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
。
!&!