专题强化练3 分子(离子)的空间结构与轨道杂化类型的判断
1.下列有关SO2、SO3、S、H2SO4的说法正确的是( )
A.SO2转化为SO3时没有破坏共价键
B.SO3的空间构型为三角锥形
C.S与SO3中的键角相等
D.硫酸的结构为,可以推测H2SO4分子间能形成氢键
2.利用反应COCl2+4NH3CO(NH2)2+2NH4Cl可去除COCl2。下列说法正确的是( )
A.COCl2分子中C的轨道杂化方式为sp3杂化
B.NH4Cl中只含离子键和配位键
C.基态O原子的核外电子排布式为2s22p4
D.N的空间构型为正四面体形
3.下列有关NH3、NF3、N、N、N的说法正确的是( )
A.NH3中H—N—H键角比N中H—N—H键角大
B.NH3极易溶于水,主要原因是NH3分子间能形成氢键
C.NH3、NF3的空间结构都是三角锥形,N、N中的N都采用sp2杂化
D.NH3的水溶液能导电,但一水合氨不能完全电离,因此NH3属于弱电解质
4.As2O3(砒霜)是两性氧化物,分子结构如图所示,与盐酸反应能生成AsCl3,AsCl3和LiAlH4反应的产物之一为AsH3。下列说法不正确的是( )
A.As2O3分子中As原子的杂化方式为sp3
B.Al的价层电子对互斥模型是四面体形
C.AsCl3的空间构型为平面正三角形,As原子的杂化方式为sp3
D.AsH3分子的键角小于109°28'
5.砷化镓可用作半导体材料,其晶胞结构如图所示;铋(Bi)的熔点为271.3℃,下列说法正确的是( )
A.N中O—N—O的键角为120°
B.PH3中P原子采用sp2杂化
C.砷化镓的化学式为GaAs4
D.晶体铋属于共价晶体
6.碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂,其结构如下,下列说法错误的是( )
A.该分子含有3个手性碳原子
B.分子式为C3H2O3
C.该分子中碳原子均采用sp2杂化
D.该分子中σ键与π键个数比为4∶1
答案与分层梯度式解析
专题强化练3 分子(离子)的空间结构与轨道杂化类型的判断
1.D SO2和氧气反应生成SO3,有共价键被破坏,A错误。SO3的中心原子S的价电子对数是3,无孤电子对,分子的空间构型为平面三角形,B错误。S的中心原子S的价电子对数是4,S为正四面体结构;SO3的中心原子S的价电子对数是3,无孤电子对,分子的空间构型为平面三角形,所以S与SO3中的键角不相等,C错误。H2SO4中含有O—H键,所以H2SO4分子间能形成氢键,D正确。
2.D COCl2分子中C的价电子对数为=3,其杂化方式为sp2杂化,A错误;NH4Cl中含离子键、配位键和共价键,B错误;基态O原子的核外电子排布式为1s22s22p4,C错误;N的中心原子N的价电子对数为=4,不含孤电子对,N的空间构型为正四面体形,D正确。
3.C N和NH3的中心原子N都采用sp3杂化,N上的孤电子对数越多,微粒中的键角越小,故NH3中键角比N中键角小,A错误;NH3极易溶于水,主要原因是NH3分子与水分子间能形成氢键,B错误;NH3、NF3的中心原子N均采用sp3杂化,孤电子对数均为1,故二者均为三角锥形,N的中心原子N的价电子对数为的中心原子N的价电子对数为、N中N原子都采用sp2杂化,C正确;NH3属于非电解质,D错误。
4.C As2O3中As原子形成3个σ键,含有1对孤电子对,价电子对数是4,根据价层电子对互斥理论知,As原子的杂化类型为sp3,A正确;Al的中心原子Al的价电子对数为=4,杂化方式为sp3,价层电子对互斥模型是四面体形,B正确;AsCl3的中心原子As的价电子对数为=4,且含有一对孤电子对,As原子的杂化方式为sp3,根据价层电子对互斥理论判断其空间构型为三角锥形,C错误;AsH3的价电子对数为×(5+3×1)=4,VSEPR模型为四面体形,其中心原子As上存在一对孤电子对,故AsH3分子的键角小于109°28',D正确。
5.A N的中心原子N的价电子对数为×(5+0×3+1)=3,无孤电子对,N的空间构型为平面正三角形,所以N中O—N—O的键角为120°,A正确;PH3的中心原子P的价电子对数为×(5+1×3)=4,即P采用sp3杂化,B错误;一个砷化镓晶胞中Ga的个数为4,As的个数为8×=4,化学式为GaAs,C错误;晶体铋属于金属晶体,D错误。
6.A 该分子中3个C均不是手性碳原子,A错误;该物质的分子式为C3H2O3,B正确;该分子中的三个碳原子均连有一个双键,故均采用sp2杂化,C正确;此分子中存在4个C—O键、1个CO键、2个C—H键、1个CC键,总共8个σ键,2个π键,σ键与π键个数比为8∶2=4∶1,D正确。
5专题4 分子空间结构与物质性质
第一单元 分子的空间结构
第1课时 分子的空间结构模型
基础过关练
题组一 杂化轨道
1.鲍林曾获得诺贝尔奖不同奖项,杂化轨道理论是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角大小的比较,得出的结论正确的是( )
A.sp杂化轨道的夹角最大
B.sp2杂化轨道的夹角最大
C.sp3杂化轨道的夹角最大
D.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角大小相等
2.下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
A.所有原子轨道都参与杂化形成杂化轨道
B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C.杂化轨道能量集中,有利于牢固成键
D.杂化轨道可用于形成σ键
3.(教材习题改编)有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°
C.CH4、NH3、H2O的空间结构都可以用sp3杂化轨道解释
D.杂化轨道全部参与形成化学键
4.(经典题)一定条件下,乙烯(CH2CH2)可与HCl反应生成氯乙烷(CH3CH2Cl)。下列说法错误的是( )
A.HCl分子中的σ键为s-sσ键
B.1个乙烯分子中总共有5个σ键和1个π键
C.乙烯分子中两个碳原子的未参与杂化的2p轨道形成π键
D.氯乙烷中碳原子均采用sp3杂化
5.甲醛(H2CO)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醛、甲醇分子内C原子的轨道杂化类型分别为( )
A.sp2 sp2 B.sp3 sp2
C.sp2 sp3 D.sp sp3
题组二 杂化轨道与分子空间结构
6.下列分子中的中心原子为sp杂化,分子的空间结构为直线形,且分子中没有π键的是( )
A. B.CO2
C.BeCl2 D.BBr3
7.(经典题)氢氰酸(化学式为HCN)分子中所有原子都达到稳定结构,则下列关于氢氰酸分子结构的表述中,不正确的是( )
A.HCN的电子式为H··C N
B.分子呈直线形
C.中心碳原子采用sp杂化
D.分子中含有2个σ键,2个π键
8.氮的最高价氧化物为无色晶体,它由N和N构成,已知其阴离子为平面三角形,阳离子中氮原子的杂化方式为sp,则其阳离子的空间结构和阴离子中氮原子的杂化方式为( )
A.直线形 sp2
B.V形 sp
C.平面三角形 sp2
D.平面三角形 sp3
题组三 利用价层电子对互斥模型判断分子或
离子的空间结构
9.下列微粒中,VSEPR模型与空间结构一致的是( )
A.N
C.BF3 D.S
10.根据价层电子对互斥模型,判断下列分子或离子的空间结构正确的是( )
编号 分子式 价层电子 对互斥模型 分子或离子 的空间结构
① AsCl3 四面体形 三角锥形
② HCHO 平面三角形 三角锥形
③ NF3 四面体形 平面三角形
④ N 正四面体形 正四面体形
A.①② B.①④ C.②④ D.②③
11.用价层电子对互斥理论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.OF2是V形分子
B.H2S中的键角大于H2O中的
C.BeCl2是直线形分子
D.S和CH4的空间结构相同
12.下列关于含氯微粒的说法不正确的是( )
A.Cl的空间构型为V形
B.ClO2属于共价化合物
C.Cl的键角为120°
D.Cl的中心原子轨道杂化类型为sp3
13.下列说法正确的是 ( )
A.SO2的水溶液不能导电
B.SO2的键角比SO3的键角大
C.S的空间构型为平面三角形
D.S中S原子的轨道杂化类型为sp3
14.科学家最近研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(该分子结构如图所示)。下列有关N(NO2)3的说法正确的是( )
A.分子中N、O间形成的共价键是非极性键
B.分子中4个氮原子共平面
C.该分子中的中心氮原子采用sp2杂化
D.该分子中∠NNN小于109°28'
15.氯元素有多种化合价,可形成Cl2O、Cl-、ClO-、Cl、Cl、Cl等微粒。下列说法错误的是( )
A.键角:Cl
B.Cl2O的空间构型为V形
C.Cl、Cl、Cl中Cl的杂化方式相同
D.基态Cl原子核外电子的空间运动状态有9种
题组四 等电子原理及其应用
16.下列物质互为等电子体的一组是( )
A.CH4和N B.B3N3H6和C8H8
C.F-和Mg D.H2O和CH4
17.通常把原子数和价电子数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相似,则下列有关说法正确的是( )
A.CH4和N互为等电子体,键角均为60°
B.N和C互为等电子体,空间结构都是三角锥形
C.H3O+和PCl3互为等电子体,均为三角锥形结构
D.B3N3H6和苯互为等电子体,B3N3H6分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道
能力提升练
题组一 杂化轨道理论的应用
1.下列关于分子结构的说法正确的是( )
A.凡几何构型为正四面体形的分子,其键角均为109°28'
B.凡分子的空间构型为平面三角形,中心原子均采用sp2杂化
C.凡中心原子采用sp3杂化的分子,其空间构型都是正四面体形
D.凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化
2.A、B、C、D均为18电子分子。A为双原子分子且为浅黄绿色气体;B的水溶液常用作医用消毒液;C有臭鸡蛋气味;D为烃(烃只含C、H元素)。下列判断错误的是( )
A.D分子的中心原子采用sp3杂化
B.C分子中的σ键由1s轨道与sp3轨道重叠形成
C.B为极性分子,但分子中同时含有极性键和非极性键
D.组成A的元素的氢化物的沸点在同主族元素氢化物中最低
3.下列说法中正确的是 ( )
A.NCl3分子呈三角锥形,这是氮原子采用sp2杂化的结果
B.sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道“混杂”形成的
C.中心原子采用sp3杂化的分子,其空间结构可能是四面体形、三角锥形或V形
D.AB3型的分子空间结构必为平面三角形
题组二 根据价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构
4.硫及其化合物有着广泛的作用。硫元素具有多种化合价,在一定条件下能发生相互转化。不同温度下硫单质的状态和分子结构不同,S8环状分子的结构为。合理应用和处理含硫的化合物,在生产生活中有重要意义。下列有关说法正确的是( )
A.S的空间构型为正四面体形
B.S8是共价晶体
C.SO2和SO3中的键角相等
D.H2S的沸点高于H2O
5.C、—CH3、C都是重要的有机反应中间体,有关它们的说法正确的是( )
A.它们互为等电子体,碳原子均采用sp2杂化
B.C与NH3、H3O+互为等电子体,空间构型均为正四面体形
C.C中的碳原子采用sp2杂化,所有原子均共面
D.C与OH-形成的化合物中含有离子键
6.液氨是一种很好的溶剂,液氨可以微弱的电离产生N和N。NH3中的一个H原子若被—NH2取代可形成N2H4,若被—OH取代可形成NH2OH(羟胺)。Cu(OH)2能溶于氨水形成[Cu(NH3)4]2+。NH3可以转化为N2、NO、NO2、N2O4(无色)、HNO3等。下列有关NH3、N、N、[Cu(NH3)4]2+的说法正确的是 ( )
A.N的空间构型为三角锥形
B.NH3的中心原子N采用的杂化方式为sp2
C.NH3中的键角比N中的大
D.1mol[Cu(NH3)4]2+中含有σ键的数目为12NA
答案与分层梯度式解析
专题4 分子空间结构与物质性质
第一单元 分子的空间结构
第1课时 分子的空间结构模型
基础过关练
1.A sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°。
2.A 同一原子中参与杂化的原子轨道,其能量不能相差太大,如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大,不能形成杂化轨道,即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化,故A项错误,B项正确;杂化轨道能量集中,有利于形成牢固的化学键,故C项正确;杂化轨道可用于形成σ键,故D项正确。
3.D 杂化过程中,原子轨道总数不变,即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等,杂化后轨道的形状发生了改变,A正确;sp3、sp2、sp杂化轨道的空间构型分别为四面体形、平面三角形和直线形,因此其杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°,B正确;CH4、NH3、H2O的中心原子均采用sp3杂化,它们的空间结构都可用sp3杂化轨道解释,C正确;杂化轨道可以部分参与形成化学键,如NH3中N发生sp3杂化,形成了4个sp3杂化轨道,但是只有3个杂化轨道参与形成了化学键,D错误。
4.A 氯化氢分子中的σ键为s-pσ键,A错误;单键为σ键,1个双键中含有1个σ键和1个π键,则1个乙烯分子中含有5个σ键和1个π键,B正确;乙烯分子中两个不饱和碳原子采用sp2杂化,未参与杂化的2p轨道“肩并肩”重叠形成1个π键,C正确;氯乙烷分子中的两个碳原子都为饱和碳原子,这两个C原子的杂化方式都为sp3,D正确。
5.C HCHO、CH3OH分子中中心原子C分别采取sp2杂化、sp3杂化。
6.C 和CO2中的C原子均采用sp杂化,且都含有π键;BeCl2分子中Be采用sp杂化,分子的空间构型为直线形,没形成π键;BBr3中B原子采用sp2杂化,没有π键,分子的空间构型为平面三角形。选C。
7.A HCN的电子式为H··C N··,A错误;HCN中碳原子采用sp杂化,分子呈直线形,B正确;HCN中碳原子采用sp杂化,C正确;分子中含有2个σ键,2个π键,D正确。
8.A N的空间结构为平面三角形,其中氮原子的杂化方式为sp2;N中氮原子的杂化方式为sp,N的空间构型为直线形。
9.C N的价电子对数==3,VSEPR模型为平面三角形,N中N原子的杂化轨道上有1对孤电子对,所以其空间结构为V形,A错误;的价电子对数==4,VSEPR模型为四面体形,Cl中Cl原子的杂化轨道上有1对孤电子对,所以其空间结构为三角锥形,B错误;BF3的价电子对数==3,VSEPR模型为平面三角形,该分子的价电子对全是成键电子对,所以其空间结构也为平面三角形,C正确;S的价电子对数==4,VSEPR模型为四面体形,S中S原子的杂化轨道上有1对孤电子对,所以S的空间结构为三角锥形,D错误。
10.B AsCl3的中心原子As的价电子对数为=4,其价层电子对互斥模型为四面体形,孤电子对数为1,分子的空间构型为三角锥形,①正确;甲醛分子的中心原子C的价电子对数为=3,其价层电子对互斥模型为平面三角形,没有孤电子对,分子的空间构型为平面三角形,②错误;NF3的中心原子N的价电子对数为=4,其价层电子对互斥模型为四面体形,孤电子对数为1,分子的空间构型为三角锥形,③错误;N的中心原子N的价电子对数为4,其价层电子对互斥模型为正四面体形,没有孤电子对,N的空间构型为正四面体形,④正确;选B。
11.B OF2的中心原子O的价电子对数为×(6+2×1)=4,其VSEPR模型为四面体形,O的杂化轨道上有2对孤电子对,OF2是V形分子,A项正确;H2S、H2O的中心原子均采用sp3杂化,对成键电子对的吸引能力:O>S,成键电子对离中心原子O较S更近,成键电子对之间距离越小斥力越大,键角越大,故H2S中的键角小于H2O中的,B项错误;BeCl2的中心原子Be的价电子对数为×(2+2×1)=2,其VSEPR模型为直线形,分子的空间构型也为直线形,C项正确;S的中心原子S的价电子对数为×(6+2+4×0)=4,S上没有孤电子对,S的空间构型为正四面体形,CH4的中心原子C的价电子对数为×(4+4×1)=4,C上没有孤电子对,CH4的空间构型为正四面体形,D项正确。
12.C Cl=4,其中心原子Cl含两对孤电子对,Cl的空间构型为V形,A正确;ClO2为共价化合物,B正确;Cl=4,其中心原子Cl含一对孤电子对,Cl的空间构型为三角锥形,键角不是120°,C错误;Cl=4,其中心原子Cl的轨道杂化类型为sp3,D正确。
13.D SO2的水溶液为亚硫酸溶液,溶液中含有可自由移动的H+、等,能够导电,A不正确;SO2与SO3的中心原子S都采用sp2杂化,SO2的中心原子S上存在孤电子对,由于孤电子对比成键电子对更靠近中心原子的原子核,因而价电子对之间的斥力大小顺序为:孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对与成键电子对之间的斥力,所以SO2的键角比SO3的键角小,B不正确;S的中心原子S采用sp3杂化,S上有一对孤电子对,其空间构型为三角锥形,C不正确;S=4,所以其中心原子S的轨道杂化类型为sp3,D正确。
14.D 不同原子之间形成的共价键为极性共价键,分子中N、O之间形成的共价键是极性键,A错误;中心N原子采用sp3杂化,则分子中4个氮原子无法共面,B错误,C错误;中心氮原子的杂化方式为sp3,其杂化轨道上有一对孤电子对,孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对与成键电子对之间的斥力,因此该分子中∠NNN小于109°28',D正确。
15.A Cl、Cl、Cl的中心原子Cl的价电子对数分别为=4、=4、=4,都采用sp3杂化,中心原子上的孤电子对数分别为2、1、0,中心原子上孤电子对数越多对成键电子对的斥力越大,则键角:Cl,A错误,C正确;Cl2O的价电子对数为4,中心原子O采用sp3杂化,Cl2O的空间构型为V形,B正确;Cl的原子序数为17,电子排布式为1s22s22p63s23p5,核外有9个原子轨道填充有电子,故基态Cl原子核外电子的空间运动状态有9种,D正确。
16.A 等电子体具有相同的价电子数和原子数。分析可知A项正确。
17.D CH4和N互为等电子体,都是正四面体结构,键角均为109°28',A项不正确;N和C互为等电子体,其空间结构均为平面三角形,B项不正确;H3O+和PCl3的价电子数不相等,不互为等电子体,C项不正确;B3N3H6和苯互为等电子体,B3N3H6的空间结构与苯相似,分子中存在“肩并肩”重叠的原子轨道,D项正确。
能力提升练
1.B 几何构型为正四面体形的分子,其键角可能为109°28',也可能为60°,A错误;分子的空间构型为平面三角形,该分子的价电子对数为3且无孤电子对,中心原子采用sp2杂化,B正确;中心原子采用sp3杂化的分子,其空间构型可能是四面体形,也可能是三角锥形或V形,C错误;AB3型的共价化合物,其中心原子A可能采用sp3杂化,也可能采用sp2杂化,D错误。
2.D A、B、C、D均为18电子分子。A为双原子分子且为浅黄绿色气体,A是F2;B的水溶液常用作医用消毒液,B是H2O2;C有臭鸡蛋气味,C是H2S;D为烃,D是C2H6。C2H6分子中,C原子采用sp3杂化,A正确;C是H2S分子,H2S中S原子采用sp3杂化,H原子的1s轨道与S原子的sp3轨道重叠形成H—Sσ键,B正确;H2O2为极性分子,其分子中同时含有极性键和非极性键,C正确;HF分子间能形成氢键,HF的沸点大于与F同主族的其他元素的氢化物,D错误。
3.C NCl3的中心原子N采用sp3杂化,A错误;原子中能量相近的1个s轨道和3个p轨道“混杂”起来,形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道,B错误;中心原子采用sp3杂化的分子的空间构型可能为四面体形(如甲烷)、三角锥形(如NH3)、V形(如H2O),C正确;某些AB3型的分子(如NH3、PCl3)呈三角锥形,D错误。
4.A S中硫原子形成4个共价键,空间构型为正四面体形,A正确;S8是分子晶体,B错误;SO2和SO3中硫原子均采用sp2杂化,其中二氧化硫的中心原子S上存在一对孤电子对,孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力,故两者的键角不相等,C错误;水分子间能形成氢键导致沸点升高,故H2S的沸点低于H2O,D错误。
5.C 等电子体的价电子数和原子数都相等,甲烷分子变成C、—CH3、C时,失去的分别是H-、氢原子和H+,原子个数相同,价电子数不同,A项错误;C、NH3、H3O+的价电子数和原子数都相等,三者互为等电子体,其空间构型均为三角锥形,不是正四面体形,B项错误;C中的碳原子价电子对数为(4-1+3×1)÷2=3,碳原子采用sp2杂化,C的空间构型为平面三角形,所有原子均共面,C项正确;C与OH-形成的化合物为CH3OH,只含有共价键,不含有离子键,D项错误。
6.C N的中心原子N的价电子对数==3,其空间构型为平面三角形,A错误;NH3的中心原子N的价电子对数为=4,采用sp3杂化,B错误;N的中心原子N的价电子对数为=4,其杂化轨道上有2对孤电子对,NH3的中心原子N的价电子对数为4,且其杂化轨道上有1对孤电子对,孤电子对之间的排斥力大于孤电子对和成键电子对之间的排斥力,所以NH3中的键角比N中的大,C正确;1个[Cu(NH3)4]2+中铜离子和4个N原子形成4个σ键,每个NH3中存在3个N—Hσ键,则每个[Cu(NH3)4]2+中含有σ键的数目为4+3×4=16,则1mol[Cu(NH3)4]2+中含有σ键的数目为16NA,D错误。
14(共25张PPT)
专题4 分子空间结构与物质性质
第一单元 分子的空间结构
1.sp3杂化与CH4分子的空间构型
(1)sp3杂化轨道的形成
碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道,1个2s轨道和3个2p轨道“混杂”,形成能量相等、
成分相同的4个sp3杂化轨道。
(2)sp3杂化轨道的空间指向
碳原子的4个sp3杂化轨道指向正四面体的4个顶点,每个轨道上都有一个未成对电子。
必备知识 清单破
知识点 1 杂化轨道理论与分子的空间结构模型
(3)共价键的形成
碳原子的4个sp3杂化轨道分别与H原子的1s轨道重叠,形成4个相同的σ键。
(4)CH4分子的空间构型
CH4分子为空间正四面体结构,分子中C—H键之间的夹角都是109°28'。
2.sp2杂化与BF3分子的空间构型
(1)sp2杂化轨道的形成
硼原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道。1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化,形成能量相
等、成分相同的3个sp2杂化轨道。
(2)sp2杂化轨道的空间指向
硼原子中的3个sp2杂化轨道指向平面三角形的3个顶点,3个sp2杂化轨道间的夹角为120°。
(3)共价键的形成
硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的1个2p轨道重叠,形成3个相同的σ键。
(4)BF3分子的空间构型
BF3分子的空间构型为平面三角形,键角为120°。
3.sp杂化与BeCl2分子的空间构型
(1)sp杂化轨道的形成
Be原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道,1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化,形成能量相等、
成分相同的2个sp杂化轨道。
(2)共价键的形成
Be原子的2个sp杂化轨道分别与2个Cl原子的3p轨道重叠形成2个相同的σ键。
(3)BeCl2分子的空间构型
两个sp杂化轨道呈直线形,其夹角为180°。
特别提醒
1.只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。
2.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。
3.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。
归纳总结 对杂化过程的理解
1.价层电子对互斥模型的基本内容
分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)由于相互排斥作用,尽可能彼此远离。
(1)当中心原子的价电子全部参与成键时,为使价电子对斥力最小,就要求尽可能采取对称结
构。
(2)当中心原子的价电子部分参与成键时,未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电
子对之间、成键电子对之间的斥力不同,从而影响分子的空间结构。
(3)价电子对之间的夹角越大,相互之间的斥力越小。
2.ABm型分子的价电子对的计算方法
对于ABm型分子(A是中心原子,B是配位原子),分子的价电子对数n可通过下式确定:
n=(中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×m)÷2
知识点 2 价层电子对互斥模型
其中,中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数,配位原子中卤素原子、氢原子提
供1个价电子,氧原子和硫原子按不提供价电子计算。
3.价层电子对互斥模型与分子的几何构型
(1)中心原子中的价电子全部参与形成共价键的分子的几何构型如下表所示:
ABm 几何构型 示例
m=2 直线形 CO2、BeCl2
m=3 平面三角形 BF3
m=4 正四面体形 CH4、CCl4
(2)中心原子上有孤电子对(价电子中未参与形成共价键的电子对)的分子的几何构型:中心原
子上的孤电子对占据中心原子周围的空间,与成键电子对互相排斥,使分子的几何构型发生
变化,如:H2O、NH3等。
a.H2O中氧原子上有两对孤电子对参与互相排斥,所以H2O分子的空间结构为V形。
b.NH3中氮原子上有一对孤电子对参与互相排斥,NH3分子的空间结构是三角锥形。
1.等电子原理
具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征,这一原理称为“等电子
原理”。
2.等电子体
原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子互称为等电子体。
知识点 3 等电子原理
1.极性分子与非极性分子
(1)极性分子:正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子。
(2)非极性分子:正电荷重心和负电荷重心相重合的分子。
2.非极性分子、极性分子的判断方法
(1)双原子分子
分子的极性取决于成键原子之间的共价键是否有极性,以极性键结合的双原子分子是极性分
子,以非极性键结合的双原子分子是非极性分子。
(2)以极性键结合的多原子分子(ABm型)
分子的极性与分子的空间结构有关。若配位原子对称地分布在中心原子周围,整个分子的
正、负电荷重心相重合,则分子为非极性分子。
知识点 4 分子的极性
一般情况下,单质分子为非极性分子,但O3是V形分子,正、负电荷重心不重合,故O3为极性分
子。
3.分子的极性对物质溶解性的影响——相似相溶规则
由非极性分子构成的物质一般易溶于非极性溶剂,极性分子构成的物质一般易溶于极性溶
剂。
4.键的极性和分子极性的关系
总结提升 键的极性对物质化学性质的影响
由于不同成键原子间电负性的差异,共用电子对会发生偏移。偏移程度越大,共价键极性越
强,在反应中越容易发生断裂。如有机酸中烃基是推电子基团,烃基越长,推电子效应越大,羧
基中羟基的极性越小,越不容易电离出氢离子,羧酸的酸性越弱,且随着烃基加长,酸性的差异
越来越小。F的电负性大于Cl的电负性,F—C的极性大于Cl—C的极性,则三氟乙酸的羧基中
的羟基极性更大,更容易电离出氢离子,酸性强于三氯乙酸。
1.手性异构体和手性分子
具有完全相同的组成和原子排列方式的分子,如同左手和右手一样互为镜像(对映异构),在三
维空间里不能重叠,这对分子互称手性异构体。含有手性异构体的分子称为手性分子。
手性异构体(又称对映异构体、光学异构体)的两个分子互为镜像关系,即分子形式的“左撇
子”和“右撇子”。
2.手性分子的判断
判断一种有机物是否具有手性异构体,关键是看其含有的碳原子是否连有4个不同的原子或
原子团,即看有机物分子中是否存在手性碳原子。如 ,R1、R2、R3、R4互不相
知识点 5 手性分子
同,含有手性碳原子,该有机物分子具有手性。
1.CH4、NH3和H2O分子中的中心原子均采用sp3杂化,故三种分子的键角相同。这种说法对
吗 ( )
虽然三种分子的中心原子均采用sp3杂化,但CH4分子中的C原子上没有孤电子对,NH3
分子中N原子上有1对孤电子对,H2O分子中O原子上有2对孤电子对,孤电子对数越多,对成键
电子对的排斥作用越强,故键角依次减小;CH4、NH3、H2O中的键角分别为109°28'、107°18'、
104°30'。
2.凡是AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化成键。这种说法对吗 ( )
如NH3中氮原子为sp3杂化,BF3中硼原子为sp2杂化。
3.价层电子对互斥模型与分子的空间结构一定一致。这种说法对吗 ( )
不一定一致,中心原子有孤电子对时,二者结构不一致;当中心原子无孤电子对时,二
者结构一致。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
4.若中心原子为sp2杂化,则分子的空间结构均为平面三角形。这种说法对吗 ( )
中心原子为sp2杂化时,若中心原子不存在孤电子对,则分子的空间结构为平面三角
形,如BF3、SO3等,若中心原子存在1对孤电子对,则分子的空间结构为V形,如SO2等。
5.H2O和SO2的空间构型为V形,所以两种分子的键角相同。这种说法对吗 ( )
H2O分子的中心原子O的价电子对数为4,孤电子对数为2,中心原子采用sp3杂化;SO2
分子的中心原子S的价电子对数为3,孤电子对数为1,中心原子采用sp2杂化,SO2的键角比H2O大。
6.CH4、H2O、NH3、HF均含10个质子和10个电子,故它们互为等电子体。这种说法对吗 ( )
原子总数和价电子总数都相同的分子或离子才互为等电子体。
7.以极性键结合起来的分子一定是极性分子。这种说法对吗 ( )
若分子中的正电荷重心和负电荷重心不相重合,则为极性分子,若分子中的正电荷重
心和负电荷重心相重合,则为非极性分子,分子的极性与极性键和非极性键没有必然的联系,
只含有极性键的分子不一定是极性分子,如CH4;极性分子不一定只含有极性键(如H2O2)。
提示
提示
提示
提示
关键能力 定点破
定点 1 ABm型粒子的中心原子杂化轨道类型与分子空间结构的关系
(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时
sp sp2 sp3
轨道形成 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
由于孤电子对参与互相排斥,会使分子的空间结构与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中
氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的,其分子不呈正四面体结构,而呈V形,氨分子
中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据,氨分子不呈正四面体结构,而呈三角锥形。
(3)价电子对间斥力大小顺序:孤电子对与孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间
的斥力>成键电子对与成键电子对之间的斥力。
定点 2 含σ键和π键的分子空间结构和杂化轨道类型
物质 结构式 杂化轨道类
型 分子中共价
键数 键角 分子的空间
结构
甲醛 sp2 3个σ键 1个π键 约120° 平面三角形
乙烯 5个σ键 1个π键 约120° 平面形
氰化氢 sp 2个σ键 2个π键 180° 直线形
乙炔 3个σ键 2个π键 180° 直线形
典例 下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是 ( )
①BF3 ②CH2 CH2 ③ ④
⑤NH3 ⑥CH4
A.①②③ B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥
思路点拨 一般情况下,平面形分子中心原子的杂化方式为sp2,直线形分子中心原子的杂化
方式为sp,三角锥形和四面体形分子中心原子的杂化方式为sp3。
解析 ①②③均为平面形分子,中心原子采用sp2杂化;④为直线形分子,中心原子采用sp杂化;
⑤是三角锥形分子,⑥是正四面体形分子,二者中心原子均采用sp3杂化。
答案 A
规律小结 中心原子杂化方式的判断方法
(1)根据杂化轨道之间的夹角判断
若杂化轨道之间的夹角为109°28',则中心原子采用sp3杂化;若杂化轨道之间的夹角为120°,则
中心原子采用sp2杂化;若杂化轨道之间的夹角为180°,则中心原子采用sp杂化。
(2)有机物中碳原子杂化方式的判断
饱和碳原子采取sp3杂化,形成(1个)双键的碳原子采取sp2杂化,形成三键的碳原子采取sp杂
化。
1.ABm型分子中心原子杂化轨道类型、价电子对数和分子空间结构的关系
定点 3 利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构
杂化轨 道类型 σ键电子 对数 孤电子 对数 价电子 对数 价层电子
对的排列方式 价电子对
分布的几何构型 分子的 空间结构 实例
sp 2 0 2 直线形 直线形 BeCl2、
CO2
sp2 3 0 3 平面 三角形 平面 三角形 BF3、
BCl3
2 1 V形 SnBr2、
PbCl2
sp3 4 0 4 四面 体形 四面 体形 CH4、
CCl4
3 1 三角 锥形 NH3、
NF3
2 2 V形 H2O
2.价电子对数的另外一种计算方法
说明:a为中心原子的价电子数,对于阳离子,a=价电子数-离子电荷数;对于阴离子,a=价电子数
+|离子电荷数|。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。
典例 下列分子中,中心原子杂化类型相同,分子的空间构型也相同的是 ( )
A.BeCl2、CO2 B.H2O、SO2
C.SO3、CH4 D.NF3、BF3
思路点拨 确定ABm型分子空间构型的思路:σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数=中心
原子上的价电子对数 价层电子对互斥模型 分子的空
间构型。
解析 BeCl2中Be原子价电子对数为 =2,采用 sp杂化,CO2中C原子价电子对数为
=2,采用 sp杂化,二者的中心原子杂化方式相同,BeCl2、CO2都是直线形分子,A正确;H
2O中O原子价电子对数为 =4,采用 sp3杂化,且含有2对孤电子对,分子的空间构型为V
形,SO2中S原子价电子对数为 =3,采用 sp2杂化,且含有1对孤电子对,分子的空间构型
为V形,B错误;SO3中S原子价电子对数为 =3,采用sp2杂化,且不含孤电子对,分子的空间
构型为平面三角形,CH4的中心原子C的价电子对数为 =4,采用sp3杂化,且不含孤电子
对,分子的空间构型为正四面体形,C错误;NF3中N原子价电子对数为 =4,采用sp3杂化,
且含有1对孤电子对,分子的空间构型为三角锥形,BF3中B原子价电子对数为 =3,采用
sp2杂化,且不含孤电子对,分子的空间构型为平面三角形,D错误。
答案 A
易混易错 (1)价层电子对互斥模型是价电子对的空间结构,而分子的空间结构不包括孤电
子对。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对(未用于形成共价键的电子对),当中心
原子上无孤电子对时,两者一致;当中心原子上有孤电子对时,两者不一致。
(2)常见的分子空间结构:直线形、V形、平面三角形、三角锥形、四面体形。第2课时 分子的极性 手性分子
基础过关练
题组一 键的极性与分子的极性
1.下列说法正确的是( )
A.含有非极性键的分子一定是非极性分子
B.非极性分子中一定含有非极性键
C.由极性键形成的双原子分子一定是极性分子
D.分子的极性与键的极性无关
2.下列说法正确的是( )
A.H2O中的H—O—H夹角与COCl2中的Cl—C—Cl夹角都为120°
B.CCl4、SiF4都是由极性键构成的非极性分子
C.乙醇可以和水以任意比互溶只是因为两者均为极性分子,相似相溶
D.如图,S8分子和SF6分子都是极性分子
SF6
3.下列各组物质中,都是由极性键构成的非极性分子的是 ( )
A.O2和N2 B.O3和H2O
C.CO2和CH4 D.H2O2和C2H4
4.(1)N4分子的空间结构为,它是一种 (填“极性”或“非极性”)分子。
(2)PH3分子与NH3分子的空间结构 (填“相似”或“不相似”),P—H键 (填“有”或“无”)极性,PH3分子 (填“是”或“不是”)极性分子。
(3)常温下,NCl3是一种淡黄色油状液体。下列对NCl3的有关描述不正确的是 。
a.该分子呈平面三角形
b.该分子中的化学键为极性键
c.该分子为极性分子
题组二 相似相溶规则
5.利用“相似相溶规则”不能解释的是( )
A.I2易溶于KI溶液中
B.I2微溶于水,易溶于CCl4
C.HCl易溶于水;S8易溶于CS2
D.在水中的溶解度:C2H5OH>CH3CH2CH2CH2OH
6.(2024江苏盐城月考)根据“相似相溶规则”,解释溴、碘单质在四氯化碳中比在水中溶解度大的原因是( )
A.溴、碘单质和四氯化碳中都含有卤素
B.溴、碘是单质,四氯化碳是化合物
C.Br2、I2是非极性分子,CCl4也是非极性分子,而水是极性分子
D.以上说法都不对
题组三 手性分子和手性碳原子
7.下列说法不正确的是( )
A.互为手性异构体的分子互为镜像
B.利用手性催化剂合成可主要得到一种手性分子
C.手性异构体分子组成相同
D.手性异构体性质相同
8.下列分子属于手性分子的是( )
A.CHFBr2
B.CH3CH2OH
C.
D.
能力提升练
题组一 极性分子、非极性分子及其性质
1.石灰氮(CaCN2)是一种氮肥,与土壤中的H2O反应生成氰胺(),氰胺可进一步转化为尿素[CO(NH2)2]。下列有关说法不正确的是( )
A.H2O为极性分子
B.C的空间构型为直线形
C.CO(NH2)2属于极性分子,易溶于水
D.1个分子中含3个σ键
2.氯元素具有多种化合价,可形成Cl-、Cl2、Cl、ClO2、Cl和Cl等多种粒子。下列关于含氯微粒的说法正确的是( )
A.Cl的中心原子Cl的轨道杂化类型为sp3
B.ClO2为非极性分子
C.Cl的键角为120°
D.Cl的空间构型为直线形
3.以乙炔为原料制备草酸(H2C2O4),反应原理为:C2H2+8HNO3(浓)H2C2O4+8NO2+4H2O。下列说法正确的是( )
A.乙炔的空间填充模型为
B.N的中心原子N的杂化方式为sp2
C.NO2形成的晶体熔点高、硬度大
D.H2O为非极性分子
4.“肼合成酶”以其中的Fe2+配合物为催化中心,可将NH2OH与NH3转化为肼(NH2NH2)其反应历程如图所示。下列说法错误的是( )
A.反应涉及N—H键、N—O键断裂和N—N键生成
B.NH2NH2是非极性分子,其中N原子均为sp2杂化
C.催化中心的Fe2+被氧化为Fe3+,又被还原为Fe2+
D.将NH2OH替换为ND2OD,反应可得ND2NH2
题组二 手性分子及其判断方法
5.下列关于丙氨酸的说法中,正确的是( )
A.Ⅰ和Ⅱ的结构和性质完全不相同
B.Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称,都是非极性分子
C.Ⅰ和Ⅱ具有完全相同的组成和原子排列方式
D.Ⅰ和Ⅱ中化学键的种类与数目不完全相同
6.下列有关分子结构与性质的叙述中,不正确的是 ( )
A.是手性分子
B.含有手性碳原子的分子有旋光性
C.凡是中心原子采用sp3杂化的分子,其空间结构都是正四面体形,键角为109°28'
D.F3C—的极性强于Cl3C—的极性,三氟乙酸(F3CCOOH)的酸性大于三氯乙酸(Cl3CCOOH)的酸性
答案与分层梯度式解析
第2课时 分子的极性 手性分子
基础过关练
1.C 含有非极性键的分子如果空间结构不对称,正、负电荷重心不相重合,则为极性分子,如H2O2,A项错误;非极性分子中不一定含有非极性键,由极性键形成的分子,如果空间结构对称,正、负电荷重心相重合,则为非极性分子,如CH4,B项错误;分子的极性除与键的极性有关外,还与分子的空间结构有关,D项错误。
2.B H2O中氧原子上有2对孤电子对,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,故H—O—H夹角小于109°28',COCl2的中心原子C采用sp2杂化,CO键和C—Cl键间的斥力大于C—Cl键和C—Cl键间的斥力,故COCl2中的Cl—C—Cl夹角小于120°,A错误;CCl4、SiF4都是由极性键构成的分子,都是正四面体结构,二者正、负电荷重心重合,为非极性分子,B正确;乙醇可以和水以任意比互溶不仅仅是因为两者均为极性分子,还与乙醇和水分子间存在氢键有关,C错误;S8分子和SF6分子为对称结构,且正、负电荷重心重合,都是非极性分子,D错误。
3.C 分子的正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子是极性分子,正电荷重心和负电荷重心相重合的分子是非极性分子。O2和N2都是由非极性键构成的非极性分子,A错误;O3是由极性键构成的极性分子,H2O是由极性键构成的极性分子,B错误;CO2和CH4都是由极性键构成的非极性分子,C正确;H2O2是极性分子,由O—H极性键和O—O非极性键构成,C2H4是非极性分子,由极性键和非极性键构成,D错误。
4.答案 (1)非极性 (2)相似 有 是 (3)a
解析 (1)N4分子呈正四面体结构,是非极性分子。
(2)NH3分子与PH3分子空间结构相似,P—H键为不同元素原子之间形成的共价键,为极性键;PH3分子的空间结构为三角锥形,正、负电荷重心不相重合,为极性分子。
(3)NCl3中N原子的价电子对数为=4,孤电子对数为1,该分子为三角锥形,a错误;N、Cl之间形成的键为极性键,b正确;NCl3分子正、负电荷重心不重合,故该分子为极性分子,c正确。
5.A 相似相溶规则:极性分子易溶于极性溶剂,而非极性分子易溶于非极性溶剂。I2溶于KI溶液是发生了反应:I2+I-,没有利用到“相似相溶规则”,A项符合题意;H2O为极性溶剂,CCl4为非极性溶剂,I2为非极性分子,易溶于非极性溶剂,利用到了“相似相溶规则”,B项不符合题意;HCl为极性分子,易溶于极性溶剂H2O,而S8为非极性分子,易溶于非极性溶剂CS2,利用到了“相似相溶规则”,C项不符合题意;C2H5OH极性大于CH3CH2CH2CH2OH,更易溶于水中,利用到了“相似相溶规则”,D项不符合题意。
6.C Br2、I2是非极性分子,易溶于由非极性分子组成的溶剂,CCl4是非极性溶剂,水是极性溶剂,根据“相似相溶规则”可知,Br2、I2在水中溶解度很小,但在CCl4中溶解度很大,故选C。
7.D 互为手性异构体的分子性质有差异,D不正确。
8.D CHFBr2中碳原子上连着的四个原子中有两个溴原子,该碳原子不是手性碳原子,A错误;—CH3中碳原子连着三个氢原子、—CH2OH中碳原子连着两个氢原子,都不是手性碳原子,B错误;中碳原子上连有2个甲基,C错误;中一个碳原子上连有甲基、氨基、氢原子、羧基这四个不同原子或原子团,该碳原子是手性碳原子,D正确。
能力提升练
1.D H2O分子的正、负电荷重心不重合,是极性分子,A正确;C的中心原子C采用sp杂化,C呈直线形,B正确;CO(NH2)2是尿素,属于极性分子,易溶于水,C正确;1个分子中含4个σ键,D错误。
2.A Cl的中心原子Cl的价电子对数为×(7+1+4×0)=4,其轨道杂化类型为sp3,A正确;ClO2的正、负电荷重心不相重合,为极性分子,B错误;Cl的中心原子Cl的价电子对数为×(7+1+3×0)=4,且其杂化轨道上含有1对孤电子对,Cl的空间构型为三角锥形,键角不为120°,C错误;Cl的中心原子Cl的价电子对数为×(7+1+2×0)=4,且其杂化轨道上有2对孤电子对,Cl的空间构型为V形,D错误。
3.B 乙炔为直线形结构,A错误;N的中心原子N的价电子对数为=3,N采用sp2杂化,B正确;NO2形成的晶体为分子晶体,熔点低、硬度小,C错误;H2O的空间构型为V形,为极性分子,D错误。
4.B 由题图可知反应涉及N—H键、N—O键断裂和N—N键的生成,A正确;NH2NH2是极性分子,N原子采用sp3杂化,B错误;反应过程中,Fe2+先失去电子生成Fe3+,后Fe3+又得到电子生成Fe2+,C正确;由反应历程可知NH2NH2中两个氢来源于NH3,所以将NH2OH替换为ND2OD,得到ND2NH2和HDO,D正确。
5.C Ⅰ和Ⅱ在某些性质上有所不同,但它们有着相同的官能团,化学性质相似,故A错误;根据其结构可知,Ⅰ和Ⅱ都是极性分子,故B错误;Ⅰ和Ⅱ的组成和原子排列方式完全相同,故C正确;Ⅰ和Ⅱ互为对映异构体,所含化学键的种类与数目是相同的,故D错误。
6.C 分子中含一个手性碳原子,该分子为手性分子,A项正确;含有手性碳原子的分子为手性分子,具有旋光性,B项正确;中心原子采用sp3杂化的分子,其空间结构不一定都是正四面体形,可能为三角锥形等,C项错误;F3C—的极性强于Cl3C—的极性,使羧基电离出氢离子的能力:F3CCOOH>Cl3CCOOH,三氟乙酸(F3CCOOH)的酸性大于三氯乙酸(Cl3CCOOH)的酸性,D项正确。
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