第2节 共价键与分子的空间结构
第1课时 分子空间结构的理论分析
基础过关练
题组一 杂化轨道理论
1.下列关于杂化轨道的叙述正确的是( )
A.杂化轨道可用于形成σ键,也可用于形成π键
B.杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对
C.NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的s轨道杂化而成的
D.在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的1s轨道重叠形成3个C—H σ键
2.下列分子的中心原子采用sp2杂化的是( )
①CH4 ② ③
④ ⑤BBr3
A.①②③ B.①②④
C.③④⑤ D.②③⑤
3.下列叙述不正确的是( )
A.sp3、sp2、sp三种杂化轨道中sp杂化轨道间的夹角最大
B.甲烷分子中由于C原子发生了sp3杂化而形成正四面体的立体结构
C.乙炔是直线形分子,可以用sp杂化轨道解释
D.杂化前后的轨道数和轨道的形状都不变
4.丙酮是重要的有机合成原料,其结构简式为,中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是( )
A.sp2、sp2 B.sp3、sp3
C.sp2、sp3 D.sp、sp3
5.下列有关苯分子中的描述不正确的是( )
A.碳原子均以sp2杂化轨道形成正六边形的碳环,键角为120°
B.每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道,这六个2p轨道以“肩并肩”的方式相互重叠,形成一个大π键
C.6个碳碳键完全等同,共有6个原子处于同一平面
D.每个碳原子的一个sp2杂化轨道分别与1个H原子的1s轨道重叠形成σ键
题组二 价电子对互斥理论
6.下列分子价电子对互斥模型与分子空间结构不一致的是( )
A.SO3 B.BCl3
C.PCl3 D.CH4
7.价电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是( )
A.XeF2与XeO2的键角相等
B.CF4和NH3均为非极性分子
C.S和C的空间构型均为平面三角形
D.CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体形
8.用价电子对互斥(VSEPR)理论可以预测许多分子或离子的空间结构,也可以推测键角大小。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
C.C的键角为120°
D.S和CH4的空间结构相同
题组三 杂化类型及空间结构的判断
9.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 B.NCl3 C.Cl D.[PCl4]+
10.下列中心原子的杂化轨道类型和分子的空间结构的判断不正确的是 ( )
A.PCl3中P原子为sp3杂化,为三角锥形
B.N中N原子为sp3杂化,为正四面体形
C.H2S中S原子为sp杂化,为直线形
D.SO2中S原子为sp2杂化,为V形
11.下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是( )
选项 粒子 空间结构 杂化方式
A SO3 平面三角形 S原子采取sp杂化
B SO2 V形 S原子采取sp3杂化
C C 三角锥形 C原子采取sp2杂化
D C2H2 直线形 C原子采取sp杂化
12.氮的最高价氧化物为无色晶体,它由两种离子构成,已知其阴离子空间结构为平面三角形,则其阳离子的空间结构和阳离子中氮原子的杂化方式为( )
A.平面三角形、sp2杂化
B.V形、sp2杂化
C.三角锥形、sp3杂化
D.直线形、sp杂化
13.回答下列问题:
(1)图a为S8的结构,其硫原子的杂化轨道类型为 。
(2)气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的空间结构为 ;三氧化硫固体中存在如图b所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为 。
(3)COCl2分子中所有原子均满足8电子稳定结构,COCl2分子中σ键和π键的个数比为 ,中心原子的杂化方式为 。
(4)Al中Al原子的杂化轨道类型为 。
题组四 等电子原理
14.下列各组物质不互为等电子体的是( )
A.CO和N2 B.CO2和N2O
C.C和N D.CO2和SO2
15.下列关于等电子体的说法中,正确的是( )
A.S与Cl不互为等电子体,故它们的熔、沸点及溶解度相差较大
B.P与S不互为等电子体,故结构不相似
C.N与C互为等电子体,故N与C互为同素异形体
D.苯与硼氮苯互为等电子体,故硼氮苯中含有大π键
16.科学家研究发现:等电子体的空间结构相同。下列有关说法中正确的是( )
A.BF3和C互为等电子体,空间结构均为平面三角形
B.B3N3H6和苯(C6H6)互为等电子体,B3N3H6分子中不存在“肩并肩”方式重叠的轨道
C.NH3和PCl3互为等电子体,空间结构均为三角锥形
D.CH4和N互为等电子体,键角均为60°
能力提升练
题组一 杂化轨道理论的应用
1.科学家研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(结构如图所示)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°,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取sp2杂化
D.15.2 g该物质含有3.612×1023个氧原子
2.三硫化四磷(P4S3)是黄绿色针状晶体,易燃、有毒,分子结构如图所示。下列有关P4S3的说法中正确的是( )
A.P4S3中仅P原子最外层满足8电子稳定结构
B.键角:PCl3>P
C.P4S3中P原子为sp3杂化,S原子为sp杂化
D.1 mol P4S3分子中含有6 mol极性共价键
3.(不定项)理论化学模拟得到一种离子,结构如图。下列关于该离子的说法错误的是( )
A.所有原子均满足8电子结构
B.N原子的杂化方式有2种
C.空间结构为四面体形
D.常温下不稳定
题组二 价电子对互斥(VSEPR)理论的应用
4.工业上制备NaHSO3的原理为2SO2+Na2CO3+H2O CO2+2NaHSO3,反应涉及的微粒中空间结构为V形且含有π键的是( )
A.SO2 B.C C.H2O D.CO2
5.C、—CH3、C都是重要的有机反应中间体,下列有关它们的说法正确的是( )
A.它们互为等电子体,碳原子均采取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中的碳原子采取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.As2O3(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示),与盐酸反应生成 AsCl3,AsCl3被 LiAlH4还原生成 AsH3。下列说法正确的是( )
A.As2O3 分子中 As 原子的杂化方式为 sp3
B.LiAlH4为共价化合物
C.AsCl3的空间结构为平面三角形
D.AsH3分子键角大于 109°28'
7.(教材深研拓展)请回答下列问题:
(1)键角:气态SeO3分子>Se的原因是
。(2)两种三角锥形气态氢化物PH3和NH3的键角分别为93.6°和107°,试分析PH3的键角小于NH3的原因
。
H+可与H2O形成H3O+,H3O+中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大,原因为
。
(4)乙酸分子()中键角1 (填“大于”“等于”或“小于”)键角2,原因是 。
答案与分层梯度式解析
第2节 共价键与分子的空间结构
第1课时 分子空间结构的理论分析
基础过关练
1.B 杂化轨道可用于形成σ键,也可用来容纳未参与成键的孤电子对,不能用于形成π键,故A错误,B正确;NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的,C错误;在乙烯分子中,每个碳原子的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的1s轨道重叠形成2个C—H σ键,剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个σ键,D错误。
2.D 分析题给分子中心原子的价电子对数,确定杂化轨道类型:
分子 CH4 BBr3
价电子 对数 0+4 0+3 0+3 0+2 0+3
杂化轨 道类型 sp3 sp2 sp2 sp sp2
②、③、⑤分子的中心原子采用sp2杂化。
3.D sp3、sp2、sp杂化轨道间的夹角分别为109°28'、120°、180°,sp杂化轨道间的夹角最大,A正确;甲烷分子中C原子发生了sp3杂化,形成四个相同的杂化轨道,每个杂化轨道分别与一个氢原子的1s轨道重叠形成一个共价键,从而形成正四面体的立体结构,B正确;乙炔分子中的碳原子采取sp杂化,键角为180°,为直线形结构,C正确;杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变,D错误。
4.C
5.C 苯分子呈平面正六边形,6个碳碳键完全等同,分子中共有12个原子共面,C错误。
6.C
分子 孤电子 对数 价电子 对数 价电子对 互斥模型 分子空间结构
SO3 0 3 平面三角形 平面三角形
BCl3 0 3 平面三角形 平面三角形
PCl3 1 4 四面体形 三角锥形
CH4 0 4 正四面体形 正四面体形
7.D XeF2中Xe的价电子对数为2+=5,有3对孤电子对,XeO2中Xe的价电子对数为2+=4,有2对孤电子对,中心原子的杂化方式不同,键角不同,A错误。CF4为正四面体形,正、负电荷重心重合,为非极性分子;NH3的中心原子N的价电子对数为3+=4,有1对孤电子对,空间构型为三角锥形,正、负电荷重心不重合,为极性分子,B错误。S的中心原子S的孤电子对数为1,价电子对数为4,空间构型为三角锥形,C的中心原子C的孤电子对数为0,价电子对数为3,空间构型为平面三角形,C错误。甲烷分子的中心原子C的价电子对数为4,水分子的中心原子O的价电子对数也为4,它们的VSEPR模型都是四面体形,D正确。
方法指导 价电子对互斥理论指的是价电子对的空间结构,而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对。当中心原子无孤电子对时,两者的空间结构一致;当中心原子有孤电子对时,两者的空间结构不一致。
8.B CH2Cl2中C—H、C—Cl键的键长不相等,是四面体形分子,A正确;H2S、H2O的中心原子的价电子对数相同,电负性O>S,则键角H2O>H2S,B错误;C的中心原子C的价电子对数为3+=3,无孤电子对,空间结构为平面三角形,键角为120°,C正确;S和CH4的空间结构均为正四面体形,D正确。
规律方法 价电子对数、孤电子对数均相同的分子,中心原子电负性大的对成键电子对的吸引能力更强,成键电子对距离中心原子更近,成键电子对之间的斥力更大,导致键角更大。
9.B 根据价电子对互斥理论判断如下:
微粒 价电 子对数 孤电 子对数 杂化 类型 微粒的 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
10.C PCl3中P原子形成3个σ键,孤电子对数为=1,为sp3杂化,空间结构为三角锥形,A正确;N中N原子形成4个σ键,孤电子对数为=0,为sp3杂化,空间结构为正四面体形,B正确;H2S分子中S原子形成2个σ键,孤电子对数为=2,为sp3杂化,空间结构为V形,C错误;SO2中S原子形成2个σ键,孤电子对数为=1,为sp2杂化,空间结构为V形,D正确。
11.D SO3分子中S的价电子对数=成键电子对数+孤电子对数=3+
(6-3×2)=3,硫原子采取sp2杂化,SO3的空间结构为平面三角形,故A错误;SO2中S的价电子对数=2+(6-2×2)=3,硫原子采取sp2杂化,SO2的空间结构为V形,故B错误;C中C的价电子对数=3+(4+2-3×2)
=3,碳原子采取sp2杂化,C的空间结构为平面三角形,故C错误;乙炔()分子中每个C原子均形成2个σ键和2个π键,价电子对数是2,碳原子采取sp杂化,C2H2的空间结构为直线形,故D正确。
12.D 氮的最高价氧化物为N2O5,由两种离子构成,其中阴离子空间结构为平面三角形,阴离子应为N,则其阳离子为N,其中心原子N的价电子对数为2+×(5-1-2×2)=2,所以氮原子采取sp杂化,不含孤电子对,阳离子的空间结构为直线形,故选D。
13.答案 (1)sp3 (2)平面三角形 sp3 (3)3∶1 sp2 (4)sp3
解析 (1)S8中S原子的价电子对数是2+=4,所以硫原子的杂化轨道类型为sp3。
(2)SO3的中心原子S的价电子对数是3+=3,无孤电子对,则气态三氧化硫的空间结构为平面三角形;三氧化硫固体中存在题图b所示的三聚分子,在该分子中每个S原子形成4个σ键,价电子对数是4,所以在该分子中S原子的杂化轨道类型为sp3。
(3)COCl2分子中所有原子均满足8电子稳定结构,1个COCl2分子中含有3个σ键和1个π键,σ键和π键的个数比为3∶1;COCl2分子中C的价电子对数为3,故C原子的杂化方式为sp2。
(4)Al中Al原子的孤电子对数==0,价电子对数为4,则Al原子的杂化轨道类型为sp3。
14.D 互为等电子体的微粒的化学通式相同且价电子总数相等。CO和N2的原子总数都为2,价电子总数都为10,二者互为等电子体,A不符合题意;CO2和N2O的原子总数都为3,价电子总数都为16,二者互为等电子体,B不符合题意;C和N的化学通式相同,价电子总数都为24,二者互为等电子体,C不符合题意;CO2和SO2的化学通式相同,价电子总数分别为16、18,不互为等电子体,D符合题意。
15.D S与Cl化学通式相同,价电子总数相等,互为等电子体,A错误;P与S化学通式相同,价电子总数相等,互为等电子体,结构相似,B错误;N与C互为等电子体,但不互为同素异形体,C错误;苯与硼氮苯互为等电子体,结构相似,苯分子中含有大π键,则硼氮苯中同样含有大π键,D正确。
16.A BF3和C的化学通式相同,价电子总数都为24,互为等电子体,空间结构均为平面三角形,故A正确;B3N3H6与苯互为等电子体,二者空间结构相似,则B3N3H6分子中含有π键,π键是原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠形成的,故B错误;NH3的价电子总数为8,PCl3的价电子总数为26,不互为等电子体,但二者的空间结构均为三角锥形,故C错误;CH4和N的化学通式相同,价电子总数都为8,互为等电子体,空间结构均为正四面体形,键角均为109°28',不是60°,故D错误。
能力提升练
1.D 分子中N、O间形成的共价键是极性键,故A错误;N(NO2)3分子中N—N—N键角都是108.1°,根据N(NO2)3的结构可知,中心氮原子的价电子对数为4,分子中4个氮原子构成三角锥形,故B错误;中心氮原子采取sp3杂化,故C错误;N(NO2)3的摩尔质量为152 g/mol,则15.2 g N(NO2)3的物质的量为0.1 mol,含有6.02×1022个分子,1个N(NO2)3分子中含有6个氧原子,则含有6.02×1022×6=3.612×1023个氧原子,故D正确。
2.D P原子最外层有5个电子,形成了3个共价键,S原子最外层有6个电子,形成了2个共价键,因此P4S3中P、S原子最外层都满足8电子稳定结构,A错误;PCl3与P的中心原子P均采用sp3杂化,PCl3的中心原子有一对孤电子对,而P的中心原子无孤电子对,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,所以键角:PCl3
3 mol P—P非极性共价键,D正确。
3.B
由的结构可知,所有N原子均满足8电子稳定结构,A正确;由上图可知,N原子的杂化方式有3种,B错误;的中心原子N为sp3杂化,则其空间结构为四面体形,C正确;中含—N,常温下不稳定,D正确。
4.A SO2中S的σ键电子对数是2,孤电子对数为=1,则空间结构为V形,中心S原子最外层有6个电子,有2个形成σ键,有一对孤电子对,则其余2个电子形成π键,A符合题意;C中C的σ键电子对数是3,孤电子对数==0,则空间结构为平面三角形,B不符合题意;H2O中O的σ键电子对数是2,孤电子对数==2,则空间结构为V形,中心O原子最外层有6个电子,有2个形成σ键,有两对孤电子对,没有电子形成π键,C不符合题意;CO2中σ键电子对数是2,孤电子对数==0,则空间结构为直线形,D不符合题意。
5.C C、—CH3、C的价电子数分别为6、7、8,它们不互为等电子体,C中C原子的价电子对数为3,碳原子采取sp2杂化,—CH3、C的价电子对数均为4,均采取sp3杂化,故A错误;C、NH3、H3O+的化学通式相同,价电子总数均为8,互为等电子体,三者的价电子对数均为4,均有一对孤电子对,空间构型均为三角锥形,故B错误;C中C原子的价电子对数为3,碳原子采取sp2杂化,其空间构型是平面三角形,故C正确;C与OH-形成的化合物是CH3OH,属于共价化合物,不含离子键,故D错误。
6.A As2O3中As原子的价电子对数是4,As原子的杂化类型为sp3,故A正确;LiAlH4是由Li+和Al构成的,为离子化合物,故B错误;
AsCl3中As原子价电子对数为3+=4,且含有一对孤电子对,根据价电子对互斥理论判断,其空间结构为三角锥形,故C错误;AsH3中As原子价电子对数=3+=4,且含有一对孤电子对,根据价电子对互斥理论判断,其空间结构为三角锥形,其键角小于109°28',故D错误。
7.答案 (1)Se中Se为sp3杂化,存在1对孤电子对,为三角锥形;SeO3中Se为sp2杂化,为平面三角形
(2)N的电负性强于P,且原子半径小于P,NH3中成键电子对离中心原子更近,成键电子对间距离更小,其成键电子对间斥力更大,键角更大
(3)H2O中氧原子有两对孤电子对,H3O+中氧原子有一对孤电子对,排斥力较小
(4)大于 键对C—C键的斥力大于C—O键对C—C键的斥力
解析 (3)H3O+、H2O的中心原子的价电子对数均为4,H2O中O原子有两对孤电子对,H3O+中O原子有一对孤电子对,因为孤电子对间的排斥力>孤电子对与成键电子对间的排斥力>成键电子对间的排斥力,导致H3O+中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大。(4)通常,双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力,故乙酸分子中键角1大于键角2。
归纳总结 比较键角大小的三种思维模型
(1)杂化轨道类型不同:sp>sp2>sp3。
(2)
(3)在同一分子中,多重键电子间斥力大,键角大。
2第2课时 分子的空间结构与分子性质
基础过关练
题组一 手性分子及其判断
1.下列分子中指定的碳原子(用*标记)属于手性碳原子的是( )
A.降冰片烯
B.甘油
C.乳酸
D.苯甲醇
2.下列物质中不存在对映异构体的是( )
A.BrCH2CHOHCH2OH B.
C.CH3CHOHCOOH D.CH3COCH2CH3
3.丙氨酸(C3H7NO2)分子为手性分子,它存在对映异构体(如图所示),下列关于丙氨酸的两种对映异构体(Ⅰ和Ⅱ)的说法正确的是( )
A.Ⅰ和Ⅱ分子中均存在2个手性碳原子
B.Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称,具有不同的分子极性
C.Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子,只含有极性键,不含非极性键
D.Ⅰ和Ⅱ的化学键相同,但分子的性质不同
4.下列有关叙述错误的是( )
A.利用手性催化剂合成可只得到一种或主要得到一种手性分子
B.互为对映异构体的分子互为镜像,且分子组成相同,性质完全相同
C.互为对映异构体的两种分子具有相反的旋光性
D.CFClBrI(氟氯溴碘甲烷)存在同分异构体是因为其分子结构中含有手性碳原子
题组二 分子中的电荷分布与极性
5.已知带静电的有机玻璃棒靠近纯水的细流,水流方向发生改变,则用带静电的有机玻璃棒靠近下列物质的细流时,细流方向也发生偏转的是 ( )
A.苯 B.二硫化碳 C.H2O2 D.四氯化碳
6.下列各组物质中,都是由极性键构成的极性分子的是( )
A.PCl3和NCl3 B.BeCl2(g)和HCl
C.NH3和BH3 D.CO2和SO2
7.绿芦笋中含有天门冬氨酸(结构如图)和微量元素硒、铬、锰等,具有提高身体免疫力的功效。回答下列问题:
(1)天门冬氨酸中的共价键类型为 (填“σ键”或“π键”),其中C原子的杂化轨道类型为 ,图中O—C—C的键角 C—C—N的键角(填“大于”或“小于”)。
(2)H2S和H2Se热稳定性较好的是 ,从分子结构角度解释其原因:
。
将天门冬氨酸中的—NH2换成—NO2,得到的新物质的酸性会增强,原因是
。
能力提升练
题组 分子空间结构及分子性质的综合考查
1.下列说法不正确的是 ( )
A.HClO分子的空间结构为直线形
B.NCl3和PCl3分子中,电负性:N>P,键角:∠Cl—N—Cl>∠Cl—P—Cl
C.Mg原子的两种激发态[Ne]3s13p1和[Ne]3p2中,前者第二电离能更大
D.O3是空间结构为V形的弱极性分子,其在水中的溶解度大于O2
2.下列物质中,酸性最强的是( )
A.CH2ClCOOH B.CH2FCOOH
C.CHF2COOH D.CHBr2COOH
3.下列说法不正确的是( )
A.碘易溶于四氯化碳,甲烷难溶于水都可用“相似相溶”解释
B.乳酸分子()中含有一个手性碳原子
C.亚硝酰氟(NOF)的空间构型为V形
D.键角大小:NH34.(不定项)三氟化氯(ClF3)是极强助燃剂,能自耦电离:2ClF3 Cl+Cl,其分子空间结构如图。下列推测合理的是 ( )
A.ClF3分子是含有极性键的极性分子
B.BrF3比ClF3更易发生自耦电离
C.ClF3水解反应的产物为HCl和HFO
D.Cl与H2O、Cl与CCl4的空间结构分别相同
5.有X、Z、Q、T四种元素,X元素原子的M层的p轨道上有两个未成对电子且无空轨道;Z元素原子的L层的p轨道有一个空轨道;Q元素原子的L层的p轨道上只有一对成对电子;T元素原子的M层的p轨道上有3个未成对电子。下列说法中不正确的是( )
A.T元素有一种单质的立体构型为正四面体形
B.ZQ分子中含有1个σ键和2个π键
C.X和Q元素能形成两种只含极性键的极性分子
D.Z与X、Q元素均能形成直线形非极性分子
6.硫元素可形成丰富的化合物,在生产生活中具有广泛的用途。
(1)H2S气体是一种重要的化工原料,从轨道重叠方式的角度分析H2S的成键,H2S分子中硫原子的 轨道与氢原子的s轨道重叠形成 键。
(2)S、SO3、SO2、CS2是中学化学的常见微粒,其中属于极性分子的是 ,四种微粒的键角由大到小的顺序是
。
(3)硫代硫酸可看作是硫酸分子中一个端基氧原子被硫原子取代而得到的产物,S2的结构如图所示,S2的中心原子杂化方式为 ,空间结构是 ;S2与I2反应的离子方程式为2S2+I2S4+2I-,根据所学知识分析,此反应中I2得到的是端基氧原子还是端基硫原子的电子,预测S4可能的结构是 (填字母)。
a. b.
答案与分层梯度式解析
第2课时 分子的空间结构与分子性质
基础过关练
C 中标记*的碳原子连接了两个H,不是手性碳原子,A错误;中标记*的碳原子连接了两个相同的原子团,不是手性碳原子,B错误;中标记*的碳原子连接了四个不同的原子或原子团,是手性碳原子,C正确;
中标记*的碳原子连接了两个H,不是手性碳原子,D错误。
2.D D项分子中不存在不对称碳原子,因此该分子不存在对映异构体。
3.D 根据题图可知,Ⅰ和Ⅱ分子中均存在1个手性碳原子,故A错误;对映异构体具有相同的分子极性,Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子,故B错误;Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子,分子中含有极性键,如C—H键,也含有非极性键,如C—C键,故C错误;Ⅰ和Ⅱ互为对映异构体,分子的性质不同,故D正确。
4.B 利用手性催化剂合成可只得到一种或主要得到一种手性分子,A正确;互为对映异构体的两个分子具有镜像关系,分子组成相同,性质不完全相同,B错误;互为对映异构体的两种分子具有相反的旋光性,C正确;CFClBrI(氟氯溴碘甲烷)分子中的C原子连接了4个不同的原子,为手性碳原子,存在对映异构体,D正确。
5.C H2O为极性分子,带静电的有机玻璃棒靠近纯水的细流,水流方向会发生改变。H2O2为极性分子,带静电的有机玻璃棒靠近H2O2的细流,细流方向会发生改变;苯、二硫化碳、四氯化碳均为非极性分子,带静电的有机玻璃棒分别靠近它们的细流,细流方向均不发生改变;故选C。
6.A
分子 共价键 空间结构 分子的极性 结论
PCl3 只含极性键 三角锥形 极性分子 A项符 合题意
NCl3 只含极性键 三角锥形 极性分子
BeCl2(g) 只含极性键 直线形 非极性分子 B项不符 合题意
HCl 只含极性键 — 极性分子
NH3 只含极性键 三角锥形 极性分子 C项不符 合题意
BH3 只含极性键 平面三角形 非极性分子
CO2 只含极性键 直线形 非极性分子 D项不符 合题意
SO2 只含极性键 V形 极性分子
7.答案 (1)σ键、π键 sp2、sp3 大于
(2)H2S S的原子半径小于Se,S—H键的键长较短,键能较大,分子的热稳定性更强
(3)O的电负性比H大,—NO2吸引电子的能力大于—NH2,导致羧基上羟基的极性更大,更易电离出H+
解析 (1)
O—C—C中间的双键碳原子为sp2杂化,空间结构为平面三角形,C—C—N中间的单键碳原子为sp3杂化,空间结构为四面体形,键角:O—C—C>C—C—N。
能力提升练
A HClO分子的中心原子O的价电子对数为2+=4,含有2对孤电子对,空间结构为V形,故A错误;中心原子的电负性越大,对电子的吸引力越强,周围原子与中心原子之间的距离越短,成键电子对间的排斥力越大,分子中的键角越大,电负性:N>P,键角:∠Cl—N—Cl
>∠Cl—P—Cl,故B正确;Mg的激发态[Ne]3s13p1失去的第2个电子是3s1电子,激发态[Ne]3p2失去的第2个电子是3p1电子,3p电子能量高,需要的能量少,则前者第二电离能更大,故C正确;O3是空间结构为V形的极性分子,O2是非极性分子,水是极性分子,根据“相似相溶”可知,O3在水中的溶解度大于O2,故D正确。
2.C 电负性F>Cl>Br,极性:C—F>C—Cl>C—Br,则酸性最强的是CHF2COOH。
3.D I2、CH4、CCl4都是非极性分子,H2O是极性分子,碘易溶于四氯化碳,甲烷难溶于水可以用“相似相溶”解释,A正确;手性碳原子是连接4个不同的原子或原子团的C原子,在乳酸分子中,中间的C原子连接了—CH3、—OH、—COOH和H原子,为手性碳原子,B正确;亚硝酰氟(NOF)的中心原子N的价电子对数为3,孤电子对数为1,所以空间构型为V形,C正确;BF3的中心原子B为sp2杂化,NH3、PH3的中心原子均为sp3杂化,且电负性N>P,所以成键电子对偏向N,导致成键电子对之间的斥力增大,键角增大,所以键角由小到大的顺序为PH34.AB 由题图可知,ClF3分子的正、负电荷重心不重合,是含有极性键的极性分子,A正确;Br的电负性小于Cl,Br—F键的极性强于Cl—F键,则BrF3比ClF3更易发生自耦电离,B正确;F的电负性大于Cl,ClF3水解反应的产物中F显负价,C错误;Cl与H2O的中心原子的价电子对数都是4,孤电子对数都是2,所以空间结构相同,根据等电子原理,Cl与CCl4具有相同的化学通式,但价电子总数不同,所以空间结构不同,D错误。
知识拓展 液态状况下溶剂分子在溶剂中自发发生电离的现象称为自耦电离。自耦电离程度很微弱,但在极性溶剂中普遍存在。
5.C X元素原子的M层的p轨道上有两个未成对电子且无空轨道,核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,为S元素;Z元素原子的L层的p轨道有一个空轨道,核外电子排布式为1s22s22p2,为C元素;Q元素原子的L层的p轨道上只有一对成对电子,核外电子排布式为1s22s22p4,为O元素;T元素原子的M层的p轨道上有3个未成对电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,为P元素。白磷的空间构型为正四面体形,故A正确;1个CO分子中含有1个σ键和2个π键,故B正确;X和Q元素形成的化合物为SO2、SO3,SO3为平面三角形,属于非极性分子,故C不正确;CS2、CO2均为直线形结构,分子中正、负电荷重心重合,属于非极性分子,故D正确。
6.答案 (1)sp3杂化 σ
(2)SO2 CS2>SO3>SO2>S
(3)sp3 四面体形 a
解析 (1)H2S的中心原子S原子的价电子对数为2+=4,S原子采取sp3杂化,硫原子的sp3杂化轨道与氢原子的s轨道重叠形成σ键。
(2)S不是极性分子,是一种酸根离子,S采取sp3杂化,键角小于109°28';SO3是平面三角形,为对称结构,正、负电荷重心重合,为非极性分子,键角为120°;SO2的空间结构为角形,不是对称结构,正、负电荷重心不重合,为极性分子,键角小于120°;CS2的空间结构为直线形,为对称结构,正、负电荷重心重合,为非极性分子,键角为180°,故四种微粒的键角由大到小的顺序是CS2>SO3>SO2>S。
(3)S2的中心原子S的价电子对数为4,杂化方式为sp3,空间结构是四面体形;S2失去电子生成S4,S的非金属性较弱,所以此反应中I2得到的是端基硫原子的电子,则S4可能的结构是a。
2(共31张PPT)
必备知识 清单破
知识点 1 分子空间结构的理论分析
第2节 共价键与分子的空间结构
1.杂化轨道理论
原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生,孤立的原子不可能发生杂化。
(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作原
子轨道的杂化,组合后形成的一组新的原子轨道叫作杂化原子轨道,简称杂化轨道。
(2)杂化轨道理论要点
①原子在成键时,同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。
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
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'
(3)杂化轨道的类型与分子空间结构的关系
当杂化轨道全部用于形成σ键时,分子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同,见下表:
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
(4)苯分子的空间结构
①
②苯分子中的大π键:每个碳原子各有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道,这六个轨
道相互平行且各有一个未成对电子,以“肩并肩”的方式相互重叠,从而形成属于六个碳原
子的大π键。
(5)氨分子的空间结构
2.价电子对互斥理论
(1)基本观点:分子中的中心原子的价电子对——成键电子对(bp)和孤电子对(lp)由于相互排
斥作用,处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。两个原子间的成键电子不论是单键
还是多重键,都看作一个空间取向;一对孤电子对可看作一个空间取向。
(2)价电子对互斥(VSEPR)理论在确定分子空间结构中的应用【具体内容见定点1】
(3)乙醇的分子结构:乙醇分子中羟基上的氧原子有两对成键电子对和两对孤电子对,价电子
对共有四个空间取向,氧原子价电子对相互排斥而远离,因此C—O—H呈角形,如图:
(4)乙酸的分子结构:乙酸分子中羧基上的碳原子的价电子对均为成键电子对,C O上的成键
电子对只有一个空间取向,因此碳原子的价电子对共有三个空间取向,相互排斥而远离,因此
部分呈三角形。
3.等电子原理
(1)基本内容
化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间结构和相同的化学键类型
等结构特征。
(2)应用
①判断一些简单分子或原子团的空间结构。
a.S 、P 等离子具有AX4通式,价电子总数为32,中心原子采取sp3杂化,整个离子呈四面体
形空间结构。
b.S 、Cl 等离子具有AX3通式,价电子总数为26,中心原子采取sp3杂化,由于存在孤电子
对,离子呈三角锥形空间结构。
②利用等电子体在性质上的相似性制造新材料。
1.分子中的原子排布与对称性
(1)对称分子
①概念:依据对称轴的旋转或借助对称面的反映能够复原的分子。
②与分子性质的关系:分子的许多性质如极性、旋光性等都与分子的对称性有关。
(2)手性分子
①手性:具有旋光性的分子本身和它们在镜中的像,就如同人的左手和右手,相似但不能重叠,
因而称这类分子表现出手性。
②不对称碳原子(也称手性碳原子):对于仅通过单键连接其他原子的碳原子,当其所连接的四
个原子或基团均不相同时,这个碳原子称为不对称碳原子。
③应用:手性分子缩合制蛋白质和核酸;药物的不对称合成。
定点 2 分子的空间结构与分子性质
2.分子中的电荷分布与极性
(1)极性分子、非极性分子的概念
①极性分子:分子内存在正、负两极的分子。
②非极性分子:分子内不存在正、负两极的分子。
(2)判断分子极性的方法【具体内容见定点3】
(3)分子的极性对分子性质(沸点、溶解性)的影响
①在相对分子质量相同的情况下,极性分子构成的物质比非极性分子构成的物质具有更高的
沸点。
②“相似相溶”原理:极性分子易溶于极性溶剂(如水),非极性分子易溶于非极性溶剂(如四
氯化碳)。
知识辨析
1.2s轨道与3p轨道能形成sp2杂化轨道,这种说法正确吗
2.凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键,这种说法正确吗
3.Cl 、Cl 、Cl 中,中心原子Cl都是以sp3杂化轨道与O原子成键的,它们的空间结构都
是正四面体形,这种说法正确吗
4.CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都为sp3,键角依次减小,这种说法正确吗
5.含有非极性键的分子一定为非极性分子,这种说法正确吗
6.硝酸根离子中所有原子都在同一平面上,这种说法正确吗
7.H2O是极性分子,CO2可溶于H2O,因此CO2是极性分子,这种说法正确吗
一语破的
1.不正确。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道,2s轨道与3p轨道不在同一电子层,能
量相差较大。
2.不正确。如SO3的中心原子是采用sp2杂化轨道成键的。
3.不正确。由VSEPR理论可知,Cl 、Cl 、Cl 中,中心原子Cl都是以sp3杂化轨道与O原
子成键的,但它们的空间结构分别是V形、三角锥形、正四面体形。
4.正确。CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化,中心原子的孤电子对数依次为0、1、2,孤
电子对数越多排斥作用越大,键角越小。
5.不正确。H2O2是含有非极性键的极性分子。
6.正确。N 中中心原子是氮原子,孤电子对数是0,价电子对数为3,空间结构为平面三角形,
所有原子都在同一平面上。
7.不正确。CO2是非极性分子,CO2溶于H2O时,部分与H2O反应生成H2CO3。
1.中心原子价电子对数的确定方法(以ABx型分子为例)
(1) (a-xb)中各字母的含义
关键能力 定点破
定点 1 价电子对互斥(VSEPR)理论在确定分子或离子空间结构中的应用
①a表示中心原子的价电子数。
对于主族元素:a=中心原子的主族序数。
对于阳离子:a=中心原子的主族序数-离子的电荷数。
对于阴离子:a=中心原子的主族序数+|离子的电荷数|。
②b表示与中心原子结合的原子的未成对电子数。
③x表示与中心原子结合的原子数。
(2)举例分析
SO2分子中S原子孤电子对数= (6-2×2)=1,SO2分子的价电子对数为2+1=3;
S 中S原子的孤电子对数= (6+2-3×2)=1,S 的价电子对数为3+1=4;
N 中N原子的孤电子对数= (5-1-4×1)=0,N 的价电子对数为4+0=4。
特别提醒 ①当孤电子对数为0.5时,按1对待。
②多重键只计算σ键电子对,不计π键电子对。即,共价单键、双键、三键计算时,都只计入一
个σ电子对。
③该理论不适用于推测中心原子为过渡金属的粒子的空间结构。
2.根据VSEPR理论判断分子或离子的空间结构
(1)方法
(2)常见分子或离子的空间结构
分子或 离子 孤电子 对数 价电子 对数 VSEPR 模型 空间
结构
BeCl2、CO2 0 2 直线形 直线形
SO2 1 3 平面 三角形 V形
BF3、CH2O、 C 0 平面
三角形
H2O 2 4 四面 体形 V形
NH3、S 、 H3O+ 1 三角
锥形
CH4、CCl4、 N 0 正四
面体形
3.键角大小比较
(1)比较键角时,先看中心原子杂化类型,一般键角按sp、sp2、sp3顺序依次减小。
(2)中心原子杂化类型相同时,孤电子对数越多,键角越小。
(3)中心原子杂化类型、孤电子对数都相同时,中心原子的电负性越大,键角越大。
典例 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、氮原子的杂化类型完全相同
B.氨基乙酸钠中N原子的价电子对数为4
C.1 mol氨基乙酸根离子中所含σ键为10 mol
D.氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内
B
思路点拨 首先写出氨基乙酸根离子的结构式,其结构式为 ,然后根据结
构式、价电子对互斥理论判断。
解析 氨基乙酸钠分子中氮原子是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对孤电子对,则N原子的价电子对数为4,B正确;1
个氨基乙酸根离子中有一个碳氧双键,有8个σ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。
1.根据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
空间结构 杂化轨道类型
杂化轨道在空间的分布呈正四面体形 sp3
杂化轨道在空间的分布呈平面三角形 sp2
杂化轨道在空间的分布呈直线形 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
C
思路点拨 价电子对数 杂化轨道数 杂化轨道类型。
解析 氨基负离子中N原子价电子对数=2+ =4,且含有两对孤电子对,根据价电子对
互斥理论知,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原子价电子对数
=2+ =3,且含有一对孤电子对,根据价电子对互斥理论知,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原子的价电子均参与成键,故
C正确。碳酸根离子中C原子价电子对数=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。
1.只含有非极性键的双原子分子是非极性分子,如O2、H2等。
2.含有极性键的双原子分子都是极性分子,如HCl、HF、HBr等。
定点 3 判断分子极性的方法
3.含有极性键的多原子分子,空间结构对称的是非极性分子,如CO2、BF3等;空间结构不对称
的是极性分子,如NH3、CH3Cl等。
4.判断ABn型分子极性的经验规律:(1)若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主
族序数,则为非极性分子;若不等,则为极性分子。(2)若中心原子有孤电子对,则为极性分子;
若无孤电子对,则为非极性分子。如CS2、BF3、SO3、CH4为非极性分子;H2S、SO2、NH3、
PCl3为极性分子。
典例 下列物质:①BeCl2、②C2H4、③P4、④BF3、⑤NF3、⑥H2O2,其中含有极性键的非极性
分子是 ( )
A.①③④ B.②③⑥
C.①②④ D.③④⑤
C
思路点拨 空间结构对称的由极性键构成的分子和由非极性键构成的分子是非极性分子;空
间结构不对称的由极性键构成的分子是极性分子。
解析 BeCl2、C2H4、BF3的空间结构分别为直线形、平面形、平面三角形,都是由极性键构
成的空间结构对称的非极性分子,P4分子中只含有非极性键,NF3、H2O2含有极性键,其空间结
构不对称,为极性分子。