微专题3 分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程化学选择性必修第二册同步学习指导(人教版2019)

2025-02-26
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资源信息

学段 高中
学科 化学
教材版本 高中化学人教版选择性必修2 物质结构与性质
年级 高二
章节 整理与提升
类型 学案
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2025-2026
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 ZIP
文件大小 602 KB
发布时间 2025-02-26
更新时间 2025-02-26
作者 河北万卷文化有限公司
品牌系列 成才之路·高中新教材同步学习指导
审核时间 2025-02-26
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来源 学科网

内容正文:

②由于C—C键中只含有1个σ键,碳碳双键中含有1个σ键 和1个仅被2个碳原子共有的π键,所以苯分子中碳碳键的 键长介于C—C键和 C C键之间。 微专题3  分子(或离子)空间结构 与杂化轨道理论 一、跟踪训练 1. D  PH3、H2S、SiH4的立体构型分别为三角锥形、V形、正四面 体,故不选A;BCl3中B原子杂化轨道数= σ键+孤对电子对 数= 3 + 0 = 3,分子构型为平面正三角形,SO3 中S原子价层 电子对数= 3 + 12 ×(6 - 3 × 2)= 3,S原子采用sp 2杂化,分子 构型为平面正三角形,而SeO2 -3 中心原子Se的价层电子对数 为3 + 12 ×(6 + 2 - 3 × 2)= 4,空间结构为三角锥形,故不选 B;HCHO的空间构型为平面三角形,HCN的空间构型为直线 形,ClO -2 的空间构型为V形,故不选C;SeO2 -4 、AsO3 -4 ,GeCl4 分子中中心原子没有孤对电子,其价层电子对数是4,所以它 们的空间构型都是正四面体形,故选D。 2. C  二氯甲烷分子中碳氢键的键长与碳氯键的键长不相等,所 以分子的空间结构不是正四面体形,故A错误;水分子中氧原 子的价层电子对数为4,孤对电子对数为2,则分子中氧原子 的杂化轨道类型为sp3,分子的立体构型为V形,故B错误;二 氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2,孤对电子对数为 0,则分子中碳原子的杂化轨道类型为sp,分子的立体构型为 直线形,故C正确;亚硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为 4,孤对电子对数为1,则离子的空间结构为三角锥形,故D错 误。故选C。 3.(1)3  2  (2)+ 3  N的电负性大于B的电负性  (3)正四 面体形  Na +[··F ·· ·· · ·B ·· · ·F ··· · ··· ·F·· · · · ·F ·· ·· · ·]- 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;根据图示可知,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。(2)由于 电负性:N > B,所以BN中B显+ 3价。(3)BF -4 的空间结构 为正四面体形,NaBF4的电子式为Na +[··F ·· ·· · ·B ·· · ·F ··· · ··· ·F·· · · · ·F ·· ·· · ·]-。 二、跟踪训练 1. C   ClO -2 的结构式为 ,ClO -3 的结构式为 ,ClO -4 的结构式为 Cl   O O         O O - ,VSEPR模型 均为四面体,中心原子价层电子对数均为4,因此Cl的杂化方 式都是sp3,A正确;量子力学把电子在原子核外的一个空间 运动状态称为一个原子轨道,基态Cl原子的核外电子排布式 为1s22s22p63s23p5,s能级各有一个轨道,p能级各有3个轨 道,共9个轨道。因此基态Cl原子的核外电子的空间运动状 态有9种,B正确;三种离子的Cl原子均为sp3杂化,中心原 子孤电子对越多,对成键电子排斥越强,键角越小,ClO -2 有2 对孤电子对,空间结构呈V形,键角为105°,ClO -3 有1对孤 电子对,空间结构呈三角锥形,键角为107°,ClO -4 没有孤电 子对,空间结构呈四面体形,键角为109° 28′,键角关系为 ClO -2 < ClO - 3 < ClO - 4 ,C错误;Cl2O中心原子为O原子,杂化 方式为sp3,结构式为 ,因此空间构型为V形,分 子中的化学键的键长和键角可以通过X射线衍射实验获得, D正确。故选C。 2. A  NH3、PH3、AsH3结构相似,电负性N > P > As,键合电子离中 心原子的距离逐渐变远,键合电子间的排斥力逐渐变小,则键角 依次减小,即是NH3 > PH3 > AsH3,故A正确;元素的原子序数= 核外电子数,Cd为48号元素,则其核外有48个电子,根据构造原 理可知电子排布式为[Kr]4d105s2,故B错误;Sn位于第五周期第 ⅣA族,位于p区,则其核外有5个能层,价电子数等于最外层电 子数,为4个,其价层电子排布式为5s2 5p2,故C错误;SiH4中H 元素显-1价,而CH4中H元素显+1价,SiH4的还原性大于CH4 的,故D错误。故选A。 3. B  由题意可知,X和Z的基态原子L层上均有2个未成对电 子,且原子序数X < Z,则X的基态原子核外电子排布式为 1s22s22p2,X为C,Z的基态原子核外电子排布式为1s22s22p4, Z为O,则Y为N;Z与M同主族,则M为S;W位于第四周 期,其基态原子失去3个电子后3d轨道半充满,则W为Fe。 组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用 力越强,物质的熔、沸点越高,即沸点:CH4 < SiH4 < GeH4 < SnH4,故A 错误;Y 为N,其基态原子轨道表示式为 ↑↓ 1s  ↑↓ 2s ↑ ↑ ↑ 2p ,共有5个轨道,一个轨道就是一种空间运 动状态,则基态N原子核外电子有5种空间运动状态,故B正 确;MZ2 -3 为SO2 -3 ,SO2 -3 的中心原子S的价层电子对数为3 + 1 2 ×(6 + 2 - 2 × 3)= 4,采用sp 3杂化,有1个孤电子对;MZ2 -4 为SO2 -4 ,SO2 -4 的中心原子S的价层电子对数为4 + 12 ×(6 + 2 - 2 × 4)= 4,采用sp3 杂化,无孤电子对;由于孤电子对对成 键电子对的斥力大于成键电子对间的斥力,则键角SO2 -3 < SO2 -4 ,故C错误;W为Fe,位于元素周期表的d区,故D错误。 故选B。 4. D  元素钌(44Ru)位于元素周期表的第Ⅷ族,为d区,A正确; 水分子中氧为sp3杂化且含2对孤电子对,BH -4 中B为sp3杂 化且无孤电子对,BH3中B为sp2 杂化,孤电子对与成键电子 对之间的斥力大于成键电子对之间的斥力,故键角:H2O < BH -4 < BH3,B正确;反应过程中B化合价一直为+ 3、氧化合 价一直为- 2,变化中仅氢元素化合价发生变化,C正确; H2BOH、HB(OH)2 中B均形成3 个共价键为sp2 杂化, B(OH)-4 中B为sp3杂化,VSEPR模型不相同,D错误。故 选D。 5.(1)SO2 -4 的键角大于H2O的。SO2 -4 中中心原子S的价层电 子对数为4、孤电子对数为0,其离子的空间构型为正四面体 形,H2O分子中中心原子O的价层电子对数为4、                                                                      孤电子对数 —165— 为2,该分子的空间构型为V形  (2)H2O中的氧原子有2对 孤电子对,H3O +中的氧原子有1对孤电子对,排斥力较小  (3)SO2 -4 中无孤电子对,SO2 -3 中有一对孤电子对,孤电子对 与成键电子对间的斥力更大,导致SO2 -3 的键角小于SO2 -4   (4)大  CH3NH +3 中N形成4个σ键,而NH3分子中N有1对 孤电子对,孤电子对对H—N的排斥力更大,H—N—H的键 角变小 解析:(1)SO2 -4 中中心原子S的价层电子对数为4、孤电子对 数为0,空间构型为正四面体形,键角为109°28′,H2O分子中 中心原子O的价层电子对数为4、孤电子对数为2,空间构型 为V形,键角为105°,SO2 -4 的键角大于H2O的键角。 (2)H3O +、H2O中的中心O原子都采用sp3杂化,但是H2O中 的氧原子有2对孤电子对,而H3O +中的氧原子有1对孤电子 对,孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对对成 键电子对的排斥作用,因此H3O +的排斥作用力较小,因而键 角较大。 (3)SO2 -4 中无孤电子对,SO2 -3 中有一对孤电子对,孤电子对 与成键电子对间的斥力更大,导致SO2 -3 的键角小于SO2 -4 。 (4)CH3NH +3 中N原子形成4个σ键,N原子上没有孤电子 对,N的价层电子对数为4;NH3分子中N原子上的孤电子对 数为12 ×(5 - 3 × 1)= 1,σ键电子对数为3,N的价层电子对 数为4;由于孤电子对有较大的斥力,即孤电子对对H—N的排 斥力更大,故CH3NH+3 中H—N—H的键角比NH3 中H—N—H 的键角大。 6.(1)<   F的电负性比H大,NF3中N原子周围电子云的密度 减小,成键电子对之间的排斥力较小,因而键角较小  (2)NH3、AsH3、PH3   AsH3、PH3、NH3   NH3、PH3、AsH3   (3)电负性S > Se,共用电子对离S近,共用电子对间的排斥 力大  (4)电负性N > P,中心原子的电负性越大,成键电子对 离中心原子越近,成键电子对之间的距离越小,成键电子对之 间的排斥力增大,键角变大 解析:(1)因为F的电负性比H大,NF3 中N原子周围电子云 的密度减小,成键电子对之间的排斥力较小,所以键角较小, 故答案为<。 (2)组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越 大,熔沸点越高;但NH3 分子间可形成氢键,使熔沸点升高; 所以三种物质的熔沸点由高到低的顺序为NH3、AsH3、PH3; 同主族非金属元素由上向下非金属性依次减弱,其相应离子 的还原性依次增强,还原性由强到弱的顺序为AsH3、PH3、 NH3;同主族非金属元素由上向下电负性依次减小,成键电子 对之间的斥力越小,键角越小,所以这三种氢化物的键角由大 到小的顺序为NH3、PH3、AsH3。 (3)因电负性S > Se,共用电子对离S近,共用电子对间的排 斥力大,故H2S键角比H2Se大。 (4)由于N的电负性强于P,对成键电子对的吸引能力更强, 成键电子对离中心原子更近,成键电子对之间距离更小,排斥 力更大致使键角更大,因而PH3的键角小于NH3,故答案为电 负性:N > P,中心原子的电负性越大,成键电子对离中心原子 越近,成键电子对之间的距离越小,成键电子对之间的排斥力 增大,键角变大。 阶段重点突破练(二) 1. D  根据键角大小可知,采用的杂化方式为sp3杂化,A不符合 题意;根据键角大小可知,采用的杂化方式为sp2杂化,B不符 合题意;上述表示的是未参与杂化的p轨道,C不符合题意; 根据键角大小可知,采用的杂化方式为sp杂化,D符合题意。 故选D。 2. A  乙醛中甲基中的C原子采用sp3杂化,醛基中的C原子采 用sp2杂化,故A符合题意;丙烯腈中碳碳双键中的碳原子采 用sp2杂化,碳碳三键中的碳原子采用sp杂化,故B不符合题 意;甲醛分子中的C原子采用sp2 杂化,故C不符合题意;丙 炔中甲基中的C原子采用sp3,碳碳三键中的碳原子采用sp 杂化,故D不符合题意。故选A。 3. B  水分子中氧原子、甲烷分子中碳原子和氨分子中氮原子的 价层电子对数都为4,三氟化硼分子中硼原子的价层电子对数 为3,故选B。 4. D  CS2 中C原子孤电子对数= 4 - 2 × 22 = 0、价电子对数= 2 + 0 = 2,是直线形结构,A不正确;ClO -3 中中心原子价层电 子对数为3 + 7 + 1 - 3 × 22 = 4,孤对电子对数是1,所以是三角 锥形结构,B不正确;NH3 中N原子孤电子对数= 5 - 3 × 12 = 1、CO中C原子孤电子对数= 4 - 1 × 22 = 1、CO2中C原子孤电 子对数= 4 - 2 × 22 = 0,C不正确;SiF4的中心原子孤电子对数 = 4 - 4 × 12 = 0、价层电子对数= 4 + 0 = 4,故中心原子为sp 3杂 化;SO2 -3 内中心原子孤电子对数= 6 + 2 - 3 × 22 = 1、价层电子 对数= 3 + 1 = 4,故中心原子为sp3杂化,D正确。故选D。 5. B  在N2F2分子中,所有原子均符合8电子稳定结构,N原子 形成三个共用电子对,F原子形成一个共用电子对,则N2F2 分子的结构为 N F  N F ,双键中含有一个σ键和一个 π键,单键中含有一个σ键,因此1个N2F2 分子中含有三个 σ键,一个π键,根据双键的结构特点可知,四个原子处于同 一平面,N原子的价层电子对数= 2 + 5 - 1 - 22 = 3,因此N原 子采取sp2杂化,综上所述,说法正确的是B项,故选B。 6. C  AsH3 中心原子的价层电子对数= 3 + 12 ×(5 - 3 × 1)= 4,As的杂化方式为sp3,含有一对孤电子对,分子的立体构型 为三角锥形,选项A错误;H3O +的中心原子的价层电子对数 = 3 + 12 ×(6 - 1 - 3 × 1)= 4,O的杂化方式为sp 3,含有一对 孤电子对,分子的立体构型为三角锥形,选项B错误;H2Se中 心原子的价层电子对数= 2 + 12 ×(6 - 2 × 1)= 4,Se的杂化 方式为sp3,含有两对孤电子对,分子的立体构型为V形,选项 C正确;CO2 -3 中心原子的价层电子对数= 3 + 12 ×(                                                                      4 + 2 - 3 —166— ! " # $ % & ' ( 2 ) * + , - . & + # # # # # # # 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 2 1 平面三 角形 平面三 角形 BF3 V形 SnBr2 4 sp3 4 0 3 1 2 2 四面 体形 正四面 体形 CH4 三角锥形NH3 V形 H2O 跟踪训练 1.下列四组粒子中,立体构型相同的是(D ) A. PH3、H2S、SiH4 B. BCl3、SeO2 -3 、SO3 C. HCHO、HCN、ClO -2 D. SeO2 -4 、AsO3 -4 、GeCl4 2.下列说法正确的是 (C ) 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, 分子的立体构型为V形 C. CO2 分子中碳原子的杂化轨道类型为sp, 分子的立体构型为直线形 D. SO2 -3 的空间结构为平面三角形 3.硼砂是含结晶水的四硼酸钠,请根据模型回 答有关问题: (1)硼砂中阴离子Xm -(含B、O、H三种元素) 的球棍模型如图所示,则在Xm -中的2号硼 原子的价层电子对数为  3  ;m =   2  (填 数字)。 (2)硼可以与氮形成BN,其中B的化合价为   + 3  ,请解释原因:  N的电负性大于B 的电负性  。 (3)BF3和过量NaF作用可生成NaBF4,BF -4 的空间结构为  正四面体形  ;NaBF4的电子 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: 帒CH CH > CH2 CH 2 > 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. 3°                   )。 !%* # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : 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。 跟踪训练 1.氯元素有多种化合价,可形成Cl2O、Cl -、 ClO -、ClO -2 、ClO -3 、ClO -4 等微粒。下列说法 错误的是 (C ) A. ClO -2 、ClO -3 、ClO -4 中Cl原子的杂化方式 均为sp3杂化 B.基态Cl原子核外电子的空间运动状态 有9种 C.键角:ClO -2 > ClO -3 > ClO -4 D. Cl2O的空间构型为V形,分子中的化学键 的键长和键角可以通过X射线衍射实验 获得 2. CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料,下 列有关该材料所涉及元素及其同族元素相关 化合物的论述正确的是 (A ) A.电负性N > P > As,键角由大到小的顺序为 NH3 > PH3 > AsH3 B. Cd为48号元素,其基态原子的电子排布 式为[Ar]3d104s2 C. Sn位于第五周期第VA族,其价层电子排 布式为4d105s2 5p2 D. SiH4中Si的化合价为+ 4,CH4 中C的化 合价为- 4,因此SiH4的还原性小于CH4的 3. X、Y、Z、M为原子序数依次增大的四种短周 期主族元素,X和Z的基态原子L层上均有2 个未成对电子;Z与M同主族;W位于第四周 期,其基态原子失去3个电子后3d轨道半充 满。下列说法正确的是 (B ) A. X的最简单氢化物的沸点高于同主族其他 元素的最简单氢化物的沸点 B. Y的基态原子核外电子有5种空间运动 状态 C.键角:MZ2 -3 > MZ2 -4 D. W位于元素周期表的ds区 4.“万能还原剂”硼氢化钠(NaBH4)具有很强的 还原性,NaBH4 在催化剂钌(44 Ru)表面与水 反应的历程如图所示。下列说法错误的是 (D ) A.元素钌(44Ru)位于元素周期表的d区 B.键角:H2O < BH -4 < BH3 C.反应过程中仅氢元素化合价发生变化 D. H2BOH、HB(OH)2 和B(OH)-4 中B 的 VSEPR模型相同 5.(1)比较SO2 -4 和H2O分子中的键角大小并给 出相应解释:     。 (2)H3O+中H—O—H的键角比H2O中H—O—H 的键角大,原因是       。 (3)SO2 -3 的键角小于SO2 -4 的原因是       。 (4)CH3NH +3 中H—N—H的键角比NH3 中 H—N—H的键角  大  (填“大”或“小”), 理由是       。 6.(1)NF3 的键角  ` <  NH3 的键角(填“>” “<”或“=”),理由是     。 (2)NH3、PH3、AsH3 的沸点由高到低的顺序 为  NH3、AsH3、PH3  (填化学式,下同),还 原性由强到弱的顺序为  AsH3、PH3、NH3  , 键角由大到小的顺序为  NH3、PH3、AsH3  。 (3)H2S键角比H2Se大的原因:                  电负性S > Se,共用电子对离S近, 共用电子对间的排斥力大  。 (4)两种三角锥形气态氢化物PH3 和NH3 的 键角分别为93°6′和107°,试分析PH3的键角 小于NH3的原因:  电负性N > P,中心原子 的电负性越大,成键电子对离中心原子越近, 成键电子对之间的距离越小,成键电子对之 间的排斥力增大,键角变大                                                                         。 !&!

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