(共36张PPT)
1.红外光谱仪工作原理
分子中的原子不是固定不动的,而是不断地振动着的(分子的空间结构是分子中的原子
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。通过和已有谱图库比对,或通过量子化学
计算,可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的。
2.作用:可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。
必备知识 清单破
知识点 1 人分子结构的测定——红外光谱法
第二节 分子的空间结构
知识拓展 现代化学常利用质谱仪测定分子的相对分子质量。在质谱图中质荷比最大的数
据代表所测物质的相对分子质量。
1.三原子分子的空间结构有直线形和V形(又称角形)两种。如:
知识点 2 多样的分子空间结构
化学式 键角 分子的空间 结构模型 空间结
构名称
CO2 180° 直线形
H2O 105° V形
2.四原子分子大多数采取平面三角形和三角锥形两种空间结构。如:
化学式 键角 分子的空间 结构模型 空间结
构名称
CH2O 约 120° 平面
三角形
NH3 107° 三角
锥形
3.五原子分子的形状更多,最常见的是四面体形。如:
化学式 键角 分子的空间 结构模型 空间结
构名称
CH4 109°28' 正四面
体形
1.价层电子对互斥模型
对于ABn型的分子,分子的空间结构是中心原子A周围的“价层电子对”相互排斥的结果。
2.价层电子对数的计算(详见定点1)
3.VSEPR模型与分子或离子的空间结构
σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数=中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型
分子或离子的空间结构。根据价层电子对互斥模型对几种分子或离子的空间
结构的推测如下:
知识点 3 价层电子对互斥模型
分子或 离子 中心原子上的孤
电子对数 中心原子上的价
层电子对数 VSEPR 模型名称 分子或离子的空
间结构名称
CO2 0 2 直线形 直线形
SO2 1 3 平面三角形 V形
C 0 3 平面三角形 平面三角形
CH4 0 4 正四面体形 正四面体形
归纳总结 常见价层电子对的空间结构
1.杂化轨道的含义
在外界条件影响下,原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫
做原子轨道的杂化。重新组合后形成的一组新的原子轨道,叫做杂化原子轨道,简称杂化轨道。
2.杂化的条件
(1)只有在形成化学键时才能杂化;
(2)只有能量相近的原子轨道间才能杂化。
3.杂化轨道理论要点
(1)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),且杂化轨道
的能量相同。
(2)杂化改变了原子轨道的形状、方向,杂化使原子的成键能力增强。
(3)杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对。
知识点 4 杂化轨道理论简介
归纳总结 对杂化过程的理解
4.杂化轨道的类型与分子或离子空间结构的关系
杂化后原子轨道在空间取最大夹角分布,能使相互间排斥力最小。
(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时,分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同,见下表:
中心原子的杂 化轨道类型 sp sp2 sp3
轨道组成 一个ns和一个np 一个ns和两个np 一个ns和三个np
轨道夹角 180° 120° 109°28'
杂化轨道示意图
实例 BeCl2 BF3 CH4
分子结构示意图
分子的空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形
(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时,孤电子对对成键电子对的排斥作用,会使分子
或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。
中心原子 的杂化轨 道类型 中心原子 上的孤电 子对数 空间结构 实例
sp2 1 V形 SO2
sp3 1 三角锥形 NH3、PCl3、NF3
2 V形 H2S、N
知识拓展
sp3d杂化:三角双锥形,如PCl5。
sp3d2杂化:八面体(等性杂化为正八面体)形,如SF6。
sp杂化和sp2杂化这两种形式中,原子还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,而杂化轨道用
于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
1.科学家研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3,其结构为 。已知该分子
中N—N—N键角都是108.1°,四个氮原子围成的空间是正四面体形,这种说法正确吗
由于N—N—N键角都是108.1°,所以四个氮原子围成的空间不是正四面体形,而是
三角锥形。
2.CH4中C—H间的键角为109°28',NH3中N—H间的键角为107°,H2O中O—H间的键角为105°,
说明孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力,这种说法正确
吗
孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对间的斥力。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
( )
( )
√
3.NF3的VSEPR模型和分子空间结构相同,这种说法正确吗
NF3的中心原子价层电子对数为4,VSEPR模型为四面体形,孤电子对数为1,分子空
间结构为三角锥形。
4.中心原子的价层电子都用于形成共价键的分子,其空间结构与VSEPR模型相同,这种说法
正确吗
中心原子的价层电子都用于形成共价键的分子,其空间结构与VSEPR模型相同,如CH4。
5.CH4、NH3、H2O的中心原子的杂化轨道类型都为sp3,键角依次减小,这种说法正确吗
CH4、NH3、H2O的中心原子都采取sp3杂化,中心原子上的孤电子对数依次为0、1、
2。由于孤电子对对成键电子对的排斥作用较大,使键角变小,孤电子对数越多排斥作用越大,
键角越小。
提示
提示
提示
( )
( )
√
( )
6.分子的空间结构与化学式有必然联系,这种说法正确吗
AB2(或A2B)型分子可能是直线形分子,也可能是V形分子;AB3(或A3B)型分子可能
是平面三角形分子,也可能是三角锥形分子。
提示
( )
1.利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构的解题思路
关键能力 定点破
定点 1 利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构
2.确定中心原子价层电子对数(以ABx型分子为例)
价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数=x+ (a-xb)
(1)σ键电子对数:根据与中心原子结合的原子数判断(由化学式确定)。
(2)中心原子上的孤电子对数
1)a的确定
①对于主族元素:a=中心原子的价电子数;
②对于阳离子:a=中心原子的价电子数-离子的电荷数;
③对于阴离子:a=中心原子的价电子数+|离子的电荷数|。
2)b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(氢为1;其他原子为“8减去该原子的价
电子数”)。
特别提醒 当孤电子对数为0.5时,按1对待。
3)举例
①SO2分子中S原子的孤电子对数= (6-2×2)=1,SO2分子的中心原子价层电子对数=2+1=3;
②S 中S原子的孤电子对数= (6+2-3×2)=1,S 的中心原子价层电子对数=3+1=4;
③N 中N原子的孤电子对数= (5-1-4×1)=0,N 的中心原子价层电子对数=4+0=4。
特别提醒 多重键只计σ键电子对数,不计π键电子对数。即共价单键、双键、三键计算时,
都只计一个σ键电子对。
3.确定分子或离子的空间结构
(1)若中心原子没有孤电子对,则VSEPR模型与分子或离子的空间结构一致。
(2)若中心原子有孤电子对,孤电子对与成键电子对相互排斥规律:孤电子对—孤电子对>孤电
子对—成键电子对>成键电子对—成键电子对。随着孤电子对数目的增多,成键电子对与成
键电子对之间的键角减小。如CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小。
知识拓展 键角大小规律
①相同类型的分子,中心原子相同时,周围原子电负性越大,键角越小,如键角NH3>NCl3>NF3。
②相同类型的分子,中心原子不同,周围原子相同时,中心原子电负性越大,键角越大,如键角
NH3>PH3>AsH3。
(3)常见分子或离子空间结构的判断
①中心原子不含孤电子对
分子或离子 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型及名称 分子(或离子)的空间结构及名称
CO2 2 0 直线形
直线形
C 3 0 平面三角形
平面三角形
CH4 4 0 正四面体形
正四面体形
②中心原子含孤电子对
分子 价层电 子对数 孤电子 对数 VSEPR 模型及名称 分子的空
间结构
及名称
NH3 4 1 四面体形
三角锥形
H2O 4 2 四面体形
V形
SO2 3 1 平面三角形
V形
典例1 下列分子或离子中,VSEPR模型名称与分子或离子的空间结构名称不一致的是
( )
A.CO2 B.C C.H2O D.CCl4
思路点拨 VSEPR模型即价层电子对互斥模型,分子或离子的空间结构是指分子或离子中
的原子在空间的排布,不包括中心原子的孤电子对。若中心原子上的价层电子对数为4,不含
孤电子对,则分子或离子的空间结构为四面体形;含有一个孤电子对,为三角锥形;含有两个孤
电子对,为V形。若中心原子上的价层电子对数为3,不含孤电子对,则分子或离子的空间结构
为平面三角形;含有一个孤电子对,为V形。若中心原子上的价层电子对数为2且不含孤电子
对,则分子或离子的空间结构为直线形。
解析 A项,CO2分子中每个O原子和C原子形成两对共用电子,所以C原子价层电子对数是2,
VSEPR模型为直线形,且中心原子上没有孤电子对,CO2分子的空间结构为直线形,VSEPR模
型与空间结构一致,故A不符合题意;B项,C 的中心原子C原子上有3个σ键电子对,中心原子
上的孤电子对数= ×(4+2-3×2)=0,所以C原子价层电子对数是3,VSEPR模型为平面三角形,且
不含孤电子对,C 的空间结构为平面三角形,VSEPR模型与空间结构一致,故B不符合题意;
C项,水分子的中心原子O原子价层电子对数=2+ ×(6-2×1)=4,VSEPR模型为四面体形,孤电
子对数为2,略去孤电子对后,实际空间结构是V形,VSEPR模型与空间结构不一致,故C符合题
意;D项,CCl4分子中,中心原子C原子上的价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=4+ ×(4-
1×4)=4,VSEPR模型为正四面体形,中心原子上没有孤电子对,空间结构为正四面体形,VSEPR
模型与空间结构一致,故D不符合题意。
答案 C
典例2 用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间构型,也可推测键角大小,下
列判断正确的是 ( )
A.PCl3为平面三角形分子
B.SO3与C 均为平面三角形结构
C.SO2键角大于120°
D.BF3是三角锥形分子
思路点拨 先计算中心原子的价层电子对数,再结合中心原子的孤电子对数确定微粒的空间
结构。
解析 PCl3分子中,P原子的价层电子对数为3+ ×(5-3×1)=4,含有1个孤电子对,分子应为三角
锥形,A错误;SO3和C 中S和C的价层电子对数均为3,中心原子均无孤电子对,空间结构均为
平面三角形,B正确;SO2的中心原子为硫原子,其价层电子对数为2+ ×(6-2×2)=3,有1个孤电
子对,孤电子对对两个成键电子对的斥力大,键角小于120°,C错误;BF3的中心原子为B原子,其
价层电子对数为3+ ×(3-3×1)=3,无孤电子对,空间结构为平面三角形,D错误。
答案 B
特别提醒 利用VSEPR模型确定分子的空间结构的注意事项
(1)对于ABn型分子,成键电子对数等于与中心原子相连的原子个数。
(2)分子的中心原子上孤电子对数为0时,VSEPR模型与分子空间结构相同。
(3)分子的空间结构与分子类型有关,如AB2型分子只能为直线形或V形结构,AB3型分子只能
为平面三角形或三角锥形结构,故根据分子类型(ABn型)和孤电子对数能很快确定分子的空
间结构。
1.根据价层电子对数、杂化轨道的空间结构判断
定点 2 中心原子杂化轨道类型的判断
价层电子对数 空间结构 杂化轨道类型
4 四面体形 sp3
3 平面三角形 sp2
2 直线形 sp
2.根据杂化轨道之间的夹角判断
夹角 109°28' 120° 180°
杂化轨道类型 sp3 sp2 sp
3.根据杂化轨道数判断
杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+中心原子结合的原子数,故由杂化轨道数可判
断杂化轨道类型。
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型
CO2 0+2=2 sp
CH2O 0+3=3 sp2
CH4 0+4=4 sp3
SO2 1+2=3 sp2
NH3 1+3=4 sp3
H2O 2+2=4 sp3
4.根据共价键类型判断
由杂化轨道理论可知,原子之间成键时,未参与杂化的p轨道可形成π键,杂化轨道用于形
成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。对于能够明确结构式的分子,其中心原子的杂化轨道
数=中心原子形成的σ键数+中心原子上的孤电子对数。例如:
①SiF4分子中,基态硅原子有4个价层电子,与4个氟原子形成4个σ键,中心原子上无孤电子对,
杂化轨道数为4,则SiF4分子中硅原子采取sp3杂化。②基态碳原子有4个价层电子,在HCHO分
子中,1个碳原子与2个氢原子形成2个σ键,与1个氧原子形成 键, 键中有1个σ
键、1个π键,碳原子上无孤电子对,杂化轨道数为3,则HCHO分子中碳原子采取sp2杂化。
典例 下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是 ( )
粒子 空间结构 解释
A 氨基负离子(N ) 直线形 N原子采用sp杂化
B 二氧化硫(SO2) V形 S原子采用sp3杂化,与H2O中的O原子杂化方式相同
C 乙炔(C2H2) 直线形 C原子采用sp杂化且C原子的价层电子均参与成键
D 碳酸根离子(C ) 三角锥形 C原子采用sp3杂化
思路点拨 价层电子对数 杂化轨道数 杂化轨道类型。
解析 氨基负离子中N原子价层电子对数=2+ =4,且含有两个孤电子对,根据价层电
子对互斥模型知,该离子的空间结构为V形,N原子采用sp3杂化,故A错误。SO2中S原子价层电
子对数=2+ =3,且含有一个孤电子对,根据价层电子对互斥模型知,该分子的空间结构
为V形,S原子采用sp2杂化,水分子中O原子采用sp3杂化,故B错误。C2H2中C原子价层电子对数
都是2且不含孤电子对,该分子的空间结构为直线形,C原子采用sp杂化,且C原子的价层电子
均参与成键,故C正确。碳酸根离子中C原子价层电子对数=3+ =3,且不含孤电子对,
该离子的空间结构为平面三角形,C原子采用sp2杂化,故D错误。
答案 C第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
第1课时 分子结构的测定 多样的分子空间结构 价层电子对互斥模型
基础过关练
题组一 分子结构的测定
1.研究物质结构的现代仪器和方法中,有关描述错误的是( )
A.通过原子光谱上的特征谱线来鉴定元素
B.通过测定物质的熔点和沸点可以确定是否含有共价键
C.通过质谱法推测有机化合物的相对分子质量
D.通过红外光谱仪分析分子中所含化学键的信息
2.如图是一种有机化合物的红外光谱图,则该有机化合物可能为( )
A.CH3CH2OCOOCH2CH3
B.CH3CH2CH2COOH
C.CH3CH(OH)COCH2CH3
D.CH3CH2CH2COOCH3
题组二 多样的分子空间结构
3.下列物质空间结构正确的是( )
A.CCl4 平面四边形 B.H2O V形
C.P4 平面三角形 D.CO2 V形
4.(经典题)下列多原子分子的空间结构与分子中共价键间键角对应一定正确的是( )
A.角形分子:105° B.平面正三角形:120°
C.三角锥形:109°28' D.正四面体形:109°28'
题组三 价层电子对互斥模型
5.下列粒子的VSEPR模型为四面体且空间结构为V形的是( )
A.HCN B.H3O+ C.NO2 D.OF2
6.下表中关于各微粒的描述完全正确的一项是( )
选项 微粒 VSEPR模型 空间结构
A H2S 直线形 直线形
B N 平面三角形 V形
C PCl3 平面三角形 平面三角形
D B 正四面体形 三角锥形
7.用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间结构,也可推测键角大小,下列判断错误的是( )
A.CH2Cl2是四面体形分子
B.H2S的键角大于H2O的键角
C.C的键角为120°
D.S和CH4的空间结构相同
8.下列判断正确的是( )
A.Cl2O的分子构型类似CO2,为直线形
B.SO3是三角锥形分子
C.CF4是正四面体形分子
D.NCl3是平面三角形分子
9.(教材深研拓展)用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构。
分子或离子 VSEPR模型名称 空间结构名称
BeCl2
SCl2
PF3
N
S
能力提升练
题组一 根据价层电子对互斥模型判断粒子的空间结构P153定点1
1.下列描述中正确的是( )
A.SiF4和P的中心原子价层电子对数均为4
B.Cl的空间结构为平面三角形
C.SF6中每个原子均满足最外层8电子稳定结构
D.CS2分子的空间结构为V形
2.下列粒子中与其他粒子空间结构不同的是( )
A.H2Se B.OF2 C.TeO2 D.PH3
3.下列粒子的空间结构以及价层电子对数都相同的是( )
A.BeCl2和BF3 B.N和N
C.S和Cl D.SO2和SO3
题组二 根据价层电子对互斥模型判断键角的大小
4.氯元素可形成多种含氧酸,下列含氧酸或含氧酸根离子中,键角最大的是( )
A.HClO B.Cl
5.下列分子中键角大小的比较正确的是( )
A.NH3B.H2O>H2S
C.分子中,键角β>α
D.SO2>CO2
6.用价层电子对互斥模型可以判断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.NH3、PH3、AsH3键角由大到小的顺序为AsH3>PH3>NH3
B.BF3键角为120°,SnBr2的键角大于120°
C.PCl3分子中三个共价键间的键角都相等
D.HCOOH分子中,H—C—O的键角为120°
题组三 价层电子对互斥模型综合应用
7.下列各组分子或离子中所有原子都处于同一平面的是( )
A.CH4、N、BF3 B.CO2、H2O2、NH3
C.C2H4、C6H6、C D.CCl4、BeCl2、H3O+
8.白磷(P4)在Cl2中燃烧生成PCl3和PCl5。下列说法正确的是( )
A.P4分子中每个磷原子价层电子对数均为4
B.PCl3的空间结构为平面正三角形
C.PCl5分子中P原子最外层满足8电子结构
D.因P电负性比Cl小,故PCl3的水解产物为PH3和HClO
9.我国科研人员发现氟磺酰基叠氮(FSO2N3)是一种安全、高效的“点击化学”试剂,其结构式如图,其中S为+6价。下列说法正确的是( )
A.该分子中S原子的价层电子对数为3
B.该分子中N原子价层电子对数均为3
C.电负性:F>O>S
D.第一电离能:F>O>N>S
10.(经典题)(1)利用VSEPR模型推测分子或离子的空间结构。
Cl: ;AlBr3: 。
(2)按要求写出由第二周期非金属元素的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: 。
答案与分层梯度式解析
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
第1课时 分子结构的测定 多样的分子
空间结构 价层电子对互斥模型
基础过关练
1.B 通过测定物质的熔、沸点不能确定是否含有共价键,B错误。
2.D 由红外光谱图可知该分子中有不对称—CH3,含有、C—O—C。CH3CH2OCOOCH2CH3中两端的—CH3对称,故A不符合题意;1个CH3CH2CH2COOH中只含有1个—CH3,且不存在C—O—C,故B不符合题意;CH3CH(OH)COCH2CH3中不存在C—O—C,故C不符合题意。
3.B
分子 空间结构
CCl4、P4 正四面体形
H2O V形
CO2 直线形
4.B A项,不是所有角形分子的键角都是105°,错误;C项,氨分子呈三角锥形,键角为107°,错误;D项,甲烷、白磷分子均是正四面体形分子,但键角分别为109°28'、60°,错误。
5.D
粒子 中心原子孤 电子对数 价层电子 对数 VSEPR 模型 粒子空间 结构
HCN 0 2 直线形 直线形
H3O+ 1 1+3 正四面体形 三角锥形
NO2 0.5≈1 1+2 平面三角形 V形
OF2 2 2+2 四面体形 V形
6.B A项,H2S2+=4四面体形空间结构为V形;B项,N2+=3平面三角形空间结构为V形;C项,PCl33+=4四面体形空间结构为三角锥形;D项,B4+=4正四面体形空间结构为正四面体形。
7.B CH2Cl2中C—H、C—Cl键长不相等,是四面体形分子,A正确;H2S、H2O中心原子价层电子对数相同,电负性O>S,键角H2O>H2S,B错误;C的中心原子C的价层电子对数为3+=3,无孤电子对,为平面三角形,键角为120°,C正确;S和CH4均为正四面体形,D正确。
8.C Cl2O的中心原子O的价层电子对数为2+=4,有2个孤电子对,空间结构是V形,同理得CO2、SO3、CF4、NCl3的空间结构分别为直线形、平面三角形、正四面体形、三角锥形,C正确。
9.答案
分子或离子 VSEPR模型名称 空间结构名称
BeCl2 直线形 直线形
SCl2 四面体形 V形
PF3 四面体形 三角锥形
N 正四面体形 正四面体形
S 四面体形 三角锥形
解析 根据各分子或离子的电子式和结构式,分析中心原子的孤电子对数,依据中心原子连接的原子数和孤电子对数,确定分子或离子的VSEPR模型和空间结构。
能力提升练
1.A SiF4和P的中心原子价层电子对数分别为4+=4、4+=4,A正确;Cl的中心原子价层电子对数是3+×(7+1-2×3)=4,空间结构是三角锥形,B错误;SF6中F原子满足最外层8电子稳定结构,S原子价层电子对数是6,S原子最外层有12个电子,不满足8电子稳定结构,C错误;CS2分子的空间结构是直线形,D错误。
2.D H2Se、OF2、TeO2分子的空间结构都为V形;PH3分子的空间结构为三角锥形,故选D。
知识拓展
判断一些离子的空间结构的方法
(1)S、P等离子具有AX4通式,中心原子采取sp3杂化,无孤电子对,空间结构为正四面体形。
(2)S、Cl等离子具有AX3通式,中心原子采取sp3杂化,孤电子对数为1,空间结构为三角锥形。
3.C
粒子 价层电子对数 粒子空间结构
A BeCl2 0+2 直线形
BF3 0+3 平面三角形
B N 1+2 V形
N 0+3 平面三角形
C S 0+4 正四面体形
Cl 0+4 正四面体形
D SO2 1+2 V形
SO3 0+3 平面三角形
4.D HClO、Cl、Cl空间结构分别为V形、V形、三角锥形,Cl空间结构为正四面体形,键角为109°28',其键角最大。
5.B 键角:NH3>H2O,A项错误;H2O、H2S分子的空间结构均为V形,电负性:O>S,吸引电子的能力:O>S,键长:O—HH2S,B项正确;同一粒子中不同共价键间的键角,由于斥力:双键间>双键与单键间>单键间,故甲醛中键角:α>β,C项错误;SO2是V形分子,CO2是直线形分子,则键角SO2规律方法
价层电子对互斥模型相同的粒子,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,键角越小。
6.C NH3、PH3、AsH3都为三角锥形分子,电负性:N>P>As,键角:NH3>PH3>AsH3,A错误;BF3、SnBr2空间结构分别为平面三角形、V形,BF3的键角为120°,SnBr2的键角小于120°,B错误;PCl3空间结构为三角锥形,分子中三个共价键间的键角都相等,C正确;甲酸分子中中心原子碳原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,H—C—O的键角小于120°,D错误。
7.C CH4为正四面体形分子,所有原子不可能都处于同一平面,故A错误;H2O2是立体结构,NH3为三角锥形分子,所有原子不可能都处于同一平面,故B错误;C2H4、C6H6是平面结构,C是平面三角形结构,所有原子都处于同一平面,故C正确;CCl4为正四面体形分子,H3O+是三角锥形结构,所有原子不可能都处于同一平面,故D错误。
8.A P4中每个P原子均有1个孤电子对,价层电子对数均为4,A正确;PCl3中P原子有1个孤电子对,空间结构为三角锥形,B错误;PCl5分子中P原子最外层有10个电子,并不是8电子的稳定结构,C错误;因P电负性比Cl小,PCl3中P是+3价,Cl是-1价,水解产物为H3PO3和HCl,D错误。
9.C
非金属性:F>O>S,所以电负性:F>O>S,C正确;第一电离能:F>N>O>S,D错误。
10.答案 (1)正四面体形 平面三角形
(2)BF3 NF3 CF4
解析 (1)Cl的中心原子上的价层电子对数是4,没有孤电子对,空间结构为正四面体形。AlBr3分子的中心原子上的价层电子对数是3,没有孤电子对,空间结构是平面三角形。(2)由第二周期非金属元素的原子构成的分子中,呈三角锥形的是NF3,呈平面三角形的是BF3,呈正四面体形的是CF4。
12第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
第2课时 杂化轨道理论
基础过关练
题组一 杂化轨道理论
1.(教材深研拓展)下列叙述不正确的是( )
A.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
B.部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
C.杂化轨道不一定全部参与形成化学键
D.sp3、sp2、sp三种杂化轨道中,sp3杂化轨道的夹角最大
2.下列说法中正确的是( )
A.AB3型的分子中心原子A必为sp2杂化
B.PCl3是三角锥形分子,这是因为P原子是以sp杂化的结果
C.中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构不一定都是四面体形
D.sp2杂化轨道是由任意的1个s轨道和2个p轨道混合形成的
3.下列有机物分子中的碳原子既有sp3杂化又有sp杂化的是( )
A.CH3CHCH2 B.
C.CH3CH2OH D.
4.下列粒子的中心原子采取sp杂化的是( )
A.SeO2 B.NF3 C.H3O+ D.CO2
5.下列分子的中心原子采用sp2杂化的是( )
①CH4 ②CH2CH2 ③
④ ⑤BBr3
A.①②③ B.①②④ C.③④⑤ D.②③⑤
6.乙烯分子结构如图所示,其一个分子中有5个σ键、1个π键,下列表述正确的是( )
A.C原子的sp2杂化轨道与H原子的1s轨道形成σ键
B.C原子的sp2杂化轨道与H原子的1s轨道形成π键
C.C原子的2p轨道与C原子的2p轨道形成σ键
D.C原子的sp2杂化轨道与C原子的sp2杂化轨道形成π键
题组二 杂化轨道理论与粒子空间结构的关系
7.下列各组物质中粒子空间结构相同,中心原子杂化轨道类型也相同的是( )
A.NO2和CS2 B.N和PCl3
C.BF3和SO3 D.CH4和H2O
8.回答下列问题:
(1)在SO2分子中,S原子采取 杂化,SO2的键角 (填“大于”“等于”或“小于”)120°,SO3分子中S原子采取 杂化,SO3分子的空间结构为 。
(2)N的空间结构是 ,N原子采取 杂化。
(3)S、S的空间结构分别为 、 ,S原子的杂化轨道类型分别为 、 。
能力提升练
题组一 杂化方式及空间结构的判断
1.下列微粒的空间结构以及中心原子的杂化方式都相同的是( )
A.BeCl2和BF3 B.N和N
C.S和Cl D.C2H2和SeO3
2.BeCl2是共价分子,可以以单体、二聚体和多聚体形式存在,三者的结构依次如图所示。其单体、二聚体和多聚体中Be的杂化轨道类型依次为( )
Cl—Be—Cl、、
A.sp3、sp2、sp B.sp2、sp、sp3
C.sp2、sp3、sp D.sp、sp2、sp3
3.下表中关于各微粒的描述完全正确的一项是( )
选项 微粒 中心原子杂化类型 VSEPR模型名称 空间结构
A H2F+ sp 直线形 直线形
B N sp3 四面体形 V形
C PCl3 sp3 四面体形 四面体形
D B sp3 四面体形 三角锥形
4.下列微粒的中心原子是sp2杂化的是( )
A.C
5.(经典题)已知XY2为V形分子,下列说法正确的是( )
A.X原子一定采取sp2杂化
B.X原子一定采取sp3杂化
C.X原子上一定存在孤电子对
D.VSEPR模型一定是平面三角形
6.下列描述中错误的是( )
A.BF3和B的中心原子杂化方式不同
B.C和Cl具有相同的空间结构
C.BBr3和SF6的中心原子均不满足8电子结构
D.三氧化硫的三聚分子()中S原子的杂化轨道类型为sp3
7.下列微粒的中心原子形成sp3杂化轨道且该粒子的空间结构为三角锥形的是( )
A.N D.[PCl4]+
题组二 杂化轨道理论的应用
8.下列一组粒子的中心原子杂化轨道类型相同,分子(或离子)的键角不相同的是( )
A.CCl4、SiCl4、SiH4 B.H2Se、NF3、CH4
C.BCl3、NH3、CO2 D.TeO3、BF3、H3O+
9.下列有关三硫化磷(P4S3)的说法中不正确的是( )
A.P4S3中各原子最外层均满足8电子稳定结构
B.P4S3中P元素均为+3价
C.P4S3中P原子和S原子均为sp3杂化
D.1molP4S3分子中含有6molP—Sσ键
10.(2024山东泰安新泰第一中学月考)关于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2,下列说法错误的是( )
A.1molCH3OH中含5molσ键
B.N2H4分子中所有原子不可能处于同一平面
C.三者孤电子对数相同
D.三者中C、O、N杂化方式不相同
11.二硫代磷酸酯的分子结构如图所示。下列说法错误的是( )
A.电负性:O>S>P
B.1个该分子中含有23个σ键
C.碳原子的杂化方式为sp、sp2
D.氮原子的杂化方式为sp3
12.氨基乙酸钠(H2NCH2COONa)用于有机产品的合成、工业洗涤剂中间体以及生化研究。下列说法正确的是( )
A.碳、氮原子的杂化类型相同
B.氨基乙酸钠中N原子的价层电子对数为4
C.1mol氨基乙酸钠中所含σ键为10mol
D.氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内
13.目前我国研制的稀土催化剂转化汽车尾气过程示意图如下,汽车尾气的主要成分有CO、NO等。下列有关说法正确的是( )
A.C3H8和H2O的中心原子杂化轨道类型均为sp3
B.H2O中的H—O—H键角小于H2S中的H—S—H键角
C.CO2和SO2的空间结构均为直线形
D.反应过程中没有非极性键的断裂和形成
14.聚氯乙烯的一种制备流程如下:
对于该流程中涉及的几种物质及反应,下列说法正确的是( )
A.乙炔分子中的C原子用sp杂化轨道形成了一个σ键和两个π键
B.氯乙烯分子中所有原子都在同一平面上
C.氯乙烯和聚氯乙烯分子中C原子采取的杂化方式相同
D.上述流程中发生加成反应和加聚反应的过程中,C原子的杂化方式不一定发生改变
15.(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,Si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离子,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 。
图(a)
图(b)
(4)S单质的常见形式为S8,其结构如图所示,S原子采取的杂化方式是 。
答案与分层梯度式解析
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
第2课时 杂化轨道理论
基础过关练
1.D 原子轨道发生杂化时,轨道数目不变,但形状发生了变化,A正确;分子的中心原子采取sp3杂化,当中心原子分别有0、1、2个孤电子对时,空间结构分别为四面体形、三角锥形、V形,B正确;杂化轨道用于形成σ键和容纳未成键的孤电子对,C正确;sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°,sp杂化轨道的夹角最大,D错误。
2.C 如BF3分子中B为sp2杂化,NH3是三角锥形,N采取sp3杂化,A错误、C正确;PCl3中心原子P的价层电子对数是4,有1个孤电子对,P采取sp3杂化,空间结构为三角锥形,B错误;sp2杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和2个p轨道混合形成的,D错误。
3.B A项CH3CHCH2中碳原子为sp2杂化和sp3杂化;B项中碳原子为sp3杂化和sp杂化;C项CH3CH2OH中碳原子为sp3杂化;D项中碳原子为sp杂化。
方法规律
有机物中碳原子杂化类型的判断
饱和碳原子采取sp3杂化,碳碳双键的碳原子采取sp2杂化,碳碳三键的碳原子采取sp杂化。
4.D 分析微粒组成价层电子对数中心原子杂化类型,价层电子对数为4、3、2的分别为sp3、sp2、sp杂化。SeO2、NF3、H3O+、CO2中心原子的价层电子对数分别为3、4、4、2,则中心原子分别采取sp2、sp3、sp3、sp杂化,故选D。
5.D 分析所给分子中心原子的价层电子对数,确定杂化轨道类型:
分子 CH4 CH2CH2 BBr3
中心原子的价层电子对数 0+4 0+3 0+3 0+2 0+3
杂化轨道类型 sp3 sp2 sp2 sp sp2
6.A C—H键是C原子的sp2杂化轨道与H原子的1s轨道形成的σ键,故A正确;CC键中一个C原子的2p轨道与另一个C原子的2p轨道形成π键,故B、D错误;CC键中C原子的sp2杂化轨道与另一个C原子的sp2杂化轨道形成σ键,故C错误。
7.C
粒子 空间结构 中心原子杂化轨道类型
A NO2 V形 sp2
CS2 直线形 sp
B N 平面三角形 sp2
PCl3 三角锥形 sp3
C BF3 平面三角形 sp2
SO3 平面三角形 sp2
D CH4 正四面体形 sp3
H2O V形 sp3
8.答案 (1)sp2 小于 sp2 平面三角形
(2)V形 sp2
(3)正四面体形 三角锥形 sp3 sp3
解析 (1)SO2分子中,S原子的孤电子对数=(6-2×2)=1,价层电子对数=2+1=3,S原子采取sp2杂化,因有1个孤电子对,所以键角小于120°。SO3分子中S原子的孤电子对数为0,价层电子对数为3,S原子采取sp2杂化,SO3的空间结构为平面三角形。(2)N中N的杂化轨道数为3,N原子含有1个孤电子对,采取sp2杂化,故N的空间结构为V形。(3)S中S原子的杂化轨道数为4,S原子采取sp3杂化,S的空间结构为正四面体形。S中S原子杂化轨道数为4,采取sp3杂化,S原子含有1个孤电子对,S的空间结构为三角锥形。
能力提升练
1.C
微粒 空间结构 中心原子的杂化方式
A BeCl2 直线形 sp
BF3 平面三角形 sp2
B N 直线形 sp
N 平面三角形 sp2
C S 正四面体形 sp3
Cl 正四面体形 sp3
D C2H2 直线形 sp
SeO3 平面三角形 sp2
2.D Cl—Be—Cl中Be原子形成2个Be—Cl键,中心原子没有孤电子对,杂化轨道数目为2,杂化轨道类型为sp;中每个Be原子形成3个Be—Cl键,中心原子没有孤电子对,杂化轨道数目为3,杂化轨道类型为sp2;中每个Be原子形成4个Be—Cl键,中心原子没有孤电子对,杂化轨道数目为4,杂化轨道类型为sp3。
3.B H2F+、N、PCl3、B中心原子的价层电子对数都是4,为sp3杂化,VSEPR模型均为四面体形,空间结构分别为V形、V形、三角锥形、正四面体形,B正确。
4.B C中C原子的价层电子对数为3+=4,C原子采用sp3杂化,A不符合题意;C中C原子的价层电子对数为3+=3,C原子采用sp2杂化,B符合题意;中N原子的价层电子对数为2+=2,N原子采用sp杂化,C不符合题意;AlC中Al原子的价层电子对数为4+=4,Al原子采用sp3杂化,D不符合题意。
5.C 解法1:理论分析法
则A、B项错误,C项正确。若X原子采用sp2杂化,则VSEPR模型是平面三角形;若X原子采用sp3杂化,则VSEPR模型为四面体形,D项错误。
解法2:列举实例法
若XY2为SO2,SO2中S原子采用sp2杂化,S原子上有1个孤电子对,其VSEPR模型为平面三角形,空间结构为V形;若XY2为OF2,OF2中O原子采用sp3杂化,O原子上有2个孤电子对,其VSEPR模型为四面体形,空间结构为V形。由以上分析可知,C项正确。
6.B BF3中心原子是sp2杂化,B中心原子是sp3杂化,A正确;C是平面三角形,Cl是三角锥形,B错误;BBr3和SF6的中心原子均不满足8电子结构,BBr3中B原子形成3个σ键,没有孤电子对,是6电子结构,SF6中S原子形成6个σ键,没有孤电子对,是12电子结构,C正确;SO3的三聚分子()中S原子均形成4个σ键,没有孤电子对,杂化轨道类型为sp3,D正确。
7.B 根据价层电子对互斥模型判断如下:
微粒 价层电 子对数 孤电 子对数 中心原子 杂化类型 粒子的 空间结构
N 2 0 sp 直线形
NCl3 4 1 sp3 三角锥形
Cl 4 2 sp3 V形
[PCl4]+ 4 0 sp3 正四面体形
8.B CCl4、SiCl4、SiH4分子的键角均为109°28',A项不符合题意;H2Se、NF3、CH4中心原子的价层电子对数均为4,孤电子对数分别为2、1、0,中心原子均采取sp3杂化,其空间结构分别为V形、三角锥形和正四面体形,H2Se、NF3、CH4的键角依次增大,B项符合题意;BCl3、NH3、CO2分子的中心原子的杂化轨道类型分别为sp2、sp3、sp,TeO3、BF3、H3O+中心原子的杂化轨道类型分别为sp2、sp2、sp3,C、D项不符合题意。
9.B
每个P形成3个共价键,还有1个孤电子对,每个S形成2个共价键,还有2个孤电子对,两种原子均采取sp3杂化,C正确;1个P4S3分子中含有6个P—Sσ键,D正确。
10.D CH3OH的结构式为,1molCH3OH中含5molσ键,A正确;N2H4中两个N都是sp3杂化,分子中所有原子不可能处于同一平面,B正确;CH3OH中羟基氧上有2个孤电子对,N2H4有两个孤电子对,2个N上分别有1个,(CH3)2NNH2中有两个孤电子对,2个N上分别有1个,C正确;三者中C、O、N杂化方式相同,均为sp3杂化,D错误。
11.C
12.B 氨基乙酸钠中氮原子是sp3杂化,而碳原子是sp3、sp2杂化,A错误;氨基乙酸钠中存在2个N—H键、1个C—N键,N原子上含有1个孤电子对,则N原子的价层电子对数为4,B正确;1mol氨基乙酸钠中有8molσ键,C错误;由于氮原子为sp3杂化,故氮原子和与其成键的另外三个原子形成的是三角锥形结构,不可能共平面,D错误。
13.A C3H8中碳原子均为饱和碳原子,碳原子为sp3杂化,1个H2O分子中含有2个σ键,氧原子上有2个孤电子对,氧原子为sp3杂化,A正确;氧的电负性大于S,O与H之间的两对成键电子对比S与H之间的两对成键电子对更靠近中心原子,因此O与H之间的两对成键电子对排斥力大,键角大,B错误;SO2的价层电子对数=2+(6-2×2)=3,该分子为V形结构,CO2的价层电子对数=2+(4-2×2)=2,该分子是直线形结构,C错误;反应过程中有非极性键OO键的断裂和键的形成,D错误。
14.B 乙炔分子中的C原子采用sp杂化,形成的杂化轨道用于形成σ键,没有杂化的p轨道“肩并肩”重叠形成π键,A项错误;氯乙烯分子中的C原子采用sp2杂化,整个分子呈平面形,所有原子都在同一平面上,B项正确;聚氯乙烯分子中的C原子全部形成单键,均采取sp3杂化,C项错误;由流程可知,加成反应和加聚反应中,均有π键的断裂,C原子的杂化方式也随之发生改变,D项错误。
15.答案 (1)三角锥形 sp3 (2)sp3、sp2 (3)sp3 1∶3 [SiO3 (4)sp3
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As是sp3杂化,有1个孤电子对,AsCl3分子的空间结构为三角锥形。(2)乙醛分子结构简式为CH3CHO,甲基C原子为sp3杂化,醛基C原子为sp2杂化。(3)依据图(a)可知,Si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离子,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原子数目之比为1∶3,化学式可表示为[SiO3。(4)由题图结构可知,每个硫原子形成2个共价键,且含有2个孤电子对,S原子的杂化轨道数为4,故硫原子采取sp3杂化。
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