第7讲 分子的空间结构-【寒假自学课】2025年高二化学寒假提升精品讲义（人教版2019）

第7讲 分子的空间结构 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 核心考点精准练 模块四 小试牛刀过关测 1．了解分子结构的测定方法。 2．认识共价分子结构的多样性和复杂性。 3．理解价层电子对互斥模型的含义，并能判断简单分子或离子的空间结构。 4．了解杂化轨道理论的基本内容。能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构。 【学习新知】 知识点一 分子结构的测定 1．分子结构的最早测定方法 早年的科学家主要靠对物质的__________进行系统总结得出规律后进行推测分子的结构。 2．现代的分子结构测定方法 科学家应用__________、晶体X射线衍射等现代仪器和方法测定分子的结构。 3．红外光谱仪工作原理 (1)原理：当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的__________相同的红外线，再记录到图谱上呈现_________。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以分析出分子中含有何种_______或_______的信息。 (2)红外光谱仪原理示意图 4．质谱法(相对分子质量的测定) 用高能电子流轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。分子离子和碎片离子各自具有不同的相对质量，它们在磁场的作用下到达检测器的时间因相对质量而先后有别，其结果被记录为质谱图。 如甲苯分子的质谱图： 读谱：相对分子质量＝最大质荷比，甲苯的相对分子质量为92。 知识点二 多样的分子空间结构 1．三原子分子的空间结构 三原子分子的空间结构有_______形和_______形两种。 CO2呈_______形，H2O呈_______形，键角_______。 2．四原子分子的空间结构 大多数四原子分子采取_______形和_______形两种空间结构。 甲醛(CH2O)分子呈_______形，键角约_______，氨分子呈_______形，键角_______。 3．五原子分子的空间结构 五原子分子的空间结构更多，最常见的是_______形。 甲烷键角为_______。 知识点三 价层电子对互斥模型 1．价层电子对互斥模型 分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”___________的结果。 2．价层电子对 VSEPR的“价层电子对”是指分子中的__________与结合原子间的_________和中心原子上的_________。 3．价层电子对确定方法 价层电子对数＝______________＋______________。 中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)。其中： a表示中心原子的_________。 对于主族元素：a＝_____________________。 对于阳离子：a＝______________－离子的电荷数。 对于阴离子：a＝______________＋离子的电荷数(绝对值)。 x表示_____________________。 b表示与中心原子结合的原子______________，氢为_____，其他原子为“_____________________”。 4．VSEPR模型与分子或离子的空间结构 σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数＝价层电子对数VSEPR模型分子或离子的空间结构。 分子或离子 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型名称 分子或离子的 空间结构名称 CO2 0 2 直线形 直线形 SO2 1 3 平面三角形 V形 CO 0 3 平面三角形 平面三角形 H2O 2 4 四面体形 V形 NH3 1 4 四面体形 三角锥形 CH4 0 4 正四面体形 正四面体形 知识点四 杂化轨道理论简介 为了解释_______等分子的空间构型，美国化学家_______于1931年提出了杂化轨道理论。 1．sp3杂化与CH4分子的空间构型 (1)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，____个2s轨道和____个2p轨道“混合”，形成_______相等、_______相同的______个sp3杂化轨道。 基态原子轨道 激发态原子轨道 杂化轨道 sp3杂化轨道的空间构型 4个sp3杂化轨道在空间呈___________，轨道之间的夹角为_______，每个轨道上都有一个未成对电子。 (2)共价键的形成 碳原子的4个_______轨道分别与4个氢原子的_______轨道重叠，形成4个相同的_______键。 (3)CH4分子的空间构型 CH4分子为空间__________结构，分子中C—H键之间的夹角都是_______。 (4)正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、 NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。 2．杂化轨道理论的要点 (1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。 (2)杂化前后轨道数目_______。 (3)只有能量_______的轨道才能杂化(如2s和2p)。 (4)杂化轨道成键时要满足化学键间____________原理。杂化轨道间的_______决定分子的空间构型。 (5)杂化轨道所形成的化学键全部为_______键。 3．杂化轨道类型及其空间结构 杂化轨道类型 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 杂化轨道间的夹角 空间结构名称 实例 CO2、C2H2 BF3、HCHO CH4、CCl4 (1)sp3杂化轨道 (2)sp杂化轨道 (3)sp2杂化轨道 【交流讨论】填写下表 CH4 NH3 H2O CO2 分子空间构型 杂化轨道类型 杂化轨道 空间构型 中心原子 孤电子对数 成键类型及个数 同类分子 AB4型分子或离子 NCl3、PCl3等 H2S、SCl2等 CS2 核心考点一：价层电子对互斥模型 【例1】用价层电子对互斥模型分别预测H2S和BF3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 【归纳小结】 用价层电子对互斥模型判断共价分子或离子的空间结构 (1)确定中心原子的价层电子对数 ①对于ABx型分子，σ键电子对数＝B原子的个数，如H2O的中心原子是O，有2对σ键电子对。 ②中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)，其中a为中心原子的价电子数，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。 ③对于阳(或阴)离子来说，a为中心原子的价电子数减去(或加上)离子的电荷数(绝对值)。 ④中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数。 (2)根据中心原子价层电子对数确定VSEPR模型 (3)略去孤电子对，确定分子的空间结构，示例如下： σ键电子对数 孤电子对数 价层电子对数 电子对的排列方式 VSEPR模型 分子或离子的空间结构 实例 2 0 2 直线形 直线形 HgCl2、BeCl2、CO2 3 0 3 平面三角形 平面三角形 BF3、BCl3 2 1 V形 SnBr2、PbCl2 4 0 4 四面体形 正四面体形 CH4、CCl4 3 1 三角锥形 NH3、NF3 2 2 V形 H2O 【变式训练1】下列分子或离子中，含有孤电子对的是(　　) A．H2O B．CH4 C．SiH4 D．CO2 【变式训练2】用价层电子对互斥模型分别预测H2S和BF3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 核心考点二：杂化轨道理论 【例2】下列有关杂化轨道理论的说法中正确的是(　　) A．NCl3分子呈三角锥形，这是氮原子采取sp2杂化的结果 B．sp3杂化轨道是由能量相近的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，其空间结构一定是四面体形 D．AB3型的分子空间结构必为平面三角形 【归纳小结】常见分子(离子)的杂化类型和空间构型 杂化类型 分子类型 空间构型 举例 sp3 AB4 正四面体 CH4、CCl4、NH4+、金刚石等 AB3C 四面体 CH3Cl、CH3CH3等 AB3 三角锥 NH3、NF3等 AB2 V形 H2O、H2S sp2 AB3 平面三角形 BF3、AlCl3、、苯环等 sp AB2 直线形 CO2、CS2、等 【变式训练】三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体，已知三聚氰胺的结构简式如图所示。请回答下列问题： (1)写出基态碳原子的电子排布式____________。 (2)氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂化轨道类型分别是________、________、________。 (3)一个三聚氰胺分子中有________个σ键。 (4)三聚氰胺与三聚氰酸()分子相互结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中碳原子采取________杂化。该分子的结构简式中，形成双键的两个原子之间的共价键是________(填字母)。 A．两个σ键　 B．两个π键　　 C．一个σ键，一个π键 核心考点三：VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 【例3】下表中各粒子、粒子对应的空间结构及解释均正确的是(　　) 选项 粒子 空间结构 解释 A 氨基负离子(NH) 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原子杂化形式相同 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(CO) 三角锥形 C原子采用sp3杂化 【归纳小结】 1．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 VSEPR模型 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 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 【变式训练】硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。SiCl4与N­甲基咪唑()反应可以得到M2＋，其结构如图所示： N­甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为___________，H、C、N的电负性由大到小的顺序为____________，1个M2＋中含有________个σ键。 【基础练】 1．下列说法中，正确的是( )。 A．杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对 B．凡是中心原子采取杂化的分子，其空间结构都是正四面体形 C．凡是型的共价化合物，其中心原子A均采用杂化轨道成键 D．属于型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键 2．下列分子中的中心原子是杂化的是( )。 A． B． C． D． 3．关于和的说法中，正确的是( )。 A．C和S上都没有孤电子对 B．C和S都是杂化 C．都是型，所以空间结构都是直线形 D．的空间结构是直线形，的空间结构是V形 4．下列离子的VSEPR模型与离子的空间结构一致的是( )。 A． B． C． D． 5．下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为V形的是( )。 A． B． C． D． 6．下列各组粒子的空间结构相同的是( )。 ①和；②和；③和；④和；⑤和。 A．全部 B．①②③⑤ C．③④⑤ D．②⑤ 7．几种含氯阴离子的信息如表所示： 阴离子 M 中心元素化合价 +5 +3 +1 中心原子杂化类型 下列推断不正确的是( ) A．和的价电子总数相同 B．M的化学式为 C．中氯原子的杂化类型都为 D．M的空间结构为Ⅴ形 8．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）杂化轨道只用于形成共价键（ ） （2）中心原子若通过杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体形结构（ ） （3）为三角锥形，N发生杂化（ ） （4）只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为杂化（ ） （5）中心原子是sp杂化的，其分子的空间结构不一定为直线形（ ） （6）价层电子对互斥模型中，键电子对数不计入中心原子的价层电子对数（ ） 9．完成下表中的空白： 原子总数 粒子 中心原子上的孤电子对数 中心原子的杂化轨道类型 空间结构 3 4 5 10．A、B、C、D、E为短周期元素且它们的原子序数依次增大，A的核外电子总数与其周期序数相同；D原子的L层中，成对电子与未成对电子占据的轨道数相同，并且无空轨道；B原子的L层中未成对电子数与D相同，但还有空轨道；D与E同族。请回答下列问题： （1）A与其他元素形成的二元共价化合物中，一种化合物分子呈三角锥形，该分子的化学式为______，其中心原子的杂化方式为______；A分别与B、C、D形成的共价化合物中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是______（填化学式，任意写出三种）。 （2）这些元素形成的含氧酸根离子中，其中心原子的价层电子对数为3的酸根离子是______（填化学式，下同）；酸根离子呈三角锥形结构的是______。 （3）分子的空间结构为______；根据电子云重叠方式的不同，该分子中共价键的类型为______。 （4）B的一种氢化物相对分子质量是26，其分子中键和键的数目之比为______。 【提升练】 1．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．AlH的价层电子对互斥模型是正四面体形 C．AsCl3的空间结构为三角锥形，As原子的杂化方式为sp3 D．AsH3分子的键角为120° 2．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、氮原子的杂化类型相同 B．氨基乙酸钠中心原子N原子的价层电子对数为4 C．1 mol氨基乙酸钠分子中所含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 3．“●”表示上述相关元素的原子，“O”表示氢原子，小黑点“·”表示没有形成共价键的最外层电子，短线表示共价键。下列关于几种分子的说法正确的是（ ） A．上述分子中，中心原子采取sp3杂化的只有 B．①分子为正四面体结构，④分子为平面形结构 C．②分子中键数与键数之比为 D．四种分子的键角由大到小的顺序②>③>①>④ 4．三氧化硫在表面活性剂和离子交换树脂生产中，广泛用作反应剂、染料中间体的生产、石油润滑馏分的磺化和酸精制、可用于合成磺胺、硫酸、氯磺酸、氨基磺酸、硫酸二甲酯、洗涤剂等。 (1)蓝矾(CuSO4·5H2O)的结构如图所示： SO的空间结构是____________，其中S原子的杂化轨道类型是________。 (2)气态SO3分子的空间结构为________；将纯液态SO3冷却到289.8 K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构如图，此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是________。 5．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)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为________。 (2)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型有__________，羰基碳原子的杂化轨道类型为________。 (3)已知，可用异氰酸苯酯与2­氯­4­氨基吡啶反应生成氯吡苯脲： 反应过程中，每生成1 mol氯吡苯脲，断裂______mol σ键，断裂______mol π键。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第7讲 分子的空间结构 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 核心考点精准练 模块四 小试牛刀过关测 1．了解分子结构的测定方法。 2．认识共价分子结构的多样性和复杂性。 3．理解价层电子对互斥模型的含义，并能判断简单分子或离子的空间结构。 4．了解杂化轨道理论的基本内容。能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构。 【学习新知】 知识点一 分子结构的测定 1．分子结构的最早测定方法 早年的科学家主要靠对物质的化学性质进行系统总结得出规律后进行推测分子的结构。 2．现代的分子结构测定方法 科学家应用红外光谱、晶体X射线衍射等现代仪器和方法测定分子的结构。 3．红外光谱仪工作原理 (1)原理：当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。 (2)红外光谱仪原理示意图 4．质谱法(相对分子质量的测定) 用高能电子流轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。分子离子和碎片离子各自具有不同的相对质量，它们在磁场的作用下到达检测器的时间因相对质量而先后有别，其结果被记录为质谱图。 如甲苯分子的质谱图： 读谱：相对分子质量＝最大质荷比，甲苯的相对分子质量为92。 知识点二 多样的分子空间结构 1．三原子分子的空间结构 三原子分子的空间结构有直线形和形两种。 CO2呈直线形，H2O呈V形，键角105°。 2．四原子分子的空间结构 大多数四原子分子采取平面三角形和三角锥形两种空间结构。 甲醛(CH2O)分子呈平面三角形，键角约120°，氨分子呈三角锥形，键角107°。 3．五原子分子的空间结构 五原子分子的空间结构更多，最常见的是四面体形。 甲烷键角为109°28′。 知识点三 价层电子对互斥模型 1．价层电子对互斥模型 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。 2．价层电子对 VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的孤电子对。 3．价层电子对确定方法 价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数。 中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)。其中： a表示中心原子的价电子数。 对于主族元素：a＝原子的最外层电子数。 对于阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数。 对于阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值)。 x表示与中心原子结合的原子数。 b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为，其他原子为“8减去该原子的价电子数”。 4．VSEPR模型与分子或离子的空间结构 σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数＝价层电子对数VSEPR模型分子或离子的空间结构。 分子或离子 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型名称 分子或离子的 空间结构名称 CO2 0 2 直线形 直线形 SO2 1 3 平面三角形 V形 CO 0 3 平面三角形 平面三角形 H2O 2 4 四面体形 V形 NH3 1 4 四面体形 三角锥形 CH4 0 4 正四面体形 正四面体形 知识点四 杂化轨道理论简介 为了解释CH4等分子的空间构型，美国化学家鲍林于1931年提出了杂化轨道理论。 1．sp3杂化与CH4分子的空间构型 (1)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“混合”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。 基态原子轨道 激发态原子轨道 杂化轨道 sp3杂化轨道的空间构型 4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体形，轨道之间的夹角为109°28'，每个轨道上都有一个未成对电子。 (2)共价键的形成 碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个相同的σ键。 (3)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′。 (4)正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、 NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。 2．杂化轨道理论的要点 (1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。 (2)杂化前后轨道数目不变。 (3)只有能量相近的轨道才能杂化(如2s和2p)。 (4)杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理。杂化轨道间的夹角决定分子的空间构型。 (5)杂化轨道所形成的化学键全部为σ键。 3．杂化轨道类型及其空间结构 杂化轨道类型 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 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、HCHO CH4、CCl4 (1)sp3杂化轨道 (2)sp杂化轨道 (3)sp2杂化轨道 【交流讨论】填写下表 CH4 NH3 H2O CO2 分子空间构型 正四面体 三角锥 V形（折线形） 直线形 杂化轨道类型 sp3 sp3 sp3 sp 杂化轨道 空间构型 正四面体 正四面体 正四面体 直线形 中心原子 孤电子对数 0 1 2 0 成键类型及个数 4个σ键 3个σ键 2个σ键 2个σ键，2个π键 同类分子 AB4型分子或离子 NCl3、PCl3等 H2S、SCl2等 CS2 核心考点一：价层电子对互斥模型 【例1】用价层电子对互斥模型分别预测H2S和BF3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：根据价层电子对互斥模型，H2S的中心原子上的价层电子对数为4，孤电子对数为2，孤电子对和σ键电子对相互排斥而形成V形结构；BF3的中心原子上的价层电子对数为3，孤电子对数为0，故为平面三角形结构。 【归纳小结】 用价层电子对互斥模型判断共价分子或离子的空间结构 (1)确定中心原子的价层电子对数 ①对于ABx型分子，σ键电子对数＝B原子的个数，如H2O的中心原子是O，有2对σ键电子对。 ②中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)，其中a为中心原子的价电子数，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。 ③对于阳(或阴)离子来说，a为中心原子的价电子数减去(或加上)离子的电荷数(绝对值)。 ④中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数。 (2)根据中心原子价层电子对数确定VSEPR模型 (3)略去孤电子对，确定分子的空间结构，示例如下： σ键电子对数 孤电子对数 价层电子对数 电子对的排列方式 VSEPR模型 分子或离子的空间结构 实例 2 0 2 直线形 直线形 HgCl2、BeCl2、CO2 3 0 3 平面三角形 平面三角形 BF3、BCl3 2 1 V形 SnBr2、PbCl2 4 0 4 四面体形 正四面体形 CH4、CCl4 3 1 三角锥形 NH3、NF3 2 2 V形 H2O 【变式训练1】下列分子或离子中，含有孤电子对的是(　　) A．H2O B．CH4 C．SiH4 D．CO2 答案：A 解析：H2O分子中，含有2个孤电子对，A项符合题意；CH4的中心原子上的孤电子对数＝×(4－4×1)＝0，B项不符合题意；SiH4的中心原子上的孤电子对数＝×(4－4×1)＝0，C项不符合题意；CO2的中心原子上的孤电子对数＝×(4－2×2)＝0，D项不符合题意。 【变式训练2】用价层电子对互斥模型分别预测H2S和BF3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：根据价层电子对互斥模型，H2S的中心原子上的价层电子对数为4，孤电子对数为2，孤电子对和σ键电子对相互排斥而形成V形结构；BF3的中心原子上的价层电子对数为3，孤电子对数为0，故为平面三角形结构。 核心考点二：杂化轨道理论 【例2】下列有关杂化轨道理论的说法中正确的是(　　) A．NCl3分子呈三角锥形，这是氮原子采取sp2杂化的结果 B．sp3杂化轨道是由能量相近的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，其空间结构一定是四面体形 D．AB3型的分子空间结构必为平面三角形 答案：B 解析：NCl3分子中氮原子上的价层电子对数＝3＋＝4，因此NCl3分子中氮原子采取sp3杂化，A错误；sp3杂化轨道是能量相近的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、方向不同的4个轨道，B正确；一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的VSEPR模型为四面体形，如甲烷分子，若中心原子有孤电子对，则空间结构发生变化，如NH3、PCl3分子是三角锥形，H2O分子是V形，C、D错误。 【归纳小结】常见分子(离子)的杂化类型和空间构型 杂化类型 分子类型 空间构型 举例 sp3 AB4 正四面体 CH4、CCl4、NH4+、金刚石等 AB3C 四面体 CH3Cl、CH3CH3等 AB3 三角锥 NH3、NF3等 AB2 V形 H2O、H2S sp2 AB3 平面三角形 BF3、AlCl3、、苯环等 sp AB2 直线形 CO2、CS2、等 【变式训练】三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体，已知三聚氰胺的结构简式如图所示。请回答下列问题： (1)写出基态碳原子的电子排布式____________。 (2)氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂化轨道类型分别是________、________、________。 (3)一个三聚氰胺分子中有________个σ键。 (4)三聚氰胺与三聚氰酸()分子相互结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中碳原子采取________杂化。该分子的结构简式中，形成双键的两个原子之间的共价键是________(填字母)。 A．两个σ键　 B．两个π键　　 C．一个σ键，一个π键 答案：(1)1s22s22p2　(2)sp　sp2　sp3　(3)15　(4)sp2　C 解析：(1)基态碳原子的电子排布式为1s22s22p2。 (2)—C≡N中的氮原子、三聚氰胺环状结构中的氮原子、—NH2中的氮原子分别形成1、2、3个σ键且均有1个孤电子对，所以分别采取sp、sp2、sp3杂化。 (3)双键中有1个σ键、1个π键，共15个σ键。 (4)由于该分子中碳原子形成双键，则应采取sp2杂化；形成双键的两个原子之间有1个σ键、1个π键。 核心考点三：VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 【例3】下表中各粒子、粒子对应的空间结构及解释均正确的是(　　) 选项 粒子 空间结构 解释 A 氨基负离子(NH) 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原子杂化形式相同 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(CO) 三角锥形 C原子采用sp3杂化 答案：C 解析：氨基负离子中N原子价层电子对数＝2＋＝4，且含有两个孤电子对，该离子为V形，N原子采用sp3杂化，故A错误；S原子价层电子对数＝2＋＝3，且含有一个孤电子对，该分子为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中每个碳原子价层电子对数是2且不含孤电子对，该分子为直线形，C原子采用sp杂化，且C原子的价电子均参与成键，该分子中含有3个σ键、2个π键，故C正确；碳酸根离子中C原子价层电子对数＝3＋＝3，且不含孤电子对，该离子为平面三角形，C原子采用sp2杂化，故D错误。 【归纳小结】 1．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 VSEPR模型 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 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 【变式训练】硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。SiCl4与N­甲基咪唑()反应可以得到M2＋，其结构如图所示： N­甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为___________，H、C、N的电负性由大到小的顺序为____________，1个M2＋中含有________个σ键。 答案：sp2、sp3　N>C>H　54 解析：由结构可知，N­甲基咪唑含有甲基和碳碳双键，则分子中碳原子的杂化轨道类型为sp2、sp3；元素的非金属性越强，其电负性越大，元素的非金属性强弱顺序为N>C>H，则元素电负性的大小顺序为N>C>H；M2＋的结构中含有单键、双键和配位键，单键和配位键都是σ键，双键中含有1个σ键，则离子中含有54个σ键。 【基础练】 1．下列说法中，正确的是( )。 A．杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对 B．凡是中心原子采取杂化的分子，其空间结构都是正四面体形 C．凡是型的共价化合物，其中心原子A均采用杂化轨道成键 D．属于型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键 答案：A 解析：中心原子采取杂化的分子，若中心原子最外层不含孤电子对，空间结构是四面体形，若含1个孤电子对，则为三角锥形，若含2个孤电子对，则为V形，B错误；型的共价化合物，若A原子最外层含有1个孤电子对，则A原子采取杂化，若A原子最外层不含孤电子对，则A原子采取杂化，C错误；中S原子形成2个键，且含2个孤电子对，则S原子采取杂化，D错误。 2．下列分子中的中心原子是杂化的是( )。 A． B． C． D． 答案：C 解析：根据杂化轨道的数目判断中心原子杂化方式：杂化轨道数目=键数+孤电子对数。中N原子形成3个键且含1个孤电子对，则N原子采取杂化，A错误；中C原子形成4个键，不含孤电子对，则C原子采取杂化，B错误；中B原子形成3个键，不含孤电子对，则B原子采取杂化，C正确；分子中O原子形成2个键且含2个孤电子对，则O原子采取杂化，D错误。 3．关于和的说法中，正确的是( )。 A．C和S上都没有孤电子对 B．C和S都是杂化 C．都是型，所以空间结构都是直线形 D．的空间结构是直线形，的空间结构是V形 答案：D 解析：中C原子的孤电子对数为，中S原子的孤电子对数为，A错误；C原子采取sp杂化，S原子采取杂化，B错误；是直线形，是V形，C错误，D正确。 4．下列离子的VSEPR模型与离子的空间结构一致的是( )。 A． B． C． D． 答案：B 解析：中S原子的价层电子对数为，含有1个孤电子对，VSEPR模型是四面体形，空间结构是三角锥形，A错误；中Cl原子的价层电子对数为，不含孤电子对，VSEPR模型和空间结构都是正四面体形，B正确；中N原子的价层电子对数为，含有1个孤电子对，VSEPR模型是平面三角形，空间结构是V形，C错误；中Cl原子的价层电子对数为，含有1个孤电子对，VSEPR模型是四面体形，而空间结构是三角锥形，D错误。 5．下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为V形的是( )。 A． B． C． D． 答案：D 解析：中S原子的价层电子对数为，含有1个孤电子对，VSEPR模型是平面三角形，的空间结构是V形，A不符合题意；中N原子的价层电子对数为，含有1个孤电子对，VSEPR模型是四面体形，的空间结构是三角锥形，B不符合题意；中O原子的价层电子对数为，含有1个孤电子对，VSEPR模型是四面体形，的空间结构是三角锥形，C不符合题意；中O原子的价层电子对数为，含有2个孤电子对，VSEPR模型是四面体形，的空间结构是V形，D符合题意。 6．下列各组粒子的空间结构相同的是( )。 ①和；②和；③和；④和；⑤和。 A．全部 B．①②③⑤ C．③④⑤ D．②⑤ 答案：C 解析：和的VSEPR模型都是四面体形，前者空间结构是三角锥形，后者是V形，①错误；和的VSEPR模型都是四面体形，前者空间结构是正四面体形，后者是三角锥形，②错误；和的VSEPR模型都是四面体形，空间结构都是三角锥形，③正确；和的VSEPR模型都是平面三角形，二者空间结构都是V形，④正确；和的VSEPR模型、分子的空间结构都是直线形，⑤正确。 7．几种含氯阴离子的信息如表所示： 阴离子 M 中心元素化合价 +5 +3 +1 中心原子杂化类型 下列推断不正确的是( ) A．和的价电子总数相同 B．M的化学式为 C．中氯原子的杂化类型都为 D．M的空间结构为Ⅴ形 答案：A 解析：和的价电子总数分别为7+3×6+1=26、4+3×6+2=24，不相同，A错误；M中Cl元素的化合价是+3价，杂化轨道类型是，因此M的化学式为，B正确；中中心Cl原子的价层电子对数是，中中心Cl原子的价层电子对数是，因此氯原子的杂化类型都为，C正确；中中心Cl原子的价层电子对数是，含有2个孤电子对，所以空间结构为Ⅴ形，D正确。 8．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）杂化轨道只用于形成共价键（ ） （2）中心原子若通过杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体形结构（ ） （3）为三角锥形，N发生杂化（ ） （4）只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为杂化（ ） （5）中心原子是sp杂化的，其分子的空间结构不一定为直线形（ ） （6）价层电子对互斥模型中，键电子对数不计入中心原子的价层电子对数（ ） 答案：（1）×（2）×（3）×（4）√（5）√（6）√ 9．完成下表中的空白： 原子总数 粒子 中心原子上的孤电子对数 中心原子的杂化轨道类型 空间结构 3 4 5 答案： 原子总数 粒子 中心原子上的孤电子对数 中心原子的杂化轨道类型 空间结构 3 0 sp 直线形 1 V形 2 V形 0 sp 直线形 4 0 平面三角形 1 三角锥形 1 三角锥形 0 平面三角形 5 0 正四面体形 0 正四面体形 10．A、B、C、D、E为短周期元素且它们的原子序数依次增大，A的核外电子总数与其周期序数相同；D原子的L层中，成对电子与未成对电子占据的轨道数相同，并且无空轨道；B原子的L层中未成对电子数与D相同，但还有空轨道；D与E同族。请回答下列问题： （1）A与其他元素形成的二元共价化合物中，一种化合物分子呈三角锥形，该分子的化学式为______，其中心原子的杂化方式为______；A分别与B、C、D形成的共价化合物中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是______（填化学式，任意写出三种）。 （2）这些元素形成的含氧酸根离子中，其中心原子的价层电子对数为3的酸根离子是______（填化学式，下同）；酸根离子呈三角锥形结构的是______。 （3）分子的空间结构为______；根据电子云重叠方式的不同，该分子中共价键的类型为______。 （4）B的一种氢化物相对分子质量是26，其分子中键和键的数目之比为______。 答案：（1）；杂化；（或其他合理答案） （2）； （3）正四面体形；键 （4）3:2 解析：由“A的核外电子总数与其周期序数相同”可知A是H元素；由“D原子的L层中，成对电子与未成对电子占据的轨道数相同，并且无空轨道”可知D是O元素；由“B原子的L层中未成对电子数与D相同，但还有空轨道”可知B是C元素；由“A、B、C、D、E的原子序数依次增大”可知C是N元素；由“A、B、C、D、E为短周期元素”和“D与E同族”可知E是S元素。 （1）H与其他元素形成的二元共价化合物中，一种化合物分子呈三角锥形，该分子的化学式为，其中心原子N原子的价层电子对数为4，所以中心原子的杂化方式为杂化；H分别与C、N、O形成的共价化合物中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是等。 （2）这些元素形成的含氧酸根离子中，中心原子的价层电子对数为3的有和；酸根离子呈三角锥形结构的是。 （3）分子的空间结构为正四面体形；根据电子云重叠方式的不同，该分子中共价键的类型为键。 （4）B的一种氢化物相对分子质量是26，该氢化物的分子式为，结构式为，其分子中键和键的数目之比为3:2。 【提升练】 1．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．AlH的价层电子对互斥模型是正四面体形 C．AsCl3的空间结构为三角锥形，As原子的杂化方式为sp3 D．AsH3分子的键角为120° 答案：D 解析：由As2O3的分子结构可知，As与3个O形成三角锥形结构，中心原子As上有1个孤电子对和3个成键电子对，则As原子的杂化方式为sp3，A正确；AlH的价层电子对数是4＋(3－1×4＋1)＝4，价层电子对互斥模型是正四面体形，B正确；AsCl3中含1个孤电子对和3个成键电子对，空间结构为三角锥形，C正确；AsH3中含有1个孤电子对和3个成键电子对，空间结构为三角锥形，键角小于109°28′，D错误。 2．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、氮原子的杂化类型相同 B．氨基乙酸钠中心原子N原子的价层电子对数为4 C．1 mol氨基乙酸钠分子中所含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 答案：B 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，价层电子对数=共价键单键数+孤电子对个数，则N原子的价层电子对数为4，B正确；1 mol氨基乙酸钠分子中有1 mol碳氧双键，有8 mol σ键，C错误；由于氮原子为sp3杂化，故相应的四个原子形成的是三角锥型结构，不可能共平面，D错误。 3．“●”表示上述相关元素的原子，“O”表示氢原子，小黑点“·”表示没有形成共价键的最外层电子，短线表示共价键。下列关于几种分子的说法正确的是（ ） A．上述分子中，中心原子采取sp3杂化的只有 B．①分子为正四面体结构，④分子为平面形结构 C．②分子中键数与键数之比为 D．四种分子的键角由大到小的顺序②>③>①>④ 答案：D 解析：①中中心原子形成3个单键，有一对孤电子对，为sp3杂化，空间构型为三角锥形，②中中心原子形成一个单键和一个三键，为sp杂化，空间构型为直线形，③中中心原子形成4个相同的单键，为sp3杂化，空间构型为正四面体，④中中心原子形成2个单键，有2对孤电子对，为为sp3杂化，空间狗吃了个为V形。 A选项，中心原子采取sp3杂化的有①③④，错误；B选项，错误；C选项，②中有3个键和2个π键，错误；D选项，②的键角为180°，①③④中心原子均为sp3杂化，③中无孤电子对，①有1对孤电子对，④有2对孤电子对，孤电子对数越多，排斥作用越多，键角越小，正确。故选D。 4．三氧化硫在表面活性剂和离子交换树脂生产中，广泛用作反应剂、染料中间体的生产、石油润滑馏分的磺化和酸精制、可用于合成磺胺、硫酸、氯磺酸、氨基磺酸、硫酸二甲酯、洗涤剂等。 (1)蓝矾(CuSO4·5H2O)的结构如图所示： SO的空间结构是____________，其中S原子的杂化轨道类型是________。 (2)气态SO3分子的空间结构为________；将纯液态SO3冷却到289.8 K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构如图，此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是________。 答案：(1)正四面体形　sp3杂化　(2)平面三角形　sp3杂化 解析：(1)SO中S有4个σ键，孤电子对数是＝0，因此价层电子对数为4，空间结构是正四面体形，杂化轨道数＝价层电子对数＝4，即杂化轨道类型为sp3杂化。 (2)SO3中价层电子对数为3，没有孤电子对，空间结构为平面三角形；图中固态SO3中S原子形成4个共价单键，其杂化轨道类型是sp3杂化。 5．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)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为________。 (2)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型有__________，羰基碳原子的杂化轨道类型为________。 (3)已知，可用异氰酸苯酯与2­氯­4­氨基吡啶反应生成氯吡苯脲： 反应过程中，每生成1 mol氯吡苯脲，断裂______mol σ键，断裂______mol π键。 答案：(1)1　(2)sp2、sp3　sp2　(3)1　1 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，采取sp3杂化，剩余的1个氮原子形成1个双键和1个单键，孤电子对数为1，采取sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，采取sp2杂化。 (3)由于σ键比π键稳定，根据反应的方程式可知，断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N===C中的π键和2­氯­4­氨基吡啶分子中的N—H。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$