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专题4 分子空间结构
与物质性质
整理与提升
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目录
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高考题型专项突破
在高考中主要考查分子或离子中心原子杂化方式的判断、空间结构的判断,一般为简单的常见分子、离子的判断,但近年来陌生复杂分子、离子的空间结构、中心原子杂化方式的判断也有涉及。
分子空间结构与中心原子杂化方式的判断方法
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2.用价层电子对互斥模型推测分子或离子空间结构的思维流程
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3.中心原子杂化方式和分子空间结构的相互判断
中心原子的杂化方式和分子空间结构有关,二者之间可以相互判断。
分子组成(A为中心原子) 中心原子的孤电子对数 中心原子的杂化方式 分子空间结构 实例
AB2 0 sp 直线形 BeCl2
1 sp2 V形 SO2
2 sp3 V形 H2O
AB3 0 sp2 平面三角形 BF3
1 sp3 三角锥形 NH3
AB4 0 sp3 正四面体形 CH4
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[注意] 中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其空间结构不一定是四面体形。需根据孤电子对占据杂化轨道数目的多少判断分子的空间结构,可以呈现V形(如水分子)、三角锥形(如氨分子)。
4.根据结构判断杂化类型
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1.(河北卷)NH4ClO4是火箭固体燃料重要的氧载体,与某些易燃物作用可全部生成气态产物,如:NH4ClO4+2C===NH3↑+2CO2↑+HCl↑。下列有关化学用语或表述正确的是( )
A.HCl的形成过程可表示为
B.NH4ClO4中的阴、阳离子有相同的VSEPR模型和空间结构
C.在C60、石墨、金刚石中,碳原子有sp、sp2和sp3三种杂化方式
D.NH3和CO2都能作制冷剂是因为它们有相同类型的分子间作用力
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2.(河北卷)下列说法正确的是( )
A.CH4的价层电子对互斥模型和空间构型均为正四面体
B.若AB2型分子的空间构型相同,其中心原子的杂化方式也相同
C.干冰和冰的结构表明范德华力和氢键通常都具有方向性
D.CO2和CCl4都是既含σ键又含π键的非极性分子
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正四面体形
sp2
平面三角形
sp3杂化
σ
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5.(1)(全国甲卷节选)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6
的形式存在,其空间结构如图所示,二聚体中Al的轨道杂
化类型为________。
(2)(全国乙卷节选)SiCl4的空间结构为________,其中Si的轨道杂化形式为___。
(3)(浙江1月选考节选)硅材料在生活中占有重要地位。请回答:
Si(NH2)4分子的空间结构(以Si为中心)名称为_________,分子中氮原子的杂化轨道类型是______。Si(NH2)4受热分解生成Si3N4和NH3,其受热不稳定的原因是_____________________________________________________________________________________________________。
sp3
正四面体
sp3
四面体
sp3
Si周围的NH2基团体积较大,受热时斥力较强[Si(NH2)4中Si—N键能相对较小];产物中气态分子数显著增多(熵增)
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sp2
>
ClO2分子中Cl—O键的键长小于Cl2O中Cl—O键的键长,其原因是:ClO2分子中既存在σ键,又存在大π键,原子轨道重叠的程度较大,因此其中Cl—O键的键长较小,而Cl2O只存在σ键
解析:(3)Si(NH2)4分子中Si形成4个σ键,无孤电子对,故Si(NH2)4空间结构为四面体。分子中氮原子形成3个σ键,还有一对孤电子对,杂化轨道数为4,杂化轨道类型为sp3。
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R
1.中心原子价层电子对数(n)的求解方法
(1)计算法:先求中心原子孤电子对数=eq \f(1,2)(a-xb),n=孤电子对数+σ键数或对于ABm型分子,n=eq \f(中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×m,2)。
(2)电子式或结构式法:先写出分子相应的电子式或结构式,观察后再用n=孤电子对数+σ键数计算。
(3)价态法:若中心原子的化合价绝对值等于其价电子数,则n=σ键数。
解析:HCl是共价化合物,其电子式为,A错误;NH4ClO4中NHeq \o\al(+,4)的中心N原子孤电子对数为eq \f(1,2)×(5-1-4)=0,价层电子对数为4,ClOeq \o\al(-,4)的中心Cl原子孤电子对数为eq \f(1,2)×(7+1-2×4)=0,价层电子对数为4,则二者的VSEPR模型和空间结构均为正四面体形,B正确;C60、石墨、金刚石中碳原子的杂化方式分别为sp2、sp2、sp3,共有两种杂化方式,C错误;NH3易液化,其汽化时吸收热量,可作制冷剂,干冰易升华,升华时吸收热量,也可作制冷剂,NH3分子间作用力为氢键和范德华力,CO2分子间仅存在范德华力,D错误。
解析:CH4中中心原子C的价层电子对数为4+eq \f(4-4×1,2)=4,无孤电子对,CH4的价层电子对互斥模型为正四面体形,空间构型也是正四面体形,A正确;H2O中O的价层电子对数为2+eq \f(6-2×1,2)=4,孤电子对数为2,H2O的空间构型为V形,SO2中S的价层电子对数为2+eq \f(6-2×2,2)=3,孤电子对数为1,SO2的空间构型为V形,但H2O中O的杂化方式为sp3,SO2中S的杂化方式为sp2,B错误;范德华力不存在方向性和饱和性,C错误;CO2的结构式为O===C===O,每个双键含1个σ键和1个π键,CCl4中只存在σ键,不存在π键,D错误。
3.(湖北卷)价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是( )
A.CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体
B.SOeq \o\al(2-,3)和COeq \o\al(2-,3)的空间构型均为平面三角形
C.CF4和SF4均为非极性分子
D.XeF2与XeO2的键角相等
解析:SOeq \o\al(2-,3)的中心原子S上孤电子对数为1,价层电子对数为4,COeq \o\al(2-,3)的中心原子C上孤电子对数为0,价层电子对数为3,所以SOeq \o\al(2-,3)的空间构型为三角锥形,COeq \o\al(2-,3)的空间构型为平面三角形,B错误;CF4为正四面体结构,为非极性分子,SF4中心原子有孤电子对,为极性分子,C错误;XeF2和XeO2分子中,价层电子对数不相等,孤电子对数不相等,孤电子对数越多,排斥力越大,所以键角不相等,D错误。
4.(1)(山东卷节选)[BMIM]+BFeq \o\al(-,4)(见图)是MnOx晶型转变的诱导剂。BFeq \o\al(-,4)的空间结构为______________;[BMIM]+中咪唑环存在Πeq \o\al(6,5)大π键,则N原子采取的轨道杂化方式为______。
(2)(北京卷节选)SnCl2和SnCl4是锡的常见氯化物,SnCl2可被氧化得到SnCl4。
①SnCl2分子的VSEPR模型名称是___________。
②SnCl4的Sn—Cl键是由锡的________轨道与氯的3p轨道重叠形成______键。
解析:(2)①SnCl2中Sn的价层电子对数为eq \f(4+2,2)=3,VSEPR模型是平面三角形。②SnCl4中Sn的价层电子对数为eq \f(4+4,2)=4,有4个σ键,所以Sn采用sp3杂化方式,则SnCl4的Sn—Cl键是由锡的sp3杂化轨道与氯的3p轨道重叠形成σ键。
(4)(山东卷节选)ClO2中心原子为Cl,Cl2O中心原子为O,二者均为V形结构,但ClO2中存在大π键(Πeq \o\al(5,3))。ClO2中Cl原子的轨道杂化方式为______;O—Cl—O键角_____Cl—O—Cl键角(填“>”“<”或“=”)。比较ClO2与Cl2O中Cl—O键的键长并说明原因_________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________。
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