2.2 分子的空间结构（8大题型专项训练）化学人教版选择性必修2

第2节 分子的空间结构 题型01 分子结构的测定 题型02 常见分子的空间结构 题型03 孤电子对数的计算 题型04 价层电子对互斥模型 题型05 根据VSEPR模型模型判断微粒的空间结构 题型06 杂化轨道理论 题型07 杂化轨道理论与分子空间构型的关系 题型08 等电子体原理与分子结构 题型01 分子结构的测定 解题必备： 1.红外光谱确定官能团和化学键的类型。 2.质谱法测定相对分子质量，即：由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最大（最右边）的就是未知物的相对分子质量，注意：当“质”为该有机物的相对分子质量，“荷”为一个单位电荷时，质荷比的最大值即为该有机物的相对分子质量——质谱图中最右边的数据。 【典例1】化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列说法正确的是 A．X射线衍射技术不能用于有机化合物晶体结构的测定 B．分析有机物的红外光谱图，可获得分子中所含化学键或官能团个数的信息 C．核磁共振氢谱能准确测定有机物中氢元素的个数 D．质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法 【变式1-1】下列说法不正确的是( ) A．用燃烧分析法可确定有机物的分子结构 B．用质谱图可确定有机物的相对分子质量 C．红外光谱图能确定有机物分子中的官能团 D．核磁共振氢谱图可确定分子中不同化学环境的氢原子的种类和数目之比 【变式1-2】下列说法中不正确的是( ) A．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推测分子的结构 B．CH3CH2OH的红外光谱图中显示含有C-H、C-O、O-H等键 C．质谱仪的基本原理是在质谱仪中使分子得到电子变成分子离子和碎片离子等粒子 D．化学家根据质谱图中最大质荷比推测被测物的相对分子质量 【变式1-3】准确测定有机物的分子结构，对从分子水平去认识物质世界，推动近代有机化学的发展十分重要。采用现代仪器分析方法，可以快速、准确地测定有机化合物的分子结构例，如质谱、红外光谱、核磁共振等。有机化合物A的谱图如下，根据谱图可推测其结构简式为        A．CH3OCH3 B．CH3CH2CHO C．HCOOH D．CH3CH2OH 题型02 常见分子的空间结构 解题必备：记住常见分子的空间结构，可类推出相同类别物质的空间结构。 空间结构 常见物质 直线形 BeCl2、HCN、C2H2、CO2等 V形 H2O、H2S、SO2等 平面三角形 BF3、SO3等 三角锥形 PH3、PCl3、NH3等 正四面体形 CH4、CCl4、SiH4、SiF4等 四面体形(非正四面体形) CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等 【典例2】下列表示不正确的是( ) A．水分子的空间结构模型： B．CO2的空间结构模型：： C．BF3的空间结构模型： D．P4O6的空间结构模型： 【变式2-1】下列分子的空间结构模型或键角正确的是 A． B． C． D． 【变式2-2】下列分子的空间结构模型正确的是 A．CO2： B．H2O： C．NH3： D．CH4： 【变式2-3】下列关于物质的分子空间结构判断中不正确的是( ) A．H 2O直线形 B．氨气三角锥形 C．甲烷正四面体形 D．CO2直线形 题型03 孤电子对数的计算 解题必备： 分子中孤电子对个数=(中心原子价电子数-配原子个数×配原子形成稳定结构需要的电子数)。 阳离子中孤电子对个数=(中心原子价电子数-电荷数-配原子个数×配原子形成稳定结构需要的电子数)。 阴离子中孤电子对个数=(中心原子价电子数+电荷数-配原子个数×配原子形成稳定结构需要的电子数)。 【典例3】下列分子或离子中，中心原子含有孤电子对的是( ) A．PCl5 B．NO C．SiCl4 D．PbCl2 【变式3-1】有关NH3分子的结构分析正确的是(　　) A．中心原子孤电子对数为0，分子为平面三角形，键角为120° B．中心原子孤电子对数为0，分子为三角锥形，键角为107° C．中心原子孤电子对数为1，分子为三角锥形，键角为107° D．中心原子孤电子对数为1，分子为平面三角形，键角为109°28′ 【变式3-2】下列分子或离子的中心原子，带有一对孤电子对的是(　　) A．H2O B．BeCl2 C．CH4 D．PCl3 【变式3-3】 SO离子的中心原子孤对电子计算公式为(a－xb)/2，下列对应的数值正确的是(　　) A．a＝8　x＝3　b＝2 B．a＝6　x＝3　b＝2 C．a＝4　x＝2　b＝3 D．a＝6　x＝2　b＝3 题型04 价层电子对互斥模型 用价层电子对互斥理论推测分子或离子构型的思维程序： 确定ABm型分子或离子空间结构的思路： (1)σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数=中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型 分子或离子的空间结构。 (2)若中心原子A无孤电子对，则分子或离子的空间结构与VSEPR模型一致。若中心原子A有孤电子对，则分子或离子的空间结构为略去中心原子上孤电子对后的空间结构。 【典例4】下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是( ) A．SO32- B．ClO4- C．NO2- D．ClO3- 【变式4-1】用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是(　　) A．直线形；三角锥形 B．V形；三角锥形 C．直线形；平面三角形 D．V形；平面三角形 【变式4-2】若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价层电子对互斥理论，下列说法正确的是(　　) A．若n＝2，则分子的立体结构为V形 B．若n＝3，则分子的立体结构为三角锥形 C．若n＝4，则分子的立体结构为正四面体形 D．以上说法都不正确 【变式4-3】下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是 ( ) A．SO32-　　　 　B．ClO4-　　　　C．NO2-　　 　　D．ClO3- 题型05 根据VSEPR模型模型判断微粒的空间结构 利用VSEPR模型确定分子的空间结构的注意事项 (1)对于ABn型分子，成键电子对数等于与中心原子相连的原子个数。 (2)分子的中心原子上孤电子对数为0时，VSEPR模型与分子空间结构相同。 (3)分子的空间结构与分子类型有关，如AB2型分子只能为直线形或V形结构，AB3型分子只能为平面三角形或三角锥形结构。故根据分子类型(ABn型)和孤电子对数能很快确定分子的空间结构 【典例5】用价层电子对互斥理论()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．H2O、H2S、H2Se分子的空间结构均为V形，且键角：H2O＜H2S＜H2Se B．AlCl3、SO3都是平面三角形的分子 C．BF3和NF3均为非极性分子 D．ClO3-的空间结构为平面三角形 【变式5-1】列分子价层电子对互斥理论模型与分子结构模型一致的是( ) A．水 B．甲烷 C．氨 D．二氧化硫 【变式5-2】用价层电子对互斥模型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(　　) A．PCl3为平面三角形 B．SO3与CO32-为平面三角形 C．SO2键角大于120° D．BF3是三角锥形分子 【变式5-3】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．PCl3和PCl5均为极性分子 B．XeF2与XeO2的键角相等 C．NH3和H3O+的VSEPR模型均为四面体形 D．SO32-和CH2O的空间构型均为平面三角形 题型06 杂化轨道理论 杂化轨道类型的判断技巧 利用中心原子的孤电子对数与相连的其他原子个数之和判断。若之和为2，则中心原子为sp杂化；若之和为3，则中心原子为sp2杂化；若之和为4，则中心原子为sp3杂化。例如：NH3中N原子有1对孤电子对，另外与3个氢原子成键，所以之和为1＋3＝4，为sp3杂化，理论构型为正四面体形，由于N原子有1对孤电子对，实际构型为三角锥形。再如CO2中C原子没有孤电子对，与2个氧原子成键，所以和为0＋2＝2，为sp杂化。 【典例6】下图表示某原子在形成分子时的杂化过程。关于该过程，下列说法正确的是( ) A．该过程表示的是sp3杂化 B．图中的s轨道可能属于K层 C．杂化后，pz轨道可用于形成π键 D．杂化前，p轨道可能比s轨道的能量低 【变式6-1】有机物CH3CH=CH—C≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为(　　) A．sp、sp2、sp3　　　　 B．sp3、sp2、sp C．sp2、sp、sp3 D．sp3、sp、sp2 【变式6-2】列有关杂化轨道的说法不正确的是(　　) A．原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新轨道 B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等 C．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原则 D．CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109.5° 【变式6-3】下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　) A．CO2和SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H4与C2H2(C2H2的结构简式为CH≡CH) 题型07 杂化轨道理论与分子空间构型的关系 1．杂化轨道数目与成键数目相同时分子的空间构型 当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是σ键，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致。 实例 BeCl2 BF3 CH4 杂化类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原子轨道及数目 1个s轨道 1个p轨道 1个s轨道 2个p轨道 1个s轨道 3个p轨道 杂化轨道的数目 2 3 4 杂化轨道间的夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道空间构型 直线形 平面三角形 正四面体 分子的空间构型 直线形 平面三角形 正四面体 2．常见分子的空间构型 杂化类型 分子类型 空间构型 举例 sp3 AB4 正四面体 CH4、CCl4、NH4+、金刚石等 AB3C 四面体 CH3Cl、CH3CH3等 AB3 三角锥 NH3、NF3等 AB2 V形 H2O、H2S sp2 AB3 平面三角形 BF3、AlCl3、、苯环等 sp AB2 直线形 CO2、CS2、等 【典例7】表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是 (　　) 选项 粒子 空间结构 解释 A 氨基负离子(N) 直线形 N原子采取sp杂化 B 二氧化硫(SO2) V形 S原子采取sp3杂化 C 碳酸根离子(CO32-) 三角锥形 C原子采取sp3杂化 D 乙炔(C2H2) 直线形 C原子采取sp杂化且C原子的价电子均参与成键 【变式7-1】下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是　 (　　) 选项 粒子 空间结构 杂化方式 A SO3 平面三角形 S原子采取sp杂化 B SO2 V形 S原子采取sp3杂化 C CO32- 三角锥形 C原子采取sp2杂化 D C2H2 直线形 C原子采取sp杂化 【变式7-2】下列说法中正确的是　(　　) A．中心原子采取sp3杂化的分子，其几何构型都是四面体型 B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道 C．苯分子的碳原子是sp2杂化，分子的空间构型为平面结构 D．AB3型的分子空间构型必为平面三角形 【变式7-3】下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是( ) A．AsH3　平面三角形　sp3杂化 B．H3O+　 平面三角形　sp2杂化 C．H2Se　V形　sp3杂化 D．CO32-　三角锥形　    sp3杂化 题型08 等电子体原理与分子结构 1.等电子原理：等电子体具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近，此原理称为等电子原理，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。 2.确定等电子体的方法：变换过程中注意电荷变化，并伴有元素种类的改变 序号 方法 示例 1 竖换：把同族元素(同族原子价电子数相同)上下交换， 即可得到相应的等电子体 CO2与CS2、O3与SO2 2 横换：换相邻主族元素，这时候价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等 N2与CO 3 可以将分子变换为离子，也可以将离子变换为分子 O3与NO、CH4与NH CO与CN－ 【典例8】通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是(　　) A．CH4和NH是等电子体，键角均为60° B．NO和CO是等电子体，均为平面三角形结构 C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构 D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道 【变式8-1】下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是　 (　　) 选项 粒子 空间结构 杂化方式 A SO3 平面三角形 S原子采取sp杂化 B SO2 V形 S原子采取sp3杂化 C CO32- 三角锥形 C原子采取sp2杂化 D C2H2 直线形 C原子采取sp杂化 【变式8-2】由短周期元素原子构成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，立体结构相似的是(　　) A．SO2与O3 B．CO2与NO2 C．CS2与NO2 D．PCl3与BF3 【变式8-3】根据等电子原理：由短周期元素原子构成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，它们具有相似的结构特征。以下各组微粒结构不相似的是(　　) A.CO和N2 B.O3和N C.CO2和N2O D.N2H4和C2H4 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2节 分子的空间结构 题型01 分子结构的测定 题型02 常见分子的空间结构 题型03 孤电子对数的计算 题型04 价层电子对互斥模型 题型05 根据VSEPR模型模型判断微粒的空间结构 题型06 杂化轨道理论 题型07 杂化轨道理论与分子空间构型的关系 题型08 等电子体原理与分子结构 题型01 分子结构的测定 解题必备： 1.红外光谱确定官能团和化学键的类型。 2.质谱法测定相对分子质量，即：由于相对质量越大的分子离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此谱图中的质荷比最大（最右边）的就是未知物的相对分子质量，注意：当“质”为该有机物的相对分子质量，“荷”为一个单位电荷时，质荷比的最大值即为该有机物的相对分子质量——质谱图中最右边的数据。 【典例1】化学分析的手段通常有定性分析、定量分析、仪器分析等，现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列说法正确的是 A．X射线衍射技术不能用于有机化合物晶体结构的测定 B．分析有机物的红外光谱图，可获得分子中所含化学键或官能团个数的信息 C．核磁共振氢谱能准确测定有机物中氢元素的个数 D．质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法 【答案】D 【解析】A．X射线衍射技术能够精确测定原子在晶体中的空间位置，是迄今研究分子结构的主要技术，故A错误；B．红外光谱图常用来测定分子中含有的化学键或官能团，但不能获得分子中所含化学键或官能团个数的信息，故B错误；C．核磁共振氢谱能够测定有机物中氢原子的种类和数量比，不能测定有机物中氢元素的个数，故C错误；D．质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法，故D正确；故选D。 【变式1-1】下列说法不正确的是( ) A．用燃烧分析法可确定有机物的分子结构 B．用质谱图可确定有机物的相对分子质量 C．红外光谱图能确定有机物分子中的官能团 D．核磁共振氢谱图可确定分子中不同化学环境的氢原子的种类和数目之比 【答案】A 【解析】A项，用燃烧分析法可确定有机物的分子式，故A错误；B项，用质谱图可确定有机物的相对分子质量，故B正确；C项，红外光谱图能确定有机物中所含官能团的种类，故C正确；D项，核磁共振氢谱中有几个峰，有机物中就有几种氢原子，核磁共振氢谱图可确定分子中不同化学环境的氢原子的种类和数目之比，故D正确；故选A。 【变式1-2】下列说法中不正确的是( ) A．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推测分子的结构 B．CH3CH2OH的红外光谱图中显示含有C-H、C-O、O-H等键 C．质谱仪的基本原理是在质谱仪中使分子得到电子变成分子离子和碎片离子等粒子 D．化学家根据质谱图中最大质荷比推测被测物的相对分子质量 【答案】C 【解析】质谱仪的基本原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子，C错误。故选C。 【变式1-3】准确测定有机物的分子结构，对从分子水平去认识物质世界，推动近代有机化学的发展十分重要。采用现代仪器分析方法，可以快速、准确地测定有机化合物的分子结构例，如质谱、红外光谱、核磁共振等。有机化合物A的谱图如下，根据谱图可推测其结构简式为        A．CH3OCH3 B．CH3CH2CHO C．HCOOH D．CH3CH2OH 【答案】D 【解析】由核磁共振氢谱图可知该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子，符合该条件的有B、D两个选项，由质谱图可得该有机物的相对分子质量为46，故答案选D。 题型02 常见分子的空间结构 解题必备：记住常见分子的空间结构，可类推出相同类别物质的空间结构。 空间结构 常见物质 直线形 BeCl2、HCN、C2H2、CO2等 V形 H2O、H2S、SO2等 平面三角形 BF3、SO3等 三角锥形 PH3、PCl3、NH3等 正四面体形 CH4、CCl4、SiH4、SiF4等 四面体形(非正四面体形) CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等 【典例2】下列表示不正确的是( ) A．水分子的空间结构模型： B．CO2的空间结构模型：： C．BF3的空间结构模型： D．P4O6的空间结构模型： 【答案】B 【解析】A项，水中氧原子分别与两个氢原子形成共价键，Ｏ的价层电子对数4，含有2个孤电子对，则水分子为V型结构，空间结构模型为，A正确；B项，CO2的空间结构为直线型，中心C原子的半径应大于O原子半径，B错误；C项，F3的空间结构模型根据杂化轨道理论，B原子采用3+0，sp2杂化，属于平面三角形，C正确；D项，P4O6分子内每个磷原子分别与3个氧原子各共用1对电子对，每个氧原子与2个磷原子各共用1对电子对，则空间结构模型：，D正确；故选B。 【变式2-1】下列分子的空间结构模型或键角正确的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A．甲烷是正四面体结构，碳原子在正四面体中心，键角为109°28'，故A正确；B．H2S是V形结构，不是直线形结构，故B错误；C．NH3是三角锥形结构，键角小于109°28'，大约为107°，故C错误；D．CO2是直线形结构，故D错误；故选A。 【变式2-2】下列分子的空间结构模型正确的是 A．CO2： B．H2O： C．NH3： D．CH4： 【答案】D 【解析】A．CO2的空间结构为直线形，A模型错误；B．H2O的空间结构为V形，B模型错误；C．NH3的空间结构为三角锥形，C模型错误；D．CH4的空间结构为正四面体形，D模型正确。答案为D。 【变式2-3】下列关于物质的分子空间结构判断中不正确的是( ) A．H 2O直线形 B．氨气三角锥形 C．甲烷正四面体形 D．CO2直线形 【答案】A 【解析】水是V形结构，A符合题意。 题型03 孤电子对数的计算 解题必备： 分子中孤电子对个数=(中心原子价电子数-配原子个数×配原子形成稳定结构需要的电子数)。 阳离子中孤电子对个数=(中心原子价电子数-电荷数-配原子个数×配原子形成稳定结构需要的电子数)。 阴离子中孤电子对个数=(中心原子价电子数+电荷数-配原子个数×配原子形成稳定结构需要的电子数)。 【典例3】下列分子或离子中，中心原子含有孤电子对的是( ) A．PCl5 B．NO C．SiCl4 D．PbCl2 【答案】D 【解析】A项，PCl5中心原子碳原子孤电子对个数=(5-5×1)=0，没有孤对电子，故A不选；B项，NO3-中心原子碳原子孤电子对个数=(5+1-3×2)=0，没有孤对电子，故B不选；C项，SiCl4中心原子碳原子孤电子对个数=(4-4×1)=0，没有孤对电子，故C不选；D项，PbCl2中心原子碳原子孤电子对个数=(4-2×1)=1，有孤对电子，故D选；故选D。 【变式3-1】有关NH3分子的结构分析正确的是(　　) A．中心原子孤电子对数为0，分子为平面三角形，键角为120° B．中心原子孤电子对数为0，分子为三角锥形，键角为107° C．中心原子孤电子对数为1，分子为三角锥形，键角为107° D．中心原子孤电子对数为1，分子为平面三角形，键角为109°28′ 【答案】C 【解析】N原子上的孤电子对数＝(5－3×1)＝1，NH3为三角锥形。 【变式3-2】下列分子或离子的中心原子，带有一对孤电子对的是(　　) A．H2O B．BeCl2 C．CH4 D．PCl3 【答案】D 【解析】H2O有2对孤电子对，BeCl2和CH4没有孤电子对。 【变式3-3】 SO离子的中心原子孤对电子计算公式为(a－xb)/2，下列对应的数值正确的是(　　) A．a＝8　x＝3　b＝2 B．a＝6　x＝3　b＝2 C．a＝4　x＝2　b＝3 D．a＝6　x＝2　b＝3 【答案】A 【解析】SO3离子的中心原子孤对电子计算公式为(a－xb)/2中，a指中心原子价电子个数，x指配原子个数，b指配原子形成稳定结构需要的电子个数，因此a＝6＋2＝8，x＝3，b＝2，故选A。 题型04 价层电子对互斥模型 用价层电子对互斥理论推测分子或离子构型的思维程序： 确定ABm型分子或离子空间结构的思路： (1)σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数=中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型 分子或离子的空间结构。 (2)若中心原子A无孤电子对，则分子或离子的空间结构与VSEPR模型一致。若中心原子A有孤电子对，则分子或离子的空间结构为略去中心原子上孤电子对后的空间结构。 【典例4】下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是( ) A．SO32- B．ClO4- C．NO2- D．ClO3- 【答案】B 【解析】A项，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，离子的VSEPR模型为正四面体形，空间结构为三角锥形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故A错误；B项，高氯酸根离子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为0，离子的VSEPR模型和空间结构都为正四面体形，所以离子的空间结构模型与空间结构一致，故B正确；C项，亚硝酸根离子中氮原子的价层电子对数为3，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为三角锥形，空间结构为V形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故C错误；D项，氯酸根离子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为正四面体形，空间结构为三角锥形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故D错误；故选B。 【变式4-1】用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是(　　) A．直线形；三角锥形 B．V形；三角锥形 C．直线形；平面三角形 D．V形；平面三角形 【答案】D 【解析】H2S与H2O类似，中心原子S上有2对孤电子对，为了减小孤电子对的排斥作用，只能将H和孤电子对相间排列，H2S分子构型呈V形；BF3分子的中心原子B上无孤电子对，当分子构型呈平面三角形时，成键电子对之间的斥力最小，分子最稳定。故选D。 【变式4-2】若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价层电子对互斥理论，下列说法正确的是(　　) A．若n＝2，则分子的立体结构为V形 B．若n＝3，则分子的立体结构为三角锥形 C．若n＝4，则分子的立体结构为正四面体形 D．以上说法都不正确 【答案】C 【解析】若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子的立体结构为直线形；当n＝3时，分子的立体结构为平面三角形；当n＝4时，分子的立体结构为正四面体形。 【变式4-3】下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是 ( ) A．SO32-　　　 　B．ClO4-　　　　C．NO2-　　 　　D．ClO3- 【答案】B 【解析】SO32-的中心原子价层电子对数为4，且含1个孤电子对，所以其VSEPR模型与其空间结构不一致，A项错误；ClO4-的中心原子价层电子对数为4，不含孤电子对，所以其VSEPR模型与其空间结构一致，B项正确；NO2-的中心原子价层电子对数为3，含有1个孤电子对，其VSEPR模型与其空间结构不一致，C项错误；ClO3-的中心原子价层电子对数为4，含有1个孤电子对，其VSEPR模型与其空间结构不一致，D项错误。 题型05 根据VSEPR模型模型判断微粒的空间结构 利用VSEPR模型确定分子的空间结构的注意事项 (1)对于ABn型分子，成键电子对数等于与中心原子相连的原子个数。 (2)分子的中心原子上孤电子对数为0时，VSEPR模型与分子空间结构相同。 (3)分子的空间结构与分子类型有关，如AB2型分子只能为直线形或V形结构，AB3型分子只能为平面三角形或三角锥形结构。故根据分子类型(ABn型)和孤电子对数能很快确定分子的空间结构 【典例5】用价层电子对互斥理论()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．H2O、H2S、H2Se分子的空间结构均为V形，且键角：H2O＜H2S＜H2Se B．AlCl3、SO3都是平面三角形的分子 C．BF3和NF3均为非极性分子 D．ClO3-的空间结构为平面三角形 【答案】B 【解析】A项，H2O、H2S、H2Se的中心原子的价层电子对数均为2+=4，含有2个孤电子对，分子的空间结构均为V形，由于电负性O＞S＞Se，中心原子电子云密度H2O＞H2S＞H2Se，故键角H2O＞H2S＞H2Se，故A错误；B项，AlCl3的中心原子的价层电子对数为3+=3，不含孤电子对，空间构型为平面三角形；SO3中心原子的价层电子对数均为3+=3，不含孤电子对，空间构型为平面三角形，故B正确；C项，BF3中心原子的价层电子对数为3+=3，不含孤电子对，空间构型为平面三角形，是非极性分子，NF3中心原子的价层电子对数为3+=4，含1个孤电子对，是三角锥形分子，为极性分子，故C错误；D项，ClO3-的中心原子的价层电子对数为3+=4，含1个孤电子对，空间构型为三角锥形，故D错误；故选B。 【变式5-1】列分子价层电子对互斥理论模型与分子结构模型一致的是( ) A．水 B．甲烷 C．氨 D．二氧化硫 【答案】B 【解析】A项，水的价层电子对数为：，价层电子对模型为正四面体，分子构型为V形，两者不一致，A错误；B项，甲烷的价层电子对数为：，价层电子对模型为正四面体，分子构型为正四面体，两者一致，B正确；C项，氨气的价层电子对数为：，价层电子对模型为正四面体，分子构型为三角锥形，两者不一致，C错误；D项，二氧化硫的价层电子对数为：，价层电子对模型为平面三角形，分子构型为V形，两者不一致，D错误；故选B。 【变式5-2】用价层电子对互斥模型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(　　) A．PCl3为平面三角形 B．SO3与CO32-为平面三角形 C．SO2键角大于120° D．BF3是三角锥形分子 【答案】B 【解析】PCl3分子中，P原子的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4，含有1个孤电子对，分子应为三角锥形，A错误；SO3和CO32-中S和C的价层电子对数均为3，中心原子无孤电子对，微粒结构均为平面三角形，B项正确；SO2的中心原子为硫原子，其价层电子对数为2+×(6-2×2)=3，有1个孤电子对，孤电子对对两个成键电子对的斥力大，键角小于120°，C错误；BF3的中心原子为B原子，其价层电子对数为3+×(3-3×1)=3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，D错误。 【变式5-3】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．PCl3和PCl5均为极性分子 B．XeF2与XeO2的键角相等 C．NH3和H3O+的VSEPR模型均为四面体形 D．SO32-和CH2O的空间构型均为平面三角形 【答案】C 【解析】A项，PCl3中P原子的价层电子对数为，空间构型为三角锥形，是极性分子，PCl5中P原子的价层电子对数为，空间构型为三角双锥，为非极性分子，A错误；B项，XeF2中Xe原子的价层电子对数为，XeO2中Xe原子的价层电子对数为，VSEPR模型不同，键角不相等，B错误；C项，NH3中N原子的价层电子对数为，H3O+中O原子的价层电子对数为，VSEPR模型均为四面体形，C正确；D项，SO32-中S原子的价层电子对数为，离子空间构型为三角锥形，CH2O的结构简式为：，碳氧之间为双键，空间构型为平面三角形，D错误；故选C。 题型06 杂化轨道理论 杂化轨道类型的判断技巧 利用中心原子的孤电子对数与相连的其他原子个数之和判断。若之和为2，则中心原子为sp杂化；若之和为3，则中心原子为sp2杂化；若之和为4，则中心原子为sp3杂化。例如：NH3中N原子有1对孤电子对，另外与3个氢原子成键，所以之和为1＋3＝4，为sp3杂化，理论构型为正四面体形，由于N原子有1对孤电子对，实际构型为三角锥形。再如CO2中C原子没有孤电子对，与2个氧原子成键，所以和为0＋2＝2，为sp杂化。 【典例6】下图表示某原子在形成分子时的杂化过程。关于该过程，下列说法正确的是( ) A．该过程表示的是sp3杂化 B．图中的s轨道可能属于K层 C．杂化后，pz轨道可用于形成π键 D．杂化前，p轨道可能比s轨道的能量低 【答案】C 【解析】A项，该过程为sp2杂化，同一能层上的1个s轨道和2个p轨道杂化形成键角为120°的3个sp2，还有1个pz轨道未参与杂化，A错误；B项，K层上只有1s轨道，没有p轨道，则图中的s轨道不可能属于K层，应该在L层及以后能层，B错误；C项，由图可知，该过程表示sp2杂化，未参与杂化的pz轨道用于形成派键，C正确；D项，由杂化原则可知，只有能量相近的轨道才能相互杂化，即同一能级上的ns和np轨道才能杂化，则杂化前，p轨道比s轨道的能量高，D错误；故选C。 【变式6-1】有机物CH3CH=CH—C≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为(　　) A．sp、sp2、sp3　　　　 B．sp3、sp2、sp C．sp2、sp、sp3 D．sp3、sp、sp2 【答案】B 【解析】甲基上C原子采取sp3杂化；碳碳双键上碳原子采取sp2杂化；碳碳三键的C原子采取sp杂化。 【变式6-2】列有关杂化轨道的说法不正确的是(　　) A．原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新轨道 B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等 C．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原则 D．CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109.5° 【答案】B 【解析】轨道数目杂化前后一定相等。 【变式6-3】下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　) A．CO2和SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H4与C2H2(C2H2的结构简式为CH≡CH) 【答案】B 【解析】CO2分子中，C原子为sp杂化，SO2分子中的S原子为sp2杂化；CH4分子中C原子为sp3杂化，NH3分子中N原子也为sp3杂化；BeCl2分子中Be原子为sp杂化，BF3分子中B原子为sp2杂化；C2H2分子中C原子为sp杂化，而C2H4分子中C原子为sp2杂化。 题型07 杂化轨道理论与分子空间构型的关系 1．杂化轨道数目与成键数目相同时分子的空间构型 当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是σ键，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致。 实例 BeCl2 BF3 CH4 杂化类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原子轨道及数目 1个s轨道 1个p轨道 1个s轨道 2个p轨道 1个s轨道 3个p轨道 杂化轨道的数目 2 3 4 杂化轨道间的夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道空间构型 直线形 平面三角形 正四面体 分子的空间构型 直线形 平面三角形 正四面体 2．常见分子的空间构型 杂化类型 分子类型 空间构型 举例 sp3 AB4 正四面体 CH4、CCl4、NH4+、金刚石等 AB3C 四面体 CH3Cl、CH3CH3等 AB3 三角锥 NH3、NF3等 AB2 V形 H2O、H2S sp2 AB3 平面三角形 BF3、AlCl3、、苯环等 sp AB2 直线形 CO2、CS2、等 【典例7】表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是 (　　) 选项 粒子 空间结构 解释 A 氨基负离子(N) 直线形 N原子采取sp杂化 B 二氧化硫(SO2) V形 S原子采取sp3杂化 C 碳酸根离子(CO32-) 三角锥形 C原子采取sp3杂化 D 乙炔(C2H2) 直线形 C原子采取sp杂化且C原子的价电子均参与成键 【答案】D 【解析】NH2-中N原子采取sp3杂化，且孤电子对数为2，离子的空间结构为V形，A项错误；SO2中S原子的价层电子对数=σ键个数+孤电子对数=2+×(6-2×2)=3，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，孤电子对数为1，分子的空间结构为V形，B项错误； CO32-中C原子的价层电子对数=3+×(4+2-3×2)=3，不含孤电子对，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，离子空间结构为平面三角形，C项错误；C2H2中C原子采取sp杂化，且C原子的价电子均参与成键，所以分子的空间结构为直线形，D项正确。 【变式7-1】下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是　 (　　) 选项 粒子 空间结构 杂化方式 A SO3 平面三角形 S原子采取sp杂化 B SO2 V形 S原子采取sp3杂化 C CO32- 三角锥形 C原子采取sp2杂化 D C2H2 直线形 C原子采取sp杂化 【答案】D 【解析】A项，SO3分子中硫原子的价层电子对数=3+×(6-3×2)=3，不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；B项，SO2分子中硫原子的价层电子对数=2+×(6-2×2)=3，含1个孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为V形，错误；C项， CO32-中碳原子价层电子对数=3+×(4+2-3×2)=3，不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；D项，乙炔(CH≡ CH)分子中每个碳原子均形成2个σ键和2个π键，价层电子对数是2，为sp杂化，空间结构为直线形，正确。 【变式7-2】下列说法中正确的是　(　　) A．中心原子采取sp3杂化的分子，其几何构型都是四面体型 B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道 C．苯分子的碳原子是sp2杂化，分子的空间构型为平面结构 D．AB3型的分子空间构型必为平面三角形 【答案】C 【解析】A选项，分子的几何构型除了与杂化轨道类型，还与中心原子的成键情况有关，错误；B选项，sp3杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和3个p轨道混合形成的，错误；C选项，正确；D选项，AB3型的分子空间构型不一定为平面三角形，也可能是三角锥形。错误。故选C。 【变式7-3】下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是( ) A．AsH3　平面三角形　sp3杂化 B．H3O+　 平面三角形　sp2杂化 C．H2Se　V形　sp3杂化 D．CO32-　三角锥形　    sp3杂化 【答案】C 【解析】A项，AsH3中心原子的价层电子对数=3+(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，A错误；B项，H3O+的中心原子的价层电子对数=3+ (6-1-3×1)=4，O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，B错误；C项，H2Se中心原子的价层电子对数=2+ (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，C正确；D项，CO32-中心原子的价层电子对数=3+ (4+2-3×2)=3，C的杂化方式为sp2，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，D错误；故选C。 题型08 等电子体原理与分子结构 1.等电子原理：等电子体具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近，此原理称为等电子原理，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。 2.确定等电子体的方法：变换过程中注意电荷变化，并伴有元素种类的改变 序号 方法 示例 1 竖换：把同族元素(同族原子价电子数相同)上下交换， 即可得到相应的等电子体 CO2与CS2、O3与SO2 2 横换：换相邻主族元素，这时候价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等 N2与CO 3 可以将分子变换为离子，也可以将离子变换为分子 O3与NO、CH4与NH CO与CN－ 【典例8】通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是(　　) A．CH4和NH是等电子体，键角均为60° B．NO和CO是等电子体，均为平面三角形结构 C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构 D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道 【答案】B 【解析】CH4与NH是正四面体结构，键角是109°28′，A错误；NO和CO是等电子体，均为平面三角形结构，B正确；H3O＋和PCl3的价电子总数不相等，不互为等电子体，C错误；苯分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道，故B3N3H6分子中也存在这种轨道，D错误。 【变式8-1】下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是　 (　　) 选项 粒子 空间结构 杂化方式 A SO3 平面三角形 S原子采取sp杂化 B SO2 V形 S原子采取sp3杂化 C CO32- 三角锥形 C原子采取sp2杂化 D C2H2 直线形 C原子采取sp杂化 【答案】D 【解析】A项，SO3分子中硫原子的价层电子对数=3+×(6-3×2)=3，不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；B项，SO2分子中硫原子的价层电子对数=2+×(6-2×2)=3，含1个孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为V形，错误；C项， CO32-中碳原子价层电子对数=3+×(4+2-3×2)=3，不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；D项，乙炔(CH≡ CH)分子中每个碳原子均形成2个σ键和2个π键，价层电子对数是2，为sp杂化，空间结构为直线形，正确。 【变式8-2】由短周期元素原子构成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，立体结构相似的是(　　) A．SO2与O3 B．CO2与NO2 C．CS2与NO2 D．PCl3与BF3 【答案】A 【解析】各项中原子数均相同，最外层电子数之和分别为A项，18和18；B项，16和17；C项，16和17；D项，26和24。 【变式8-3】根据等电子原理：由短周期元素原子构成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，它们具有相似的结构特征。以下各组微粒结构不相似的是(　　) A.CO和N2 B.O3和N C.CO2和N2O D.N2H4和C2H4 【答案】D 【解析】N2H4和C2H4原子数相同，价电子总数分别为14、12，二者不是等电子体，故结构不相似 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $