2.2.1 分子结构的测定和多样性 价层电子对互斥模型(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)

! " # $ % & ' ( ２ ) * + , - . & + # # # # # # # !"#$%&'() 对应学生用书学案Ｐ １．反映共价键强弱的物理量是 （Ｂ ） Ａ．键能 Ｂ．键能、键长 Ｃ．键能、键长、键角 Ｄ．键长、键角 ２．下列关于σ键和π键的理解不正确的是（Ｃ ） Ａ． σ键一般能单独形成，而π键一般不能单 独形成 Ｂ． σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键 轴旋转 Ｃ． ＣＨ３—ＣＨ３、ＣＨ ２ ＣＨ２、 帒ＣＨ ＣＨ 中碳碳 键的键能都相同 Ｄ．碳碳双键中有一个σ键，一个π键，碳碳 三键中有一个σ键，两个π键 ３．键长、键角和键能是描述共价键的三个重要 参数，下列叙述正确的是 （Ａ ） Ａ．键角是描述分子空间结构的重要参数 Ｂ．因为Ｈ—Ｏ的键能小于Ｈ—Ｆ的键能，所以 Ｏ２、Ｆ２与Ｈ２反应的能力逐渐减弱 Ｃ． Ｈ—Ｆ的键长是Ｈ—Ｘ中最长的 Ｄ．碳碳三键和碳碳双键的键能分别是单键键 能的３倍和２倍 ４．某些共价键的键能数据如下表（单位：ｋＪ· ｍｏｌ －１）： 共价键 Ｈ—Ｈ Ｃｌ—Ｃｌ Ｂｒ—Ｂｒ Ｈ—Ｃｌ 键能 ４３６ ２４３ １９３ ４３１ 共价键 Ｉ—Ｉ 帒Ｎ Ｎ Ｈ—Ｏ Ｈ—Ｎ 键能 １５１ ９４６ ４６３ ３９１ （１）由表中所列化学键所形成的分子中，最稳 定的是　 Ｎ２ 　 　 ，最不稳定的是　 　 　 Ｉ２　 （写化学式）。 （２）把１ ｍｏｌ Ｉ２（ｇ）分子中化学键断裂为气态 原子时，需要　 吸收　 （填“吸收”或“放出”） 　 １５１　 ｋＪ能量。已知反应２ＨＩ（ｇ ） Ｈ２（ｇ）＋ Ｉ２（ｇ）的ΔＨ为１１ ｋＪ·ｍｏｌ －１，则 １ ｍｏｌ ＨＩ（ｇ）分子中化学键断裂时需吸收的 能量为　 ２９９　 ｋＪ。 （３）试通过键能数据估算下列反应的反应热 Ｈ２（ｇ）＋ Ｃｌ２（ｇ ） ２ＨＣｌ（ｇ）　 ΔＨ ＝ 　 － １８３ ｋＪ·ｍｏｌ － １　 。 （４）已知Ｎ—Ｎ单键的键能为１９３ ｋＪ·ｍｏｌ －１， 通过计算说明Ｎ２ 中的　 π　 键更稳定（填 “σ”或“π”）。 请同学们认真完成练案［７                                       ］ 第二节　 分子的空间结构 第１课时　 分子结构的测定和多样性　 价层电子对互斥模型 核心素养发展目标 １．了解分子结构的测定方法。 ２．通过对典型分子空间结构的学习，认识微观结构对分子空间结构的影响，了解共价分子结 构的多样性和复杂性。 ３．通过对价层电子对互斥模型的探究，建立解决复杂分子结构判断的思维模型。 一、分子结构的测定 　 　 早年科学家主要靠对物质的　 化学性质　 进行系统总结得出规律后进行推测，现代科学 家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方 法，如　 红外光谱　 、　 晶体Ｘ射线衍射　 等。 １．红外光谱工作原理 （１）原理：红外线透过分子时，      分子会吸收 !$* # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : 跟它的某些化学键　 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，可以得 知分子中含有何种　 化学键　 或官能团的 信息。 （２）红外光谱仪原理示意图 ２．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。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。 应用体验 １．现代化学常用的测定分子的相对分子质量的 方法是 （Ａ ） Ａ．质谱法 Ｂ．晶体Ｘ射线衍射法 Ｃ．核磁共振氢谱法 Ｄ．红外光谱法 ２．某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红 外光谱图只有Ｃ—Ｈ、Ｏ—Ｈ、Ｃ—Ｏ的振动吸 收，该有机物的相对分子质量是６０，则该有机 物的结构简式是 （Ｂ ） Ａ． ＣＨ３ＣＨ２ＯＣＨ３ Ｂ． ＣＨ３ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ３ Ｃ． ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ Ｄ． ＣＨ３ＣＯＯＨ ３．如图是有机物Ａ的质谱图，则Ａ的相对分子 质量是 （Ｄ ）                                            Ａ． ２９ Ｂ． ４３ Ｃ． ５７ Ｄ． ７２ 二、多样的分子空间结构 　 　 单原子分子（稀有气体分子）、双原子分子 不存在空间结构，多原子分子中存在原子的几 何学关系和形状，即所谓“分子的空间结构”。 １．三原子分子 化学式 ＣＯ２ Ｈ２Ｏ 电子式 Ｏ·· ·· · · · ·Ｃ · · · ·Ｏ ·· ·· Ｈ··Ｏ ·· ·· · ·Ｈ 结构式 Ｏ Ｃ Ｏ Ｏ Ｈ Ｈ 键角 　 １８０°　 　 １０５°　 空间结构 空间结构名称 　 直线形　 　 Ｖ形　 　 　 ２．四原子分子 化学式 ＣＨ２Ｏ ＮＨ３ 电子式 Ｈ··Ｃ ···· · ·Ｏ · · · ·Ｈ Ｈ··Ｎ ·· Ｈ ·· · ·Ｈ 结构式 ＣＯ Ｈ Ｈ Ｎ Ｈ Ｈ Ｈ 键角 约１２０° 　 １０７°　 空间结构 空间结构名称 　 平面三角形　 　 三角锥形                         　 !%! ! " # $ % & ' ( ２ ) * + , - . & + # # # # # # # 　 　 ３．五原子分子 化学式 ＣＨ４ ＣＣｌ４ 电子式 Ｈ··Ｃ ·· Ｈ ·· Ｈ · ·Ｈ · ·Ｃｌ ·· ·· · ·Ｃ ·· · ·Ｃｌ ··· · ··· ·Ｃｌ·· · · · ·Ｃｌ ·· ·· · · 结构式 键角 　 １０９°２８′　 　 １０９°２８′　 空间结构 空间结构名称 　 正四面体形　 　 正四面体形　 　 　 ４．其他多原子分子的空间结构 正误判断 １．所有的三原子分子都是直线形结构。（ × ） ２．所有的四原子分子都是平面三角形结构。 （ × ） ３．五原子分子的空间结构都是正四面体。 （ × ） ４．正四面体形的键角均为１０９°２８′。 （ × ） ５． ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ４、ＮＨ ＋４ 、ＣＨ３Ｃｌ均为正四面体结构。 （ × ） ６． ＳＦ６分子的空间结构为正八面体形。 （√ ） ７．椅式Ｃ６Ｈ１２比船式Ｃ６Ｈ１２稳定。 （√ ） 深度思考 　 　 １．四原子分子都是平面三角形或三角锥 形吗？ ２．空间结构相同的分子，其键角完全相 同吗？ 应用体验 １．下列分子结构与分子中共价键键角对应正确 的是 （Ｂ ） Ａ．直线形分子：１８０° Ｂ．平面正三角形：１２０° Ｃ．三角锥形：１０９°２８′ Ｄ．正四面体形：１０９°２８′ ２．下列分子中的立体结构模型正确的是（Ｄ ） Ａ． ＣＯ２的立体结构模型 Ｂ． Ｈ２Ｏ的立体结构模型 Ｃ． ＮＨ３的立体结构模型 Ｄ． ＣＨ４的立体结构模型 ３．（１）硫化氢（Ｈ２Ｓ）分子中，两个Ｈ—Ｓ键的夹 角接近９０°，说明Ｈ２Ｓ 分子的空间结构 为　 Ｖ形　 。 （２）二硫化碳（ＣＳ２）分子中，两个 Ｃ Ｓ键的 夹角是１８０°，说明ＣＳ２ 分子的空间结构 为　 直线形　 。 （３）能说明ＣＨ４分子不是平面四边形，而是正 四面体结构的是　 ａｄ　 。 ａ．两个键之间的夹角为１０９°２８′ ｂ． Ｃ—Ｈ键为极性共价键 ｃ． ４个Ｃ—Ｈ键的键能、键长都相等 ｄ．二氯甲烷（ＣＨ２Ｃｌ２）只有一种（不存在同分 异构体） 　 　 常见的空间结构为直线形的分子有ＢｅＣｌ２、 ＨＣＮ、Ｃ２Ｈ２、ＣＯ２ 等；常见的空间结构为Ｖ形的 分子有Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｓ、ＳＯ２等；常见的空间结构为平 面三角形的分子有ＢＦ３、ＳＯ３、ＨＣＨＯ等；常见的 空间结构为三角锥形的分子有ＰＨ３、ＰＣｌ３、ＮＨ３ 等；常见的空间结构为正四面体形的分子有 ＣＨ４、ＣＣｌ４、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４ 等；是四面体形但不是正 四面体形的有ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨＣｌ３ 等。记住 常见分子的空间结构，可类推出同类别物质的 空间结构。                                                                        !%" # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : 三、价层电子对互斥模型 　 　 １．价层电子对互斥模型（ｔｈｅｏｒｙ）： 对ＡＢｎ型的分子或离子，中心原子Ａ的价 层电子对（包括成键的　 σ键电子对　 和未成 键的　 孤电子对　 ）之间由于存在排斥力，将使 分子的空间结构总是采取电子对　 相互排斥　 最弱的那种结构，以使彼此之间　 斥力　 最小， 分子或离子的体系能量最低，最稳定。 ２．价层电子对的计算 （１）中心原子价层电子对数＝ σ键电子对 数＋孤电子对数。 （２）σ键电子对数的计算 由化学式确定，即中心原子形成几个σ键， 就有几对σ键电子对。如Ｈ２Ｏ分子中，Ｏ有 　 ２　 对σ键电子对。ＮＨ３分子中，Ｎ有　 ３　 对σ键电子对。 （３）中心原子上的孤电子对数的计算 中心原子上的孤电子对数＝ １２（ａ － ｘｂ） ①ａ表示中心原子的价电子数； 对主族元素：ａ ＝ 　 最外层电子数　 ； 对于阳离子：ａ ＝ 　 ； 对于阴离子：ａ ＝ 　 。 ②ｘ表示与　 中心原子　 结合的原子数。 ③ｂ表示与中心原子结合的原子最多能接 受的电子数，氢为１，其他原子＝ 　 ８ －该原子 的价电子数　 。 ３．价层电子对的空间结构（即ＶＳＥＰＲ模 型） 　 　 　 　 　 　 价层电子对数目：２　 　 　 　 　 ３ 　 　 　 　 ４ ＶＳＥＰＲ模型：　 直线形　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ４． ＶＳＥＰＲ模型的应用——预测分子空间 结构 由价层电子对的相互排斥，得到含有孤电 子对的ＶＳＥＰＲ模型，然后，略去ＶＳＥＰＲ模型中 的中心原子上的　 孤电子对　 ，便可得到分子 的空间结构。 （１）中心原子不含孤电子对 分子或 离子 σ键电 子对数 孤电子 对数　 ＶＳＥＰＲ模 型及名称 分子（或离子）的 空间结构及名称 ＣＯ２ 　 ２　 　 ０　 直线形 直线形 ＣＯ２ －３ 　 ３　 　 ０　 平面三角形 平面三角形 ＣＨ４ 　 ４　 　 ０　 正四面体形 正四面体形 　 　 （２）中心原子含孤电子对 分子或 离子 价层电 子对数 孤电子 对数 ＶＳＥＰＲ模 型及名称 分子的空间 结构及名称 ＮＨ３ 　 ４　 　 １　 四面体形 三角锥形 Ｈ２Ｏ 　 ４　 　 ２　 四面体形 Ｖ形 ＳＯ２ 　 ３　 　 １　 平面三角形 Ｖ形 　 　 （１）若ＡＢｎ型分子中，Ａ与Ｂ之间通过两对 或三对电子（即通过双键或三键）结合而成，则 价层电子对互斥模型把双键或三键作为一个电 子对看待。 （２）由于孤电子对有较大斥力，含孤电子对 的分子的实测键角几乎都小于ＶＳＥＰＲ模型的 预测值。 价层电子对之间相互排斥作用大小的一般 规律：孤电子对与孤电子对＞孤电子对与成键 电子对＞成键电子对与成键电子对。随着孤电 子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之 间的斥力减小，键角也减小。 （３）价层电子对互斥模型不能用于预测以 过渡金属为中心原子的分子。                                                                     !%# ! " # $ % & ' ( ２ ) * + , - . & + # # # # # # # 正误判断 １．分子的ＶＳＥＰＲ模型和相应分子的空间结构 是相同的。 （ × ） ２． ＳＯ２与ＣＯ２ 的分子组成相似，故它们分子的 空间结构相同。 （ × ） ３．由价层电子对互斥模型可知ＳｎＢｒ２ 分子中 Ｓｎ—Ｂｒ的键角小于１８０°。 （√ ） ４．根据价层电子对互斥模型可以判断Ｈ３Ｏ ＋与 ＮＨ３的分子（或离子）的空间结构一致。 （√ ） 深度思考 　 　 １．价层电子对的ＶＳＥＰＲ模型与分子的空 间结构一定一致吗？什么时候一致？ ２．试解释ＣＨ４ 键角（１０９°２８′）、ＮＨ３ 键角 （１０７°）、Ｈ２Ｏ键角（１０５°）依次减小的原因。 ３．乙醇和乙酸可以用“价层电子对相互排 斥而尽量远离”的原则快速地判断它们的分子 结构。 （１）根据上述图示，结合价层电子对互斥模 型，分析判断乙醇分子中Ｃ—Ｏ—Ｈ的空间结构 是什么？ （２）根据上述图示，结合价层电子对互斥模 型分析判断乙酸分子结构中ＣＣ  Ｏ Ｏ 的空间 结构是什么？ 　 　 （３）根据上述图示，结合价层电子对互斥模 型分析乙醇、乙酸分子中ＣＨ   Ｈ Ｈ Ｃ 的空间结 构是什么？ 应用体验 １．下列微粒的ＶＳＥＰＲ模型与空间立体构型一 致的是 （Ａ ） Ａ． ＢＦ３ Ｂ． ＳＯ２ Ｃ． Ｈ２Ｏ Ｄ． ＳＯ ２ － ３ ２．用价层电子对互斥理论（ＶＳＥＰＲ）可以预测许 多分子或离子的空间构型，有时也能用来推 测键角大小，下列判断正确的是 （Ａ ） Ａ． ＳＯ２的分子构型为Ｖ形 Ｂ． ＳＯ３是三角锥形分子 Ｃ． ＢＦ３的键角为６０° Ｄ． ＰＣｌ３是平面三角形分子 ３．下列粒子的ＶＳＥＰＲ模型为四面体，且空间构 型结构为Ｖ形的是 （Ａ ） Ａ． Ｈ２Ｏ Ｂ． ＮＦ３ Ｃ． Ｈ３Ｏ ＋ Ｄ． ＳＯ２ ４．用价电子对互斥理论（ＶＳＥＰＲ）可以预测许多 分子或离子的空间构型，也可推测键角大小， 下列判断正确的是 （Ｄ ） Ａ． ＣＳ２是Ｖ形分子 Ｂ． ＳｎＢｒ２键角大于１２０° Ｃ． ＢＦ３是三角锥形分子 Ｄ． ＮＨ ＋４ 键角等于１０９°２８′ 分子空间结构的确定思路 中心原子价层电子对数ｎ 　 　  ＶＳＥＰＲ  模型 ｎ ＝ ２　 直线形 ｎ ＝ ３　 平面三角形 ｎ ＝ ４　 四面体形　 　  　 　 分子的空间结构——略去孤电子对在价层 电子对互斥模型中占 有的空间                                                                        !%$ # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : !"#$%&'() 对应学生用书学案Ｐ １．已知二甲醚（ＣＨ３ＯＣＨ３）和乙醇是同分异构 体，下列鉴别方法中不可行的是 （Ａ ） Ａ．利用质谱法 Ｂ．利用金属钠 Ｃ．利用红外光谱法 Ｄ．利用核磁共振氢谱 ２．下列有关描述正确的是 （Ｃ ） Ａ． ＮＯ －３ 为Ｖ形分子 Ｂ． ＣｌＯ －３ 的立体构型为平面三角形 Ｃ． ＮＯ－３ 的ＶＳＥＰＲ模型、立体构型均为平面三角形 Ｄ． ＣｌＯ －３ 的ＶＳＥＰＲ模型、立体构型相同 ３．已知ＣＨ４中Ｃ—Ｈ键间的键角为１０９°２８′，ＮＨ３中 Ｎ—Ｈ键间的键角为１０７°，Ｈ２Ｏ中Ｏ—Ｈ键间的 键角为１０５°，则下列说法中正确的是 （Ａ ） Ａ．孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键 电子对与成键电子对间的斥力 Ｂ．孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键 电子对与成键电子对间的斥力 Ｃ．孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键 电子对与成键电子对间的斥力 Ｄ．题干中的数据不能说明孤电子对与成键电 子对间的斥力和成键电子对与成键电子对 间的斥力之间的大小关系 ４．用ＶＳＥＰＲ模型预测下列分子或离子的立体 结构，其中正确的是 （Ｄ ） Ａ． ＣＨ４与ＣＨ２Ｃｌ２均为正四面体 Ｂ． ＢｅＣｌ２与ＳＯ２为直线形 Ｃ． ＢＦ３与ＰＣｌ３为三角锥形 Ｄ． ＮＯ －３ 与ＣＯ２ －３ 为平面三角形 ５．用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子 的空间结构。 分子或离子 ＶＳＥＰＲ模型名称 空间结构名称 ＢｅＣｌ２ 　 直线形　 　 直线形　 ＳＣｌ２ 　 四面体形　 　 Ｖ形　 ＰＦ３ 　 四面体形　 　 三角锥形　 ＮＨ ＋４ 　 正四面体形　 　 正四面体形　 ＳＯ２ －３ 　 四面体形　 　 三角锥形　 请同学们认真完成练案［８                                 ］ 第２课时　 杂化轨道理论 核心素养发展目标 １．通过对杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构 的影响。 ２．通过对杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法，建立分子空间结构 分析的思维模型。 一、杂化轨道及其类型 　 　 １．杂化轨道的含义 在外界条件影响下，原子内部能量相近的 原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫 做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨 道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。 ２．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成 在形成ＣＨ４分子时，碳原子的２ｓ轨道和３ 个２ｐ轨道发生混杂，混杂时保持轨道总数不 变，得到４个新的能量相同、方向不同的轨道， 各指向正四面体的４个顶角，夹角１０９°２８′，称 为ｓｐ３杂化轨道，碳原子以４个ｓｐ３杂化轨道分 别与４个Ｈ原子的１ｓ轨道重叠形成４个Ｃ—Ｈ σ键，呈现正四面体的空间结构。 ３．杂化轨道的形成及其特点                  !%% 应用体验 １． Ｄ　 分子中，键能越大，分子越稳定，从表中读出键能最大的是 Ｈ—Ｈ键，Ｄ满足；故选Ｄ。 ２． Ｃ　 σ键不一定比π键强度大，如氮气中σ键的强度比π键 强度小，即σ键不一定比π键稳定，故Ａ错误； 帒Ｎ Ｎ 键能大 不易发生加成反应，故Ｂ错误；乙烯和乙炔中π键的键能小易 断裂，所以乙烯、乙炔较易发生加成反应，故Ｃ正确；乙烯、乙 炔中的σ键比π键稳定，故Ｄ错误。故选Ｃ。 ３．（１）小于　 ２１８ ｋＪ ／ ｍｏｌ　 ３３０ ｋＪ ／ ｍｏｌ　 （２）１８５　 （３）①不能　 ②不能　 与相同原子结合时，同主族元素形成的共价键，原子 半径越小，共价键越牢固 解析：（１）键能越大，分子越稳定。Ｃ—Ｃｌ键键能为３３０ ｋＪ ／ ｍｏｌ，Ｃ—Ｆ键键能为４２７ ｋＪ ／ ｍｏｌ，所以ＣＦ４更稳定；Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、 Ｉ是同主族元素，原子半径越来越大，与Ｃ形成的共价键的键 长越来越长，键能越来越小，所以Ｃ—Ｂｒ键的键能大小介于 Ｃ—Ｉ键键能和Ｃ—Ｃｌ键键能之间，故答案为：小于；２１８ ｋＪ ／ ｍｏｌ； ３３０ ｋＪ ／ ｍｏｌ。 （２）ΔＨ ＝反应物键能之和－生成物键能之和＝ ４３６ ｋＪ ／ ｍｏｌ ＋ ２４３ ｋＪ ／ ｍｏｌ －２ ×４３２ ｋＪ ／ ｍｏｌ ＝ －１８５ ｋＪ ／ ｍｏｌ，所以Ｑ ＝ １８５。 （３）①Ｈ的原子半径小于Ｆ的原子半径，但是Ｈ—Ｈ键键能小 于Ｈ—Ｆ键键能，所以①结论不正确，故答案为：不能； ②Ｃｌ的非金属性强于Ｓ，但是Ｓ—Ｓ键键能大于Ｃｌ—Ｃｌ键键能， 所以②结论不正确；从Ｈ—Ｆ、Ｈ—Ｃｌ；Ｃ—Ｆ、Ｃ—Ｃｌ；Ｈ—Ｏ、Ｈ—Ｓ 几组键的键能中可得出：与相同原子结合时，同主族元素形成 的共价键，原子半径越小，共价键越牢固。 　 　 二、１．（１）核间距　 原子半径　 原子半径　 （２）大　 稳定　 ２．（１）两个相邻共价键　 （２）方向　 空间结构　 （３）１０９°２８′　 １２０°　 １０５°　 １８０° 正误判断 １． × 　 ２． × 　 ３．√　 ４．√　 ５．√　 ６． × 深度思考 １．数据表明：共价键的键长越短，键能越大，该共价键越稳定，含 该键的分子越稳定，越不容易分解。 ２．氟原子的半径很小，因而Ｆ—Ｆ的键长比Ｃｌ—Ｃｌ的键长短，但 也是由于Ｆ—Ｆ的键长短，两个氟原子在形成共价键时，原子 核之间的距离就小，排斥力大，因此键能比Ｃｌ—Ｃｌ的键能小。 ３． Ｃ—Ｈ和Ｃ—Ｃｌ的键长不相等。 ４．不同，白磷分子的键角是指Ｐ—Ｐ之间的夹角，为６０°；而甲烷 分子的键角是指Ｃ—Ｈ之间的夹角，为１０９°２８′。 ５． Ｈ２Ｓ分子的空间结构是Ｖ形结构。 应用体验 １． Ｃ　 ＮＨ３分子内的键角和键长都相等，可能有两种情况，一是 平面正三角形，二是三角锥形结构。如果键角为１２０°，则必然 为平面正三角形，故选Ｃ。 ２． Ｃ　 形成共价键的两个原子之间的核间距叫做键长，近似等于 两原子半径之和，由于原子半径Ｆ ＜ Ｃｌ ＜ Ｂｒ ＜ Ｉ，则键长：Ｈ—Ｆ ＜ Ｈ—Ｃｌ ＜ Ｈ—Ｂｒ ＜ Ｈ—Ｉ，Ａ错误；一般共价键键长越短，键能 越大，则键能：Ｈ—Ｆ ＞ Ｈ—Ｃｌ ＞ Ｈ—Ｂｒ ＞ Ｈ—Ｉ，Ｂ错误；形成共 价键的两个原子之间的核间距叫做键长，Ｃ正确；Ｈ原子只有 ｓ电子云，则Ｈ—Ｆ键是ｓ － ｐ σ键，Ｄ错误。故选Ｃ。 ３． Ｂ　 键长是成键原子间的核间距，水分子中两个氢原子不成 键，Ａ错误；氯气分子中两个氯原子间形成共价键，两个氯原 子核之间的距离属于键长，Ｂ正确；氩气中两个相邻氩原子不成 键，Ｃ错误；ＣＯ２分子中两个氧原子不成键，Ｄ错误；故答案选Ｂ。 随堂演练·知识落实 １． Ｂ　 键能可看作是断开共价键所需的能量，键能越大，则断开 共价键时所需的能量就越大，含该键的分子就越稳定；键长越 长键能反而越小，故反映键的强弱的物理量是键能和键长，故 选Ｂ。 ２． Ｃ　 由于原子轨道先按重叠程度大的“头碰头”方向进行重 叠，故先形成σ键。后才能形成π键，Ａ正确；σ键为单键，可 以绕键轴旋转，π键在双键、三键中存在，不能绕键轴旋转，Ｂ 正确；键能大小顺序为帒 Ｃ Ｃ ＞ Ｃ Ｃ ＞ Ｃ—Ｃ，Ｃ错误；单键均 为σ键，双键含１个σ键和１个π键，三键含１个σ键和２个 π键，Ｄ正确。故选Ｃ。 ３． Ａ　 当物质分子内有多个化学键时，化学键之间的夹角叫键 角，它反映了分子内原子的空间分布情况，因此键角是描述分 子空间结构的重要参数，Ａ正确；Ｏ２分子内两个Ｏ原子形成２ 对共用电子对，结合力强，断裂吸收的能量高，而Ｆ２ 内的２个 Ｆ原子形成１对共用电子对，结合力相对Ｏ２ 来说弱，断裂吸 收的能量低，因此与Ｈ２ 反应Ｆ２ 更容易发生反应，而Ｏ２ 相对 来说弱，即Ｆ２比Ｏ２与Ｈ２反应的能力强，Ｂ错误；Ｆ的原子半 径是Ｘ中最小的，Ｈ—Ｆ键的键长是Ｈ—Ｘ中最短的，Ｃ错误； 碳碳三键中有一个σ键两个π键，碳碳双键中有一个σ键一 个π键，π键键能小于σ键键能，则碳碳三键和碳碳双键键能 小于单键键能的３倍和２倍，Ｄ错误。 ４．（１）Ｎ２ 　 Ｉ２ 　 （２）吸收　 １５１ 　 ２９９ 　 （３）－ １８３ ｋＪ·ｍｏｌ － １ 　 （４）π 解析：（１）比较这些共价键键能的数值可知， 帒Ｎ Ｎ键的键能最 大，Ｉ—Ｉ键的键能最小，所以Ｎ２分子最稳定，Ｉ２分子最不稳定。 （２）根据键能的定义可知把１ ｍｏｌ Ｉ２（ｇ）分解为Ｉ（ｇ）原子需吸 收１５１ ｋＪ能量，根据ΔＨ ＝反应物总键能－生成物总键能知： ２ＥＨ—Ｉ － ４３６ ｋＪ·ｍｏｌ －１ － １５１ ｋＪ·ｍｏｌ －１ ＝ １１ ｋＪ·ｍｏｌ －１，ＥＨ—Ｉ ＝ ２９９ ｋＪ·ｍｏｌ －１。 （３）在反应Ｈ２（ｇ）＋ Ｃｌ２（ｇ ） ２ＨＣｌ（ｇ）中，有１ ｍｏｌ Ｈ—Ｈ键 和１ ｍｏｌ Ｃｌ—Ｃｌ键断裂，共吸收能量４３６ ｋＪ ＋ ２４３ ｋＪ ＝ ６７９ ｋＪ， 形成２ ｍｏｌ Ｈ—Ｃｌ键共放出能量４３１ ｋＪ × ２ ＝ ８６２ ｋＪ。放出的 能量大于吸收的能量，所以该反应为放热反应，ΔＨ ＝ ６７９ ｋＪ·ｍｏｌ －１ － ８６２ ｋＪ·ｍｏｌ －１ ＝ － １８３ ｋＪ·ｍｏｌ －１。 （４）根据题给数据可知，Ｎ—Ｎ单键即σ键，其键能为１９３ ｋＪ·ｍｏｌ －１， 帒Ｎ Ｎ键的键能为９４６ ｋＪ·ｍｏｌ －１，其中包含一个σ 键和两个π键，则π键的键能是（９４６ － １９３）ｋＪ·ｍｏｌ －１ ÷ ２ ＝ ３７６． ５ ｋＪ·ｍｏｌ －１，键能越大，化学键越稳定，故Ｎ２ 中π键比σ 键稳定。 第二节　 分子的空间结构 第１课时　 分子结构的测定和多样性　 价层电子对互斥模型 　 　 一、化学性质　 红外光谱　 晶体Ｘ射线衍射　 １．（１）振动 频率　 吸收峰　 化学键 应用体验 １． Ａ　 现代化学常用质谱法测定分子的相对分子质量，故选Ａ。 ２． Ｂ　 Ａ中不存在Ｏ—Ｈ键，Ｃ                                                                       中有机物的相对分子质量不是 —１６１— ６０，Ｄ中还存在Ｃ Ｏ键。 ３． Ｄ　 由有机物Ａ的质谱图可以看出，最大质荷比为７２，故Ａ的 相对分子质量为７２。 　 　 二、１． １８０°　 １０５°　 直线形　 Ｖ形　 ２． １０７°　 平面三角形　 三角锥形　 ３． １０９°２８′　 １０９°２８′　 正四面体形　 正四面体形 正误判断 １． × 　 ２． × 　 ３． × 　 ４． × 　 ５． × 　 ６．√　 ７．√ 深度思考 １．不是。Ｈ２Ｏ２ 分子的结构类似于一本打开的书，两个氧原子 在两页书的交接处，两个氢原子分别在翻开的书的两页 上。而白磷（Ｐ４）分子为正四面体形。 ２．不一定，如Ｐ４ 和ＣＨ４ 均为正四面体形，但Ｐ４ 的键角是６０°， ＣＨ４的键角为１０９°２８′。 应用体验 １． Ｂ　 ＨＣｌ也是直线形分子，因只有一个共价键，故不存在键角， Ａ项错误；氨分子呈三角锥形，键角为１０７°，Ｃ项错误；甲烷、白 磷分子均是正四面体形分子，但键角分别为１０９°２８′、６０°，Ｄ项错 误。故选Ｂ项。 ２． Ｄ　 ＣＯ２的立体构型是直线形，故Ａ错误；Ｈ２Ｏ的立体构型是 Ｖ形，故Ｂ错误；ＮＨ３的立体构型是三角锥形，故Ｃ错误；ＣＨ４ 的立体构型为正四面体，故Ｄ正确。故选Ｄ。 ３．（１）Ｖ形　 （２）直线形　 （３）ａｄ 解析：（１）两个Ｈ—Ｓ键的夹角接近９０°，由键角直接判断分子 的空间结构为Ｖ形。 （２）两个Ｃ Ｓ键的夹角是１８０°，由键角直接判断分子的空间 结构为直线形。 （３）五原子分子ＣＨ４可能有平面四边形和正四面体两种空间 结构，不管为哪种，ｂ、ｃ两项都成立，不能说明ＣＨ４分子结构； 若为平面四边形，则键角为９０°，ＣＨ２Ｃｌ２ 有两种： ＣＨ  Ｃｌ  Ｈ Ｃｌ 和 ＣＣｌ   Ｈ Ｈ Ｃｌ ；若为正四面体，则键角为１０９°２８′，ＣＨ２Ｃｌ２ 只 有一种，不存在同分异构体，故选ａｄ。 　 　 三、１． σ键电子对　 孤电子对　 相互排斥　 斥力　 ２．（２）２ 　 ３　 （３）①最外层电子数　 价电子数－离子所带电荷数　 价 电子数＋离子所带电荷数　 ②中心原子　 ③８ －该原子的价电 子数　 ３．直线形　 平面三角形　 正四面体形　 ４．孤电子对　 （１）２　 ０　 ３　 ０　 ４　 ０　 （２）４　 １　 ４　 ２　 ３　 １ 正误判断 １． × 　 ２． × 　 ３．√　 ４．√ 深度思考 １．不一定一致，中心原子有孤电子对时，二者结构不一致；当中 心原子无孤电子对时，二者结构一致。 ２． ＣＨ４分子中的Ｃ原子没有孤电子对，ＮＨ３ 分子中Ｎ原子上有 １对孤电子对，Ｈ２Ｏ分子中Ｏ原子上有２对孤电子对，对成键 电子对的排斥作用增大，故键角依次减小。 ３．（１）乙醇分子结构中，羟基上的氧原子有２对成键电子对和２ 对孤电子对（见图中乙醇结构的①、②、③、④），价层电子对数 是４，共有４个空间取向，中心氧原子上的价电子对相互排斥 而远离，呈四面体形，略去中心原子（氧原子）上的孤电子对 可得Ｃ—Ｏ—Ｈ呈Ｖ形。 （２）在乙酸分子中，中心原子是羰基（Ｃ  Ｏ ）上的碳原子， 中心碳原子（羰基碳）上有３对成键电子对（见图中乙酸结构 中的①，②，③），孤电子对数为０；Ｃ  Ｏ 上的成键电子对仅 有一个空间取向，因此，中心碳原子的价电子对共有３个空间 取向，相互排斥而远离，因此， ＣＣ  Ｏ Ｏ 呈平面三角形。 （３）在乙醇、乙酸分子结构中，甲基碳（ ＣＨ    Ｈ Ｈ ）是中心原 子，中心碳原子上的价层电子对数是４，孤电子对数是０，中心 碳原子上的４对成键电子对共有４个空间取向，相互排斥而 远离，故ＣＨ   Ｈ Ｈ Ｃ 呈四面体结构。 应用体验 １． Ａ　 ＢＦ３中心Ｂ原子的价层电子对数为３ ＋ ３ － １ × ３２ ＝ ３，不含 孤对电子对，ＶＳＥＰＲ模型和立体构型相同，均为平面三角形， Ａ符合题意；ＳＯ２ 中心Ｓ原子的价层电子对数为２ ＋ ６ － ２ × ２２ ＝３，含一对孤电子对，ＶＳＥＰＲ模型为平面三角形，立体构型为 Ｖ形，Ｂ不符合题意；Ｈ２Ｏ中心Ｏ原子的价层电子对数为２ ＋ ６ － １ × ２ ２ ＝ ４，含两对孤电子对，ＶＳＥＰＲ模型为四面体形，立体 构型为Ｖ形，Ｃ不符合题意；ＳＯ２ －３ 中心Ｓ原子价层电子对数 为３ ＋ ６ ＋ ２ － ２ × ３２ ＝ ４，含有一对孤电子对，ＶＳＥＰＲ模型为四 面体形，立体构型为三角锥形，Ｄ不符合题意。故选Ａ。 ２． Ａ　 ＳＯ２的中心原子Ｓ的价层电子对数为２ ＋ １２ ×（６ － ２ × １） ＝４，且Ｓ原子上含有２对孤电子对，所以ＳＯ２为Ｖ形分子，故 Ａ正确；ＳＯ３的中心原子Ｓ的价层电子对数为３ ＋ １２ ×（６ － ３ × ２）＝ ３，无孤电子对，是平面三角形分子，故Ｂ错误；ＢＦ３ 的 中心原子Ｂ的价层电子对数为３ ＋ １２ ×（３ － ３ × １）＝ ３，无孤 电子对，是平面三角形分子，键角为１２０°，故Ｃ错误；ＰＣｌ３ 的 中心原子Ｐ的价层电子对数为３ ＋ １２ ×（５ － ３ × １）＝ ４，含有１ 对孤电子对，所以ＰＣｌ３是三角锥形分子，故Ｄ错误。故选Ａ。 ３． Ａ　 水分子中氧原子的价层电子对数为４，孤电子对数为２，则 分子的ＶＳＥＰＲ模型为四面体形，空间构型为Ｖ形，故Ａ正确； 三氟化氮分子中氮原子的价层电子对数为４，孤电子对数为 １，则分子的ＶＳＥＰＲ模型为四面体形，空间构型为三角锥形， 故Ｂ错误；水合氢离子中氧原子的价层电子对数为４，孤电子 对数为１，则离子的ＶＳＥＰＲ模型为四面体形，空间构型为三角 锥形，故Ｃ错误；                                                                       二氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为 —１６２— ３，孤电子对数为１，则分子的ＶＳＥＰＲ模型为平面三角形，空间 构型为Ｖ形，故Ｄ错误。故选Ａ。 ４． Ｄ　 ＣＳ２中中心原子Ｃ上的孤电子对数为１２ ×（４ － ２ × ２）＝ ０，σ键电子对数为２，价层电子对数为０ ＋ ２ ＝ ２，ＶＳＥＰＲ模型 为直线形，Ｃ上没有孤电子对，ＣＳ２ 是直线形分子，Ａ项错误； ＳｎＢｒ２中中心原子Ｓｎ上的孤电子对数为１２ ×（４ － ２ × １）＝ １， σ键电子对数为２，价层电子对数为１ ＋ ２ ＝ ３，ＶＳＥＰＲ模型为 平面三角形，由于孤电子对与成键电子对间的排斥作用＞成 键电子对间的排斥作用，ＳｎＢｒ２ 的键角小于１２０°，Ｂ项错误； ＢＦ３中中心原子Ｂ上的孤电子对数为１２ ×（３ － ３ × １）＝ ０，σ 键电子对数为３，价层电子对数为０ ＋ ３ ＝ ３，ＶＳＥＰＲ模型为平 面三角形，Ｂ上没有孤电子对，ＢＦ３是平面三角形分子，Ｃ项错 误；ＮＨ ＋４ 中中心原子Ｎ上的孤电子对数为１２ ×（５ － １ － ４ × １） ＝０，σ键电子对数为４，价层电子对数为０ ＋ ４ ＝ ４，ＶＳＥＰＲ模 型为正四面体形，Ｎ上没有孤电子对，ＮＨ ＋４ 为正四面体形，键 角等于１０９°２８′，Ｄ项正确。故选Ｄ。 随堂演练·知识落实 １． Ａ　 质谱法只能判断分子的相对分子质量，二者的相对分子质 量相等，利用质谱法无法鉴别二甲醚和乙醇，故Ａ符合题意； 金属钠能和乙醇反应，不能和二甲醚反应，利用金属钠可以鉴 别二甲醚和乙醇，故Ｂ不符合题意；红外光谱法可探测分子的 官能团，从而区分羟基、醚键，利用红外光谱法可以鉴别二甲 醚和乙醇，故Ｃ不符合题意；二甲醚结构对称，分子中有１种 氢原子，乙醇结构不对称，分子中有３种氢原子，利用核磁共 振氢谱可以鉴别二甲醚和乙醇，故Ｄ不符合题意。故选Ａ。 ２． Ｃ　 ＮＯ３ －中氮原子的价层电子对数＝ ３ ＋ １２ ×（５ ＋ １ － ２ × ３） ＝ ３，没有孤电子对，ＶＳＥＰＲ模型、立体构型均为平面三角形， 故Ａ错误、Ｃ正确；ＣｌＯ －３ 中氯原子的价层电子对数＝ ３ ＋ １２ × （７ ＋ １ － ３ × ２）＝ ４，有一对孤电子对，ＶＳＥＰＲ模型为四面体 形，立体构型为三角锥形，故Ｂ、Ｄ错误。故选Ｃ。 ３． Ａ　 由中心原子上孤电子对数的计算公式可知，ＣＨ４中碳原子 上无孤电子对，ＮＨ３中的氮原子上有１对孤电子对，Ｈ２Ｏ中的 氧原子上有２对孤电子对。根据题意知，孤电子对与成键电 子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力，使其 键角变小，Ａ项正确。故选Ａ。 ４． Ｄ　 ＣＨ４分子中价层电子对数＝ ４ ＋ １２ ×（４ － １ × ４）＝ ４，采用 ｓｐ３杂化，不含孤电子对，所以其空间构型为正四面体，ＣＨ２Ｃｌ２ 分子中价层电子对数＝ ４ ＋ １２ ×（４ － １ × ４）＝ ４，采用ｓｐ ３杂 化，不含孤电子对，有Ｈ和Ｃｌ，所以其空间构型为四面体，Ａ错 误；ＢｅＣｌ２分子中价层电子对数＝ ２ ＋ １２ ×（２ － ２ × １）＝ ２，采 用ｓｐ杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为直线形结构， ＳＯ２分子中价层电子对数＝ ２ ＋ １２ ×（６ － ２ × ２）＝ ３，采用ｓｐ ２ 杂化，含１对孤电子对，所以其空间构型为Ｖ形结构，Ｂ错误； ＢＦ３分子中价层电子对数＝ ３ ＋ １２ ×（３ － ３ × １）＝ ３，采用ｓｐ ２ 杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构， ＰＣｌ３分子中价层电子对数＝ ３ ＋ １２ ×（５ － ３ × １）＝ ４，采用ｓｐ ３ 杂化，且含１对孤电子对，所以其空间构型为三角锥形结构，Ｃ 错误；ＮＯ －３ 离子中价层电子对数＝ ３ ＋ １２ ×（５ ＋ １ － ２ × ３）＝ ３，采用ｓｐ２杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三 角形结构，ＣＯ２ －３ 离子中价层电子对数＝ ３ ＋ １２ ×（４ ＋ ２ － ２ × ３）＝ ３，采用ｓｐ２杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平 面三角形结构，Ｄ正确。故选Ｄ。 ５．直线形　 直线形　 四面体形　 Ｖ形　 四面体形　 三角锥形　 正四面体形　 正四面体形　 四面体形　 三角锥形 解析：二氯化铍分子中铍原子的价层电子对数为２，孤电子对 数为０，分子的ＶＳＥＰＲ模型为直线形，空间结构为直线形；二 氯化硫分子中硫原子的价层电子对数为４，孤电子对数为２， 分子的ＶＳＥＰＲ模型为四面体形，空间结构为Ｖ形；三氟化磷 分子中磷原子的价层电子对数为４，孤电子对数为１，分子的 ＶＳＥＰＲ模型为四面体形，空间结构为三角锥形；铵根离子中氮 原子的价层电子对数为４，孤电子对数为０，离子的ＶＳＥＰＲ模 型和空间结构都为正四面体形；亚硫酸根离子中硫原子的价 层电子对数为４，孤电子对数为１，离子的ＶＳＥＰＲ模型为正四 面体形，空间结构为三角锥形。 第２课时　 杂化轨道理论 　 　 一、４．（１）１个　 ３个　 １０９°２８′　 （２）１个　 ２个　 （３）１个 　 １个 正误判断 １．√　 ２．√　 ３．√　 ４．√　 ５．√　 ６． × 深度思考 １．常见的杂化轨道类型有ｓｐ、ｓｐ２、ｓｐ３。同一原子内由１个ｓ轨 道和３个ｐ轨道参与的杂化称为ｓｐ３杂化。 ２．判断杂化轨道类型，首先判断杂化轨道数，杂化轨道数＝中心 原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，由杂化轨道数即 可判断杂化轨道类型。 ３． ０ ＋ ２ ＝ ２　 ｓｐ　 ０ ＋ ３ ＝ ３　 ｓｐ２ 　 ０ ＋ ４ ＝ ４　 ｓｐ３ 　 １ ＋ ２ ＝ ３　 ｓｐ２ 　 １ ＋ ３ ＝ ４　 ｓｐ３ 　 ２ ＋ ２ ＝ ４　 ｓｐ３ 应用体验 １． Ａ　 同一原子中参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大， 如１ｓ轨道与２ｓ、２ｐ轨道能量相差太大，不能形成杂化轨道，即 只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，Ａ项错误，Ｂ项正 确；杂化轨道能量集中，形成牢固的化学键，Ｃ项正确；杂化轨 道可用于形成σ键，Ｄ项正确。故选Ａ。 ２． Ｃ　 中心原子采取ｓｐ３ 杂化的分子，ＶＳＥＰＲ模型是四面体，但 其立体构形不一定是正四面体，如：水和氨气分子中中心原子 采取ｓｐ３杂化，但Ｈ２Ｏ是Ｖ形，ＮＨ３是三角锥形，故四面体形、 三角锥形、Ｖ形分子的结构可以用ｓｐ３ 杂化轨道解释，故Ａ正 确；ｓｐ３、ｓｐ２、ｓｐ杂化轨道其空间构型分别是正四面体、平面三 角形、直线形，所以其夹角分别为１０９°２８′、１２０°、１８０°，故Ｂ正 确；杂化轨道可以部分参加形成化学键，例如ＮＨ３中Ｎ发生了 ｓｐ３杂化，形成了４个ｓｐ３杂化轨道，但是只有３个参与形成化 学键，故Ｃ错误；杂化前后的轨道数不变，杂化后，                                                                       各个轨道尽 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