4.1 分子的空间结构（第2课时 价层电子对互斥模型）-【帮课堂】2024-2025学年高二化学同步学与练（苏教版2019选择性必修2）

专题4 分子的空间结构与物质性质 第一单元 分子的空间结构 第2课时 价层电子对互斥模型 1．了解价层电子对互斥模型，能用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间构型。 2．了解等电子原理的内容。 重点：价层电子对互斥模型；分子的空间结构的判断。 难点：利用价层电子对互斥模型判断分子的空间结构。 一、价层电子对互斥模型 1．价层电子对互斥模型的基本要点 (1)价电子对：包括孤电子对和成键电子对，即价电子对数=________________+________________。 在价层电子对互斥模型中，成键电子对数等于成键数目，不用区别单键还是双键。 (2)价电子对的几何构型： 分子中的价电子对由于相互排斥作用，而趋向于尽可能___________以减小斥力，分子尽可能采取________的空间构型。 价电子对数分别为2、3、4时，价电子对的几何分布分别为________________、________________、________________。 2．ABm型分子的价电子对数的计算方法 对于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子的价电子对数可以通过下式确定： 价电子对数目(n)= (1)中心原子的价电子数=________________； (2)配位原子提供的价电子数： ①卤素原子、氢原子按提供1个价电子数计算。如PCl5中n=________________。 ②O、S作为配位原子时按不提供价电子计算。 (3)对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上或减去离子所带的电荷数。如NH中n=____________，SO中n=________________。 (4)若剩余1个电子，即出现奇数电子，也把这个单电子当作1对电子处理。如NO2中n=_________。 3．价电子对数与中心原子的杂化轨道类型 (1)价电子对数相同，中心原子的杂化轨道类型________，价电子对分布的几何构型________。即价电子对数=________________。 (2)CH4、NH3、H2O分子的价电子对数都是______，中心原子的杂化轨道数目为______，杂化类型为________杂化，价电子对分布的几何构型为_____________。 【名师点拨】对杂化轨道理论与价层电子对互斥模型的理解 (1)区别与联系 杂化轨道理论用来解释一些简单分子的空间构型，即科学家通过科学手段，测得一些分子的空间构型，科学家为了解释这些分子的空间结构，提出了杂化轨道理论。 科学家在归纳了许多已知分子的空间结构的基础上，提出了一种简单的理论模型，用来预测简单分子（或离子）的空间结构。 两个理论中提出的有关概念不同，在学习过程中，不能将两个理论混淆。 但两个理论都是用来解释或预测分子的空间结构，因此两者之间必然存在联系。 (2)几个重要关系 ①价层电子对数=杂化轨道数； ②价层电子对数=成键电子对数+孤电子对数； ③杂化轨道数=中心原子孤电子对数＋配位数，其中，配位数=中心原子结合的原子数； ④价层电子对的空间几何构型和杂化轨道的空间结构是相同的。 (3)用价层电子对互斥模型判断杂化轨道类型 先计算价层电子对数，在根据价层电子对数判断杂化轨道数目、类型及空间结构。 价层电子对数 杂化轨道数 杂化类型 杂化轨道的 空间结构 价层电子对 空间结构 2 2 sp 直线形 直线形 3 3 sp2 平面正三角形 平面正三角形 4 4 sp3 正四面体 正四面体 二、用价层电子对互斥模型推测分子空间构型 1．价电子对数与配位原子数目相等的ABm型分子的几何构型 对于价层电子对全是成键电子对的分子，价电子对的几何构型与分子的空间构型是一致的。 价电子对数 价电子对的几何构型 分子的空间构型 实例 2 CO2、BeCl2、CS2 3 BF3、SO3 4 CH4、CCl4 2．孤电子对数≠0的分子空间构型 (1)孤电子对、成键电子对之间斥力大小的顺序为： ________________之间的斥力>________________之间的斥力>________________之间的斥力。 (2)填写下表： 分子 价电子对数 成键电子对数 孤电子对数 分子的空间构型 键角 同类型分子 CH4 109.5° NH3 107.3° H2O 104.5° 【名师点拨】 (1)分子中的价电子全部用于形成共价键的分子，即中心原子上无孤电子对，其空间结构与电子对分布几何构型相同，如CO2、CH4等。 (2)中心原子上有孤电子对时，分子的空间结构与电子对分布几何构型不同，如H2O、NH3等。 三、等电子原理 1．等电子原理 具有相同____________和相同____________的分子或离子具有相同的________特征。符这一原理称为“等电子原理”。 2．等电子原理的应用 (1)判断一些简单分子或离子的立体结构：SiCl4、SiO、SO互为等电子体，空间结构为___________。 (2)判断分子的结构性质：CO和N2，它们的分子中价电子总数是________，都形成1个σ键和2个π键，CO的结构式为________，CO和N2键能都________，性质也相似。 (3)等电子原理在制造新材料方面的应用：晶体硅、锗、磷化铝（AlP）、砷化镓（GaAs）互为等电子体，都是良好的________材料。 【名师点拨】 (1)等电子原理是指原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相同的结构特征（立体结构和化学键类型），其性质相近。 等电子体的价电子总数相同，而组成原子的核外电子总数不一定相同。 (2)常见的等电子体 二原子10电子 N2、CO、NO+、C、CNˉ 三键 二原子11电子 NO、O 二原子14电子 F2、O 三原子16电子 CO2、CS2、N2O、NO、N3ˉ、SCN- 直线形 三原子18电子 O3、SO2、NO V形 四原子24电子 BF3、NO、CO、SiO、SO3 平面三角形 四原子16电子 NF3、PCl3、SO、ClO3- 三角锥 五原子32电子 CCl4、SiF4、BF、SiO、PO SO、ClO 正四面体 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)孤电子对排斥力大于σ键电子对的排斥力(　 　) (2)所有的三原子分子都是直线形结构(　 　) (3)SO2与CO2分子的组成相似，故它们的空间结构相同(　 　) (4)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br键的键角小于180°(　 　) (5)价电子对的几何构型和相应分子的空间构型是相同的(　 　) (6)只有原子数目和价电子总数相同的分子才是等电子体(　 　) (7)互为等电子体的物质，物理性质、化学性质都相似(　 　) 2．用价层电子对互斥模型完成下列问题(加“·”的原子为中心原子)。 σ电子对数 孤电子对数 空间结构 H2 Cl2 Cl3 O2 O F2 F 3．试比较H2O和H3O＋键角的大小并解释其原因。 4．若ABn的中心原子上有一对孤对电子未能成键，当n＝2时，其分子构型为________；当n＝3时，其分子构型为______________。 5．指出下列化合物中心原子可能采取的杂化类型，并预测其分子的几何构型： (1)BeH2__________________________ (2)BBr3__________________________ (3)SiH4__________________________ (4)PH3__________________________ 6．(1)SO2中中心原子的价层电子对数为________，共价键的类型有__________________。 (2)SO中心原子轨道的杂化类型为________。 (3)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________。 (4)固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。 ►问题一 价层电子对互斥模型 【典例1】下列说法正确的是(　　) A．NH3分子为三角锥型，N发生sp2杂化 B．杂化轨道只适用于形成共价键 C．SCl2属于AB2型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键 D．价层电子对互斥模型中，π键电子对数也要计入中心原子的价层电子对数 【解题必备】 (1)确定中心原子价电子对数的方法 对于AXm型分子(A是中心原子，X是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：即n＝。 规定：①作为配体，卤素原子和氢原子提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子； ②作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算，即中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数； ③对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上阴离子的电荷数或减去阳离子的电荷数； ④计算价电子对数时，若剩余1个电子，亦当作1对电子处理； ⑤双键、三键等多重键作为1对电子看待。 (2)根据已知分子结构判断杂化轨道类型 若已知分子结构，可以根据分子结构判断杂化轨道类型。 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＋配位数，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 【变式1-1】用价层电子对互斥模型预测H2S和NH3的空间结构是(　　) 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 【变式1-2】下列分子或离子的中心原子上未参与成键的价电子对最多的是(　　) A．H2O B．HCl C．NH D．PCl3 ►问题二 分子的空间结构的判断 【典例2】下列分子中，中心原子杂化类型相同，分子空间结构也相同的是(　　) A．H2O、SO2 B．NF3、BF3 C．NH3、CH4 D．BeCl2、CO2 【解题必备】 根据价层电子对互斥理论，首先计算出价电子对数，价电子对数与杂化轨道数相同，再由杂化轨道数判断杂化类型。 根据成键电子对数与孤电子对数的关系，可以判断分子的空间构型。 价层电子对数 中心原子的杂化类型 成键电子对数 孤电子对数 分子的空间构型 实例 2 sp 2 0 直线形 CO2、CS2、BeCl2、NO 3 sp2 3 0 平面三角形 BF3、SO3、NO、CO、CH2O 2 1 V形 SO2、NO2、NO 4 sp3 4 0 正四面体 所有AB4型分子和离子 3 1 三角锥 NH3、NF3、PCl3、SO、ClO 2 2 V形 H2O、H2S、SCl2 【变式2-1】徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是（    ） A．H2O2分子中的O为sp2杂化 B．CO2分子中C原子为sp杂化 C．BF3分子中的B原子sp3杂化 D．CH3COOH分子中C原子均为sp3杂化 【变式2-2】下列说法中正确的是(　　) A．BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构 B．P4和CH4都是正四面体型分子且键角都为109.5° C．NH4+的空间构型为平面正方形 D．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 ►问题三 等电子原理 【典例3】已知原子数目和价电子总数相同的离子或分子结构相似，如SO3、NO都是平面三角形。那么下列分子或离子中与SO有相似结构的是(　　) A．PCl5 B．CCl4 C．NF3 D．N 【解题必备】寻找等电子体的常用方法 (1)同主族替换法 同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素原子，如O3与SO2、CO2与CS2互为等电子体。 (2)左右移位法 ①将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n＝1,2……)的原子，如N2与CO、N和CNO－互为等电子体。 ②将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如C与O、N2O和N互为等电子体。 (3)叠加法 互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，还互为等电子体，如N2O与CO2互为等电子体。 【变式3-1】已知N2与CO、CO2与COS互为等电子体，试分别写出CO、COS的电子式。 【变式3-2】根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构，试根据相关知识填空： (1)AsCl3分子的空间结构为__________，其中As的杂化轨道类型为________。  (2)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为____________。  (3)一种有机化合物的结构简式如下： ①该分子中有__________个sp2杂化碳原子；______个sp3杂化碳原子。  ②该分子中有________个sp2-sp3 σ键；____________个sp3-sp3 σ键。  (4)SCN－与NO的结构相同，微粒呈____________形，中心原子都采取__________杂化。 (5)CO、NO等微粒具有相同的原子个数，它们的价电子总数都是_______，空间结构呈_________形，中心原子都采取_________杂化。 1．下列微粒中，含有孤电子对的是(　　) A．SiH4 B．H2O C．CH4 D．NH 2．下列分子的中心原子上有一对孤电子对的是(　　) ①BeCl2　②CH4　③NH3　④CH2O　⑤SO2　⑥H2S A．①②③⑤⑥ B．③④ C．④⑥ D．③⑤ 3．下列关于价层电子对互斥模型的叙述不正确的是(　　) A．价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间结构 B．分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构 C．中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与相互排斥 D．分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大，分子越稳定 4．利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，也可推测键角的大小，下列判断正确的是(　　) A．CS2是V形分子 B．SnBr2的键角大于120° C．BF3是三角锥形分子 D．NH的键角等于109°28′ 5．下列有关描述正确的是(　　) A．NO为V形微粒 B．ClO的空间结构为平面三角形 C．NO的价层电子对互斥模型、空间结构均为平面三角形 D．ClO的价层电子对互斥模型、空间结构相同 6．下列有关SO2、SO3、SO、H2SO4的说法正确的是(　　) A．SO2转化为SO3时没有破坏共价键 B．SO3的空间结构为三角锥形 C．SO与SO3中的键角相等 D．浓H2SO4中H2SO4分子间能形成氢键 7．下列各组分子或离子，中心原子的杂化轨道类型相同，但分子或离子的几何构型不同的是(　　) ①H2O、H3O＋、NH　 ②H3O＋、NH3、PCl3 ③BF3、NH3、PCl3　 ④OF2、H3O＋、CH4 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 8．硒是一种非金属，可以用作光敏材料、电解锰行业的催化剂。 (1)Se是元素周期表中34号元素，其基态原子的核外电子排布式为____________________。 (2)根据价层电子对互斥模型，可以推知SeO3分子的空间结构为________________，其中Se原子采用的杂化轨道类型为________。 (3)CSe2与CO2结构相似，CSe2分子内σ键与π键个数之比为________。CSe2首次是由H2Se与CCl4反应后制取的，CSe2分子内的键角________(填“大于”“等于”或“小于”，下同)H2Se分子内的键角。H—Se—H键角________AsH3分子内的H—As—H键角。 1．实验测得BH3为平面三角形(键角均为120°)，NH3为三角锥形(键角为107°18′)，已知电子数相同的微粒具有相似的结构。由此推断：①甲基，②甲基碳正离子(CH)，③甲基碳负离子(CH)的键角相对大小顺序为(　　) A．②＞①＞③ B．①＞②＞③ C．③＞①＞② D．①＝②＝③ 2．)氯元素有多种化合价，可形成Cl2O、Cl－、ClO－、ClO、ClO、ClO等微粒。下列说法错误的是(　　) A．键角：ClO>ClO>ClO B．Cl2O的空间结构为V形 C．ClO、ClO、ClO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 3．短周期主族元素A、B可形成AB3分子，下列有关叙述正确的是(　　) A．若A、B为同一周期元素，则AB3分子一定为平面正三角形 B．若AB3分子中的价电子个数为24，则AB3分子可能为平面正三角形 C．若A、B为同一主族元素，则AB3分子一定为三角锥形 D．若AB3分子为三角锥形，则AB3分子一定为NH3 4．化合物A(H3BNH3)是一种潜在的储氢材料，它可由六元环状物质(HB==NH)3通过反应3CH4＋2(HB==NH)3＋6H2O―→3CO2＋6H3BNH3制得。下列有关叙述不正确的是(　　) A．化合物A中不存在π键 B．反应前后碳原子的杂化类型不变 C．CH4、H2O、CO2分子的空间结构分别是正四面体形、V形、直线形 D．第一电离能：N＞O＞C＞B 5．Zn、V、Cu、In、S和Se等原子是生物医药、太阳能电池等领域的理想荧光材料。回答下列问题： (1)49In的外围电子排布式为________________________________。 (2)Zn、O、S和Se的电负性由大到小的顺序为________。制备荧光材料过程中会产生少量SO、VO，其中V原子采用________杂化，VO空间结构为________，SO的空间结构为________。 (3)C、N、S分别与H形成的简单氢化物中键角最小的是________，其原因是___________________________。 (4)H、C、N、S四种元素可形成硫氰酸(H—S—C≡N)和异硫氰酸(H—N==C==S)，异硫氰酸分子中σ键与π键的数目比为________，异硫氰酸沸点较高，原因是_______________________________________。 6．等电子体的结构相似、物理性质相近，如N2和CO互为等电子体。部分等电子体类型、代表物质及对应的空间结构如表所示。 等电子体类型 代表物质 空间结构 四原子24电子等电子体 SO3 平面三角形 四原子26电子等电子体 SO 三角锥形 五原子32电子等电子体 CCl4 正四面体形 六原子40电子等电子体 PCl5 三角双锥形 七原子48电子等电子体 SF6 八面体形 请回答下列问题： (1)写出下列离子的空间结构： BrO__________________，CO______________，ClO____________________。 (2)由第2周期元素原子构成，与F2互为等电子体的离子有_____________。 (3)SF6的空间结构如图1所示，请再按照图1的表示方法在图2中表示出OSF4分子中O、S、F原子的空间位置。已知OSF4分子中O、S间为共价双键，S、F间为共价单键。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题4 分子的空间结构与物质性质 第一单元 分子的空间结构 第2课时 价层电子对互斥模型 1．了解价层电子对互斥模型，能用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间构型。 2．了解等电子原理的内容。 重点：价层电子对互斥模型；分子的空间结构的判断。 难点：利用价层电子对互斥模型判断分子的空间结构。 一、价层电子对互斥模型 1．价层电子对互斥模型的基本要点 (1)价电子对：包括孤电子对和成键电子对，即价电子对数=成键电子对数+孤电子对数。 在价层电子对互斥模型中，成键电子对数等于成键数目，不用区别单键还是双键。 (2)价电子对的几何构型： 分子中的价电子对由于相互排斥作用，而趋向于尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。 价电子对数分别为2、3、4时，价电子对的几何分布分别为直线形、平面三角形、正四面体结构。 2．ABm型分子的价电子对数的计算方法 对于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子的价电子对数可以通过下式确定： 价电子对数目(n)= (1)中心原子的价电子数=最外层电子数； (2)配位原子提供的价电子数： ①卤素原子、氢原子按提供1个价电子数计算。如PCl5中n==5。 ②O、S作为配位原子时按不提供价电子计算。 (3)对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上或减去离子所带的电荷数。如NH中n==4，SO中n==4。 (4)若剩余1个电子，即出现奇数电子，也把这个单电子当作1对电子处理。如NO2中n==3。 3．价电子对数与中心原子的杂化轨道类型 (1)价电子对数相同，中心原子的杂化轨道类型相同，价电子对分布的几何构型相同。即价电子对数=杂化轨道数。 (2)CH4、NH3、H2O分子的价电子对数都是4，中心原子的杂化轨道数目为4，杂化类型为sp3杂化，价电子对分布的几何构型为正四面体。 【名师点拨】对杂化轨道理论与价层电子对互斥模型的理解 (1)区别与联系 杂化轨道理论用来解释一些简单分子的空间构型，即科学家通过科学手段，测得一些分子的空间构型，科学家为了解释这些分子的空间结构，提出了杂化轨道理论。 科学家在归纳了许多已知分子的空间结构的基础上，提出了一种简单的理论模型，用来预测简单分子（或离子）的空间结构。 两个理论中提出的有关概念不同，在学习过程中，不能将两个理论混淆。 但两个理论都是用来解释或预测分子的空间结构，因此两者之间必然存在联系。 (2)几个重要关系 ①价层电子对数=杂化轨道数； ②价层电子对数=成键电子对数+孤电子对数； ③杂化轨道数=中心原子孤电子对数＋配位数，其中，配位数=中心原子结合的原子数； ④价层电子对的空间几何构型和杂化轨道的空间结构是相同的。 (3)用价层电子对互斥模型判断杂化轨道类型 先计算价层电子对数，在根据价层电子对数判断杂化轨道数目、类型及空间结构。 价层电子对数 杂化轨道数 杂化类型 杂化轨道的 空间结构 价层电子对 空间结构 2 2 sp 直线形 直线形 3 3 sp2 平面正三角形 平面正三角形 4 4 sp3 正四面体 正四面体 二、用价层电子对互斥模型推测分子空间构型 1．价电子对数与配位原子数目相等的ABm型分子的几何构型 对于价层电子对全是成键电子对的分子，价电子对的几何构型与分子的空间构型是一致的。 价电子对数 价电子对的几何构型 分子的空间构型 实例 2 直线形 直线形 CO2、BeCl2、CS2 3 平面三角形 平面三角形 BF3、SO3 4 正四面体结构 正四面体结构 CH4、CCl4 2．孤电子对数≠0的分子空间构型 (1)孤电子对、成键电子对之间斥力大小的顺序为： 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。 (2)填写下表： 分子 价电子对数 成键电子对数 孤电子对数 分子的空间构型 键角 同类型分子 CH4 4 4 0 正四面体 109.5° SiH4、CCl4 NH3 4 3 1 三角锥 107.3° NF3、PCl3 H2O 4 2 2 V形 104.5° H2S、SCl2 【名师点拨】 (1)分子中的价电子全部用于形成共价键的分子，即中心原子上无孤电子对，其空间结构与电子对分布几何构型相同，如CO2、CH4等。 (2)中心原子上有孤电子对时，分子的空间结构与电子对分布几何构型不同，如H2O、NH3等。 三、等电子原理 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。符这一原理称为“等电子原理”。 2．等电子原理的应用 (1)判断一些简单分子或离子的立体结构：SiCl4、SiO、SO互为等电子体，空间结构为正四面体。 (2)判断分子的结构性质：CO和N2，它们的分子中价电子总数是10，都形成1个σ键和2个π键，CO的结构式为C≡O，CO和N2键能都较大，性质也相似。 (3)等电子原理在制造新材料方面的应用：晶体硅、锗、磷化铝（AlP）、砷化镓（GaAs）互为等电子体，都是良好的半导体材料。 【名师点拨】 (1)等电子原理是指原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相同的结构特征（立体结构和化学键类型），其性质相近。 等电子体的价电子总数相同，而组成原子的核外电子总数不一定相同。 (2)常见的等电子体 二原子10电子 N2、CO、NO+、C、CNˉ 三键 二原子11电子 NO、O 二原子14电子 F2、O 三原子16电子 CO2、CS2、N2O、NO、N3ˉ、SCN- 直线形 三原子18电子 O3、SO2、NO V形 四原子24电子 BF3、NO、CO、SiO、SO3 平面三角形 四原子16电子 NF3、PCl3、SO、ClO3- 三角锥 五原子32电子 CCl4、SiF4、BF、SiO、PO SO、ClO 正四面体 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)孤电子对排斥力大于σ键电子对的排斥力(　√　) (2)所有的三原子分子都是直线形结构(　×　) (3)SO2与CO2分子的组成相似，故它们的空间结构相同(　×　) (4)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br键的键角小于180°(　√　) (5)价电子对的几何构型和相应分子的空间构型是相同的(　×　) (6)只有原子数目和价电子总数相同的分子才是等电子体(　×　) (7)互为等电子体的物质，物理性质、化学性质都相似(　×　) 2．用价层电子对互斥模型完成下列问题(加“·”的原子为中心原子)。 σ电子对数 孤电子对数 空间结构 H2 2 2 V形 Cl2 2 2 V形 Cl3 3 1 三角锥形 O2 2 1 V形 O 4 0 正四面体形 F2 2 2 V形 F 2 2 V形 3．试比较H2O和H3O＋键角的大小并解释其原因。 键角：H3O＋>H2O。H2O和H3O＋中的中心O原子价电子对数都为4，但H3O＋中心O原子有1对孤电子对，H2O中心O原子有2对孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角：H3O＋>H2O。 4．若ABn的中心原子上有一对孤对电子未能成键，当n＝2时，其分子构型为________；当n＝3时，其分子构型为______________。 答案 V形 三角锥 5．指出下列化合物中心原子可能采取的杂化类型，并预测其分子的几何构型： (1)BeH2__________________________ (2)BBr3__________________________ (3)SiH4__________________________ (4)PH3__________________________ 答案 (1)sp 直线 (2)sp2 平面三角 (3)sp3 正四面体 (4)sp3 三角锥 6．(1)SO2中中心原子的价层电子对数为________，共价键的类型有__________________。 (2)SO中心原子轨道的杂化类型为________。 (3)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________。 (4)固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。 答案 (1)3　 σ键和π键　(2)sp3　(3)H2S　(4)sp3 解析 (1)SO2分子的中心原子S提供6个价电子，每个O原子提供0个单电子，所以S原子的价层电子对数为n＝＝3，所以杂化轨道类型是sp2，SO2的结构式为，含有σ键和π键。 (2)SO中S原子的价层电子对数为n＝＝4，则S为sp3杂化。 (3)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的价层电子对数分别为n＝＝4，n＝＝3，n＝＝3，因此中心原子价层电子对数不同于其他分子的是H2S。 (4)根据图可以得出固体三氧化硫中SO4原子团，为四面体构型，因此硫原子的杂化轨道类型为sp3。 ►问题一 价层电子对互斥模型 【典例1】下列说法正确的是(　　) A．NH3分子为三角锥型，N发生sp2杂化 B．杂化轨道只适用于形成共价键 C．SCl2属于AB2型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键 D．价层电子对互斥模型中，π键电子对数也要计入中心原子的价层电子对数 答 B 解析 NH3分子为三角锥型，N发生sp3杂化，A错误；杂化轨道只适用于形成共价键，因为必须形成共用电子对，所以不可能适用于离子键，故B正确；SCl2属于AB2型共价化合物，中心原子S采取sp3杂化轨道成键，分子空间构型为V形，不是直线形，故C错误；价层电子对互斥模型中，σ键和孤电子对计入中心原子的价层电子对数，而π键不计入，故D错误。 【解题必备】 (1)确定中心原子价电子对数的方法 对于AXm型分子(A是中心原子，X是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：即n＝。 规定：①作为配体，卤素原子和氢原子提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子； ②作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算，即中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数； ③对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上阴离子的电荷数或减去阳离子的电荷数； ④计算价电子对数时，若剩余1个电子，亦当作1对电子处理； ⑤双键、三键等多重键作为1对电子看待。 (2)根据已知分子结构判断杂化轨道类型 若已知分子结构，可以根据分子结构判断杂化轨道类型。 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＋配位数，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 【变式1-1】用价层电子对互斥模型预测H2S和NH3的空间结构是(　　) 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　B 解析　H2S中S原子的价电子对数为＝4，含有2对孤电子对，所以其空间结构为V形；NH3中N原子的价电子对数为＝4，含有1对孤电子对，所以其空间结构为三角锥形。 【变式1-2】下列分子或离子的中心原子上未参与成键的价电子对最多的是(　　) A．H2O B．HCl C．NH D．PCl3 答案　A 解析　A项，氧原子有2对未成键的价电子对；B项，HCl分子属于AB型分子，没有中心原子；C项，NH的中心原子的价电子全部参与成键；D项，磷原子有1对未成键的价电子对。 ►问题二 分子的空间结构的判断 【典例2】下列分子中，中心原子杂化类型相同，分子空间结构也相同的是(　　) A．H2O、SO2 B．NF3、BF3 C．NH3、CH4 D．BeCl2、CO2 答案　D 解析　根据杂化轨道理论：H2O分子中O原子的杂化方式为sp3，空间结构为V形，SO2分子中S原子的杂化方式为sp2，空间结构为V形，A不符合题意；NF3分子中N原子的杂化方式为sp3，空间结构为三角锥形，BF3分子中B原子的杂化方式为sp2，空间结构为平面三角形，B不符合题意；NH3分子中N原子的杂化方式为sp3，空间结构为三角锥形，CH4分子中C原子的杂化方式为sp3，空间结构为正四面体，C不符合题意；BeCl2分子中Be原子杂化方式为sp，空间结构均为直线形，CO2分子中C原子杂化方式为sp，空间结构均为直线形，D符合题意。 【解题必备】 根据价层电子对互斥理论，首先计算出价电子对数，价电子对数与杂化轨道数相同，再由杂化轨道数判断杂化类型。 根据成键电子对数与孤电子对数的关系，可以判断分子的空间构型。 价层电子对数 中心原子的杂化类型 成键电子对数 孤电子对数 分子的空间构型 实例 2 sp 2 0 直线形 CO2、CS2、BeCl2、NO 3 sp2 3 0 平面三角形 BF3、SO3、NO、CO、CH2O 2 1 V形 SO2、NO2、NO 4 sp3 4 0 正四面体 所有AB4型分子和离子 3 1 三角锥 NH3、NF3、PCl3、SO、ClO 2 2 V形 H2O、H2S、SCl2 【变式2-1】徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是（    ） A．H2O2分子中的O为sp2杂化 B．CO2分子中C原子为sp杂化 C．BF3分子中的B原子sp3杂化 D．CH3COOH分子中C原子均为sp3杂化 答案 B 解析 A选项，H2O2分子中的O为sp3杂化，错误；B选项，．CO2分子中C原子形成2个双键，为sp杂化，正确；C选项，BF3分子中的B原子sp2杂化，错误；D选项，CH3COOH分子中2个C原子分别为为sp3杂化和sp2杂化，错误。故选B。 【变式2-2】下列说法中正确的是(　　) A．BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构 B．P4和CH4都是正四面体型分子且键角都为109.5° C．NH4+的空间构型为平面正方形 D．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 答案 D ►问题三 等电子原理 【典例3】已知原子数目和价电子总数相同的离子或分子结构相似，如SO3、NO都是平面三角形。那么下列分子或离子中与SO有相似结构的是(　　) A．PCl5 B．CCl4 C．NF3 D．N 答案　B 解析　SO的原子数为5，价电子数为32，CCl4的原子数为5，价电子数为4＋4×7＝32，故CCl4与SO有相似结构(均为正四面体形)。 【解题必备】寻找等电子体的常用方法 (1)同主族替换法 同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素原子，如O3与SO2、CO2与CS2互为等电子体。 (2)左右移位法 ①将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n＝1,2……)的原子，如N2与CO、N和CNO－互为等电子体。 ②将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如C与O、N2O和N互为等电子体。 (3)叠加法 互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，还互为等电子体，如N2O与CO2互为等电子体。 【变式3-1】已知N2与CO、CO2与COS互为等电子体，试分别写出CO、COS的电子式。 答案　　 【变式3-2】根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构，试根据相关知识填空： (1)AsCl3分子的空间结构为__________，其中As的杂化轨道类型为________。  (2)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为____________。  (3)一种有机化合物的结构简式如下： ①该分子中有__________个sp2杂化碳原子；______个sp3杂化碳原子。  ②该分子中有________个sp2-sp3 σ键；____________个sp3-sp3 σ键。  (4)SCN－与NO的结构相同，微粒呈____________形，中心原子都采取__________杂化。 (5)CO、NO等微粒具有相同的原子个数，它们的价电子总数都是_______，空间结构呈_________形，中心原子都采取_________杂化。 答案 (1)三角锥型　sp3　(2)sp3、sp2 (3)①2　 6　 ②3　 3　(4)直线　　sp (5)24　平面三角　　sp2 解析 (1)AsCl3中As元素的价电子对数为4，As的杂化方式为sp3杂化，AsCl3分子的空间结构为三角锥型。(2)CH3COOH的结构式为，分子中甲基上的碳原子采用sp3杂化，羧基中碳原子采用sp2杂化。 (3)有机物中饱和碳原子是sp3杂化，双键上的碳原子是sp2杂化，三键上的碳原子是sp杂化。 ①该分子中有2个sp2杂化碳原子；6个sp3杂化碳原子。 ②该分子中有3个sp2-sp3 σ键；3个sp3-sp3 σ键。 (4)中SCN－与NO采用sp杂化，形成直线形分子。 (5)中CO、NO与SO3为等电子体，SO3中S采取sp2杂化形成平面三角形分子。 1．下列微粒中，含有孤电子对的是(　　) A．SiH4 B．H2O C．CH4 D．NH 答案　B 2．下列分子的中心原子上有一对孤电子对的是(　　) ①BeCl2　②CH4　③NH3　④CH2O　⑤SO2　⑥H2S A．①②③⑤⑥ B．③④ C．④⑥ D．③⑤ 答案　D 解析　①BeCl2中价电子对数为＝2，孤电子对数为0；②CH4中孤电子对数为0；③NH3中孤电子对数为1；④CH2O中价电子对数为＝3，孤电子对数为0；⑤SO2中价电子对数为＝3，孤电子对数为1；⑥H2S中价电子对数为＝4，孤电子对数为2；中心原子上带有一对孤电子对的是③⑤。 3．下列关于价层电子对互斥模型的叙述不正确的是(　　) A．价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间结构 B．分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构 C．中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与相互排斥 D．分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大，分子越稳定 答案　D 解析　价层电子对互斥模型可以用来预测分子的空间结构，注意实际空间结构要去掉孤电子对，A正确；空间结构与价电子对相互排斥有关，所以分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构，B正确；中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与相互排斥，且孤电子对间的斥力＞孤电子对和成键电子对间的斥力，C正确。 4．利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，也可推测键角的大小，下列判断正确的是(　　) A．CS2是V形分子 B．SnBr2的键角大于120° C．BF3是三角锥形分子 D．NH的键角等于109°28′ 答案　D 解析　CS2的中心原子的价电子对数为＝2，不含孤电子对，CS2为直线形分子，A项错误；SnBr2的中心原子的价电子对数为＝3，孤电子对数为1，SnBr2为V形，孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以SnBr2的键角小于120°，B项错误；BF3的中心原子的价电子对数为＝3，不含孤电子对，BF3为平面三角形，C项错误；NH的中心原子的价电子对数为＝4，不含孤电子对，NH为正四面体形，NH的键角等于109°28′，D项正确。 5．下列有关描述正确的是(　　) A．NO为V形微粒 B．ClO的空间结构为平面三角形 C．NO的价层电子对互斥模型、空间结构均为平面三角形 D．ClO的价层电子对互斥模型、空间结构相同 答案　C 解析　NO中N原子的价电子对数为＝3，没有孤电子对，NO为平面三角形微粒，A项错误、C项正确；ClO中Cl原子的价电子对数为＝4，孤电子对数为1，价层电子对互斥模型为四面体形而空间结构为三角锥形，B、D项错误。 6．下列有关SO2、SO3、SO、H2SO4的说法正确的是(　　) A．SO2转化为SO3时没有破坏共价键 B．SO3的空间结构为三角锥形 C．SO与SO3中的键角相等 D．浓H2SO4中H2SO4分子间能形成氢键 答案　D 解析　SO2和O2反应生成SO3，既有旧共价键的断裂，又有新共价键的生成，A错误；SO3中S的价电子对数为＝3，不含孤电子对，SO3的空间结构为平面三角形，B错误；SO中S的价电子对数为＝4，不含孤电子对，SO的空间结构为正四面体，SO3的空间结构为平面三角形，二者的键角不相等，C错误；H2SO4分子中含有—OH基团，则浓H2SO4中H2SO4分子间能形成氢键，D正确。 7．下列各组分子或离子，中心原子的杂化轨道类型相同，但分子或离子的几何构型不同的是(　　) ①H2O、H3O＋、NH　 ②H3O＋、NH3、PCl3 ③BF3、NH3、PCl3　 ④OF2、H3O＋、CH4 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案 D 8．硒是一种非金属，可以用作光敏材料、电解锰行业的催化剂。 (1)Se是元素周期表中34号元素，其基态原子的核外电子排布式为____________________。 (2)根据价层电子对互斥模型，可以推知SeO3分子的空间结构为________________，其中Se原子采用的杂化轨道类型为________。 (3)CSe2与CO2结构相似，CSe2分子内σ键与π键个数之比为________。CSe2首次是由H2Se与CCl4反应后制取的，CSe2分子内的键角________(填“大于”“等于”或“小于”，下同)H2Se分子内的键角。H—Se—H键角________AsH3分子内的H—As—H键角。 答案　(1)1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)　(2)平面三角形　sp2　(3)1∶1　大于　小于 解析　(2)SeO3分子中Se原子的价电子对数为×(6＋0)＝3，成键电子对数为3，孤电子对数为0，所以Se原子采取sp2杂化，该分子结构为平面三角形。(3)根据等电子原理和价层电子对互斥模型，CSe2与CO2结构相似，1个CSe2分子内σ键与π键均为2个。CSe2与CO2均为直线形分子，键角为180°，H2Se与H2O互为等电子体，Se采取sp3杂化，H—Se—H键角接近水分子内H—O—H键角(104°30′)；AsH3与NH3互为等电子体，As采取sp3杂化，H—As—H键角接近107°18′。根据杂化轨道理论，中心原子采取sp杂化的键角>中心原子采取sp3杂化的键角，中心原子都采取sp3杂化时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。 1．实验测得BH3为平面三角形(键角均为120°)，NH3为三角锥形(键角为107°18′)，已知电子数相同的微粒具有相似的结构。由此推断：①甲基，②甲基碳正离子(CH)，③甲基碳负离子(CH)的键角相对大小顺序为(　　) A．②＞①＞③ B．①＞②＞③ C．③＞①＞② D．①＝②＝③ 答案　A 解析　①甲基(—CH3)含有3个σ键，1个孤电子，碳原子杂化方式是sp3，为三角锥形结构，由于孤电子的影响小于孤电子对，故键角大于107°18′小于120°；②甲基碳正离子(CH)含有3个σ键，没有孤电子对，碳原子杂化方式是sp2，为平面三角形结构，键角为120°；③甲基碳负离子(CH)含有3个σ键，1对孤电子对，碳原子杂化方式是sp3，为三角锥形结构，键角为107°18′。 2．)氯元素有多种化合价，可形成Cl2O、Cl－、ClO－、ClO、ClO、ClO等微粒。下列说法错误的是(　　) A．键角：ClO>ClO>ClO B．Cl2O的空间结构为V形 C．ClO、ClO、ClO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 答案　A 解析　ClO、ClO和ClO的价电子对数都为4，孤电子对数分别为2、1、0，孤电子对数越多，对成键电子对的斥力越大，成键原子的键角越小，则键角的大小顺序为ClO＜ClO＜ClO，A错误；Cl2O中O有两对孤电子对，价电子对数为2＋2＝4，所以O为sp3杂化，Cl2O的空间结构为V形，B正确；ClO、ClO和ClO的价电子对数都为4，微粒中Cl原子都采用sp3杂化，杂化方式相同，C正确；基态氯原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，核外有9种原子轨道，故基态原子的核外电子的空间运动状态有9种，D正确。 3．短周期主族元素A、B可形成AB3分子，下列有关叙述正确的是(　　) A．若A、B为同一周期元素，则AB3分子一定为平面正三角形 B．若AB3分子中的价电子个数为24，则AB3分子可能为平面正三角形 C．若A、B为同一主族元素，则AB3分子一定为三角锥形 D．若AB3分子为三角锥形，则AB3分子一定为NH3 答案　B 解析　A项，若为PCl3，则分子为三角锥形，错误；B项，BCl3满足要求，其分子为平面正三角形，正确；C项，若分子为SO3，则为平面正三角形，错误；D项，分子不一定为NH3，也可能为NF3等，错误。 4．化合物A(H3BNH3)是一种潜在的储氢材料，它可由六元环状物质(HB==NH)3通过反应3CH4＋2(HB==NH)3＋6H2O―→3CO2＋6H3BNH3制得。下列有关叙述不正确的是(　　) A．化合物A中不存在π键 B．反应前后碳原子的杂化类型不变 C．CH4、H2O、CO2分子的空间结构分别是正四面体形、V形、直线形 D．第一电离能：N＞O＞C＞B 答案　B 解析　化合物A中存在的化学键均为单键，不存在π键，A项正确；由CH4变为CO2，碳原子的杂化类型由sp3转化为sp，反应前后碳原子的杂化类型发生改变，B项错误；同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族部分元素的第一电离能大于相邻元素的第一电离能，B、C、N、O这几种元素都是第2周期元素，所以第一电离能：N＞O＞C＞B，D项正确。 5．Zn、V、Cu、In、S和Se等原子是生物医药、太阳能电池等领域的理想荧光材料。回答下列问题： (1)49In的外围电子排布式为________________________________。 (2)Zn、O、S和Se的电负性由大到小的顺序为________。制备荧光材料过程中会产生少量SO、VO，其中V原子采用________杂化，VO空间结构为________，SO的空间结构为________。 (3)C、N、S分别与H形成的简单氢化物中键角最小的是________，其原因是___________________________。 (4)H、C、N、S四种元素可形成硫氰酸(H—S—C≡N)和异硫氰酸(H—N==C==S)，异硫氰酸分子中σ键与π键的数目比为________，异硫氰酸沸点较高，原因是_______________________________________。 答案　(1)5s25p1　(2)O>S>Se>Zn　sp3　正四面体　三角锥形　(3)H2S　三种氢化物中心原子均采取sp3杂化，H2S中心原子S上孤电子对多，对成键电子对排斥力大　(4)3∶2　异硫氰酸分子间形成氢键 解析　(2)同一周期从左到右，元素的电负性依次增大，同一主族从上到下，元素的电负性依次减小，四种元素的电负性由大到小的顺序为O>S>Se>Zn。VO中钒原子形了4个σ键，价电子对数为×(5＋3)＝4，因此钒原子的杂化方式为sp3，VO的空间结构为正四面体形。SO中硫原子形成了3个σ键，价电子对数为×(6＋2)＝4，硫原子的杂化类型为sp3，SO的空间结构为三角锥形。(3)CH4、NH3、H2S的中心原子均采取sp3杂化，碳原子没有孤电子对，氮原子有一对孤电子对，硫原子有两对孤电子对，因此硫原子的孤电子对对σ键电子对的排斥力大，H2S的键角最小。(4)一个异硫氰酸分子中含有一个单键和两个双键，因此异硫氰酸中σ键与π键数目之比为3∶2；硫氰酸分子中的氢原子连在硫原子上，分子间不能形成氢键，异硫氰酸分子的氢原子与氮原子相连，由于N元素电负性大，分子间能形成氢键，因此异硫氰酸的沸点较高。 6．等电子体的结构相似、物理性质相近，如N2和CO互为等电子体。部分等电子体类型、代表物质及对应的空间结构如表所示。 等电子体类型 代表物质 空间结构 四原子24电子等电子体 SO3 平面三角形 四原子26电子等电子体 SO 三角锥形 五原子32电子等电子体 CCl4 正四面体形 六原子40电子等电子体 PCl5 三角双锥形 七原子48电子等电子体 SF6 八面体形 请回答下列问题： (1)写出下列离子的空间结构： BrO__________________，CO______________，ClO____________________。 (2)由第2周期元素原子构成，与F2互为等电子体的离子有_____________。 (3)SF6的空间结构如图1所示，请再按照图1的表示方法在图2中表示出OSF4分子中O、S、F原子的空间位置。已知OSF4分子中O、S间为共价双键，S、F间为共价单键。 答案　(1)三角锥形　平面三角形　正四面体形 (2)O (3) 解析　(1)分别从表格中找出各离子的等电子体，从而确定它们的空间结构。(2)根据等电子体的条件可知，O与F2互为等电子体。(3)OSF4与表中的PCl 5互为等电子体，为三角双锥形结构，分子中只含有1个氧原子，结合“已知OSF4分子中O、S间为共价双键，S、F间为共价单键”分析O、S、F原子的空间位置。 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