(共46张PPT)
第二节 分子的空间结构
素养目标
1.认识物质的空间结构可以借助某些实验手段,通过这些手段所获得的信息为建立物质结构模型或相关理论解释提供支撑。
2.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。培养证据推理与模型认知的核心素养。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.CO2分子中的键角为180°,是一种直线形分子;H2O是一种V形(或称角形)分子。NH3的空间结构是三角锥形,CH4分子中C—H键之间的键角是109°28',分子空间结构是正四面体形。
2.共价键的键参数与分子空间结构有关的是键长、键角。
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必备知识
正误判断
1.分子结构的测定
许多现代仪器和方法可测定分子结构,如红外光谱、晶体X射线衍射等。红外光谱可以测定分子中含有哪些化学键或官能团。
2.多样的分子空间结构
(1)三原子分子的空间结构——直线形和V形。
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必备知识
正误判断
(2)四原子分子的空间结构——平面三角形和三角锥形。
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必备知识
正误判断
(3)五原子分子的空间结构——正四面体形。
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必备知识
正误判断
3.价层电子对互斥模型
(1)价层电子对互斥理论。
价层电子对互斥模型认为,分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。分子中的价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对,多重键只计其中σ键的电子对,不计π键电子对。
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必备知识
正误判断
(2)VSEPR模型的两种类型。
①中心原子上的价电子都用于形成共价键的分子。
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必备知识
正误判断
②中心原子上有孤电子对的分子:对于中心原子上有孤电子对(未用于形成共价键的电子对)的分子,中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间,并互相排斥使分子呈现不同的空间结构。
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必备知识
正误判断
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必备知识
正误判断
【微思考1】根据价层电子对互斥理论得到的VSEPR模型,就是分子的实际空间结构吗?
提示:不完全是。VSEPR模型是按分子中价层电子对数进行判断的,但是有些分子中的部分价层电子对未形成化学键(孤电子对),而分子的空间结构是忽略孤电子对后的形状。
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必备知识
正误判断
4.杂化轨道理论简介
(1)原子轨道杂化与杂化轨道。
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必备知识
正误判断
(2)杂化轨道类型及分子的空间结构。
杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原
子轨道及数目
1个s轨道和
1个p轨道
1个s轨道和
2个p轨道
1个s轨道和
3个p轨道
杂化轨道的数目
2
3
4
杂化轨道间的夹角
180°
120°
109°28'
空间结构名称
直线形
平面三角形
正四面体形
实例
CO2、C2H2
BF3、CH2O
CH4、CCl4
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必备知识
正误判断
【微思考2】举例说明,中心原子采取sp3杂化的分子的空间结构是否都是正四面体形。
提示:不是。CH4、NH3、H2O分子中的中心原子都是sp3杂化,CH4是正四面体形,NH3是三角锥形,H2O是角形(或V形)。
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必备知识
正误判断
1.价电子对之间的夹角越小,排斥力越小。
( )
2.NH3分子的VSEPR模型与分子空间结构不一致。( )
3.五原子分子的空间结构都是正四面体形。( )
4.杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同。
( )
5.凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其空间结构都是正四面体形。( )
6.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。
( )
答案:1.× 2.√ 3.× 4.√ 5.× 6.×
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探究2
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利用价层电子对互斥理论判断分子的空间结构
问题探究
ABm型分子或离子的价层电子对数
(1)氧族元素的原子作为中心原子A时提供6个价电子,作为配位原子B时不提供价电子。
(2)卤素原子作为中心原子A时提供7个价电子,作为配位原子B时提供1个价电子。
(3)若为分子,电荷数为0;若为阳离子,则减去电荷数,如
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(1)根据上述信息分析BCl3的价层电子对数、价层电子对空间结构及分子空间结构。
提示:BCl3的价层电子对数=
=3,价层电子对空间结构为平面三角形,分子空间结构为平面三角形。
(2)NF3的价层电子对数、价层电子对空间结构、分子空间结构分别是怎样的?
提示:NF3的价层电子对数=
=4,价层电子对空间结构为四面体形,分子空间结构为三角锥形。
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(3)通过(1)、(2)两例分析,价层电子对的空间结构与分子的空间结构一定相同吗?二者之间有何关系?
提示:价层电子对的空间结构与分子的空间结构不一定一致。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(未用于形成共价键的电子对)。两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,两者一致;当中心原子上有孤电子对时,两者不一致。
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深化拓展
1.利用VSEPR模型确定粒子空间结构的步骤
中心原子价层电子对数n=σ键电子对数+
(a-xb)。
分子的空间结构——略去中心原子孤电子对后的空间结构。
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2.中心原子价层电子对数的计算
(1)a表示中心原子的价电子数。
对主族元素,a=最外层电子数;
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|。
(2)x表示与中心原子结合的原子数。
(3)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=8-该原子的价电子数。
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素能应用
典例1用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构:
(1)H2Se ;(2)BBr3 ;(3)CHCl3 ;(4)SiF4 。?
答案:(1)V形
(2)平面三角形
(3)四面体形
(4)正四面体形
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解析:根据原子的最外层电子排布,可以判断出各分子中心原子含有的孤电子对数。
分子式
H2Se
BBr3
CHCl3
SiF4
中心原子含有的孤电子对数
2
0
0
0
中心原子的σ键电子对数
2
3
4
4
中心原子的价
层电子对数
4
3
4
4
H2Se略去两对孤电子对,分子空间结构为V形,BBr3为平面三角形,CHCl3分子中由于氢原子和氯原子不同,空间结构不是正四面体形,SiF4为正四面体形。
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变式训练1-1下列微粒的价层电子对数正确的是(加“·”的原子为中心原子)( )
答案:A
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解析:
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变式训练1-2运用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构。
(1)BeCl2
;?
(2)SCl2 ;?
(3)
;?
(4)PF3 。?
答案:(1)直线形 (2)V形 (3)三角锥形 (4)三角锥形
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解析:
分子或
离子
价层电
子对数
成键电
子对数
孤电
子对数
空间结构
BeCl2
2
2
0
直线形
SCl2
4
2
2
V形
S
4
3
1
三角锥形
PF3
4
3
1
三角锥形
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利用杂化轨道理论解释分子的空间结构
问题探究
在形成多原子分子时,中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程,叫做轨道的杂化(双原子分子中,不存在杂化过程)。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下:
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问题思考:
(1)观察上述杂化过程,分析原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化?
提示:杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同,杂化后,形成的一组杂化轨道的能量相同。
(2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道?
提示:不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s轨道与3p轨道不在同一能层,能量相差较大。
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(3)用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构。
提示:N原子的价电子排布式为2s22p3,在形成NH3分子的过程中,N原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另1个杂化轨道中是成对电子,未与H原子形成共价键,4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形;NH3分子中,由于N原子上的孤电子对的排斥作用,使3个N—H键的键角变小,成为三角锥形的空间结构。
O原子的价电子排布式为2s22p4,在形成H2O分子的过程中,O原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另2个杂化轨道中是成对电子,未与H原子形成共价键;4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形,但由于2对孤电子对的排斥作用,使2个O—H键的键角变得更小,使H2O分子成为V形的空间结构。
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(4)CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都是sp3,键角为什么依次减小?从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法?
提示:CH4、NH3、H2O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。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小,孤电子对数越多排斥作用越大,键角越小。比较键角时,先看中心原子杂化类型,杂化类型不同时:键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小;杂化类型相同时,中心原子孤电子对数越多,键角越小。
探究1
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深化拓展
1.轨道杂化与杂化轨道
探究1
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2.对杂化过程的理解
探究1
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3.杂化类型的判断
因为杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系:
杂化轨道数=中心原子孤电子对数+中心原子结合的原子数,再由杂化轨道数判断杂化类型。例如:
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
探究1
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4.共价键全部为σ键的分子空间结构与杂化类型
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素能应用
典例2指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式及空间结构。
(1)CS2分子中的C为 杂化,分子的结构式为 ,空间结构为 ;?
(2)CH2O中的C为 杂化,分子的结构式为 ,空间结构为 ;?
(3)CCl4分子中的C为 杂化,分子的结构式为 ,空间结构为 ;?
(4)H2S分子中的S为 杂化,分子的结构式为 ,空间结构为 。?
探究1
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探究2
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解析:轨道杂化所用原子轨道的能量相近,且杂化轨道只能用于形成σ键,未参与杂化的p轨道还可以形成π键。杂化轨道类型决定了分子(或离子)的空间结构,如sp2杂化轨道之间的夹角为120°,空间结构为平面三角形。因此,也可根据分子的空间结构确定分子(或离子)中杂化轨道的类型,如CO2为直线形分子,因此分子中C原子的杂化轨道类型为sp杂化。
探究1
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变式训练2-1根据价层电子对互斥模型及原子杂化轨道理论判断NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式为( )
A.直线形 sp杂化
B.平面三角形 sp2杂化
C.三角锥形 sp2杂化
D.三角锥形 sp3杂化
答案:D
解析:判断分子的杂化方式要根据中心原子的孤电子对数以及与中心原子相连的原子个数。在NF3分子中N原子的孤电子对数为1,与其相连的原子数为3,根据原子杂化轨道理论可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化,NF3分子的空间结构为三角锥形,类似于NH3。
探究1
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变式训练2-2以下说法正确的是( )
A.含有四个原子的分子的空间结构不可能为正四面体形
B.分子式为AB2的分子的空间结构一定为V形
C.在
中硫原子的杂化方式为sp2,是正四面体形结构
D.
中心碳原子的孤电子对数为0,故其结构为平面三角形
答案:D
解析:P4分子的空间结构是正四面体形,A错;BeCl2中铍原子成键电子对数是2,是sp杂化,分子是直线形,B错;在
中硫原子的孤电子对数是0,与其相连的原子数为4,根据杂化轨道理论可推知硫原子为sp3杂化,S的空间结构是正四面体形,C错误;
中心碳原子的成键电子对数为3,孤电子对数为
(4+2-3×2)=0,该离子是平面三角形结构,D正确。
探究1
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1.下列分子中,空间结构不是直线形的是( )
A.CO
B.H2O
C.CO2
D.C2H2
答案:B
解析:CO为双原子分子,属于直线形;CO2、C2H2是典型的直线形分子,而H2O分子为V形。
2.下列有关NH3分子空间结构的分析正确的是( )
A.中心原子孤电子对数为0,分子为平面三角形,键角为120°
B.中心原子孤电子对数为0,分子为三角锥形,键角为107°
C.中心原子孤电子对数为1,分子为三角锥形,键角为107°
D.中心原子孤电子对数为1,分子为平面三角形,键角为109°28'
答案:C
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3.用VSEPR模型预测,下列分子中键角是120°的是( )
A.C2H2
B.CH4
C.BF3
D.CO2
答案:C
4.(双选)下列分子中的中心原子采取sp2杂化的是( )
A.C6H6
B.CO2
C.SO3
D.NH3
答案:AC
解析:苯分子中的碳原子采取sp2杂化,A项正确;CO2分子中碳原子采取sp杂化,B项错误;三氧化硫分子中的S原子采取sp2杂化,C项正确;NH3分子中的氮原子采取sp3杂化,D项错误。
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5.在BrCH=CHBr分子中,C—Br键采用的成键轨道是( )
A.sp-p
B.sp2-s
C.sp2-p
D.sp3-p
答案:C
解析:分子中的两个碳原子都是采取sp2杂化,溴原子的价电子排布式为4s24p5,4p轨道上的一个未成对电子与碳原子的一个sp2杂化轨道成键。第二节 分子的空间结构
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.下列分子的空间结构与水分子相似的是( )
A.CO2
B.H2S
C.PCl3
D.SiCl4
答案B
解析H2S与H2O分子的空间结构相似,均为V形分子;而CO2为直线形分子、PCl3为三角锥形分子、SiCl4为正四面体形分子。
2.下列分子中键角最大的是( )
A.H2O
B.CO2
C.CH2O
D.NH3
答案B
解析H2O分子为V形,键角为105°;CO2分子为直线形,键角为180°;CH2O分子为平面三角形,键角约为120°;NH3分子为三角锥形,键角为107°。
3.用价层电子对互斥理论推测SO3的立体构型为( )
A.正四面体形
B.V形
C.三角锥形
D.平面三角形
答案D
解析SO3分子的中心原子S的价层电子对数=3+(6-3×2)=3,故VSEPR模型为平面三角形结构;由于S原子上没有孤电子对,故SO3分子为平面三角形结构。
4.根据价层电子对互斥理论,判断H3O+的空间结构是
( )
A.三角锥形
B.正四面体形
C.平面正三角形
D.变形四面体
答案A
解析H3O+中O原子价层电子对数=3+(6-1-3×1)=4,O原子上含有1对孤电子对,根据价层电子对互斥理论,其立体构型为三角锥形。
5.用价层电子对互斥理论预测H2S和N的空间结构,两个结论都正确的是( )
A.直线形;三角锥形
B.V形;三角锥形
C.直线形;平面三角形
D.V形;平面三角形
答案D
解析H2S分子的中心原子上的孤电子对数=(6-2×1)=2,因其σ键电子对数为2,故分子为V形结构;N的中心原子上的孤电子对数=(5+1-3×2)=0,因其σ键电子对数为3,则N的空间结构为平面三角形。
6.下列分子中的中心原子采取sp2杂化的是( )
A.C3H8
B.CO2
C.BeCl2
D.SO3
答案D
解析丙烷中的碳原子类似于甲烷中碳原子,采取sp3杂化;CO2分子中碳原子采取sp杂化;氯化铍分子中铍原子采取sp杂化;三氧化硫分子中S原子采取sp2杂化。
7.在乙烯分子中有5个σ键、1个π键,它们分别是
( )
A.碳原子的sp2杂化轨道形成σ键,未杂化的2p轨道形成π键
B.碳原子的sp2杂化轨道形成π键,未杂化的2p轨道形成σ键
C.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,碳原子之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
D.碳原子之间是sp2杂化轨道形成的σ键,C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
答案A
解析乙烯分子中的两个碳原子都是采取sp2杂化,C—H键是碳原子的杂化轨道与氢原子的s轨道形成的σ键,CC键中一个是sp2杂化轨道形成的σ键,另一个是未杂化的2p轨道形成的π键。
8.下列推断不正确的是( )
A.BF3为平面三角形分子
B.N的电子式为[H∶∶H]+
C.CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的s-p
σ键
D.CH4分子中的碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠,形成4个C—H
σ键
答案C
解析BF3分子的空间结构为平面三角形;N的空间结构为正四面体形;CH4中碳原子的1个2s轨道与3个2p轨道杂化形成4个sp3杂化轨道,4个sp3杂化轨道分别与氢原子的1s轨道重叠,形成4个σ键。
9.(1)利用VSEPR模型推断下列分子或离子的空间结构。
P ;CS2 ;AlBr3(共价分子) 。?
(2)有两种化学反应中的活性中间体粒子,这两种粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种微粒的球棍模型,写出相应的化学式:
;?
。?
(3)按要求写出第二周期非金属元素原子构成的中性分子的分子式。平面三角形分子 ,三角锥形分子 ,正四面体形分子 。?
答案(1)正四面体形 直线形 平面三角形
(2)C C (3)BF3 NF3 CF4
提升能力跨越等级
1.在白磷分子(P4)中,四个P原子分别处于正四面体的四个顶点上,结合有关P原子的成键特点,下列有关白磷分子的说法正确的是( )
A.白磷分子中的键角为109°28'
B.分子中共有4对共用电子对
C.白磷分子中的键角为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,从而形成正四面体结构,所以键角为60°,分子中共有6个共价单键(即6对共用电子对),4对孤电子对。
2.下列分子或离子的中心原子上带有一对孤电子对的是
( )
①BeCl2 ②CH4 ③NH3 ④CH2O ⑤SO2 ⑥H2S
⑦C ⑧N
A.①②③⑤⑥⑦
B.③⑦⑧
C.④⑥⑧
D.③⑤
答案D
解析根据孤电子对数=(a-xb),可以计算出各微粒中心原子上的孤电子对数分别为0、0、1、0、1、2、0、0,故含有一对孤电子对的是③⑤。
3.已知在CH4分子中C—H键间的键角为109°28',NH3分子中N—H键间的键角为107°,H2O分子中O—H键间的键角为105°,则下列说法正确的是( )
A.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
B.孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力
C.孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力
D.题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力和成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系
答案A
解析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,孤电子对对成键电子对的排斥导致分子中的键角变小,A项正确。
4.下列描述正确的是( )
A.CS2为V形分子
B.NCl3分子的空间结构为平面三角形
C.SF6中有4对完全相同的成键电子对
D.SiF4和H2O分子中的中心原子均为sp3杂化
答案D
解析CS2与CO2分子的空间结构相似,均为直线形分子,A错误;NCl3分子中氮原子上有1对孤电子对,其空间结构为三角锥形,B错误;SF6中有6对完全相同的成键电子对,C错误;SiF4和H2O分子中的中心原子含有的价层电子对数均是4,中心原子均为sp3杂化,D正确。
5.下列物质的分子中,中心原子的“杂化方式”及“分子空间结构”与CH2O(甲醛)相同的是( )
A.H2S
B.NH3
C.CH2Br2
D.BF3
答案D
解析CH2O和BF3均为平面形分子,两者的中心原子均采取sp2杂化;H2S和H2O相似;CH2Br2是CH4中的两个H被Br取代得到,H2S、NH3、CH2Br2的中心原子都采取sp3杂化。
6.(双选)下列说法正确的是( )
A.NCl3分子呈三角锥形,这与氮原子采取sp3杂化密切相关
B.sp3杂化轨道是由中心原子的任意1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道
C.中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构可能是四面体形或三角锥形或V形
D.AB3型分子的空间结构必为平面三角形
答案AC
解析NCl3分子中的氮原子上的价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=3+=4,因此NCl3分子中氮原子是sp3杂化,A项正确;sp3杂化轨道是原子最外电子层上的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项错误;一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的4个杂化轨道空间结构为正四面体形,如果这4个sp3杂化轨道都参与成键,则分子的空间结构为正四面体形,如甲烷分子,但如果某些杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据,则所形成分子的空间结构会发生变化,如NH3、PCl3分子是三角锥形,H2O分子是V形,C项正确,D项错误。
7.根据下列微粒的空间结构,填写下列空白(填序号):
①CH4 ②CH2CH2 ③CH≡CH ④NH3
⑤N ⑥BF3 ⑦P4 ⑧H2O ⑨H2O2
(1)空间结构呈正四面体的是 。?
(2)中心原子采取sp3杂化的是 ,为sp2杂化的是 。?
(3)所有原子共平面的是 ,共直线的是 。?
(4)①④⑥⑦⑧键角由大到小的顺序为 (填序号)。?
A.⑥>①>⑧>④>⑦
B.⑥>①>④>⑦>⑧
C.⑥>①>④>⑧>⑦
答案(1)①⑤⑦
(2)①④⑤⑦⑧⑨ ②⑥
(3)②③⑥⑧ ③
(4)C
解析①CH4中C原子采取sp3杂化,为正四面体形结构;②C2H4中C原子采取sp2杂化,为平面形分子;③C2H2中C原子采取sp杂化,为直线形分子;④NH3中N原子采取sp3杂化,为三角锥形分子;⑤N中N原子采取sp3杂化,为正四面体结构;⑥BF3中B原子采取sp2杂化,为平面三角形分子;⑦P4中P原子采取sp3杂化,为正四面体结构;⑧H2O中O原子采取sp3杂化,为V形分子;⑨H2O2中O原子采取sp3杂化,两个H原子犹如在半展开的书的两面纸上并有一定夹角。
(4)①CH4空间结构为正四面体形,键角为109°28';④NH3分子的空间结构为三角锥形,键角为107°;⑥BF3分子的中心原子的价电子都用来形成共价键,所以价层电子对数为3,为平面三角形,键角为120°;⑦P4分子的空间结构是正四面体形结构,4个磷原子处在正四面体的4个顶点,键角为60°;⑧H2O分子的空间结构为V形,键角为105°;键角由大到小的顺序为⑥>①>④>⑧>⑦。
8.原子形成化合物时,电子云间的相互作用对物质的结构和性质会产生影响。
请回答下列问题:
(1)碳原子有4个价电子,在形成化合物时价电子均参与成键,但杂化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔和苯四种分子中,碳原子采取sp杂化的是 (写结构简式,下同),采取sp2杂化的是 ,采取sp3杂化的是 。试写出一种有机物分子的结构简式,要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子: 。?
(2)已知H2O、NH3、CH4三种分子中,键角由大到小的顺序是CH4>NH3>H2O,可能的原因是 。?
(3)由于阳离子所带电荷的作用,阴、阳离子形成化合物时,阴离子的电子云会发生变化,使离子键逐渐向共价键过渡。阳离子所带电荷数越多,阴离子半径越大时,电子云变化越大,导致所形成的化合物在水中的溶解度越小。由此可知,四种卤化银(AgF、AgCl、AgBr和AgI)在水中的溶解度由大到小的顺序为 。?
答案(1)CH≡CH CH2CH2、 CH3CH3
(其他合理答案均可)
(2)CH4分子中的C原子没有孤电子对,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,孤电子对对成键电子对的排斥作用较大,故键角依次减小
(3)AgF>AgCl>AgBr>AgI
解析(1)乙烷分子中的碳原子采取sp3杂化,乙烯、苯分子中的碳原子均采取sp2杂化,乙炔分子中的碳原子采取sp杂化,同时含有三种不同杂化方式的碳原子的有机物分子中应该同时含有烷基(或环烷基)、碳碳双键(或苯环)和碳碳三键。
(2)H2O、NH3、CH4分子中的O、N、C均采取sp3杂化,而O原子上有2对孤电子对,对成键电子对的排斥作用最大,键角最小;N原子上有1对孤电子对,对成键电子对的排斥作用使键角缩小,但比水分子的键角要大;C原子上无孤电子对,CH4分子中的键角最大。
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20世纪50年代,科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型),用于预测简单分子的空间结构。其要点可以概括为:
Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成,A为中心原子,X为与中心原子相结合的原子,E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对),(n+m)称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥,尽可能均匀地分布在中心原子周围的空间;
Ⅱ.分子的空间结构是指分子中的原子在空间的分布,不包括中心原子上未成键的孤电子对;
Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力大小顺序为:
ⅰ.孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力;
ⅱ.双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键与单键之间的斥力;
ⅲ.X原子得电子能力越弱,A—X形成的共用电子对之间的斥力越强;
ⅳ.其他……
请仔细阅读上述材料,回答下列问题:
(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型,请填写下表:
n+m
2
VSEPR理想模型
正四面体形
价层电子对之
间的理想键角
109°28'
(2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因? 。?
(3)H2O分子的立体构型为 ,请你预测水分子中H—O—H键角的大小范围并解释原因 ??? 。?
(4)SO2Cl2和SO2F2都属于AXnEm型分子,SO之间以双键结合,S—Cl、S—F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的立体构型: ,SO2Cl2分子中Cl—S—Cl键角 (填“<”“>”或“=”)SO2F2分子中F—S—F键角。?
(5)用价层电子对互斥理论(VSEPR)判断下列分子或离子的立体构型(当n+m=6时,VSEPR理想模型为正八面体)。
分子或
离子
PbCl2
XeF4
SnC
PF3Cl2
HgC
立体
构型
答案(1)4 直线形 180°
(2)根据AXnEm模型,CO2分子中n+m=2,故为直线形
(3)V形 水分子符合AXnEm模型,H2O分子中n+m=4,VSEPR理想模型为正四面体形,价层电子对之间的夹角均为109°28'。根据题目信息Ⅲ-ⅰ,应有H—O—H键角<109°28'
(4)四面体形 >
(5)
分子或离子
PbCl2
XeF4
SnC
PF3Cl2
HgC
立体构型
V形
平面
正方形
正八面
体形
三角
双锥形
正四面
体形
解析(1)因为价层电子对总是互相排斥,均匀地分布在中心原子周围的空间,故当价层电子对数为2时,两者理想键角为180°,分子呈直线形。当价层电子对数为4时,理想键角为109°28',分子呈正四面体形。
(2)CO2分子中C原子的最外层电子都参与成键,没有孤电子对,故CO2符合AXnEm模型,故在AXnEm模型中,n+m=2,故为直线形。
(3)在水分子中,O原子上含有两对孤电子对,故H2O分子的空间结构为V形;由于H2O分子符合模型AXnEm中n+m=4,VSEPR理想模型为正四面体,价层电子对之间的夹角均为109°28';根据题目信息Ⅲ-ⅰ,应有H—O—H键角<109°28',实际键角为105°。
(4)SO2Cl2和SO2F2都符合模型AXnEm中n+m=4,VSEPR理想模型为正四面体,而S—Cl键和S—F键都是单键,且F原子的得电子能力要强于Cl原子,根据题目信息Ⅲ-ⅲ可知,SO2Cl2分子中Cl—S—Cl键角大于SO2F2分子中F—S—F键角。
(5)PbCl2符合AXnEm模型中n+m=3,VSEPR理想模型为平面三角形,故该分子空间结构为V形;XeF4符合AXnEm模型中n+m=6,VSEPR理想模型为正八面体,由于Xe原子有2个孤电子对,故该分子空间结构为平面正方形;由于Sn的最外层电子全部参与成键,故SnC符合AXnEm,VSEPR理想模型为正八面体,该离子的空间结构也为正八面体;P原子的最外层电子都参与成键,没有孤电子对,PF3Cl2符合AXnEm,VSEPR理想模型为三角双锥形,故该分子也为三角双锥形;Hg原子没有孤电子对,HgC符合AXnEm,VSEPR理想模型为正四面体形,故该离子的空间结构为正四面体形。
