，其A一定為sp2雜化
【答案】C
【解析】D.AB2是V形，則一定含有2個σ鍵，如果A含有一個孤電子對，則A的價層電子對數是3，則A采取sp2雜化，如SO2的價層電子對個數＝2＋(6－2×2)/2＝3，該分子為V形結構，S采取sp2雜化，OF2分子是V形，分子中中心原子價層電子對個數＝2＋(6－2×1)/2＝4，含有2個孤電子對，所以其中心原子采用sp3雜化，故D錯誤。
例5. 預測I3-的幾何構型
【答案】直線形
【解析】價層電子對數=2+[（7+1）-2×1]÷2=5，2個成鍵電子對，3個孤電子對，可以得到a、b、c三種結構。依據夾角越大，斥力越小的原則，且孤電子對-孤電子對間斥力最大，經分析，結構a中不存在90°孤對電子-孤對電子排斥，而b、c均存在90°孤對電子-孤對電子的排斥作用，顯然排布a的靜力斥力最小，分子勢能最低，是較穩定的結構。因此I3-的幾何構型是直線形。
例6. 預測ICl4-的幾何構型
【答案】平面正方形
【解析】價層電子對數=4+[（7+1）-4×1]÷2=6，4個成鍵電子對，2個孤電子對，依據價層電子對盡可能遠離的原則，可以得到a、b、兩種結構。又因為孤電子對-孤電子對間斥力最大，經分析，若兩對孤電子位于水平方向四方平面鄰近的兩個角上，具有的排斥力遠遠大于它們位于四方平面的上下部，所以（b）是較為穩定的結構。
四．名師導學
1940年英國科學家西奇維克（Sidgwick）和美國科學家鮑威爾（Powell）提出了價層電子對互斥理論（valence-shell electron pair repulsion theory），簡稱VSEPR理論，20世紀60年代加拿大科學家吉萊斯皮（Gillespie）和尼霍姆（Nyholm）進一步發展了這一理論。該理論不需要原子軌道的概念，而且在解釋、判斷和預見多原子分子構型的準確性方面比較簡單和直觀.
微點撥1.價層電子對互斥模型是價層電子對的立體構型，而分子的立體構型指的是成鍵電子對的立體構型，不包括孤電子對。兩者是否一致取決于中心原子上有無孤電子對(未用于形成共價鍵的電子對)，當中心原子上無孤電子對時，兩者的構型一致；當中心原子上有孤電子對時，兩者的構型不一致。
微點撥2．價層電子對互斥理論能預測分子的立體構型，但不能解釋分子的成鍵情況，雜化軌道理論能解釋分子的成鍵情況，但不能預測分子的立體構型。兩者相結合，具有一定的互補性，可達到處理問題簡便、迅速、全面的效果。

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