2.2 分子的空间结构（解析版）
文档属性
| 名称 | 2.2 分子的空间结构（解析版） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-07-24 16:33:39 | ||
图片预览
文档简介
中小学教育资源及组卷应用平台
第二章 第二节 分子的空间结构
榆次一中 李金虎
【学习目标】
1．结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，并可运用相关理论和模型进行解释和预测；知道分子的结构可以通过波谱、晶体X射线衍射等技术进行测定。
2．初步认识价层电子对互斥模型，能用VSEPR模型预测简单分子或离子的立体结构。
3．能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型。
【素养目标】
1．通过学习价层电子对互斥模型、杂化轨道理论来判断简单分子或离子的构型，培养学生“证据推理和模型认知”的学科素养。
2．学习通过各种仪器、方法测定分子的结构，培养学生“科学精神和社会责任”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：分子结构的测定
1．红外光谱→吸收峰→分析
分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。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。通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子的立体结构。
2．质谱法→相对分子质量→分析
现代化学常利用质谱仪测定分子的结构。它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。由于生成的分子离子、碎片离子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场分析器得到分离，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结构。例如，图2—7的纵坐标是相对丰度(与粒子的浓度成正比)，横坐标是粒子的质量与电荷之比(m／e)，简称质荷比。化学家通过分析得知，m／e＝92的峰是甲苯分子的正离子(C6H5CH3＋)，m／e＝91的峰是丢失一个氢原子的的C6H5CH2＋ ，m／e＝65的峰是分子碎片……因此，化学家便可推测被测物是甲苯。
典例1．设H＋的质荷比为β，某有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关)，则该有机物可能是( )
A．甲醇(CH3OH) B．甲烷 C．丙烷 D．乙烯
【答案】B
【解析】从题图中可看出其右边最高峰质荷比为16，是H＋质荷比的16倍，即其相对分子质量为16，为甲烷。
典例2．某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，其核磁共振氢谱只有3组峰，则该有机物的结构简式是( )
A．CH3CH2OCH3 B．CH3CH(OH)CH3
C．CH3CH2CH2OH D．CH3CH2CHO
【答案】B
【解析】由该有机物的红外光谱图知分子中含有C-H键、O-H键、C-O键，D项中无O-H键、C-O键，B、C项含有三种化学键且相对分子质量都是60，但B项核磁共振氢谱有3组 峰，C项却有4组峰，故B项正确。
知识点二：多样的分子空间结构
单原子分子(稀有气体)、双原子分子不存在立体构型，多原子分子中，由于空间的位置关系，会有不同类型的立体异构。
1．三原子分子——直线形和V形
化学式 立体构型 结构式 键角 比例模型 球棍模型
CO2 直线形 ______
H2O V形 105°
2．四原子分子——平面三角形和三角锥形
化学式 立体构型 结构式 键角 比例模型 球棍模型
CH2O 平面三角形 120°
NH3 三角锥形 107°
3．五原子分子
化学式 立体构型 结构式 键角 比例模型 球棍模型
CH4 ________ 109°28'
4．其他多原子分子的立体构型
多原子分子的立体构型形形色色，异彩纷呈。如白磷(P4，正四面体)、PCl5(三角双锥)、SF6(正八面体)、P4O6、P4O10、C60(“足球”状分子，由平面正五边形和正六边形组成)、C6H12(环己烷)、C10H16(金刚烷)、S8、B12(硼单质)等的立体构型如图所示。
P4(正四面体) PCl5(三角双锥) SF6(正八面体)
P4O6 P4O10 C60
椅式C6H12 船式C6H12 C10H16
S8 B12
典例3．在白磷(P4)分子中，4个P原子分别处在正四面体的四个顶点，结合有关P原子的成键特点，下列有关白磷的说法正确的是( )
A．白磷分子的键角为109°28′ B．分子中共有4对共用电子对
C．白磷分子的键角为60° D．分子中有6对孤电子对
【答案】C
【解析】根据共价键的方向性和饱和性，每个磷原子都以3个共价键与其他3个磷原子结合形成共价键，从而形成正四面体结构，所以键角为60°。分子中有6个共价单键，4对孤电子对。
典例4．三氯化氮(NCl3)常温下是一种淡黄色液体，其分子结构呈三角锥形，以下关于NCl3说法中正确的是( )
A．分子中N—Cl键是非极性键
B．分子中不存在孤对电子
C．它的沸点比PCl3沸点低
D．因N—Cl键键能大，所以NCl3的沸点高
【答案】C
【解析】NCl3分子中中心原子N和氯原子间形成三个σ极性键，N原子的周围仍然存在一对孤对电子；共价化合物的熔沸点是由分子间作用力决定的，而分子间作用力的大小又由相对分子质量决定，所以NCl3的熔沸点较低。
知识点三：价层电子对互斥理论
1．价层电子对互斥理论及应用
(1)理论要点
①价层电子对在空间上彼此相距越远时，排斥力越小，体系的能量越低。
②孤电子对的排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。
如H2O的键角小于CH4的键角。
【点拨】价层电子对数与电子对空间结构的关系
2对——直线形，3对——平面三角形，4对——四面体形。
(2)价层电子对的计算
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多能接受的电子数。但对于离子，a为中心原子的价电子数加或减电荷数，如CO的a＝4＋2，NH的a＝5－1。
(3)实例
价层电子对数 成键数 孤电子对数 价层电子对空间结构 分子空间结构 实例
2 2 0 直线形 直线形 CO2
3 3 0 平面三角形 平面三角形 BF3
2 1 V形 SO2
4 4 0 四面体形 正四面体形 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
2．分子立体构型的确定
利用VSEPR理论预测分子立体构型的思路：σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数VSEPR模型分子的立体构型。其中正确地确定σ键数和a、x、b的值是计算价电子对数的关键，也是判断、预测VSEPR模型和立体构型的关键。一些常见的分子、离子的价层电子对数和立体构型如下表。
分子或离子 σ键电 子对数 中心原子上的孤电子对数 价层电 子对数 立体构型
a x b (a xb)
分 子 CO2 2 4 2 2 0 2 直线形
BeCl2 2 2 2 1 0 2 直线形
SO2 2 6 2 2 1 3 V形
SO3 3 6 3 2 0 3 平面三角形
NH3 3 5 3 1 1 4 三角锥形
H2O 2 6 2 1 2 4 V形
CH4(CCl4) 4 4 4 1 0 4 正四面体形
离 子 H3O+ 3 6 1=5 3 1 1 4 三角锥形
3 4+2=6 3 2 0 3 平面三角形
4 6+2=8 4 2 0 4 正四面体形
3 7+1=8 3 2 1 4 三角锥形
【点拨】运用价电子对互斥理论的注意事项
1．利用价层电子对互斥理论判断分子的立体构型时应注意：价层电子对互斥理论模型是电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。
2．二者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，二者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，二者的构型不一致。
典例5．下列说法中不正确的是( )
A．分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)之间存在相互排斥作用
B．分子中的价电子对之间趋向于彼此远离
C．分子在很多情况下并不是尽可能采取对称的空间构型
D．当价电子对数目分别是2、3、4时，价电子对分布的几何构型分别为直线形、平面三角形、正四面体形
【答案】C
【解析】分子在很多情况下是尽可能采用对称空间构型，以使体系能量最低。
典例6．用价层电子对互斥模型(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是( )
A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子
B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°
C．CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子
D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子
【答案】C
【解析】A．SO2是V形分子，CS2、HI是直线形的分子，错误；B.BF3键角为120°，是平面三角形结构；而Sn原子价电子数是4，在SnBr2中两个价电子与Br形成共价键，还有一个孤电子对，对成键电子对有排斥作用，使键角小于120°，错误；C.CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子，正确；D.PCl3、NH3都是三角锥形的分子，而PCl5是三角双锥形分子，错误。
知识点四：杂化轨道理论
1．杂化轨道理论概述
当原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。
2．杂化轨道三种类型
(1)sp3杂化
sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化而得。sp3杂化轨道间的夹角是109°28'，立体构型为正四面体形。如图1所示。
图1
如：CH4分子的形成过程：碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上，这个过程称为激发，但此时各个轨道的能量并不完全相同。于是1个2s轨道和3个2p轨道混杂起来，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道(其中每个杂化轨道中s成分占1/4，p成分占3/4)，如图2所示。
图2 CH4分子中碳原子的杂化
4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使4个杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的4个顶点，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道形成4个C—Hσ键，从而形成CH4分子。由于4个C—H键完全相同，所以形成的CH4分子为正四面体形，键角是109°28'，如图3所示。
图3
(2)sp2杂化
sp2杂化轨道是由1个s轨道和两个p轨道混杂而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120°，呈平面三角形(如图4所示)。
图4sp2杂化
如：BF3分子的形成过程：硼原子的电子排布式为1s22s22，硼原子的1个2s电子激发到1个空的2p轨道中，使硼原子的电子排布式为1s22s122。硼原子的2s轨道和两个2p轨道混杂成3个sp2杂化轨道，硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的各1个2p轨道重叠形成3个sp2 p σ键，由于3个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角为120°，所以BF3分子具有平面三角形结构(如图5所示)。
图5硼原子的杂化轨道和BF3分子的结构示意图
(3)sp杂化
sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道混杂而成的。sp杂化轨道间的夹角是180°，呈直线形(如图6所示)。
图6
如：气态BeCl2分子的形成过程：铍原子的电子排布式是1s22s2，Be的1个2s电子激发进入空的2p轨道，经过杂化形成两个sp杂化轨道，与氯原子中的3p轨道重叠形成两个sp p σ键。由于杂化轨道间的夹角为180°，所以形成的BeCl2分子的立体构型是直线形(如图7所示)。
图7铍原子的杂化轨道和BeCl2分子的结构示意图
3．杂化轨道类型与分子的立体构型的关系
(1)杂化轨道还能用于形成σ键和容纳孤电子对，当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道在空间彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子空间构型也发生变化。
(2)杂化轨道与分子立体构型的关系
杂化方式 等性杂化 不等性杂化
sp sp2 sp3 sp3
轨道间的夹角 180° 120° 109°28' —— ——
中心原子上的 孤电子对数 0 0 0 1 2
分子立体构型 直线形 平面三角形 正四面体形 三角锥形 V形
实例 BeCl2、HgCl2 BF3 CH4、SiCl4 NH3、PH3 H2O、H2S
4．杂化轨道类型的判断方法
(1)根据杂化轨道数判断
对于ABm型分子(或离子)(A为中心原子，B为配位原子)，中心原子的价层电子对数(用n表示)即为其杂化轨道数。可先确定分子或离子的VSEPR模型，然后就可以确定中心原子的杂化轨道类型。若n=4，则中心原子为sp3杂化；若n=3，则中心原子为sp2杂化；若n=2，则中心原子为sp杂化。如、的n均为4，所以氯原子均采用sp3杂化(但离子的空间构型不同，从价层电子对互斥模型来看，前者为三角锥形，后者为正四面体形)。
(2)根据杂化轨道间的夹角判断
不同的杂化方式，其杂化轨道之间的夹角不同，所以可根据杂化轨道间的夹角判断分子或离子的杂化类型。
①若杂化轨道之间的夹角为109°28'，则分子的中心原子采用sp3杂化；
②若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子采用sp2杂化；
③若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子采用sp杂化。
(3)取代法
以中学常见的、熟悉的物质分子为基础，用其他原子或原子团取代分子中的部分原子或原子团，得到的新分子的中心原子与原分子对应的中心原子的杂化类型相同。如：
①CH3CH=CH2分子中碳原子的杂化类型的判断，可看作乙烯基取代了甲烷分子中的一个氢原子，则甲基中碳原子为sp3杂化，也可看作甲基取代了乙烯分子中的一个氢原子，故两个不饱和碳原子均为sp2杂化；
②(CH3)3N可看作三个甲基取代了NH3分子中的三个氢原子而得，所以其分子中氮原子采用sp3杂化；
③H2O2可看作羟基取代了H2O分子中一个氢原子，H2O2中氧原子应为sp3杂化；
④B(OH)3可看作三个羟基取代了BF3中的氟原子，可知B(OH)3中硼原子为sp2杂化。
(4)根据共价键类型判断
从杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未杂化轨道形成π键，杂化轨道形成σ键。对于能够明确结构式的分子、离子，可直接用下式判断其中心原子的杂化轨道类型：
杂化轨道数n=中心原子的σ键数+中心原子的孤电子对数(多重键中只有一个σ键，其余均为π键)
①SiF4分子中硅原子轨道杂化类型分析，基态硅原子有4个价电子，与4个氟原子恰好形成4个键，无未成键电子，n=4，则SiF4分子中硅原子采用sp3杂化。
②基态碳原子有4个价电子，在HCHO分子中，碳原子与2个氢原子形成2个σ键，与氧原子形成C=O键，C=O键中有1个σ键、1个π键，碳原子无剩余价电子，n=3，则HCHO分子中碳原子采用sp2杂化。
(5)等电子原理的应用
等电子体具有相同的结构特征，一般来说等电子体的中心原子的杂化类型相同。对于结构模糊或复杂的分子、离子，可将其转化成熟悉的等电子体，然后进行判断。如NO2+、H2B=NH2分别与CO2、CH2=CH2互为等电子体，而CO2、CH2=CH2中心原子碳原子分别为sp、sp2杂化，则NO2+的中心原子氮原子为sp杂化，H2B=NH2的中心原子硼、氮原子均为sp2杂化。
典例7．有关苯分子中的化学键描述正确的是( )
A．每个碳原子的sp2杂化轨道中的其中一个形成大π键
B．每个碳原子的未参加杂化的3p轨道形成大π键
C．碳原子的三个sp2杂化轨道分别与其他两个碳原子和一个氢原子形成三个σ键
D．碳原子的未参加杂化的2p轨道与其他碳原子形成σ键
【答案】C
【解析】苯分子中每个碳原子中的三个sp2杂化轨道分别与两个碳原子和一个氢原子形成σ键。同时每个碳原子还有一个未参加杂化的2p轨道，它们均有一个未成对电子。这些2p轨道相互平行，以"肩并肩"的方式相互重叠，形成一个多电子的大π键。
典例8．氨气分子的空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为( )
A．两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为sp2型杂化，而CH4是sp3型杂化
B．NH3分子中N原子形成三个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道
C．NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强
D．氨气分子是极性分子，而甲烷是非极性分子
【答案】D
【解析】根据价层电子对互斥理论、杂化轨道理论可知，NH3、CH4都采用sp3杂化形式，二者的不同在于NH3杂化后的四个轨道中有3个成键，而有1个容纳孤对电子，CH4杂化后的四个轨道全部用于成键，这样会导致二者的空间构型有所不同。
核心价值与学科素养
典例9．在人类文明的历程中，许多物质发挥过重要作用，如铁、硝酸钾、青霉素、聚乙烯、二氧化硅、富勒烯、含铬物质等。
(1)Fe3＋在基态时，价电子排布式为 。
(2)KNO3中NO的空间结构为________，写出与NO互为等电子体的另一种阴离子的化学式：___________。
(3)6 氨基青霉烷酸的结构如图所示。结构中S原子的杂化方式是________；组成中C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是____________________。
(4)富勒烯(C60)的结构如图所示，该物质能与氯气反应形成C60Cl10分子，1 mol C60Cl10分子中含有碳碳单键的数目为________。
【答案】(1)3d5 (2)平面三角形 CO (3)sp3 N>O>C (4)65NA
【跟踪练习】 基础过关
1． 缺电子化合物是指电子数不符合路易斯结构(一个原子通过共享电子使其价层电子数达到8，H原子达到2所形成的稳定分子结构)要求的一类化合物。下列说法错误的是( )
A．NH3、BF3、BF中只有BF3是缺电子化合物
B．BF3、BF中心原子的杂化方式分别为sp2、sp3
C．BF3与NH3反应时有配位键生成
D．BF的键角小于NH3
【答案】D
【解析】NH3电子式为，符合路易斯结构，BF3电子式为，B原子价层电子数为6，不符合路易斯结构，BF电子式为，只有BF3是缺电子化合物，故A正确；BF3中心B原子价层电子对数为3＋×(3－1×3)＝3，为sp2杂化；BF中心B原子价层电子对数为4＋×(3＋1－4×1)＝4，为sp3杂化，故B正确；BF3与NH3反应时，NH3中N原子有孤电子对，BF3中B原子有空轨道，可生成配位键，故C正确；BF和NH3的中心原子均为sp3杂化，BF中心原子无孤电子对，NH3有一对孤电子对，根据价层电子对互斥理论，孤电子对对成键电子的斥力增大，键角减小，则BF的键角大于NH3，故D错误。
2． 据报道，大气中存在一种潜在的温室气体SF5—CF3，虽然其数量有限，但它是已知气体中吸热最高的气体。关于SF5—CF3的说法正确的是( )
A．分子中有σ键也有π键
B．所有原子在同一平面内
C．CF4与CH4都是正四面体结构
D．0.1molSF5—CF3分子中电子数为8mol
【答案】C
【解析】A项，分子中都是σ键，无π键，错误；B项，碳原子与其相连的四个原子形成四面体结构，不可能所有原子共平面；D项，一个分子中有94个电子，错误。
3． 膦(PH3)又称磷化氢，在常温下是一种无色、有大蒜臭味的有毒气体，电石气的杂质中常含有磷化氢。它的分子构型是三角锥形。则下列关于PH3的叙述正确的是( )
A．PH3分子中有未成键的孤电子对
B．PH3是空间对称结构
C．PH3是一种强氧化剂
D．PH3分子中的P—H键间夹角是90°
【答案】A
【解析】P最外层有5个价电子，只能形成三个共价键，有一对为孤对电子，A项对；PH3的结构与NH3相似，皆为三角锥形，电荷分布不均匀，为极性分子，B项错；PH3中的P是－3价，有强还原性，C项错；PH3的结构为三角锥形，P—H键间夹角略小于NH3中N—H键间夹角，故D项错。
4． 最新发现C3O2是金星大气的成分之一，化学性质与CO相似。C3O2分子中不含环状结构且每个原子均满足8电子稳定结构。下列叙述错误的是( )
A．元素的第一电离能：O>C
B．3p轨道上有1对成对电子的基态X原子与基态O原子的性质相似
C．C3O2中C原子的杂化方式为sp3
D．C3O2分子中σ键和π键的个数比为1∶1
【答案】C
【解析】同周期从左向右第一电离能增大，A正确；3p轨道上有1对成对电子的基态X原子为S原子，与O原子的性质相似，B正确；C3O2分子中不含环状结构且每个原子均满足8电子稳定结构，则分子的结构式为O===C===C===C===O，C的杂化方式为sp杂化，C错误；C3O2分子中有4个σ键和4个π键，D正确。
5． 第ⅤA族元素的原子R与A原子结合形成RA3气态分子，其立体结 构呈三角锥形。RCl5在气态和液态时，分子结构如右图所示，下列关于RCl5分子的说法中不正确的是( )
A．每个原子都达到8电子稳定结构
B．键角(Cl—R—Cl)有90°、120°、180°几种
C．RCl5受热后会分解生成分子立体结构呈三角锥形的RCl3
D．分子中5个R—Cl键键能不都相同
【答案】A
【解析】从RCl5的分子结构图可知键角正确；R—Cl有两类键长可知键能不完全相同；RCl5＋Cl2↑。
能力达成
6． 试回答下列问题：
(1)指出下列分子或离子的空间构型：PO43-___________；CS2____________。
(2)有两种活性反应中间体微粒，它们的微粒中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据如图所示的两种微粒的球棍模型，写出相应的化学式：A____________；B____________。
A B
(3)按要求写出由第2周期非金属主族元素原子构成的分子的化学式：
平面三角形分子__________，三角锥形分子__________，正四面体形分子__________。
(4)下列微粒中键角由大到小的顺序为____________(填序号)。
①HCN ②SiF4 ③SCl2 ④CO32- ⑤H3O+
【答案】(1)正四面体形 直线形 (2)CH3+ CH3-
(3)BF3 NF3 CF4 (4)①④②⑤③
【解析】(1)PO43-中无孤电子对，空间构型为正四面体形；CS2分子的空间构型与CO2一样，为直线形。
(2)含有1个碳原子和3个氢原子且为平面结构的微粒应该是CH3+，无孤电子对。含有1个碳原子和3个氢原子且为三角锥形结构的微粒应该是CH3-，有一个孤电子对。
(3)第2周期的五种非金属主族元素原子B、C、N、O、F构成的分子中，平面三角形分子为BF3，三角锥形分子为NF3，正四面体形分子为CF4。
7． 如图所示是甲醛分子的模型。根据该图和所学化学键知识回答下列问题：
(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是_____，做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键与C—H键间的夹角________(填“＝”“>”或“<”)120°，出现该现象的主要原因是 。
【答案】(1)sp2杂化 甲醛分子的立体结构为平面三角形
(2)②⑤ (3)< 碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强
【解析】(1)原子中的杂化轨道类型不同，分子的空间构型也不同。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)醛类分子中都含有羰基(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键的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角小于120°。
8． (1)AsCl3分子的空间结构为___________，其中As的杂化轨道类型为________。
(2)乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________。
(3)在硅酸盐中，SiO四面体[如图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化轨道类型为________，Si与O的原子数之比为______，化学式为______。
(4)①HCN为直线形分子，键角为180°；②SiF4为正四面体形结构，键角为109°28′；③SCl2为V形结构，键角接近104.5°；④CO32-为平面三角形结构，键角为120°；⑤H3O+为三角锥形结构，键角接近107.3°。所以键角由大到小的顺序为①④②⑤③。
【答案】 (1)三角锥形 sp3 (2)sp3、sp2 (3)sp3 1∶3 [SiO3](或SiO)
【解析】(1)AsCl3的中心原子(As原子)的价层电子对数为3＋×(5－1×3)＝4，所以是sp3杂化，AsCl3分子的空间结构为三角锥形。(3)依据图(a)可知，SiO的空间结构类似于甲烷分子，为正四面体形，硅原子的杂化轨道类型和甲烷分子中碳原子的杂化轨道类型相同，为sp3；图(b)是一种无限长单链结构的多硅酸根，每个结构单元中两个氧原子被两个结构单元顶角共用，所以每个结构单元含有1个Si原子、3个O原子，Si原子和O原子数之比为1∶3，化学式可表示为[SiO3]或SiO。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
第二章 第二节 分子的空间结构
榆次一中 李金虎
【学习目标】
1．结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，并可运用相关理论和模型进行解释和预测；知道分子的结构可以通过波谱、晶体X射线衍射等技术进行测定。
2．初步认识价层电子对互斥模型，能用VSEPR模型预测简单分子或离子的立体结构。
3．能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型。
【素养目标】
1．通过学习价层电子对互斥模型、杂化轨道理论来判断简单分子或离子的构型，培养学生“证据推理和模型认知”的学科素养。
2．学习通过各种仪器、方法测定分子的结构，培养学生“科学精神和社会责任”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：分子结构的测定
1．红外光谱→吸收峰→分析
分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。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。通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子的立体结构。
2．质谱法→相对分子质量→分析
现代化学常利用质谱仪测定分子的结构。它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。由于生成的分子离子、碎片离子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场分析器得到分离，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结构。例如，图2—7的纵坐标是相对丰度(与粒子的浓度成正比)，横坐标是粒子的质量与电荷之比(m／e)，简称质荷比。化学家通过分析得知，m／e＝92的峰是甲苯分子的正离子(C6H5CH3＋)，m／e＝91的峰是丢失一个氢原子的的C6H5CH2＋ ，m／e＝65的峰是分子碎片……因此，化学家便可推测被测物是甲苯。
典例1．设H＋的质荷比为β，某有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关)，则该有机物可能是( )
A．甲醇(CH3OH) B．甲烷 C．丙烷 D．乙烯
【答案】B
【解析】从题图中可看出其右边最高峰质荷比为16，是H＋质荷比的16倍，即其相对分子质量为16，为甲烷。
典例2．某化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图有C—H键、O—H键、C—O键的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，其核磁共振氢谱只有3组峰，则该有机物的结构简式是( )
A．CH3CH2OCH3 B．CH3CH(OH)CH3
C．CH3CH2CH2OH D．CH3CH2CHO
【答案】B
【解析】由该有机物的红外光谱图知分子中含有C-H键、O-H键、C-O键，D项中无O-H键、C-O键，B、C项含有三种化学键且相对分子质量都是60，但B项核磁共振氢谱有3组 峰，C项却有4组峰，故B项正确。
知识点二：多样的分子空间结构
单原子分子(稀有气体)、双原子分子不存在立体构型，多原子分子中，由于空间的位置关系，会有不同类型的立体异构。
1．三原子分子——直线形和V形
化学式 立体构型 结构式 键角 比例模型 球棍模型
CO2 直线形 ______
H2O V形 105°
2．四原子分子——平面三角形和三角锥形
化学式 立体构型 结构式 键角 比例模型 球棍模型
CH2O 平面三角形 120°
NH3 三角锥形 107°
3．五原子分子
化学式 立体构型 结构式 键角 比例模型 球棍模型
CH4 ________ 109°28'
4．其他多原子分子的立体构型
多原子分子的立体构型形形色色，异彩纷呈。如白磷(P4，正四面体)、PCl5(三角双锥)、SF6(正八面体)、P4O6、P4O10、C60(“足球”状分子，由平面正五边形和正六边形组成)、C6H12(环己烷)、C10H16(金刚烷)、S8、B12(硼单质)等的立体构型如图所示。
P4(正四面体) PCl5(三角双锥) SF6(正八面体)
P4O6 P4O10 C60
椅式C6H12 船式C6H12 C10H16
S8 B12
典例3．在白磷(P4)分子中，4个P原子分别处在正四面体的四个顶点，结合有关P原子的成键特点，下列有关白磷的说法正确的是( )
A．白磷分子的键角为109°28′ B．分子中共有4对共用电子对
C．白磷分子的键角为60° D．分子中有6对孤电子对
【答案】C
【解析】根据共价键的方向性和饱和性，每个磷原子都以3个共价键与其他3个磷原子结合形成共价键，从而形成正四面体结构，所以键角为60°。分子中有6个共价单键，4对孤电子对。
典例4．三氯化氮(NCl3)常温下是一种淡黄色液体，其分子结构呈三角锥形，以下关于NCl3说法中正确的是( )
A．分子中N—Cl键是非极性键
B．分子中不存在孤对电子
C．它的沸点比PCl3沸点低
D．因N—Cl键键能大，所以NCl3的沸点高
【答案】C
【解析】NCl3分子中中心原子N和氯原子间形成三个σ极性键，N原子的周围仍然存在一对孤对电子；共价化合物的熔沸点是由分子间作用力决定的，而分子间作用力的大小又由相对分子质量决定，所以NCl3的熔沸点较低。
知识点三：价层电子对互斥理论
1．价层电子对互斥理论及应用
(1)理论要点
①价层电子对在空间上彼此相距越远时，排斥力越小，体系的能量越低。
②孤电子对的排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。
如H2O的键角小于CH4的键角。
【点拨】价层电子对数与电子对空间结构的关系
2对——直线形，3对——平面三角形，4对——四面体形。
(2)价层电子对的计算
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多能接受的电子数。但对于离子，a为中心原子的价电子数加或减电荷数，如CO的a＝4＋2，NH的a＝5－1。
(3)实例
价层电子对数 成键数 孤电子对数 价层电子对空间结构 分子空间结构 实例
2 2 0 直线形 直线形 CO2
3 3 0 平面三角形 平面三角形 BF3
2 1 V形 SO2
4 4 0 四面体形 正四面体形 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
2．分子立体构型的确定
利用VSEPR理论预测分子立体构型的思路：σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数VSEPR模型分子的立体构型。其中正确地确定σ键数和a、x、b的值是计算价电子对数的关键，也是判断、预测VSEPR模型和立体构型的关键。一些常见的分子、离子的价层电子对数和立体构型如下表。
分子或离子 σ键电 子对数 中心原子上的孤电子对数 价层电 子对数 立体构型
a x b (a xb)
分 子 CO2 2 4 2 2 0 2 直线形
BeCl2 2 2 2 1 0 2 直线形
SO2 2 6 2 2 1 3 V形
SO3 3 6 3 2 0 3 平面三角形
NH3 3 5 3 1 1 4 三角锥形
H2O 2 6 2 1 2 4 V形
CH4(CCl4) 4 4 4 1 0 4 正四面体形
离 子 H3O+ 3 6 1=5 3 1 1 4 三角锥形
3 4+2=6 3 2 0 3 平面三角形
4 6+2=8 4 2 0 4 正四面体形
3 7+1=8 3 2 1 4 三角锥形
【点拨】运用价电子对互斥理论的注意事项
1．利用价层电子对互斥理论判断分子的立体构型时应注意：价层电子对互斥理论模型是电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。
2．二者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，二者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，二者的构型不一致。
典例5．下列说法中不正确的是( )
A．分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)之间存在相互排斥作用
B．分子中的价电子对之间趋向于彼此远离
C．分子在很多情况下并不是尽可能采取对称的空间构型
D．当价电子对数目分别是2、3、4时，价电子对分布的几何构型分别为直线形、平面三角形、正四面体形
【答案】C
【解析】分子在很多情况下是尽可能采用对称空间构型，以使体系能量最低。
典例6．用价层电子对互斥模型(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是( )
A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子
B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°
C．CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子
D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子
【答案】C
【解析】A．SO2是V形分子，CS2、HI是直线形的分子，错误；B.BF3键角为120°，是平面三角形结构；而Sn原子价电子数是4，在SnBr2中两个价电子与Br形成共价键，还有一个孤电子对，对成键电子对有排斥作用，使键角小于120°，错误；C.CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子，正确；D.PCl3、NH3都是三角锥形的分子，而PCl5是三角双锥形分子，错误。
知识点四：杂化轨道理论
1．杂化轨道理论概述
当原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。
2．杂化轨道三种类型
(1)sp3杂化
sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化而得。sp3杂化轨道间的夹角是109°28'，立体构型为正四面体形。如图1所示。
图1
如：CH4分子的形成过程：碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上，这个过程称为激发，但此时各个轨道的能量并不完全相同。于是1个2s轨道和3个2p轨道混杂起来，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道(其中每个杂化轨道中s成分占1/4，p成分占3/4)，如图2所示。
图2 CH4分子中碳原子的杂化
4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使4个杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的4个顶点，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道形成4个C—Hσ键，从而形成CH4分子。由于4个C—H键完全相同，所以形成的CH4分子为正四面体形，键角是109°28'，如图3所示。
图3
(2)sp2杂化
sp2杂化轨道是由1个s轨道和两个p轨道混杂而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120°，呈平面三角形(如图4所示)。
图4sp2杂化
如：BF3分子的形成过程：硼原子的电子排布式为1s22s22，硼原子的1个2s电子激发到1个空的2p轨道中，使硼原子的电子排布式为1s22s122。硼原子的2s轨道和两个2p轨道混杂成3个sp2杂化轨道，硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的各1个2p轨道重叠形成3个sp2 p σ键，由于3个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角为120°，所以BF3分子具有平面三角形结构(如图5所示)。
图5硼原子的杂化轨道和BF3分子的结构示意图
(3)sp杂化
sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道混杂而成的。sp杂化轨道间的夹角是180°，呈直线形(如图6所示)。
图6
如：气态BeCl2分子的形成过程：铍原子的电子排布式是1s22s2，Be的1个2s电子激发进入空的2p轨道，经过杂化形成两个sp杂化轨道，与氯原子中的3p轨道重叠形成两个sp p σ键。由于杂化轨道间的夹角为180°，所以形成的BeCl2分子的立体构型是直线形(如图7所示)。
图7铍原子的杂化轨道和BeCl2分子的结构示意图
3．杂化轨道类型与分子的立体构型的关系
(1)杂化轨道还能用于形成σ键和容纳孤电子对，当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道在空间彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子空间构型也发生变化。
(2)杂化轨道与分子立体构型的关系
杂化方式 等性杂化 不等性杂化
sp sp2 sp3 sp3
轨道间的夹角 180° 120° 109°28' —— ——
中心原子上的 孤电子对数 0 0 0 1 2
分子立体构型 直线形 平面三角形 正四面体形 三角锥形 V形
实例 BeCl2、HgCl2 BF3 CH4、SiCl4 NH3、PH3 H2O、H2S
4．杂化轨道类型的判断方法
(1)根据杂化轨道数判断
对于ABm型分子(或离子)(A为中心原子，B为配位原子)，中心原子的价层电子对数(用n表示)即为其杂化轨道数。可先确定分子或离子的VSEPR模型，然后就可以确定中心原子的杂化轨道类型。若n=4，则中心原子为sp3杂化；若n=3，则中心原子为sp2杂化；若n=2，则中心原子为sp杂化。如、的n均为4，所以氯原子均采用sp3杂化(但离子的空间构型不同，从价层电子对互斥模型来看，前者为三角锥形，后者为正四面体形)。
(2)根据杂化轨道间的夹角判断
不同的杂化方式，其杂化轨道之间的夹角不同，所以可根据杂化轨道间的夹角判断分子或离子的杂化类型。
①若杂化轨道之间的夹角为109°28'，则分子的中心原子采用sp3杂化；
②若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子采用sp2杂化；
③若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子采用sp杂化。
(3)取代法
以中学常见的、熟悉的物质分子为基础，用其他原子或原子团取代分子中的部分原子或原子团，得到的新分子的中心原子与原分子对应的中心原子的杂化类型相同。如：
①CH3CH=CH2分子中碳原子的杂化类型的判断，可看作乙烯基取代了甲烷分子中的一个氢原子，则甲基中碳原子为sp3杂化，也可看作甲基取代了乙烯分子中的一个氢原子，故两个不饱和碳原子均为sp2杂化；
②(CH3)3N可看作三个甲基取代了NH3分子中的三个氢原子而得，所以其分子中氮原子采用sp3杂化；
③H2O2可看作羟基取代了H2O分子中一个氢原子，H2O2中氧原子应为sp3杂化；
④B(OH)3可看作三个羟基取代了BF3中的氟原子，可知B(OH)3中硼原子为sp2杂化。
(4)根据共价键类型判断
从杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未杂化轨道形成π键，杂化轨道形成σ键。对于能够明确结构式的分子、离子，可直接用下式判断其中心原子的杂化轨道类型：
杂化轨道数n=中心原子的σ键数+中心原子的孤电子对数(多重键中只有一个σ键，其余均为π键)
①SiF4分子中硅原子轨道杂化类型分析，基态硅原子有4个价电子，与4个氟原子恰好形成4个键，无未成键电子，n=4，则SiF4分子中硅原子采用sp3杂化。
②基态碳原子有4个价电子，在HCHO分子中，碳原子与2个氢原子形成2个σ键，与氧原子形成C=O键，C=O键中有1个σ键、1个π键，碳原子无剩余价电子，n=3，则HCHO分子中碳原子采用sp2杂化。
(5)等电子原理的应用
等电子体具有相同的结构特征，一般来说等电子体的中心原子的杂化类型相同。对于结构模糊或复杂的分子、离子，可将其转化成熟悉的等电子体，然后进行判断。如NO2+、H2B=NH2分别与CO2、CH2=CH2互为等电子体，而CO2、CH2=CH2中心原子碳原子分别为sp、sp2杂化，则NO2+的中心原子氮原子为sp杂化，H2B=NH2的中心原子硼、氮原子均为sp2杂化。
典例7．有关苯分子中的化学键描述正确的是( )
A．每个碳原子的sp2杂化轨道中的其中一个形成大π键
B．每个碳原子的未参加杂化的3p轨道形成大π键
C．碳原子的三个sp2杂化轨道分别与其他两个碳原子和一个氢原子形成三个σ键
D．碳原子的未参加杂化的2p轨道与其他碳原子形成σ键
【答案】C
【解析】苯分子中每个碳原子中的三个sp2杂化轨道分别与两个碳原子和一个氢原子形成σ键。同时每个碳原子还有一个未参加杂化的2p轨道，它们均有一个未成对电子。这些2p轨道相互平行，以"肩并肩"的方式相互重叠，形成一个多电子的大π键。
典例8．氨气分子的空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为( )
A．两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为sp2型杂化，而CH4是sp3型杂化
B．NH3分子中N原子形成三个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道
C．NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强
D．氨气分子是极性分子，而甲烷是非极性分子
【答案】D
【解析】根据价层电子对互斥理论、杂化轨道理论可知，NH3、CH4都采用sp3杂化形式，二者的不同在于NH3杂化后的四个轨道中有3个成键，而有1个容纳孤对电子，CH4杂化后的四个轨道全部用于成键，这样会导致二者的空间构型有所不同。
核心价值与学科素养
典例9．在人类文明的历程中，许多物质发挥过重要作用，如铁、硝酸钾、青霉素、聚乙烯、二氧化硅、富勒烯、含铬物质等。
(1)Fe3＋在基态时，价电子排布式为 。
(2)KNO3中NO的空间结构为________，写出与NO互为等电子体的另一种阴离子的化学式：___________。
(3)6 氨基青霉烷酸的结构如图所示。结构中S原子的杂化方式是________；组成中C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是____________________。
(4)富勒烯(C60)的结构如图所示，该物质能与氯气反应形成C60Cl10分子，1 mol C60Cl10分子中含有碳碳单键的数目为________。
【答案】(1)3d5 (2)平面三角形 CO (3)sp3 N>O>C (4)65NA
【跟踪练习】 基础过关
1． 缺电子化合物是指电子数不符合路易斯结构(一个原子通过共享电子使其价层电子数达到8，H原子达到2所形成的稳定分子结构)要求的一类化合物。下列说法错误的是( )
A．NH3、BF3、BF中只有BF3是缺电子化合物
B．BF3、BF中心原子的杂化方式分别为sp2、sp3
C．BF3与NH3反应时有配位键生成
D．BF的键角小于NH3
【答案】D
【解析】NH3电子式为，符合路易斯结构，BF3电子式为，B原子价层电子数为6，不符合路易斯结构，BF电子式为，只有BF3是缺电子化合物，故A正确；BF3中心B原子价层电子对数为3＋×(3－1×3)＝3，为sp2杂化；BF中心B原子价层电子对数为4＋×(3＋1－4×1)＝4，为sp3杂化，故B正确；BF3与NH3反应时，NH3中N原子有孤电子对，BF3中B原子有空轨道，可生成配位键，故C正确；BF和NH3的中心原子均为sp3杂化，BF中心原子无孤电子对，NH3有一对孤电子对，根据价层电子对互斥理论，孤电子对对成键电子的斥力增大，键角减小，则BF的键角大于NH3，故D错误。
2． 据报道，大气中存在一种潜在的温室气体SF5—CF3，虽然其数量有限，但它是已知气体中吸热最高的气体。关于SF5—CF3的说法正确的是( )
A．分子中有σ键也有π键
B．所有原子在同一平面内
C．CF4与CH4都是正四面体结构
D．0.1molSF5—CF3分子中电子数为8mol
【答案】C
【解析】A项，分子中都是σ键，无π键，错误；B项，碳原子与其相连的四个原子形成四面体结构，不可能所有原子共平面；D项，一个分子中有94个电子，错误。
3． 膦(PH3)又称磷化氢，在常温下是一种无色、有大蒜臭味的有毒气体，电石气的杂质中常含有磷化氢。它的分子构型是三角锥形。则下列关于PH3的叙述正确的是( )
A．PH3分子中有未成键的孤电子对
B．PH3是空间对称结构
C．PH3是一种强氧化剂
D．PH3分子中的P—H键间夹角是90°
【答案】A
【解析】P最外层有5个价电子，只能形成三个共价键，有一对为孤对电子，A项对；PH3的结构与NH3相似，皆为三角锥形，电荷分布不均匀，为极性分子，B项错；PH3中的P是－3价，有强还原性，C项错；PH3的结构为三角锥形，P—H键间夹角略小于NH3中N—H键间夹角，故D项错。
4． 最新发现C3O2是金星大气的成分之一，化学性质与CO相似。C3O2分子中不含环状结构且每个原子均满足8电子稳定结构。下列叙述错误的是( )
A．元素的第一电离能：O>C
B．3p轨道上有1对成对电子的基态X原子与基态O原子的性质相似
C．C3O2中C原子的杂化方式为sp3
D．C3O2分子中σ键和π键的个数比为1∶1
【答案】C
【解析】同周期从左向右第一电离能增大，A正确；3p轨道上有1对成对电子的基态X原子为S原子，与O原子的性质相似，B正确；C3O2分子中不含环状结构且每个原子均满足8电子稳定结构，则分子的结构式为O===C===C===C===O，C的杂化方式为sp杂化，C错误；C3O2分子中有4个σ键和4个π键，D正确。
5． 第ⅤA族元素的原子R与A原子结合形成RA3气态分子，其立体结 构呈三角锥形。RCl5在气态和液态时，分子结构如右图所示，下列关于RCl5分子的说法中不正确的是( )
A．每个原子都达到8电子稳定结构
B．键角(Cl—R—Cl)有90°、120°、180°几种
C．RCl5受热后会分解生成分子立体结构呈三角锥形的RCl3
D．分子中5个R—Cl键键能不都相同
【答案】A
【解析】从RCl5的分子结构图可知键角正确；R—Cl有两类键长可知键能不完全相同；RCl5＋Cl2↑。
能力达成
6． 试回答下列问题：
(1)指出下列分子或离子的空间构型：PO43-___________；CS2____________。
(2)有两种活性反应中间体微粒，它们的微粒中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据如图所示的两种微粒的球棍模型，写出相应的化学式：A____________；B____________。
A B
(3)按要求写出由第2周期非金属主族元素原子构成的分子的化学式：
平面三角形分子__________，三角锥形分子__________，正四面体形分子__________。
(4)下列微粒中键角由大到小的顺序为____________(填序号)。
①HCN ②SiF4 ③SCl2 ④CO32- ⑤H3O+
【答案】(1)正四面体形 直线形 (2)CH3+ CH3-
(3)BF3 NF3 CF4 (4)①④②⑤③
【解析】(1)PO43-中无孤电子对，空间构型为正四面体形；CS2分子的空间构型与CO2一样，为直线形。
(2)含有1个碳原子和3个氢原子且为平面结构的微粒应该是CH3+，无孤电子对。含有1个碳原子和3个氢原子且为三角锥形结构的微粒应该是CH3-，有一个孤电子对。
(3)第2周期的五种非金属主族元素原子B、C、N、O、F构成的分子中，平面三角形分子为BF3，三角锥形分子为NF3，正四面体形分子为CF4。
7． 如图所示是甲醛分子的模型。根据该图和所学化学键知识回答下列问题：
(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是_____，做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键与C—H键间的夹角________(填“＝”“>”或“<”)120°，出现该现象的主要原因是 。
【答案】(1)sp2杂化 甲醛分子的立体结构为平面三角形
(2)②⑤ (3)< 碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强
【解析】(1)原子中的杂化轨道类型不同，分子的空间构型也不同。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)醛类分子中都含有羰基(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键的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角小于120°。
8． (1)AsCl3分子的空间结构为___________，其中As的杂化轨道类型为________。
(2)乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________。
(3)在硅酸盐中，SiO四面体[如图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化轨道类型为________，Si与O的原子数之比为______，化学式为______。
(4)①HCN为直线形分子，键角为180°；②SiF4为正四面体形结构，键角为109°28′；③SCl2为V形结构，键角接近104.5°；④CO32-为平面三角形结构，键角为120°；⑤H3O+为三角锥形结构，键角接近107.3°。所以键角由大到小的顺序为①④②⑤③。
【答案】 (1)三角锥形 sp3 (2)sp3、sp2 (3)sp3 1∶3 [SiO3](或SiO)
【解析】(1)AsCl3的中心原子(As原子)的价层电子对数为3＋×(5－1×3)＝4，所以是sp3杂化，AsCl3分子的空间结构为三角锥形。(3)依据图(a)可知，SiO的空间结构类似于甲烷分子，为正四面体形，硅原子的杂化轨道类型和甲烷分子中碳原子的杂化轨道类型相同，为sp3；图(b)是一种无限长单链结构的多硅酸根，每个结构单元中两个氧原子被两个结构单元顶角共用，所以每个结构单元含有1个Si原子、3个O原子，Si原子和O原子数之比为1∶3，化学式可表示为[SiO3]或SiO。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)