4.1.3　运用“两大理论”判断分子（或离子）的空间结构 学案 2024-2025学年高二上学期化学苏教版（2019）选择性必修2

第3课时　运用“两大理论”判断分子（或离子）的空间结构 ［核心素养发展目标］　1.会根据价层电子对互斥模型判断分子（或离子）的空间结构。2.掌握杂化轨道类型与分子（或离子）空间结构的关系及其应用。3.掌握键角的判断与比较。 一、分子（或离子）空间结构的判断 判断分子（或离子）的空间结构时，要能够正确计算价电子对数：一是运用计算式推导出价电子对数；二是看配位原子数（即σ键电子对数）。如下表： 价电子 对数 杂化 类型 价层电子对 互斥模型 配位原子数 （σ键电子对数） 孤电子 对数 分子（或离子）的空间结构 实例 2 sp 直线形 2 0 直线形 BeCl2、CO2、HCN 3 sp2 平面三角形 3 0 平面三角形 BF3、SO3、C、N 2 1 V形 SnBr2、SO2、N 4 sp3 四面体形 4 0 正四面体形 CH4、S、N 3 1 三角锥形 NH3 2 2 V形 H2O 1.（2024·河北邢台高二期末）下表中关于各微粒的描述完全正确的一项是（　　） 选项 A B C D 分子或离子的化学式 H2F+ PCl3 N B 中心原子的杂化轨道类型 sp sp3 sp2 sp3 价层电子对互斥模型名称 直线形 正四面体形 平面三角形 正四面体形 分子或离子的空间结构 直线形 正四面体形 V形 三角锥形 2.下列说法正确的是（　　） A.CH2Cl2分子的空间结构为正四面体形 B.H2O分子中氧原子的杂化轨道类型为sp2，分子的空间结构为V形 C.CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp，分子的空间结构为直线形 D.S的空间结构为平面三角形 3.（2024·重庆西南大学附中高二检测）用分子结构的知识推测，下列说法正确的是（　　） A.CO2、BeCl2互为等电子体，分子均为直线形 B.Na2CO3中，阴离子空间结构为平面三角形，C原子的杂化方式为sp3 C.根据价层电子对互斥模型，SO2与H2O均呈V形，中心原子价电子对数相等 D.三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体（）两种存在形式，两种形式中S原子的杂化轨道类型相同 4.（2023·武汉洪山高中高二检测）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）COCl2分子中所有原子均满足8电子结构，COCl2分子中σ键和π键的个数比为　　　　，中心原子的杂化方式为　　　。  （3）As4O6的分子结构如图（b）所示，其中As原子的杂化方式为　　　　。  （4）中，Al原子的轨道杂化方式为　　　　　。  二、键角的判断与比较 含有共价键的物质中相邻两键之间的夹角称为键角。键角是决定物质分子空间结构的主要因素之一。在高中阶段学习中，影响键角大小的因素主要有三：一是中心原子的杂化类型；二是中心原子的孤电子对数；三是中心原子的电负性大小。 1.中心原子杂化类型不同的粒子，键角大小：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，由于斥力：孤电子对与孤电子对之间>孤电子对与成键电子对之间>成键电子对与成键电子对之间，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，分子空间结构均为V形，由于电负性：O>S，吸引电子的能力：O>S，且键长：O—H键<S—H键，使得H2S中成键电子对的斥力比H2O中成键电子对的斥力弱，键角小，即键角：H2O（104°30'）>H2S（92°）。 4.中心原子相同，且中心原子的杂化方式和孤电子对数也相同，利用配位原子的电负性比较键角大小，配位原子电负性越大，键角越小，如NF3<NCl3。 5.同一粒子中不同共价键的键角，由于斥力：双键间>双键与单键间>单键间，则键角大小不同。如甲醛中：，键角：α>β。 1.在SO2分子中，分子的空间结构为V形，S原子采取sp2杂化，那么SO2的键角（　　） A.等于120° B.大于120° C.小于120° D.等于180° 2.下列分子或离子中键角由大到小排列正确的是（　　） ①BCl3　②NH3　③H2O　④PC ⑤BeCl2 A.⑤④①②③ B.④①②⑤③ C.⑤①④②③ D.③②④①⑤ 3.下列物质的分子中，键角最小的是（　　） A.H2O B.BF3 C.H2S D.CH4 4.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。  答案精析 一、 应用体验 1.C　［H2F+中氟原子的价电子对数为4，采取sp3杂化，则离子的价层电子对互斥模型为正四面体形，空间结构为V形，A错误；三氯化磷分子中磷原子的价电子对数为4，孤电子对数为1，则分子的价层电子对互斥模型为正四面体形，分子的空间结构为三角锥形，B错误；N中N原子的价电子对数为3，孤电子对数为1，则N原子的杂化方式为sp2杂化，离子的价层电子对互斥模型为平面三角形，分子的空间结构为V形，C正确；四氢合硼离子中硼原子的价电子对数为4，孤电子对数为0，则离子的价层电子对互斥模型与空间结构均为正四面体形，D错误。］ 2.C　［CH4中4个共价键完全相同，为正四面体形，CH2Cl2分子的4个共价键不完全相同，所以分子的空间结构不是正四面体形，A错误；H2O分子中O原子的价电子对数为=4，为sp3杂化，含有2对孤电子对，分子的空间结构为V形，B错误；CO2中C原子的价电子对数为=2，为sp杂化，分子的空间结构为直线形，C正确；S中S原子的价电子对数为=4，为sp3杂化，含1对孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，D错误。］ 3.A　［中心原子碳原子的孤电子对数为0，价电子对数是3，空间结构是平面三角形，碳原子杂化方式是sp2，B错误；H2O中心原子是O，价电子对数是4，有孤电子对，呈V形，SO2中心原子是S，价电子对数是3，有孤电子对，呈V形，C错误；SO3空间结构是平面三角形，硫原子杂化方式是sp2，而三聚分子固体中硫原子采用sp3杂化，D错误。］ 4.（1）sp3　（2）3∶1　sp2　（3）sp3　（4）sp3 解析　（1）S8的S原子价电子对数是4，所以其硫原子的杂化轨道类型为sp3杂化。（2）COCl2分子中所有原子均满足8电子结构，则COCl2的结构简式为，COCl2分子中σ键和π键个数比为3∶1；在COCl2分子中的中心C原子形成3个σ键，故采用sp2杂化。（3）As4O6的分子中As原子形成3个As—O键，含有1对孤电子对，杂化轨道数目为4，为sp3杂化。（4）Al中Al原子价电子对数为=4，杂化轨道数目为4，为sp3杂化。 二、 应用体验 1.C　［由于SO2分子的价层电子对互斥模型为平面三角形，从理论上讲其键角应为120°，但是由于SO2分子中的S原子有1对孤电子对，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此分子中的键角要小于120°。］ 2.C　［ 微粒 中心原子的 孤电子对数 中心原子的价电子对数 价层电子 对互斥模型 杂化轨道类型 空间结构 键角 ①BCl3 0 3 平面三角形 sp2 平面三角形 120° ②NH3 1 4 四面体形 sp3 三角锥形 107°18' ③H2O 2 4 四面体形 sp3 V形 104°30' ④PC 0 4 四面体形 sp3 正四面体形 109°28' ⑤BeCl2 0 2 直线形 sp 直线形 180° 故键角由大到小的顺序为⑤①④②③。］ 3.C　［BF3分子中B原子采取sp2杂化，sp2杂化的理论键角为120°，B原子无孤电子对，所以BF3分子的键角为120°；CH4分子中C原子采取sp3杂化，sp3杂化的理论键角为109°28'，C原子无孤电子对，所以CH4的键角为109°28'；H2S和H2O分子中的S、O原子均采取sp3杂化，sp3杂化的理论键角为109°28'，由于两种分子中均存在2对孤电子对，孤电子对占据正四面体的两个顶角，导致H2O分子的键角<109°28'，但O原子半径小，所以H2O分子中成键电子对间的斥力大于H2S分子中成键电子对间的斥力，即H2O分子键角大于H2S分子键角；综上，分子键角的大小顺序为BF3>CH4>H2O>H2S。］ 4.（1）>　（2）>　>　（3）<　（4）> 学科网（北京）股份有限公司 $$