(共26张PPT)
拓展提升3 粒子的空间结构与键角的比较
1.巩固粒子的空间结构与中心原子杂化轨道类型的判断方法。2.掌握比较键角大小的常用方法。
一、粒子的空间结构与中心原子杂化轨道类型的判断
1.根据杂化轨道的空间分布
(1)直线形—sp。
(2)平面三角形—sp2。
(3)四面体形—sp3。
2.根据杂化轨道间的夹角
(1)109°28′—sp3。
(2)120°—sp2。
(3)180°—sp。
3.根据价层电子对数(适用于中心原子)
2—sp,3—sp2,4—sp3。
4.根据σ键数与孤电子对数(适用于结构式已知的粒子)
(1)含C有机化合物:2个σ键,无孤电子对—sp;3个 σ 键,无孤电子对—sp2;4个σ 键,无孤电子对—sp3。
(2)含N化合物:2个σ 键,孤电子对数为1—sp2;3个 σ 键,孤电子对数为1—sp3。
(3)含O(S)化合物:2个σ 键,孤电子对数为2—sp3。
[跟踪训练]
1.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]H2O、SO2
[B]NF3、BF3
[C]NBr3、CBr4
[D]BeCl2、CO2
D
2.石墨烯是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料(如图)。
图中,1号碳原子的杂化方式是 。
sp2
【解析】 题图中1号碳原子与相连碳原子构成平面结构,故碳原子的杂化方式为sp2。
3.按要求回答下列问题。
(1)(2024·浙江1月选考)—NH2的氮原子杂化方式为 。
sp3
(2)(2023·浙江1月选考)Si(NH2)4的空间结构(以Si为中心)名称为
,分子中氮原子的杂化轨道类型是 。
四面体形
sp3
【解析】 (2)Si(NH2)4可视为SiH4中的4个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的,所以Si(NH2)4的空间结构为四面体形,分子中氮原子的杂化轨道类型是sp3。
【解析】 (3)一氯乙烯的结构式为 ,碳原子采取sp2杂化,因此C的一个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl σ键。
sp2
σ
三角锥形
sp3
二、键角大小的比较
1.中心原子杂化方式不同的粒子,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,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,分子的空间结构均为V形,由于电负性O>S,吸引孤电子对的能力O>S,且键长O—HH2S。
4.同一粒子中不同共价键的键角,由于双键间的斥力>双键与单键间的斥力>
单键间的斥力,则键角大小不同。如甲醛, ,键角 α>β。
[跟踪训练]
1.下列有关键角与分子的空间结构的说法不正确的是( )
[A]键角为180°的分子,空间结构是直线形
[B]键角为120°的分子,空间结构是平面三角形
[C]键角为60°的分子,空间结构可能是正四面体形
[D]键角为90°～109°28′之间的分子,空间结构可能是V形
B
【解析】 键角为180°的分子,空间结构是直线形,如CO2是直线形分子,A项正确;苯分子的键角为120°,但其空间结构是平面正六边形,B项错误;白磷分子的键角为60°,空间结构为正四面体形,C项正确;水分子的键角为105°,空间结构为V形,D项正确。
2.下列分子或离子中的键角由大到小的排列顺序是( )
C
3.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.下图是甲醛分子的模型,根据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 。
sp2
甲醛分子的空间结构为平面三角形
【解析】 (1)中心原子的杂化轨道类型不同,分子的空间结构也不同。由题图可知,甲醛分子的空间结构为平面三角形,所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。
(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
②⑤
(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 。
<
甲醛分子中存在碳氧双键,它对C—H的排斥作用较强
【解析】 (3)由于甲醛分子中存在碳氧双键,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°。
5.按要求回答下列问题。
<
>
【解析】(2)三氧化硒分子中硒原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,键角为120°;亚硒酸根离子中硒原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,离子的空间结构为三角锥形,键角小于120°。
【解析】(3)硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4、孤电子对数为0,离子的空间结构为正四面体形,水分子中氧原子的价层电子对数为4、孤电子对数为2,分子的空间结构为V形,所以硫酸根离子中的键角大于水分子中的。拓展提升3 粒子的空间结构与键角的比较
课时作业
(分值:56分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
1.在XO2分子中,X原子采用sp2杂化,分子的空间结构为V形,那么XO2的键角为( )
[A]等于120° [B]大于120°
[C]小于120° [D]等于180°
【答案】 C
【解析】 在XO2分子中,X原子采用sp2杂化,分子的空间结构为V形,由于在X原子上含有孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对对成键电子对的排斥作用,因此XO2的键角小于120°,故选C。
2.下列说法正确的是( )
[A]H2O2分子中的O采取sp2杂化
[B]CO2分子中的C采取sp杂化
[C]BF3分子中的B采取sp3杂化
[D]CH3COOH分子中的C均采取sp2杂化
【答案】 B
【解析】 H2O2分子中氧原子形成2个σ键,含有2个孤电子对,采取sp3杂化,故A错误;CO2分子中碳原子形成2个σ键,没有孤电子对,采取sp杂化,故B正确;BF3分子中硼原子形成3个σ键,没有孤电子对,采取sp2杂化,故C错误;CH3COOH分子中甲基上的碳原子形成4个σ键,没有孤电子对,采取sp3杂化,故D错误。
3.(2025·浙江金华外国语学校月考)确定CS2、PH3、P的VSEPR模型与空间结构,判断下列说法中正确的是( )
[A]CS2、PH3、P的σ键电子对数分别为2、3、4
[B]PH3、P的中心原子上的价层电子对数均为4,所以空间结构均为正四面体形
[C]CS2分子的键角为120°
[D]CS2、PH3、P的VSEPR模型与空间结构相同
【答案】 A
【解析】 CS2分子中C的价层电子对数为2+=2,不含孤电子对,分子的空间结构为直线形,键角为180°;PH3分子中P的价层电子对数为3+=4,孤电子对数为1,VSEPR模型为四面体形,分子的空间结构为三角锥形;P中P的价层电子对数为4+=4,不含孤电子对,VSEPR模型为正四面体形,离子的空间结构为正四面体形。
4.反应CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑可用于实验室制备CO2气体。下列有关该反应中各物质的说法正确的是( )
[A]CO2和H2O均为三原子分子,二者的空间结构相同
[B]CaCO3中阴离子的VSEPR模型为四面体形
[C]键角由大到小的顺序为CO2>C>H2O
[D]根据VSEPR模型可知,CaCl2的空间结构为直线形
【答案】 C
【解析】 二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2,孤电子对数为0,分子的空间结构为直线形,水分子中氧原子的价层电子对数为4,孤电子对数为2,分子的空间结构为V形,二者的空间结构不同,故A错误;碳酸根离子中碳原子的价层电子对数为3,离子的VSEPR模型为平面三角形,故B错误;二氧化碳分子中键角为180°,碳酸根离子中键角为120°,水分子中键角约为105°,则二氧化碳、碳酸根离子、水的键角依次减小,故C正确;氯化钙为离子化合物,不能用VSEPR模型预测氯化钙的空间结构,故D错误。
5.下列有关分子的空间结构的说法中正确的是( )
[A]HClO、BCl3、NCl3分子中所有原子的最外层都满足8电子稳定结构
[B]P4和CCl4都是正四面体形分子且键角都为109°28′
[C]分子中键角的大小:SO3>NH3>CCl4
[D]BeCl2分子中,中心原子Be的价层电子对数为2,成键电子对数为2,没有孤电子对,分子的空间结构为直线形
【答案】 D
【解析】 NCl3分子中所有原子的最外层都满足8电子稳定结构,但HClO、BCl3分子中的H、B最外层电子数分别为2、6,不满足8电子稳定结构,故A错误;P4和CCl4都是正四面体形分子,但P4分子中键角为60°,故B错误;SO3为平面三角形结构,键角为120°,CCl4为正四面体形结构,键角为109°28′,NH3为三角锥形结构,存在孤电子对,所以键角小于109°28′,则分子中键角的大小为SO3>CCl4>NH3,故C错误;BeCl2的结构式为Cl—Be—Cl,中心原子Be的价层电子对数为2,成键电子对数为2,没有孤电子对,分子的空间结构为直线形,故D正确。
6.下列关于BeF2和SF2的说法正确的是( )
[A]BeF2中心原子Be的价层电子对数为2,其空间结构为直线形
[B]SF2中心原子S的成键电子对数为2,其空间结构为四面体形
[C]BeF2和SF2的VSEPR模型分别为直线形和V形
[D]SF2的键角比BeF2的大
【答案】 A
【解析】 BeF2中心原子Be的价层电子对数为2+=2,成键电子对数为2,无孤电子对,因此BeF2的VSEPR模型和空间结构均为直线形,A正确;SF2中心原子S的价层电子对数为2+=4,成键电子对数为2,孤电子对数为2,因此SF2的VSEPR模型为四面体形,空间结构为V形,B错误;由A、B项分析可知,BeF2的VSEPR模型为直线形,SF2的VSEPR模型为四面体形,C错误;BeF2为直线形结构,SF2为V形结构,BeF2的键角比SF2的大,D错误。
能力提升
7.PCl5在气态和液态时,分子结构如图所示。下列说法中不正确的是( )
[A]分子中5个P—Cl的键能不都相同
[B]键角(Cl—P—Cl)有90°、120°、180°三种
[C]PCl5受热后分解生成的PCl3呈三角锥形
[D]PCl5水解可得次氯酸,用于漂白、消毒
【答案】 D
【解析】 键长越短,键能越大,键长不同,所以键能不同,A正确;上、下两个顶点与中心原子P形成的键的键角为180°,中间为平面三角形,对应键角为120°,顶点与平面形成的键角为90°,所以键角(Cl—P—Cl)有90°、120°、180°三种,B正确;PCl3中心原子P采取sp3杂化,有1个孤电子对,分子的空间结构为三角锥形,C正确;P的电负性小于Cl,PCl5水解得到H3PO4和HCl,D错误。
8.(2025·江苏连云港调研)有几种阴离子的信息如下表:
阴离子 Cl Cl M ClO-
中心元素化合价 +5 +3 +1
中心原子杂化类型 sp3 sp3
下列推断不正确的是( )
[A]Cl和C的价电子总数相同
[B]M的化学式为Cl
[C]Cl、ClO-中氯原子的杂化类型都为sp3
[D]M的空间结构为V形
【答案】 A
【解析】 A项,Cl和C的价电子总数分别为7+3×6+1=26、4+3×6+2=24,不相同,错误;B项,M中Cl的化合价是+3价,氯原子的杂化类型是sp3,因此M的化学式为Cl,正确;C项,Cl中心原子Cl的价层电子对数是3+=4,ClO-中心原子Cl的价层电子对数是1+=4,因此氯原子的杂化类型都为sp3,正确;D项,M中心原子Cl的价层电子对数是2+=4,含有2个孤电子对,所以M的空间结构为V形,正确。
9.N2O5是一种绿色的硝化试剂,固态N2O5是离子型结构,存在N和N两种离子。已知原子总数相同,价电子总数也相同的粒子结构相似。下列有关说法不正确的是( )
[A]N和CO2结构相似
[B]N是平面三角形结构
[C]N的键角比N的大
[D]N中σ键、π键个数比为1∶2
【答案】 D
【解析】 N和CO2中原子总数均为3,N的价电子总数为5-1+6×2=16,CO2的价电子总数为4+6×2=16,所以N和CO2结构相似,故A正确;N的中心原子N的价层电子对数为3+×(5+1-3×2)=3,无孤电子对,离子的空间结构是平面三角形,故B正确;N的中心原子N的价层电子对数为2+×(5-1-2×2)=2,无孤电子对,离子的空间结构是直线形,键角为180°,而N的空间结构是平面三角形,键角为120°,所以N的键角比N的大,故C正确;由A项分析可知,N与CO2结构相似,CO2的结构式为OCO,1 mol CO2分子中含2 mol σ键、2 mol π键,其中σ键、π键个数比为1∶1,所以N中σ键、π键个数比也为1∶1,故D错误。
10.(2025·山东淄博月考)SF6可用作高压发电系统的绝缘气体,分子呈正八面体结构,如图所示。下列有关SF6的说法错误的是( )
[A]含极性键
[B]键角∠FSF等于90°或45°
[C]中心原子S形成6个σ键
[D]中心原子S采取sp3d2杂化
【答案】 B
【解析】 SF6分子中含有S—F极性键,故A正确;根据题图可知,∠FSF可以是90°或180°,故B错误;中心原子S的价层电子对数为6+×(6-6×1)=6,采取sp3d2杂化,形成6个σ键,故C、D正确。
11.火星土壤中三价铁的形成与氯氧酸盐(Cl)有关。Cl与Cl是氯氧酸盐的两种稳定形态。下列关于两者比较不正确的是( )
[A]结合H+能力:Cl[B]O—Cl—O键角:Cl>Cl
[C]含有相同数量的σ键
[D]Cl的杂化方式相同
【答案】 C
【解析】 同一元素不同化合价的含氧酸,元素化合价越高,酸性越强,则酸性HClO4>HClO3,酸性越强,电离出H+的能力越强,相应酸根离子结合氢离子的能力越弱,则结合氢离子能力ClCl,B正确;Cl中含有4个σ键,Cl中含有3个σ键,σ键数目不相同,C错误;Cl和Cl的中心原子Cl都采用sp3杂化,D正确。
12.(2025·甘肃白银月考)羟胺(NH2OH)水溶液呈碱性的原理与氨水类似,利用羟胺制备硫酸羟胺的反应为2NH2OH+H2SO4(NH3OH)2SO4。下列说法正确的是( )
[A]H—N—H的键角:NH2OH>N
[B]1 mol NH2OH中含有3 mol σ键
[C]NH2OH中的O采取sp杂化
[D](NH3OH)2SO4中N、S均采取sp3杂化
【答案】 D
【解析】 羟胺分子中氮原子采取sp3杂化,孤电子对数为1,铵根离子中氮原子采取sp3杂化,孤电子对数为0,孤电子对数越多,对成键电子对的排斥力越大,则羟胺分子中H—N—H的键角小于铵根离子,A错误;羟胺分子中的单键都为σ键,则1 mol羟胺分子中含有4 mol σ键,B错误;NH2OH中的O形成2个σ键且含有2个孤电子对,采取sp3杂化,C错误;(NH3OH)2SO4中氮原子、硫原子的价层电子对数都为4,都采取sp3杂化,D正确。
13.下列说法正确的是( )
[A]已知非金属性O>N>C,可推知氢化物的稳定性H2O2>N2H4>C2H6
[B]已知CO2为直线形结构,可推知CS2为直线形结构
[C]已知Cl2O中Cl为+1价,可推知OF2中F为+1价
[D]已知N的电负性比B(硼)的大,可推知NF3的键角比BF3的大
【答案】 B
【解析】 已知非金属性O>N>C,可推知最简单氢化物的稳定性H2O>NH3>CH4,但H2O2、N2H4、C2H6均不是最简单氢化物,无法确定三者稳定性强弱,A错误;Cl2O中Cl为+1价,由于F没有正化合价,OF2中F为-1价,O为+2价,C错误;NF3中心原子N上的孤电子对数为=1,价层电子对数为3+1=4,N采取sp3杂化,分子的空间结构为三角锥形,键角小于109°28′,BF3中心原子B上的孤电子对数为=0,价层电子对数为3+0=3,B采取sp2杂化,分子的空间结构为平面三角形,键角是120°,故NF3的键角比BF3的小,D错误。
14.(2025·浙江杭州质检)现有M、Q、R、T、W、X、Y七种前四周期常见元素,它们的原子序数递增。其中,M具有一种没有中子的同位素;Q是植物生长三要素之一;R是地壳中含量最多的元素,且W与R的最外层电子数相同;T、Y是金属元素,T的原子半径是短周期元素中最大的,能与X形成离子化合物TX,Y是第Ⅷ族元素,其合金被称为“黑色金属”。下列说法错误的是( )
[A]键角:Q>M3R+
[B]简单离子的半径:T>R>Q
[C]第一电离能:X>W>Y>T
[D]W、X的VSEPR模型相同,实际空间结构也相同
【答案】 B
【解析】 M、Q、R、T、W、X、Y七种前四周期常见元素,原子序数依次递增。其中,M具有一种没有中子的同位素,M是H,Q是植物生长三要素之一,R是地壳中含量最多的元素,R是O,所以Q是N,且W与R的最外层电子数相同,则W是S,T、Y是金属元素,其中T的原子半径是短周期元素中最大的,T是Na,T能与X形成离子化合物TX,所以X是Cl,Y是第Ⅷ族元素,其合金被称为“黑色金属”,Y是Fe。Q为N,中心原子N的价层电子对数为4+=4,无孤电子对,N为正四面体形结构,M3R+为H3O+,中心原子O的价层电子对数为3+=4,有1个孤电子对,H3O+为三角锥形结构,孤电子对对成键电子对的排斥作用大,因此N的键角大于H3O+的键角,A正确;Q、R、T三种元素对应的简单离子为N3-、O2-、Na+,电子层结构相同时,核电荷数越大,简单离子半径越小,简单离子半径N3->O2->Na+,B错误;一般情况下,元素金属性越强,第一电离能越小,非金属性越强,第一电离能越大,一般非金属元素的第一电离能大于金属元素的第一电离能,则第一电离能Cl>S>Fe>Na,C正确;W、X分别为S、Cl,S中心原子S的价层电子对数为4+=4,VSEPR模型为正四面体形,无孤电子对,离子的空间结构为正四面体形,Cl中心原子Cl的价层电子对数为4+=4,VSEPR模型为正四面体形,无孤电子对,离子的空间结构为正四面体形,D正确。
15.(14分)氯吡苯脲是一种常用的膨大剂,其结构简式为,它是经国家批准使用的植物生长调节剂。
(1)(1分)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为 。
(2)(2分)氯吡苯脲晶体中,氮原子的杂化轨道类型为 ,羰基碳原子的杂化轨道类型为 。
(3)(2分)查文献可知,可用2氯4氨基吡啶与异氰酸苯酯反应,生成氯吡苯脲。
反应过程中,每生成1 mol氯吡苯脲,断裂 个σ键,断裂 个π键。(设NA为阿伏加德罗常数的值)
(4)(9分)膨大剂能在动物体内代谢,其产物较为复杂,其中有H2O、NH3、CO2等。
①(3分)请用共价键知识解释H2O比NH3稳定的原因: 。
②(6分)H2O、NH3、CO2的空间结构分别是 ,中心原子的杂化轨道类型分别是 。
【答案】 (1)1 (2)sp2、sp3 sp2 (3)NA NA
(4)①H—O的键能大于H—N的键能 ②V形、三角锥形、直线形 sp3、sp3、sp
【解析】 (1)根据构造原理可知,氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,所以未成对电子数为1。(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知,有2个氮原子均形成3个单键,孤电子对数为1,采用sp3杂化,剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键,孤电子对数为1,采用sp2杂化;羰基碳原子形成2个单键和1个双键,采用sp2杂化。(3)由于σ键比π键更稳定,根据反应的化学方程式可以看出,断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的NC中的π键和2氯4氨基吡啶分子中的N—H。(4)①O、N属于同周期元素,O的非金属性强于N的,H—O的键能大于H—N的键能,所以H2O比NH3稳定。②H2O中氧原子的价层电子对数为2+=4,孤电子对数为2,所以H2O为V形结构,氧原子采用sp3杂化;NH3中氮原子的价层电子对数为3+=4,孤电子对数为1,所以NH3为三角锥形结构,氮原子采用sp3杂化;CO2中碳原子的价层电子对数为2+=2,不含孤电子对,所以CO2为直线形结构,碳原子采用sp杂化。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)拓展提升3 粒子的空间结构与键角的比较
[学习目标] 1.巩固粒子的空间结构与中心原子杂化轨道类型的判断方法。2.掌握比较键角大小的常用方法。
一、粒子的空间结构与中心原子杂化轨道类型的判断
1.根据杂化轨道的空间分布
(1)直线形—sp。
(2)平面三角形—sp2。
(3)四面体形—sp3。
2.根据杂化轨道间的夹角
(1)109°28′—sp3。
(2)120°—sp2。
(3)180°—sp。
3.根据价层电子对数(适用于中心原子)
2—sp,3—sp2,4—sp3。
4.根据σ键数与孤电子对数(适用于结构式已知的粒子)
(1)含C有机化合物:2个σ键,无孤电子对—sp;3个 σ键,无孤电子对—sp2;4个σ键,无孤电子对—sp3。
(2)含N化合物:2个σ键,孤电子对数为1—sp2;3个 σ键,孤电子对数为1—sp3。
(3)含O(S)化合物:2个σ键,孤电子对数为2—sp3。
[跟踪训练]
1.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]H2O、SO2 [B]NF3、BF3
[C]NBr3、CBr4 [D]BeCl2、CO2
【答案】 D
【解析】 H2O中中心原子氧原子的价层电子对数为2+=4,含有2个孤电子对,VSEPR模型为四面体形,氧原子的杂化方式为sp3,分子的空间结构为V形;SO2中中心原子硫原子的价层电子对数为2+=3,含有1个孤电子对,VSEPR模型为平面三角形,硫原子的杂化方式为sp2,分子的空间结构为V形,A错误。NF3中中心原子氮原子的价层电子对数为3+=4,含有1个孤电子对,VSEPR模型为四面体形,氮原子的杂化方式为sp3,分子的空间结构为三角锥形;BF3中中心原子硼原子的价层电子对数为3+=3,没有孤电子对,VSEPR模型为平面三角形,硼原子的杂化方式为sp2,分子的空间结构为平面三角形,B错误。NBr3中中心原子氮原子的价层电子对数为3+=4,含有1个孤电子对,VSEPR模型为四面体形,氮原子的杂化方式为sp3,分子的空间结构为三角锥形;CBr4中中心原子碳原子的价层电子对数为4+=4,没有孤电子对,VSEPR模型为正四面体形,碳原子的杂化方式为sp3,分子的空间结构为正四面体形,C错误。BeCl2中中心原子铍原子的价层电子对数为2+=2,没有孤电子对,VSEPR模型和分子的空间结构均为直线形,铍原子的杂化方式为sp;CO2中中心原子碳原子的价层电子对数为2+=2,没有孤电子对,VSEPR模型和分子的空间结构均为直线形,碳原子的杂化方式为sp,D正确。
2.石墨烯是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料(如图)。
图中,1号碳原子的杂化方式是 。
【答案】 sp2
【解析】 题图中1号碳原子与相连碳原子构成平面结构,故碳原子的杂化方式为sp2。
3.按要求回答下列问题。
(1)(2024·浙江1月选考)—NH2的氮原子杂化方式为 。
(2)(2023·浙江1月选考)Si(NH2)4的空间结构(以Si为中心)名称为 ,分子中氮原子的杂化轨道类型是 。
(3)(2022·全国乙卷)一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一个 杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl 键,并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键()。
(4)(2022·河北卷)SnC的空间结构为 ,其中心离子杂化方式为 。
【答案】 (1)sp3
(2)四面体形 sp3
(3)sp2 σ
(4)三角锥形 sp3
【解析】 (1)—NH2的中心原子N的价层电子对数为3+=4,杂化方式为sp3。
(2)Si(NH2)4可视为SiH4中的4个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的,所以Si(NH2)4的空间结构为四面体形,分子中氮原子的杂化轨道类型是sp3。
(3)一氯乙烯的结构式为,碳原子采取sp2杂化,因此C的一个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl σ键。
(4)Sn是第ⅣA族元素,SnC的中心离子Sn2+价层电子对数为3+=4,有1个孤电子对,中心离子采取sp3杂化,SnC的空间结构是三角锥形。
二、键角大小的比较
1.中心原子杂化方式不同的粒子,键角大小为sp杂化>sp2杂化>sp3杂化,如键角CH≡CH>CH2CH2>CH4。
2.中心原子杂化方式相同的粒子,由于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,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,分子的空间结构均为V形,由于电负性O>S,吸引孤电子对的能力O>S,且键长O—HH2S。
4.同一粒子中不同共价键的键角,由于双键间的斥力>双键与单键间的斥力>单键间的斥力,则键角大小不同。如甲醛,,键角 α>β。
[跟踪训练]
1.下列有关键角与分子的空间结构的说法不正确的是( )
[A]键角为180°的分子,空间结构是直线形
[B]键角为120°的分子,空间结构是平面三角形
[C]键角为60°的分子,空间结构可能是正四面体形
[D]键角为90°～109°28′之间的分子,空间结构可能是V形
【答案】 B
【解析】 键角为180°的分子,空间结构是直线形,如CO2是直线形分子,A项正确;苯分子的键角为120°,但其空间结构是平面正六边形,B项错误;白磷分子的键角为60°,空间结构为正四面体形,C项正确;水分子的键角为105°,空间结构为V形,D项正确。
2.下列分子或离子中的键角由大到小的排列顺序是( )
①BCl3 ②NH3 ③H2O ④PC ⑤BeCl2
[A]⑤④①②③ [B]④①②⑤③
[C]⑤①④②③ [D]③②④①⑤
【答案】 C
【解析】 ①BCl3的中心原子B的价层电子对数为3,采取sp2杂化,分子的空间结构为平面三角形,键角为120°;②NH3的中心原子N的价层电子对数为4,采取sp3杂化,但由于存在1个孤电子对,对成键电子对有排斥作用,使得键角小于109°28′,约为107°;③H2O的中心原子O的价层电子对数为4,采取sp3杂化,存在2个孤电子对,对成键电子对的排斥作用更大,键角进一步减小,约为105°;④PC的中心原子P的价层电子对数为4,采取sp3杂化,离子为正四面体形结构,键角为109°28′;⑤BeCl2的中心原子Be的价层电子对数为2,采取sp杂化,分子呈直线形,键角为180°。综上所述,键角由大到小的排列顺序为⑤①④②③。
3.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—CO
∠Cl—C—Cl。
【答案】 (1)> (2)> > (3)< (4)>
4.下图是甲醛分子的模型,根据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 。
【答案】 (1)sp2 甲醛分子的空间结构为平面三角形
(2)②⑤
(3)< 甲醛分子中存在碳氧双键,它对C—H的排斥作用较强
【解析】 (1)中心原子的杂化轨道类型不同,分子的空间结构也不同。由题图可知,甲醛分子的空间结构为平面三角形,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CO,所以甲醛分子中的碳氧键是双键。一般来说,双键由1个σ键和1个π键构成。
(3)由于甲醛分子中存在碳氧双键,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°。
5.按要求回答下列问题。
(1)(2024·浙江1月选考)H2N—NH2+H+H2N—N,比较键角∠HNH:H2N—NH2 中的—NH2 (填“>”“<”或“=”)H2N—N 中的—N,请说明理由 。
(2)(2022·湖南卷)比较键角大小:气态SeO3分子 (填“>”“<”或“=”)Se,原因是
。
(3)(2022·北京卷)比较S和H2O分子中的键角大小并给出相应解释: 。
【答案】 (1)< —NH2的中心原子的价层电子对数为4,有孤电子对,—N的中心原子的价层电子对数为4,无孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对间的排斥力
(2)> SeO3的空间结构为平面三角形,Se的空间结构为三角锥形
(3)S中的键角大于水分子中的,S中硫原子的价层电子对数为4、孤电子对数为0,离子的空间结构为正四面体形,水分子中氧原子的价层电子对数为4、孤电子对数为2,分子的空间结构为V形
【解析】 (1)—NH2的中心原子N的价层电子对数为3+=4,有1个孤电子对,—N的中心原子N的价层电子对数为4+=4,无孤电子对,又因为孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对间的排斥力,故键角∠HNH为H2N—NH2中的—NH2(2)三氧化硒分子中硒原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,键角为120°;亚硒酸根离子中硒原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,离子的空间结构为三角锥形,键角小于120°。
(3)硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4、孤电子对数为0,离子的空间结构为正四面体形,水分子中氧原子的价层电子对数为4、孤电子对数为2,分子的空间结构为V形,所以硫酸根离子中的键角大于水分子中的。
课时作业
(分值:56分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
1.在XO2分子中,X原子采用sp2杂化,分子的空间结构为V形,那么XO2的键角为( )
[A]等于120° [B]大于120°
[C]小于120° [D]等于180°
【答案】 C
【解析】 在XO2分子中,X原子采用sp2杂化,分子的空间结构为V形,由于在X原子上含有孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对对成键电子对的排斥作用,因此XO2的键角小于120°,故选C。
2.下列说法正确的是( )
[A]H2O2分子中的O采取sp2杂化
[B]CO2分子中的C采取sp杂化
[C]BF3分子中的B采取sp3杂化
[D]CH3COOH分子中的C均采取sp2杂化
【答案】 B
【解析】 H2O2分子中氧原子形成2个σ键,含有2个孤电子对,采取sp3杂化,故A错误;CO2分子中碳原子形成2个σ键,没有孤电子对,采取sp杂化,故B正确;BF3分子中硼原子形成3个σ键,没有孤电子对,采取sp2杂化,故C错误;CH3COOH分子中甲基上的碳原子形成4个σ键,没有孤电子对,采取sp3杂化,故D错误。
3.(2025·浙江金华外国语学校月考)确定CS2、PH3、P的VSEPR模型与空间结构,判断下列说法中正确的是( )
[A]CS2、PH3、P的σ键电子对数分别为2、3、4
[B]PH3、P的中心原子上的价层电子对数均为4,所以空间结构均为正四面体形
[C]CS2分子的键角为120°
[D]CS2、PH3、P的VSEPR模型与空间结构相同
【答案】 A
【解析】 CS2分子中C的价层电子对数为2+=2,不含孤电子对,分子的空间结构为直线形,键角为180°;PH3分子中P的价层电子对数为3+=4,孤电子对数为1,VSEPR模型为四面体形,分子的空间结构为三角锥形;P中P的价层电子对数为4+=4,不含孤电子对,VSEPR模型为正四面体形,离子的空间结构为正四面体形。
4.反应CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑可用于实验室制备CO2气体。下列有关该反应中各物质的说法正确的是( )
[A]CO2和H2O均为三原子分子,二者的空间结构相同
[B]CaCO3中阴离子的VSEPR模型为四面体形
[C]键角由大到小的顺序为CO2>C>H2O
[D]根据VSEPR模型可知,CaCl2的空间结构为直线形
【答案】 C
【解析】 二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2,孤电子对数为0,分子的空间结构为直线形,水分子中氧原子的价层电子对数为4,孤电子对数为2,分子的空间结构为V形,二者的空间结构不同,故A错误;碳酸根离子中碳原子的价层电子对数为3,离子的VSEPR模型为平面三角形,故B错误;二氧化碳分子中键角为180°,碳酸根离子中键角为120°,水分子中键角约为105°,则二氧化碳、碳酸根离子、水的键角依次减小,故C正确;氯化钙为离子化合物,不能用VSEPR模型预测氯化钙的空间结构,故D错误。
5.下列有关分子的空间结构的说法中正确的是( )
[A]HClO、BCl3、NCl3分子中所有原子的最外层都满足8电子稳定结构
[B]P4和CCl4都是正四面体形分子且键角都为109°28′
[C]分子中键角的大小:SO3>NH3>CCl4
[D]BeCl2分子中,中心原子Be的价层电子对数为2,成键电子对数为2,没有孤电子对,分子的空间结构为直线形
【答案】 D
【解析】 NCl3分子中所有原子的最外层都满足8电子稳定结构,但HClO、BCl3分子中的H、B最外层电子数分别为2、6,不满足8电子稳定结构,故A错误;P4和CCl4都是正四面体形分子,但P4分子中键角为60°,故B错误;SO3为平面三角形结构,键角为120°,CCl4为正四面体形结构,键角为109°28′,NH3为三角锥形结构,存在孤电子对,所以键角小于109°28′,则分子中键角的大小为SO3>CCl4>NH3,故C错误;BeCl2的结构式为Cl—Be—Cl,中心原子Be的价层电子对数为2,成键电子对数为2,没有孤电子对,分子的空间结构为直线形,故D正确。
6.下列关于BeF2和SF2的说法正确的是( )
[A]BeF2中心原子Be的价层电子对数为2,其空间结构为直线形
[B]SF2中心原子S的成键电子对数为2,其空间结构为四面体形
[C]BeF2和SF2的VSEPR模型分别为直线形和V形
[D]SF2的键角比BeF2的大
【答案】 A
【解析】 BeF2中心原子Be的价层电子对数为2+=2,成键电子对数为2,无孤电子对,因此BeF2的VSEPR模型和空间结构均为直线形,A正确;SF2中心原子S的价层电子对数为2+=4,成键电子对数为2,孤电子对数为2,因此SF2的VSEPR模型为四面体形,空间结构为V形,B错误;由A、B项分析可知,BeF2的VSEPR模型为直线形,SF2的VSEPR模型为四面体形,C错误;BeF2为直线形结构,SF2为V形结构,BeF2的键角比SF2的大,D错误。
能力提升
7.PCl5在气态和液态时,分子结构如图所示。下列说法中不正确的是( )
[A]分子中5个P—Cl的键能不都相同
[B]键角(Cl—P—Cl)有90°、120°、180°三种
[C]PCl5受热后分解生成的PCl3呈三角锥形
[D]PCl5水解可得次氯酸,用于漂白、消毒
【答案】 D
【解析】 键长越短,键能越大,键长不同,所以键能不同,A正确;上、下两个顶点与中心原子P形成的键的键角为180°,中间为平面三角形,对应键角为120°,顶点与平面形成的键角为90°,所以键角(Cl—P—Cl)有90°、120°、180°三种,B正确;PCl3中心原子P采取sp3杂化,有1个孤电子对,分子的空间结构为三角锥形,C正确;P的电负性小于Cl,PCl5水解得到H3PO4和HCl,D错误。
8.(2025·江苏连云港调研)有几种阴离子的信息如下表:
阴离子 Cl Cl M ClO-
中心元素化合价 +5 +3 +1
中心原子杂化类型 sp3 sp3
下列推断不正确的是( )
[A]Cl和C的价电子总数相同
[B]M的化学式为Cl
[C]Cl、ClO-中氯原子的杂化类型都为sp3
[D]M的空间结构为V形
【答案】 A
【解析】 A项,Cl和C的价电子总数分别为7+3×6+1=26、4+3×6+2=24,不相同,错误;B项,M中Cl的化合价是+3价,氯原子的杂化类型是sp3,因此M的化学式为Cl,正确;C项,Cl中心原子Cl的价层电子对数是3+=4,ClO-中心原子Cl的价层电子对数是1+=4,因此氯原子的杂化类型都为sp3,正确;D项,M中心原子Cl的价层电子对数是2+=4,含有2个孤电子对,所以M的空间结构为V形,正确。
9.N2O5是一种绿色的硝化试剂,固态N2O5是离子型结构,存在N和N两种离子。已知原子总数相同,价电子总数也相同的粒子结构相似。下列有关说法不正确的是( )
[A]N和CO2结构相似
[B]N是平面三角形结构
[C]N的键角比N的大
[D]N中σ键、π键个数比为1∶2
【答案】 D
【解析】 N和CO2中原子总数均为3,N的价电子总数为5-1+6×2=16,CO2的价电子总数为4+6×2=16,所以N和CO2结构相似,故A正确;N的中心原子N的价层电子对数为3+×(5+1-3×2)=3,无孤电子对,离子的空间结构是平面三角形,故B正确;N的中心原子N的价层电子对数为2+×(5-1-2×2)=2,无孤电子对,离子的空间结构是直线形,键角为180°,而N的空间结构是平面三角形,键角为120°,所以N的键角比N的大,故C正确;由A项分析可知,N与CO2结构相似,CO2的结构式为OCO,1 mol CO2分子中含2 mol σ键、2 mol π键,其中σ键、π键个数比为1∶1,所以N中σ键、π键个数比也为1∶1,故D错误。
10.(2025·山东淄博月考)SF6可用作高压发电系统的绝缘气体,分子呈正八面体结构,如图所示。下列有关SF6的说法错误的是( )
[A]含极性键
[B]键角∠FSF等于90°或45°
[C]中心原子S形成6个σ键
[D]中心原子S采取sp3d2杂化
【答案】 B
【解析】 SF6分子中含有S—F极性键,故A正确;根据题图可知,∠FSF可以是90°或180°,故B错误;中心原子S的价层电子对数为6+×(6-6×1)=6,采取sp3d2杂化,形成6个σ键,故C、D正确。
11.火星土壤中三价铁的形成与氯氧酸盐(Cl)有关。Cl与Cl是氯氧酸盐的两种稳定形态。下列关于两者比较不正确的是( )
[A]结合H+能力:Cl[B]O—Cl—O键角:Cl>Cl
[C]含有相同数量的σ键
[D]Cl的杂化方式相同
【答案】 C
【解析】 同一元素不同化合价的含氧酸,元素化合价越高,酸性越强,则酸性HClO4>HClO3,酸性越强,电离出H+的能力越强,相应酸根离子结合氢离子的能力越弱,则结合氢离子能力ClCl,B正确;Cl中含有4个σ键,Cl中含有3个σ键,σ键数目不相同,C错误;Cl和Cl的中心原子Cl都采用sp3杂化,D正确。
12.(2025·甘肃白银月考)羟胺(NH2OH)水溶液呈碱性的原理与氨水类似,利用羟胺制备硫酸羟胺的反应为2NH2OH+H2SO4(NH3OH)2SO4。下列说法正确的是( )
[A]H—N—H的键角:NH2OH>N
[B]1 mol NH2OH中含有3 mol σ键
[C]NH2OH中的O采取sp杂化
[D](NH3OH)2SO4中N、S均采取sp3杂化
【答案】 D
【解析】 羟胺分子中氮原子采取sp3杂化,孤电子对数为1,铵根离子中氮原子采取sp3杂化,孤电子对数为0,孤电子对数越多,对成键电子对的排斥力越大,则羟胺分子中H—N—H的键角小于铵根离子,A错误;羟胺分子中的单键都为σ键,则1 mol羟胺分子中含有4 mol σ键,B错误;NH2OH中的O形成2个σ键且含有2个孤电子对,采取sp3杂化,C错误;(NH3OH)2SO4中氮原子、硫原子的价层电子对数都为4,都采取sp3杂化,D正确。
13.下列说法正确的是( )
[A]已知非金属性O>N>C,可推知氢化物的稳定性H2O2>N2H4>C2H6
[B]已知CO2为直线形结构,可推知CS2为直线形结构
[C]已知Cl2O中Cl为+1价,可推知OF2中F为+1价
[D]已知N的电负性比B(硼)的大,可推知NF3的键角比BF3的大
【答案】 B
【解析】 已知非金属性O>N>C,可推知最简单氢化物的稳定性H2O>NH3>CH4,但H2O2、N2H4、C2H6均不是最简单氢化物,无法确定三者稳定性强弱,A错误;Cl2O中Cl为+1价,由于F没有正化合价,OF2中F为-1价,O为+2价,C错误;NF3中心原子N上的孤电子对数为=1,价层电子对数为3+1=4,N采取sp3杂化,分子的空间结构为三角锥形,键角小于109°28′,BF3中心原子B上的孤电子对数为=0,价层电子对数为3+0=3,B采取sp2杂化,分子的空间结构为平面三角形,键角是120°,故NF3的键角比BF3的小,D错误。
14.(2025·浙江杭州质检)现有M、Q、R、T、W、X、Y七种前四周期常见元素,它们的原子序数递增。其中,M具有一种没有中子的同位素;Q是植物生长三要素之一;R是地壳中含量最多的元素,且W与R的最外层电子数相同;T、Y是金属元素,T的原子半径是短周期元素中最大的,能与X形成离子化合物TX,Y是第Ⅷ族元素,其合金被称为“黑色金属”。下列说法错误的是( )
[A]键角:Q>M3R+
[B]简单离子的半径:T>R>Q
[C]第一电离能:X>W>Y>T
[D]W、X的VSEPR模型相同,实际空间结构也相同
【答案】 B
【解析】 M、Q、R、T、W、X、Y七种前四周期常见元素,原子序数依次递增。其中,M具有一种没有中子的同位素,M是H,Q是植物生长三要素之一,R是地壳中含量最多的元素,R是O,所以Q是N,且W与R的最外层电子数相同,则W是S,T、Y是金属元素,其中T的原子半径是短周期元素中最大的,T是Na,T能与X形成离子化合物TX,所以X是Cl,Y是第Ⅷ族元素,其合金被称为“黑色金属”,Y是Fe。Q为N,中心原子N的价层电子对数为4+=4,无孤电子对,N为正四面体形结构,M3R+为H3O+,中心原子O的价层电子对数为3+=4,有1个孤电子对,H3O+为三角锥形结构,孤电子对对成键电子对的排斥作用大,因此N的键角大于H3O+的键角,A正确;Q、R、T三种元素对应的简单离子为N3-、O2-、Na+,电子层结构相同时,核电荷数越大,简单离子半径越小,简单离子半径N3->O2->Na+,B错误;一般情况下,元素金属性越强,第一电离能越小,非金属性越强,第一电离能越大,一般非金属元素的第一电离能大于金属元素的第一电离能,则第一电离能Cl>S>Fe>Na,C正确;W、X分别为S、Cl,S中心原子S的价层电子对数为4+=4,VSEPR模型为正四面体形,无孤电子对,离子的空间结构为正四面体形,Cl中心原子Cl的价层电子对数为4+=4,VSEPR模型为正四面体形,无孤电子对,离子的空间结构为正四面体形,D正确。
15.(14分)氯吡苯脲是一种常用的膨大剂,其结构简式为,它是经国家批准使用的植物生长调节剂。
(1)(1分)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为 。
(2)(2分)氯吡苯脲晶体中,氮原子的杂化轨道类型为 ,羰基碳原子的杂化轨道类型为 。
(3)(2分)查文献可知,可用2氯4氨基吡啶与异氰酸苯酯反应,生成氯吡苯脲。
反应过程中,每生成1 mol氯吡苯脲,断裂 个σ键,断裂 个π键。(设NA为阿伏加德罗常数的值)
(4)(9分)膨大剂能在动物体内代谢,其产物较为复杂,其中有H2O、NH3、CO2等。
①(3分)请用共价键知识解释H2O比NH3稳定的原因: 。
②(6分)H2O、NH3、CO2的空间结构分别是 ,中心原子的杂化轨道类型分别是 。
【答案】 (1)1 (2)sp2、sp3 sp2 (3)NA NA
(4)①H—O的键能大于H—N的键能 ②V形、三角锥形、直线形 sp3、sp3、sp
【解析】 (1)根据构造原理可知,氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,所以未成对电子数为1。(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知,有2个氮原子均形成3个单键,孤电子对数为1,采用sp3杂化,剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键,孤电子对数为1,采用sp2杂化;羰基碳原子形成2个单键和1个双键,采用sp2杂化。(3)由于σ键比π键更稳定,根据反应的化学方程式可以看出,断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的NC中的π键和2氯4氨基吡啶分子中的N—H。(4)①O、N属于同周期元素,O的非金属性强于N的,H—O的键能大于H—N的键能,所以H2O比NH3稳定。②H2O中氧原子的价层电子对数为2+=4,孤电子对数为2,所以H2O为V形结构,氧原子采用sp3杂化;NH3中氮原子的价层电子对数为3+=4,孤电子对数为1,所以NH3为三角锥形结构,氮原子采用sp3杂化;CO2中碳原子的价层电子对数为2+=2,不含孤电子对,所以CO2为直线形结构,碳原子采用sp杂化。
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