第二章第二节 分子的空间结构 微专题3 分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论 学案（含答案）

微专题3　分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论
一、分子(或离子)空间结构的判断
判断分子(或离子)的空间结构时，要能够正确计算价层电子对数：一是运用计算式推导出价层电子对数；二是看σ键电子对数。如下表：
价层电子对数 杂化 类型 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型名称 分子空 间结构 实例
2 sp 2 0 直线形 直线形 BeCl2
3 sp2 3 0 平面三角形 平面三角形 BF3
2 1 V形 SnBr2
4 sp3 4 0 四面体形 正四面体形 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
1．下列分子或离子中，VSEPR模型与粒子的空间结构一致的是(　　)
A．SO2 B．HCHO
C．NCl3 D．H3O＋
2．下列说法正确的是(　　)
A．CH2Cl2分子的空间结构为正四面体形
B．H2O分子中氧原子的杂化轨道类型为sp2，分子的空间结构为V形
C．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp，分子的空间结构为直线形
D．SO的空间结构为平面三角形
3．下列分子中，中心原子杂化类型相同，分子的空间结构也相同的是(　　)
A．BeCl2、CO2 B．H2O、SO2
C．SO2、CH4 D．NF3、CH2O
4．下列说法正确的是(　　)
①CS2为V形分子　②ClO的空间结构为平面三角形　③SF6中有6个完全相同的成键电子对　④SiF4和SO的中心原子均采取sp3杂化
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
5．硼砂是含结晶水的四硼酸钠。以硼砂为原料，可以得到BF3、BN和硼酸等重要化合物，请根据下列信息回答有关问题：
(1)硼砂中阴离子Xm－(含B、O、H三种元素)的空间结构模型如图所示，则在Xm－中，2号硼原子的杂化类型为__________；m＝__________(填数字)。
(2)BN中B的化合价为__________，请解释原因：_________________________________。
(3)BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的空间结构为__________；NaBF4的电子式为________________。
二、键角的判断与比较
含有共价键的物质中相邻两键之间的夹角称为键角。键角是决定物质分子空间结构的主要因素之一。在高中阶段学习中，影响键角大小的因素主要有三：一是中心原子的杂化轨道类型；二是中心原子的孤电子对数；三是中心原子的电负性大小。
1．中心原子杂化轨道类型不同的粒子，键角大小为sp杂化＞sp2杂化＞sp3杂化，如键角：CH≡CH＞CH2==CH2＞CH4。
2．中心原子杂化方式相同的粒子，由于斥力：孤电子对与孤电子对之间＞孤电子对与成键电子对之间＞成键电子对与成键电子对之间，孤电子对数越多，对成键电子对的斥力越大，键角越小。如键角：CH4＞NH3＞H2O。
3．中心原子杂化方式相同且孤电子对数目也相同，利用中心原子的电负性大小比较键角大小。如H2O、H2S中，中心原子均为sp3杂化，分子空间结构均为V形，由于电负性：O＞S，吸引电子的能力：O＞S，且键长：O—H4．同一粒子中不同共价键的键角，由于斥力：双键间＞双键与单键间＞单键间，则键角大小不同。如甲醛中：，键角：α＞β。
6．在SO2分子中，分子的空间结构为V形，S原子采取sp2杂化，那么SO2的键角(　　)
A．等于120° B．大于120°
C．小于120° D．等于180°
7．下列分子或离子中键角由大到小排列正确的是(　　)
①BCl3　②NH3　③H2O　④PCl　⑤BeCl2
A．⑤④①②③ B．④①②⑤③
C．⑤①④②③ D．③②④①⑤
8．下列物质的分子中，键角最小的是(　　)
A．H2O B．BF3 C．H2S D．CH4
9．比较下列物质中键角的大小(填“＞”“＝”或“＜”)。
(1)CH4______P4。
(2)NH3______PH3______AsH3。
(3)PF3______PCl3。
(4)光气(COCl2)中∠Cl—C==O______∠Cl—C—Cl。
10．如图是甲醛分子的空间结构模型，根据该图和所学化学知识回答下列问题：
(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是________，作出该判断的主要理由是__________________
________________________________________________________________________。
(2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是__________(填序号)。
①单键　②双键　③σ键　④π键　⑤σ键和π键
(3)甲醛分子中C—H与C—H间的夹角______(填“＝”“>”或“<”)120°，出现该现象的主要原因是_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
微专题3　分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论
1．B
2．C　[CH4中4个共价键完全相同，为正四面体形，CH2Cl2分子的4个共价键不完全相同，所以分子的空间结构不是正四面体形，A错误；H2O分子中O原子的价层电子对数为2＋×(6－1×2)＝4，为sp3杂化，含有2个孤电子对，分子的空间结构为V形，B错误；CO2中C原子的价层电子对数为2＋×(4－2×2)＝2，为sp杂化，分子的空间结构为直线形，C正确；SO中S原子的价层电子对数为3＋×(6＋2－3×2)＝4，为sp3杂化，含1个孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，D错误。]
3．A　[根据价层电子对互斥模型可知，H2O中O原子的孤电子对数为＝2，σ键电子对数为2，采取sp3杂化，故H2O为V形结构，SO2中S原子的孤电子对数为＝1，σ键电子对数为2，采取sp2杂化，故SO2为V形结构，B项不符合题意；同样分析可知，BeCl2中Be原子采取sp杂化，BeCl2是直线形结构，CO2中C原子采取sp杂化，CO2是直线形结构，A项符合题意；SO2中S原子采取sp2杂化，SO2是V形结构，CH4中C原子采取sp3杂化，CH4是正四面体形结构，C项不符合题意；NF3中N原子采取sp3杂化，NF3是三角锥形结构，CH2O中C原子采取sp2杂化，CH2O是平面三角形结构，D项不符合题意。]
4．C　[①CS2和CO2分子的空间结构相同，为直线形分子，错误；②ClO中Cl的价层电子对数为3＋×(7＋1－2×3)＝4，含有1个孤电子对，则ClO的空间结构为三角锥形，错误；③SF6中含有6个S—F，每个S—F含有1个成键电子对，则SF6分子中有6个完全相同的成键电子对，正确；④SiF4中Si的价层电子对数为4＋×(4－1×4)＝4，SO中S的价层电子对数为3＋×(6＋2－2×3)＝4，则SiF4和SO的中心原子均采取sp3杂化，正确。]
5．(1)sp2　2
(2)＋3　N的电负性大于B的电负性
(3)正四面体形　
6．C　[由于SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上讲其键角应为120°，但是由于SO2分子中的S原子有一个孤电子对，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此分子中的键角要小于120°。]
7．C　[
微粒 中心原子上孤电子对数 中心原子上价层电子对数 VSEPR模型名称 杂化轨道类型 空间结构 键角
①BCl3 ×(3－3×1)＝0 3 平面三角形 sp2 平面三角形 120°
②NH3 ×(5－3×1)＝1 4 四面体形 sp3 三角锥形 107°
③H2O ×(6－2×1)＝2 4 四面体形 sp3 V形 105°
④PCl ×(5－1－4×1)＝0 4 正四面体形 sp3 正四面体形 109°28′
⑤BeCl2 ×(2－2×1)＝0 2 直线形 sp 直线形 180°
键角由大到小的顺序为⑤①④②③。]
8．C　[BF3分子中B原子采用sp2杂化，sp2杂化的理论键角为120°，B原子无孤电子对，所以BF3分子的键角为120°；CH4分子中C原子采用sp3杂化，sp3杂化的理论键角为109°28′，并且C原子无孤电子对，所以CH4的键角为109°28′；H2S和H2O分子中的S、O原子均采用sp3杂化，sp3杂化的理论键角为109°28′，由于两种分子中均存在两个孤电子对，孤电子对占据正四面体的两个顶角，且孤电子对斥力大于成键电子对的斥力，导致H2O分子的键角＜109°28′，但O原子半径小，所以H2O分子中成键电子对间的斥力大于H2S分子中成键电子对间的斥力，即H2O分子键角大于H2S分子键角；综上，分子键角最小的是H2S。]
9．(1)＞　(2)＞　＞　(3)＜　(4)＞
10．(1)sp2　甲醛分子的空间结构为平面三角形
(2)②⑤　(3)<　碳氧双键中存在π键，它对C—H的排斥作用较强
解析　(1)原子的杂化轨道类型不同，分子的空间结构也不同。由图可知，甲醛分子为平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。
(2)醛类分子中都含有C==O，所以甲醛分子中的碳氧键是双键。一般来说，双键是σ键和π键的组合。
(3)由于碳氧双键中存在π键，它对C—H的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H与C—H间的夹角小于120°。