第二章 第二节 分子的空间结构-【新课程能力培养】2025-2026学年高中化学选择性必修2学习手册（人教版）

第二章分子结构与性质。 第二节 分子的空间结构 分子光谱包括从紫外到远红外直至微波 学习目标 谱。分子中，分子绕轴转动形成远红外光谱 1.知道可以用红外光谱技术测定分子结构。 或微波谱；原子在平衡位置附近振动形成红 2.能运用价层电子对互斥模型和杂化轨道 外光谱；价电子在不同能级的分子轨道间跃 理论预测和解释简单分子或离子的空间 迁形成紫外一可见光谱。 结构。 分子光谱提供了 的相关信息， 因而可通过分子光谱推测分子的结构。 知识梳理 知识点2多样的分子空间结构 1知识点1分子结构的测定 分子的空间结构是指构成分子的原子在 分子和原子一样，从一种能量状态改变 三维空间中的 关系和 到另一种能量状态也有光的吸收或发射，由 单中心多原子分子的基本空间结构类型 此所形成的吸收或发射光谱，称为 如下表所示： 单中心多原子分子的基本空间结构类型 分子中原子数 化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构名称 C02 0:c0 0=C0 ooo 3 H0: H,0 0 105o H H H H :0: CH2O 0=0 H:C:H 约120 H 夕 N NH3 H :N:H 107° HHH H H 5 CHa H:C :H H H H 此外，还有 知识点3价层电子对互斥模型 些单中心多原 子分子呈其他空 价层电子对互斥模型(VSEPR model) 间结构类型，如 是用以预测简单分子或离子的空间结构的理 PCL,为三角双锥形，SF。为八面体形。 论模型。其要点是： 分子的空间结构与其稳定性有关。 1.多原子共价分子或离子的空间结构是中 19 高中化学选择性必修2（人教版） 心原子周围的 (包括中心原子 根据能量最低原理，价层电子对之间由 与成键原子之间的 和中心原子 于相互排斥而趋向于尽可能地彼此远离，因 价电子层上未成键的 )相互 此，总是采取排斥作用最小的对称空间分 的结果。 布，如下表所示： 中心原子价层电子对的空间分布方式 价层电子对数 2 6 空间分布 VSEPR模型名称 三角双锥形 八面体形 2.中心原子价层电子对数的计算方法 (4)对于阳、阴离子，其所带的正、负电 (1)价层电子对数=σ键电子对数+孤电子 荷均视为中心原子失去或得到电子 对数 所致。 (2)σ键电子对数=与中心原子成键（不管 3.根据中心原子的价层电子对数确定多原 是单键还是多重键)的原子数 子共价分子或离子的 ，略去 (3)孤电子对数=)（中心原子的价电子数 VSEPR模型中的中心原子上的 便得到分子或离子的 如下表 被其他成键原子结合的电子数) 所示： 几种分子或离子的空间结构与VSEPR模型的关系 中心原子上的中心原子上的 VSEPR VSEPR 分子或离子的 分子或离子的 分子或离子 孤电子对数 价层电子对数 模型 模型名称 空间结构 空间结构名称 S03 NH NO, SO 20)学 N 第二章分子结构与性质⊙ 4. 价层电子对相互排斥作用的大小取决于 和 能够说明一些简单分子或离 电子对之间的夹角和电子对的成键情况。 子的 但在解释多原子分子或离子 般规律为： 的空间结构时遇到了困难。为了解释多原子 (1)电子对之间夹角越小，排拆力越 分子或离子的空间结构，鲍林(L.Pauling) (2)多重键比单键包含的电子数多，所以 和斯莱特(J.C.Slater)于1931年提出了杂 成键电子对排斥力大小的顺序为： 化轨道理论(Hybrid Orbital Theory)。 1.杂化和杂化轨道 在形成多原子分子或离子的过程中，中 (3)成键电子对受两个原子核的 心原子 上的若干能量 的不 电子云比较“ ”；孤电子对只 同类型的 重新组合，形成一组新的 受中心原子的原子核的 电 相同、 相同的 子云比较“ ”,对邻近电子对 这个过程叫做原子轨道的 杂化后 的 作用较 因此， 形成的新原子轨道叫做杂化原子轨道，简称 价层电子对之间静电排斥力大小的顺 序是 > 要点： > ①参与杂化的原子轨道必须能量 由于孤电子对及多重键对邻近电子对的 这样能量较低轨道中的电子才能跃迁到能 较大，会导致被 的邻近共 量较高的轨道中，且杂化后各杂化轨道的 价键之间的键角 。 如H,0分子中， 能量 同时既 原来能量 中心原子0上有2对孤电子对，键角∠HOH =105°；NH3分子中，中心原子N上有1对 较低轨道的能量，又 原来能量较 的原子 孤电子对，键角∠HNH=107°，两者均小于 高轨道的能量；能量相差 109°28'。 轨道，电子难以跃迁，不能进行杂化。 价层电子对互斥模型对单中心多原子共 ②杂化后的 数目=杂化前参与 价分子或离子空间结构的预测很少失误，但 杂化的 数目。 不能用来预测以过渡金属为中心原子的分子 ③根据能量最低原理，杂化轨道会尽可能采 或离子，除非金属原子具有半充满、全充满 取夹角最 排斥力最 的 或全空的d轨道。 对称空间分布。 价层电子对互斥模型对少数化合物判断 ④原子轨道杂化后，形成的杂化轨道一头大 不准，如CaF2、SrF,、BaF,为弯曲形而不是 头小，成键时 的一头与成键原 直线形。 子的电子云进行最 程度重叠，使 形成的化学键更 键能 川知识点4杂化轨道理论 所以杂化轨道比原来未杂化的原子轨道成 价键理论成功地解释了共价键的 键能力 高中化学选择性必修2（人教版） ⑤杂化轨道用于形成 或 3.等性杂化和不等性杂化 未参加杂化的原子轨道形成 等性杂化：杂化后形成的杂化轨道完全 杂化轨道理论虽然实质上仍属于现代价 均各有 电子，这种杂化 键理论，但是它在成键能力、分子的空间结 叫做等性杂化。 构等方面丰富和发展了现代价键理论。 不等性杂化：杂化后形成的杂化轨道不 2.杂化轨道的类型 完全 有的含有 电子，有 (1)sp杂化 的含有 这种杂化叫做不等性杂化。 同一原子内由 个ns轨道和 如CH分子中的C原子为sp 个p轨道发生的杂化，称为sp杂 性杂化，键角为10928'，NH3和H,0中的N 化，杂化后组成的轨道称为sp杂化轨道。 原子和0原子均为sp 性杂化，由于 ◇ 杂化 品 孤电子对的排斥作用，键角收缩，分别为 107°和105°。 (2)sp2杂化 H 同一原子内由 个ns轨道和 H IH 个np轨道发生的杂化，称为sp2杂 H 化，杂化后组成的轨道称为sp2杂化轨道。 4.几种杂化轨道的空间分布 (1)sp杂化： sp杂化 ◇ PPP 如C02、CS2、BeCl2、HgCL2、C,H2等。 (2)sp2杂化： 如BCL,石墨为正六边形 (3)sp3杂化 (3)sp3杂化： （等性杂化为 同一原子内由 个ns轨道和 ) 个p轨道发生的杂化，称为sp杂 如CH4、CCL,等。 化，杂化后组成的轨道称为sp3杂化轨道。 5.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 般情况下，中心原子的 数等于中心原子的 数，因此， 中心原子的杂化轨道的 一般与 中心原子的价层电子对的 是一 sp杂化 致的，由中心原子的VSEPR模型即可推断 中心原子的杂化轨道类型，如下表所示： 22)学 第二章分子结构与性质 VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 价层电子对数 2 3 3 VSEPR模型 VSEPR模型名称 中心原子的杂化 轨道类型 典型实例 CO2、BeCl, S02、NO2 C03、S03 H0、H2S NH3、PClg CH4、SiCl4 解析：C,H2、CS2为直线形，C6H。为正六边 要点精析 形，NH,为三角锥形，只有C选项的所有原 子不可能共处在同一平面上。 川要点1分子的空间结构及测定方法· 答案：C 多原子分子的空间结构多种多样，可通 过分子光谱推测分子的结构： B变式训练① 红外光谱用来检测分子具有的化学键及 甲烷和白磷均为正四面体结构，它们分子中 官能团，研究分子的对称性等。 的键角关系为（) 紫外光谱用来检验分子是否含有大的共 A.甲烷大 B.白磷大 轭体系、芳香结构或发色官能团等。 C.二者相等 D.无法判断 核磁共振氢谱主要用于测定有机物分子 中氢原子的种类和数目。 川要点2价层电子对互斥模型及其应用！ 质谱法用于测定分子的相对分子质量。 用价层电子对互斥模型来判断分子或离 典例1能够测定分子结构和化学键的方法 子的空间结构的关键在于确定中心原子的价 是() 电子对数，略去中心原子上的孤电子对，便 A.质谱 B.红外光谱 可得到分子或离子的空间结构。 C.紫外光谱 D.核磁共振氢谱 典例3若ABn的中心原子A上没有孤电子 解析：只有红外光谱可测定分子结构和化 对，运用价层电子对互斥模型，下列说法正 学键。 确的是（) 答案：B A.若n=2,则分子的空间结构为V形 典例2下列分子中，所有原子不可能共处 B.若n=3,则分子的空间结构为三角锥形 在同一平面上的是() C.若n=4,则分子的空间结构为正四面体形 A.C2H2 B.CS, D.以上说法都不正确 C.NH D.C6H。 解析：根据VSEPR模型，中心原子A上没 学 23 高中化学选择性必修2（人教版） 有孤电子对，VSEPR模型即分子的空间结 断：价层电子对数=2，$p杂化：价层电子 构。所以，若n=2,分子为直线形，若n= 对数=3，sp2杂化；价层电子对数=4，sp 3,分子为平面三角形，若n=4,分子为正 杂化。其他复杂类型的杂化在高中阶段不作 四面体形。 要求。 答案：C 典例5下列分子或离子中，碳原子采取的 典例4用价层电子对互斥模型推测下列分 杂化方式为sp杂化的是() 子或离子的空间结构： A.CH,B.C2H C.C2 H2 D.CO BeCl2: SCI2: 解析：CH4分子中，碳原子的杂化轨道是由 BF3:- ;PF3: 1个2s轨道和3个2p轨道重新组合而成， NH: NH2: 属于sp3杂化；C2H4分子中，碳原子采取了 s05: ;NO3: sp杂化；C,H2分子中，碳原子采取了sp杂 解析：根据各分子中原子的成键情况，分析 化；C0离子中，碳原子采取了sp2杂化。 中心原子的孤电子对数，依据中心原子连接 答案：C 的原子数和孤电子对数，确定VSEPR模型 B变式训练3 和分子的空间结构。其中，对于阳、阴离子 所带的正、负电荷均须视为中心原子失去或 下列各组粒子中，中心原子的杂化轨道类型 得到电子所致。 相同，而分子或离子的键角不相等的是 答案：直线形V形平面三角形三角锥形 正四面体形V形三角锥形平面三角形 A. CCl4、SiCl4、SiH B.H2S、NF3、CH4 B变式训练2 C.BCL3、NH3、CO2 用价电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许 D.SO3、BF3、H0 多分子或离子的空间构型，也可以推测键 典例6已知Zn2*的4s轨道和4p轨道可以 角的大小，下列判断正确的是（ 形成sp3型杂化轨道，那么[ZnCL,]2的空间 》 A.BF,与PCL3为三角锥形 结构为（) A.直线形 B.平面正方形 B.S03与CO}为平面三角形 C.正四面体形 D.正八面体形 C.S02键角大于120 解析：根据杂化轨道理论，Zn2+的4s轨道和 D.SOCL2是平面三角形 4p轨道形成的sp3杂化轨道为正四面体形， 川要点3杂化轨道类型的判断 Zn2+再结合4个C形成[ZnCl4]2,其中 Zn2+的孤电子对数为0，所以[ZnCL4]2的 分子或离子中，中心原子的杂化轨道类 空间结构为正四面体形。 型可根据中心原子的价层电子对数进行判 答案：C 24)学高中化学选择性必修2（人教版） (2)一种元素核电荷数周期序数同族元素价层 知识点2 电子数相同（除氨1$2外）最外层电子数价层电子数 1.吸引减小排斥增大减小吸引排斥 89108价层电子排布价层电子数相同（除氨 减小增大增大增大吸引减小增大相同 外) (3)能级5能级符号s d ds p f ds 相同越小 元素周期表分区图 2.(1)气态电中性基态气态基态最低能量 H (2)难易程度容易难金属性容易金属性 1 巴☒(m-0ds2 (3)碱金属元素稀有气体元素增大难减弱吸 2 3 s区 YOF盟 引增强减小容易增强增大吸引减弱 P区 4 d区 5 ds区 3.（1)化学键键合电子化合物成键电子 6 ns'np-6 (2)越强越弱(3)变大变小(4)①金属非 7 (-1)ds2 金属类金属②羽正强负③极性共价键离 钢系 (0n-2)14(n-1)d02ns2 子键④右下方相近 钢系 f区 要点精析 价层电子排布sdds「过渡元素半金属 类金属 变式训练 1.D2.A3.D4.C5.A 第二章 分子结构与性质 第一节共价键 3.相邻共价键方向 要点精析 知识梳理 变式训练 知识点1 1.D2.D3.D 共用电子对 第二节分子的空间结构 1.重叠未成对共用电子对 2.重叠键轴头碰头轴对称大高垂直于 知识梳理 肩并肩镜面对称小 知识点1 知识点2 分子光谱 分子结构 1.1mol化学键吸收稳定 知识点2 2.核间距小大 几何学形状 分子中原子数 化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构名称 C0, 0:c:g 0=C=0 1809 ooo 直线形 3 H20 H:0: 0 1059 H H H ooo V形或角形 :0: H CH,O 0=C H:C:H 约120 平面三角形 H H NH, H:N:H 107 三角锥形 HHH H H 5 CHa H:C:H 109°28 H H H 正四面体形 H 28 N 参考答案与解析⊙ 知识点3 1.价层电子对σ键电子对孤电子对排斥 价层电子对数 2 3 6 空间分布 VSEPR模型名称 直线形 平面三角形 四面体形 三角双锥形 八面体形 3.VSEPR模型 孤电子对空间结构 中心原子上的 中心原子上的 VSEPR VSEPR 分子或离子的 分子或离子的 分子或离子 孤电子对数 价层电子对数 模型 模型名称 空间结构 空间结构名称 S03 0 平面三角形 平面三角形 NH 0 正四面体形 正四面体形 N02 1 3 平面三角形 V形或角形 so 四面体形 三角锥形 4.(1)大(2)三键一三键三键一双键双键一 ②杂化轨道原子轨道 ③大小④大大牢固 双键双键一单键单键一单键(3)吸引瘦长吸引 更大强⑤σ键容纳孤电子对π键 短胖排斥大孤电子对一孤电子对孤电子对一成键 2.(1)一一(2)一两(3)一三 电子对成键电子对一成键电子对排斥力排斥缩小 3.等同一个未成对等同一个未成对孤电子 知识点4 对等不等 本质特性空间结构 4.(1)直线形(2)平面三角形(3)四面体形 1.价电子层相近原子轨道数量能量原子轨道 正四面体形 杂化杂化轨道①相近相等高于低于较大 5.价层电子对杂化轨道空间分布空间取向 价层电子对数 2 3 3 4 4 4 VSEPR模型 & 兴 VSEPR模型名称 直线形 平面三角形 平面三角形 四面体形 四面体形 正四面体 中心原子的杂化 sp 轨道类型 sp2 sp2 sp3 sp 典型实例 CO2、BeCl2 S02、N02 C0、s0 H20、H2S NH,、PCl CH4、SiCl4 29 高中化学选择性必修2（人教版） 要点精析 知识点4 变式训练 1.电负性半径吸引电负性半径(1)共价 1.A2.B3.B 键氢键电负性原子半径(2)X一H…YH…Y >"第三节 分子结构与物质的性质 大X-H…YX一HY12(3)大于最集中稳 定 孤电子对成键电子对在一条直线上(4)电负性 知识梳理 原子半径孤电子对(5)分子内分子间 知识点1 2.(1)升高(2)增大(3)方向性四增大 1.偏移偏移不偏移不同不同发生偏移 减小增大最大变小(4)大(5)立体结构 知识点5 相同相同不发生偏移 组成原子排列镜像三维空间 知识点2 要点精析 1.不重合重合 变式训练 2.极性空间结构非极性分子非极性分子极 1.③④②① 性分子 0 3.非极性极性少羽相近互溶多强 2. HO—P0HH0—As—OH 较大减小 OH 知识点3 3.C 4.B 1.分子 相互作用力1~2电性没有越大 5.稀有气体属于单原子分子，随着原子序数的递 也越大 增，稀有气体的相对分子质量逐渐增大，稀有气体分子 2.物理高 (1)组成和结构越大越高 间及稀有气体与水分子间的范德华力逐渐增大，因此， 它们的熔、沸点逐渐升高，在水中的溶解度逐渐增大 (2)越大越高 6.B7.D 第三章 晶体结构与性质 >“第一节 物质的聚集状态与晶体的常识 极性溶剂肥皂水洗衣粉溶液表面活性剂溶液细 胞膜(2)流动性各向异性 知识梳理 知识点2 知识点1 1.(1)一定规律 1.温度压强相对稳定 2.组成结构性质(1)自发地多面体 2.高温外加电场激发分解电离电中性粒子 (2)组成性质(3)不同的方向物理性质不同 电中性(1)形状体积流动性电中性短程 方向上(5)周期性相同(6)X光衍射 力带电粒子中性粒子电中性长程力电场电 3.(1)熔融态(2)气态(3)溶质 流磁场热辐射热传导(2)化学电离高温 知识点3 高压场高能辐射(3)电离层(4)导电性流动性 1.空间结构平行六面体无隙并置无隙并置 3.一维二维各向异性晶体液体取向有序 2.8421 (1)热致液晶溶致液晶加热 知识点4 液晶的温度范围→ X射线衍射实验 固体 液晶 液体 要点精析 T(熔点) T,(澄清点) 变式训练 1.A2.D3.C 温度逐渐升高 30