2.2 微专题3 分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修2 （人教版2019，鲁琼）

微专题3　分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论 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，要能够正确计算价层电子对数：一是运用计算式推导出价层电子对数；二是看σ键电子对数。如下表： 价层电子对数 杂化类型 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型名称 分子空间结构 实例 2 sp 2 0 直线形 直线形 BeCl2 3 sp2 3 0 平面三角形 平面三角形 BF3 2 1 V形 SnBr2 4 sp3 4 0 四面体形 正四面体形 CH4 3 1 三角锥形 NH3 2 2 V形 H2O 1．下列分子或离子中，VSEPR模型与粒子的空间结构一致的是(　　) A．SO2 B．HCHO C．NCl3 D．H3O＋ 答案　B 解析　当中心原子没有孤电子对时，VSEPR模型与分子的空间结构是一致的，SO2、NCl3、H3O＋的中心原子均有孤电子对，A、C、D项错误。 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．SO的空间结构为平面三角形 答案　C 解析　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原子的价层电子对数为2＋×(6－1×2)＝4，为sp3杂化，含有2个孤电子对，分子的空间结构为V形，B错误；CO2中C原子的价层电子对数为2＋×(4－2×2)＝2，为sp杂化，分子的空间结构为直线形，C正确；SO中S原子的价层电子对数为3＋×(6＋2－3×2)＝4，为sp3杂化，含1个孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，D错误。 3．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．BeCl2、CO2 B．H2O、SO2 C．SO2、CH4 D．NF3、CH2O 答案　A 解析　根据价层电子对互斥模型可知，H2O中O原子的孤电子对数为＝2，σ键电子对数为2，采取sp3杂化，故H2O为V形结构，SO2中S原子的孤电子对数为＝1，σ键电子对数为2，采取sp2杂化，故SO2为V形结构，B项不符合题意；同样分析可知，BeCl2中Be原子采取sp杂化，BeCl2是直线形结构，CO2中C原子采取sp杂化，CO2是直线形结构，A项符合题意；SO2中S原子采取sp2杂化，SO2是V形结构，CH4中C原子采取sp3杂化，CH4是正四面体形结构，C项不符合题意；NF3中N原子采取sp3杂化，NF3是三角锥形结构，CH2O中C原子采取sp2杂化，CH2O是平面三角形结构，D项不符合题意。 4．下列说法正确的是(　　) A．CS2为V形分子 B．ClO的空间结构为平面三角形 C．SF6中有6个完全相同的成键电子对 D．SiF4和SO的中心原子均采取sp3杂化 答案　CD 解析　A项，CS2和CO2分子的空间结构相同，为直线形分子，错误；B项，ClO中Cl的价层电子对数为3＋×(7＋1－2×3)＝4，含有1个孤电子对，则ClO的空间结构为三角锥形，错误；C项，SF6中含有6个S—F，每个S—F含有1个成键电子对，则SF6分子中有6个完全相同的成键电子对，正确；D项，SiF4中Si的价层电子对数为4＋×(4－1×4)＝4，SO中S的价层电子对数为3＋×(6＋2－2×3)＝4，则SiF4和SO的中心原子均采取sp3杂化，正确。 5．硼砂是含结晶水的四硼酸钠。以硼砂为原料，可以得到BF3、BN和硼酸等重要化合物，请回答下列问题： (1)硼砂中阴离子Xm－(含B、O、H三种元素)的空间结构模型如图所示，则在Xm－中，2号硼原子的杂化类型为__________；m＝__________(填数字)。 (2)BN中B的化合价为__________，请解释原因：____________________________。 (3)BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的空间结构为________；NaBF4的电子式为________。 答案　(1)sp2　2 (2)＋3　N的电负性大于B的电负性 (3)正四面体形　 解析　(1)根据图示可知，2号B原子的价层电子对数为3，且无孤电子对，故采取sp2杂化；该阴离子的化学式为[H4B4O9]m－，其中H显＋1价、B显＋3价、O显－2价，所以m＝2。 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个：一是中心原子的杂化轨道类型；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．中心原子杂化轨道类型不同的粒子，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目也相同，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<S—H，使得H2O、H2S中成键电子对间的斥力逐渐减弱，键角减小，即键角：H2O(105°)＞H2S(92.1°)。 4．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。 6．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° 答案　C 解析　由于SO2分子的VSEPR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原子有一个孤电子对，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°。 7．下列分子或离子中键角由大到小排列正确的是(　　) ①BCl3　②NH3　③H2O　④PCl　⑤BeCl2 A．⑤④①②③ B．④①②⑤③ C．⑤①④②③ D．③②④①⑤ 答案　C 解析　 微粒 中心原子上孤电子对数 中心原子上价层电子对数 VSEPR 模型名称 杂化轨道类型 空间结构 键角 ①BCl3 ×(3－3×1)＝0 3 平面三角形 sp2 平面三角形 120° ②NH3 ×(5－3×1)＝1 4 四面体形 sp3 三角锥形 107° ③H2O ×(6－2×1)＝2 4 四面体形 sp3 V形 105° ④PCl ×(5－1－4×1)＝0 4 正四面体形 sp3 正四面体形 109°28′ ⑤BeCl2 ×(2－2×1)＝0 2 直线形 sp 直线形 180° 键角由大到小的顺序为⑤①④②③。 8．下列物质的分子中：A.H2O、B.BF3、C.H2S、D.CH4，键角从大到小的顺序是B>D>A>C。 9．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—C==O____∠Cl—C—Cl。 答案　(1)＞　(2)＞　＞　(3)＜　(4)＞ 10．如图是甲醛分子的空间结构模型，根据该图和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)<　碳氧双键中存在π键，它对C—H的排斥作用较强 解析　(1)原子的杂化轨道类型不同，分子的空间结构也不同。由图可知，甲醛分子为平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。 (2)甲醛分子中的碳氧键是双键，一般来说，双键是σ键和π键的组合。 学科网（北京）股份有限公司 $$