《2025年同步练习册人民教育出版社高中化学选择性必修第二册人教版》

4. 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AXₙEₘ的VSEPR模型填写下表：

(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________，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都属于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分子的空间结构：____。SO₂Cl₂分子中∠Cl—S—Cl____(填“＜”“＞”或“=”)SO₂F₂分子中∠F—S—F。

答案： 解析
(2)$CO_2$中$C$的价层电子对数为$2+\frac{1}{2}×(4 - 2×2)=2$，由VSEPR模型知，两对价层电子对应尽量远离，故为直线形结构，即$CO_2$分子为直线形分子。
(3)$H_2O$分子中中心$O$原子的价层电子对数为$2+\frac{1}{2}×(6 - 2×1)=4$，4对价层电子对分占不同的位置且同样要尽量远离，故它的VSEPR模型为四面体形(含两对孤电子对)，故$H_2O$的空间结构为V形。
(4)中心原子$S$原子的价层电子对数为$4+\frac{1}{2}×(6 - 2×2 - 2×1)=4$，4对价层电子对应尽量远离，故分子的空间结构为四面体形，由于周围原子的半径不同，故它们的空间结构为变形的四面体；由于$Cl$原子的得电子能力比$F$原子的得电子能力弱，$S—Cl$形成的共用电子对之间的斥力越强，故$Cl—S—Cl$的键角大于$F—S—F$的键角。
答案
(1)①4 ②直线形 ③$180^{\circ}$
(2)$CO_2$中$C$周围的价层电子对数为2，由VSEPR模型知，两个成键电子对应尽量远离，故为直线形结构
(3)V形 $\angle H—O—H$的大小应略小于$109^{\circ}28'$，因为$H_2O$分子中中心$O$原子的价层电子对数为4，4对价层电子对分占不同的位置，它们同样要尽量远离，且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，故它的VSEPR模型为四面体形，但是由于两个未成键电子对的排斥作用，导致$\angle H—O—H$略小于$109^{\circ}28'$
(4)变形的四面体结构 ＞