2.2 共价键与分子的空间构型 （9大题型专项训练）化学鲁科版选择性必修2

2.2 共价键与分子的空间构型 题型01 杂化轨道理论的理解 题型02 杂化轨道类型的判断 题型03 大π键 题型04 价层电子对数的确定 题型05 价层电子对数与分子空间结构 题型06 等电子原理 题型07 键角大小的比较 题型08 不对称碳原子的判断 题型09 分子极性的判断及应用 题型01 杂化轨道理论的理解 杂化轨道的能量相同 原子在成键时，同一原子内能量相近的原子轨道重新组合形成新的、能量相同的原子轨道 杂化前后轨道数相同 参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数 杂化轨道更易形成共价键(σ键) 杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，从而使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大，形成的共价键更牢固 杂化轨道间的夹角分布最大化 杂化轨道的能量相同，为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同，夹角也不同 【典例1】下列说法中，正确的是 A．杂化轨道能用于形成键和键，还能用于形成离子键 B．中心原子采取杂化的分子，空间结构均为平面三角形 C．所有型的共价化合物，中心原子A都采用杂化成键 D．气态的中心原子采取杂化成键 【答案】D 【详解】A．杂化轨道用于形成σ键，而π键由未杂化的p轨道形成；离子键是静电作用，不涉及轨道重叠，因此杂化轨道不能形成离子键，A错误； B．sp2杂化若存在孤对电子（如SO2），则结构为V形而非平面三角形，B错误； C．XeF4为AB4型，但中心原子Xe采用sp3d2杂化，并非sp3杂化，C错误； D．气态BeCl2中Be的价层电子对数为2，采用sp杂化，呈直线型，D正确； 故选D。 【变式1-1】下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是 A．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变 B．杂化轨道全部参与形成化学键 C．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180° D．四面体形、三角锥形的分子结构可以用sp3杂化轨道理论解释 【答案】B 【详解】A．杂化过程中，杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等，杂化后各个轨道尽可能分散、对称分布，导致轨道的形状发生了改变，故A正确； B．杂化轨道不一定全部参与形成化学键，杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对，如氨分子中氮原子形成4个sp3杂化轨道，但是只有3个杂化轨道参与形成化学键，故B错误； C．sp3、sp2、sp杂化轨道的空间构型分别是正四面体形、平面三角形、直线形，夹角分别为109°28'、120°、180°，故C正确； D．四面体形、三角锥形的分子结构可以用sp3杂化轨道理论解释，如空间构型为正四面体形的甲烷分子中碳原子的杂化方式和空间构型为三角锥形的氨分子中氮原子的杂化方式都为sp3杂化，故D正确； 故选B。 【变式1-2】下列关于杂化轨道的叙述不正确的是 A．杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键 B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对 C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的1个s轨道杂化而成的 D．AB2型共价化合物的中心原子A采取的杂化方式可能不同 【答案】A 【详解】A．杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤对电子，没有杂化的轨道形成π键，故A错误； B．杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤对电子，所以杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对，故B正确； C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与N原子的s轨道杂化而成的，形成4个相同的轨道，故C正确； D．AB2型共价化合物的中心原子的价层电子对数不一定相同，如CO2为sp杂化，SO2为sp2杂化，故D正确； 故选：A。 题型02 杂化轨道类型的判断 1. 杂化轨道的类型 杂化类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原子轨道及数目 1个s轨道和1个p轨道 1个s轨道和2个p轨道 1个s轨道和3个p轨道 杂化轨道的数目 2 3 4 2. 杂化轨道的类型判断 （1）根据杂化轨道的空间结构判断 ①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形，则分子或离子的中心原子发生sp3杂化。 ②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子或离子的中心原子发生sp2杂化。 ③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子或离子的中心原子发生sp杂化。 （2）根据杂化轨道之间的夹角判断 ①若杂化轨道之间的夹角为109°28'，则分子或离子的中心原子发生sp3杂化。 ②若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子或离子的中心原子发生sp2杂化。 ③若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子或离子的中心原子发生sp杂化。 （3）根据中心原子的价层电子对数判断 ①若中心原子的价层电子对数为4，是sp3杂化。 ②若中心原子的价层电子对数为3，是sp2杂化。 ③若中心原子的价层电子对数为2，是sp杂化。 （4）根据分子或离子中有无π键及π键数目（价层电子对数大于2）判断 在有机物中C原子成键时，若没有形成π键（均为单键）为sp3杂化，形成1个π键为sp2杂化，形成2个π键为sp杂化。 【典例2】格氏试剂(RMgX)是有机合成的常用试剂，在乙醚溶液中结晶析出获得，其结构如图所示(H原子未标出)。下列说法错误的是 A．O原子存在孤电子对 B．共价键成分： C．基态原子第一电离能： D．图中○代表C原子，杂化方式为 【答案】B 【详解】A．氧原子的最外层有6个电子，在该化合物中氧原子形成2个共价键达8电子稳定结构，所以O还存在2个孤电子对，A正确； B．电负性：，的电负性差值大于，的离子键成分更多，共价键成分更少，即共价键成分：，B错误； C．同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势，同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小，即基态原子第一电离能：，C正确； D．图中○有10个，而在组成中C有10个，故图中○代表C原子（碳氢键省略），形成4个单键，故C采取杂化，D正确； 故选B。 【变式2-1】反应SO2+Br2+2H2O=H2SO4+2HBr可用于测定空气中SO2的含量。下列说法正确的是 A．SO2的空间填充模型为 B．H2O分子中O原子为sp3杂化 C．H2SO4中含有离子键和共价键 D．Br的基态外围电子排布式为3s23p5 【答案】B 【详解】A．的价层电子对=2+=3，含有2个成键电子对和1个孤电子对，根据价层电子对互斥模型可知其空间填充模型为V形，故A错误； B．分子中O原子价层电子对=2+=4，O原子为杂化，故B正确； C．是只由共价键构成的共价化合物，不含有离子键，故C错误； D．Br的基态外围电子排布式为，故D错误； 故选B。 【变式2-2】在作用下，有机物a可转化为b，反应如下，方框内所有原子共平面。下列说法错误的是 A．基态C原子含有4个未成对电子 B．a分子中含有5个手性碳原子 C．中原子杂化方式为 D．电负性： 【答案】A 【详解】A．基态C原子的电子排布式为1s22s22p2，2p轨道含有2个未成对电子，A项错误； B．手性碳原子是连有4个不同原子或基团的碳原子，根据a的结构简式，其分子中含有5个手性碳原子（用*表示），，B项正确； C．中方框内所有原子共平面，说明其中的原子均采取杂化(原子均参与形成大键)，C项正确； D．同周期主族元素从左到右，电负性逐渐增大，所以电负性：，D项正确。 故选A。 题型03 大π键 1.概念 在一个平面形的多原子分子中，如果相邻原子有垂直于分子平面的、对称性一致的、未参与杂化的原子轨道，那么这些轨道可以相互重叠，形成多中心π键。这种多中心π键又称为“共轭π键”或“离域π键”，简称“大π键”，表示为Πnm，其中m为平行的p轨道数（即参与形成大π键的原子数），n为平行p轨道里的电子数。 2.大π键的形成条件 ①所有参与离域π键的原子都必须在同一平面内，即连接这些原子的中心原子只能采取sp或sp2杂化。 ②所有参与离域π键的原子都必须提供一个或两个相互平行或接近平行的p轨道。 ③根据泡利原理，参与离域π键的p轨道上的电子数必须小于2倍的p轨道数。 3.常见分子（或离子）中的大π键 分子（或离子） 大π键 C6H6（苯） CH2CH—CHCH2 N、C、SO3 CO2、SO2、SCN－、N、、N2O、O3 4.计算大π键中电子数的常用方法 方法一：①确定分子中总价电子数； ②画出分子中的σ键及不与π键p轨道平行的孤对电子轨道； ③总电子数减去这些σ键电子和孤电子对，剩余的就是填入大π键的电子。 方法二：把大π键看成结构式中的π键与邻近原子的平行p轨道中的孤电子对“共轭”，参与“共轭”的电子就是大π键中的电子。 【典例3】由H、C、N、O四种元素组成的化合物的成键结构如图所示，分子中五元环上原子共平面。下列说法正确的是 A．图中代表N原子 B．五元环中存在的大键为 C．该化合物中所有碳氧键键长相等 D．该化合物中原子的杂化类型为杂化 【答案】B 【详解】A．根据有机物的结构图可知球只连接2个键，则球应该代表的O原子，A错误； B．五元环上5个原子共平面，则4个C原子和1个O原子均为杂化，各提供1个p轨道。假设环内的4个C原子各提供1个p电子和1个O原子提供2个p电子，则总电子数，最后形成5原子6电子的大π键，B正确； C．该化合物中若存在单键和双键（如环外羰基），双键键长比单键短，碳氧键键长不相等，C错误； D．根据有机物的结构图可知球连接3个键，则球应该代表的N原子，还存在1个孤电子对，结构为三角锥形，则杂化类型为杂化，D错误； 故答案为：B。 【变式3-1】我国科学家首次用石墨成功合成了毫米级、结构有序、高纯度的六方金刚石。下列说法不正确的是 A．两者的碳原子杂化方式不同 B．两者的晶体类型相同 C．合成过程破坏了石墨的大π键 D．合成过程属于化学变化 【答案】B 【详解】A．石墨中碳原子的价层电子对个数是3、金刚石中碳原子的价层电子对个数是4，碳原子杂化类型：前者为sp2、后者为sp3，故A正确； B．石墨为混合型晶体、六方金刚石为共价晶体，二者的晶体类型不同，故B错误； C．石墨中含有大π键，六方金刚石中只含共价键，所以合成过程中破坏了石墨的大π键，故C正确； D．石墨转化为六方金刚石时有新物质生成，所以该变化为化学变化，故D正确； 故选B。 【变式3-2】维生素可作为辅酶参与糖的代谢，并有保护神经系统的作用，其结构如图所示。下列说法错误的是 A．熔点高于CsCl B．易溶于盐酸 C．五元环为平面结构，则五元环形成的离域大π键为： D．结构中碳原子有两种杂化方式 【答案】A 【详解】A．CsCl为典型的无机离子晶体，熔点较高；维生素B1为有机盐（有机阳离子与Cl⁻形成），有机阳离子体积大、电荷分散，离子键强度弱，晶格能小，熔点低于CsCl，A错误； B．结构含氨基（碱性，可与盐酸反应）、羟基（极性）及季铵盐N⁺（离子型），均为极性基团，易溶于盐酸，B正确； C．五元环各原子采取sp2杂化，为平面结构，N提供1个p电子、双键C各提供1个p电子、S提供2个p电子，共6个电子，离域大π键为，C正确； D．碳原子杂化方式：六元环、五元环中C为sp2杂化，饱和C为sp3杂化，D正确； 故选A。 题型04 价层电子对数的确定 价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数 其中：①a表示中心原子的价电子数。 对于主族元素：a＝原子的最外层电子数。 对于阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数。如NH4＋中a＝5－1＝4。 对于阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数（绝对值）。如CO32－中a＝4＋2＝6。 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。如氧和氧族元素中的S、Se等均为2，卤族元素均为1）。 【典例4】下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳1对孤电子对的是 A．NH3、PCl3、H3O+ B．CO2、BF3、 C．HCN、SO2、BeCl2 D．CH4、NH3、H2O 【答案】A 【详解】A．NH3、PCl3、H3O+中，中心原子的价层电子对数都为4，发生sp3杂化，且杂化轨道容纳1对孤电子对，A符合题意； B．CO2、BF3、中，C原子的价层电子对数为2，发生sp杂化，B原子的价层电子对数为3，发生sp2杂化，S原子的价层电子对数为4，发生sp3杂化，且只有S原子的最外层有1个孤电子对，B不符合题意； C．HCN、SO2、BeCl2中，中心原子C、S、Be的价层电子对数分别为2、3、2，分别发生sp、sp2、sp杂化，且只有S原子的最外层有1个孤电子对，C不符合题意； D．CH4、NH3、H2O中，中心原子C、N、O的价层电子对数都为4，都发生sp3杂化，但最外层具有的孤电子对数分别为0、1、2，D不符合题意； 故选A。 【变式4-1】中国科学院大连化学物理研究所研究员董文锐团队发现全氟异丁腈[]是温室气体六氟化硫()的有效替代品。六氟化硫分子的结构如图所示。 下列说法错误的是 A．分子中S原子价层电子对数为6 B．全氟异丁腈分子含极性键 C．第一电离能： D．全氟异丁腈分子中含手性碳原子 【答案】D 【详解】A．据题图知，每个F原子和1个S原子形成1对共用电子对，每个S原子和6个F原子形成6对共用电子对，A正确； B．全氟异丁腈分子中的碳氟键、碳氮键均为极性键，B正确； C．同一周期随着原子序数变大，第一电离能变大，第一电离能：，C正确； D．手性碳原子是连有四个不同原子或基团的碳原子，则全氟异丁腈分子中不含手性碳原，D错误； 故选D。 【变式4-2】硫代碳酸钠能用于处理废水中的重金属离子，可通过如下反应制备：2NaHS(s) +CS2(l)=Na2CS3 (s) +H2S(g)。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 A．1 mol·L-1的Na2CS3溶液中所含的Na+数目为2NA B．标准状况下，22.4 L CS2中所含的σ键数目为2NA C．常温常压下，56 g NaHS中所含的离子数目为3NA D．常温常压下，1.7 g H2S中S的价层电子对数为0.2NA 【答案】D 【详解】A．没有给出体积，无法计算钠离子数目，A错误； B．二硫化碳在标准状况下不是气体，无法计算二硫化碳的物质的量，B错误； C．56 g NaHS为1mol，阳离子为Na+，阴离子为HS-，所含的离子数目为2NA，C错误； D．常温常压下，1.7 g H2S为0.05mol，1个H2S中S的价层电子对数为2+=4，0.05mol H2S中S的价层电子对数为0.2NA，故D正确； 答案选D。 题型05 价层电子对数与分子空间结构 价电子对数 电子对 的空间 结构 成键 电子 对数 孤电子 对数 电子对的 排列方式 分子的 空间 结构 杂化 类型 实例 2 直线形 2 0 直线形 sp BeCl2、 CO2 3 平面三角形 3 0 平面三角形 sp2 BF3、BCl3 2 1 角形 SnBr2、PbCl2 4 正四面 体形 4 0 正四面体形 sp3 CH4、CCl4 3 1 三角锥形 NH3、NF3 2 2 角形 H2O 【典例5】用价层电子对互斥模型可以判断许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是 A．中心原子的价层电子对数为3，是平面三角形结构 B．键角为，的键角大于 C．是平面三角形的离子 D．、都是三角锥形的分子 【答案】C 【详解】A．的中心原子S原子的价层电子对数为，为sp3杂化，有一对孤对电子，空间构型为三角锥形，A错误；    B．的中心原子的价层电子对数为，为sp2杂化，键角为；的中心原子的价层电子对数为，为sp3杂化，空间构型为正四面体形，键角约109.5°，小于120°，B错误； C．中C原子的价层电子对数为，为sp2杂化，呈平面三角形，C正确； D．PCl3价层电子对数为，为sp3杂化，为三角锥形，CCl4中心原子的价层电子对数为，为正四面体，D错误； 故选C。 【变式5-1】下列化学用语或图示表达正确的是 A．NaCl的电子式 B．SO2的VSEPR模型 C．p-p σ键电子云轮廓图 D．NO的空间结构模型 【答案】D 【详解】 A．氯化钠是离子化合物，由钠离子与氯离子构成，氯化钠的电子式为，故A错误； B．SO2的价层电子数为=3，含有1对孤电子对，其VSEPR模型为，故B错误； C．p-pσ键电子云以“头碰头”方式形成，其电子云轮廓图为，是p-pπ键电子云模型，故C错误； D．CO的价层电子数为=3，无孤电子对，其VSEPR模型和空间构型均为平面三角形，即，故D正确； 故选D。 【变式5-2】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．SO2和SO3的VSEPR模型均为平面三角形 B．和的空间构型均为平面三角形 C．CI4和NH3均为非极性分子 D．BCl3与PCl3的键角相等 【答案】A 【详解】A．SO2价层电子对数，VSEPR模型均为平面三角形，SO3价层电子对数，VSEPR模型均为平面三角形，A正确； B．价层电子对数，sp3杂化，1对孤电子对，空间构型为三角锥形，价层电子对数，sp2杂化，无孤电子对，空间构型为平面三角形，B错误； C．CI4正负电中心重合，为非极性分子，NH3为极性分子，C错误； D．BCl3价层电子对数，sp2杂化，无孤电子对，空间构型为平面三角形，键角为120°，PCl3价层电子对数，sp3杂化，键角小于120°，D错误； 故选A。 题型06 等电子原理 1.基本观点：化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间结构和相同的化学键类型等结构特征。 2.应用举例 离子 通式 价电子总数 空间结构 SO和PO AX4 32 正四面体 SO和ClO AX3 26 三角锥形 【典例6】下列微粒互为等电子体的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【答案】B 【分析】具有相同价电子总数和原子数目的微粒为等电子体，据此分析； 【详解】A．有3个原子，有4个原子，原子数目不同，不符合等电子体条件，A错误； B．和均为3个原子，价电子总数均为16（：3×5+1=16；：4+2×6=16），B正确； C．价电子总数为24（5+3×6+1=24），价电子总数为26（5+3×7=26），数目不同，C错误； D．价电子总数为34（6+4×7=34），价电子总数为32（6+4×6+2=32），数目不同，D错误； 故选B。 【变式6-1】由短周期元素组成的粒子，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。等电子体的空间结构相似。根据上述原理，下列各组粒子中，空间结构不相似的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【答案】C 【详解】A．−和原子数均为2，价电子数之和均为10，属于等电子体，结构均为直线形，空间结构相似；A不符合题意； B．CH4和原子数均为5，价电子数之和均为8，属于等电子体，结构均为正四面体型，空间结构相似；B不符合题意； C．CCl4原子数为5，原子数为4，原子数不同，不满足等电子体条件，CCl4为正四面体，为三角锥形，空间结构不相似；C符合题意； D．CS2和N2O原子数均为3，最外层电子数之和均为16，属于等电子体，结构均为直线型，空间结构相似；D不符合题意； 答案选C。 【变式6-2】氯的含氧酸根离子有ClO-、、、等，关于它们的说法中不正确的是 A．ClO-中Cl显＋1价 B．的空间结构为直线形 C．的空间结构为三角锥形 D．是的等电子体 【答案】B 【详解】A．ClO⁻中O为-2价，原子团电荷为-1，Cl的化合价为+1，A正确； B．中Cl的价层电子对数为4（2对成键，2对孤对），空间构型为V形，而非直线形，B错误； C．中Cl的价层电子对数为4（3对成键，1对孤对），空间构型为三角锥形，C正确； D．与原子数均为5，价电子总数均为32，是等电子体，D正确； 答案选B。 题型07键角大小的比较 1．不同杂化轨道类型的键角大小：sp＞sp2＞sp3。 2．中心原子杂化方式相同，中心原子孤电子对数越多，键角越小。 3．结构相同的物质，中心原子的电负性越大，吸引电子的能力越强，成键电子对距离中心原子较近，成键电子对之间的斥力越大，键角越大。如NH3、PH3、AsH3中，中心原子都采取sp3杂化，都有1对孤电子对，NH3分子的中心原子N的电负性大，成键电子对距离中心原子较近，键角较大，所以这三种物质键角由大到小的顺序为NH3>PH3>AsH3。 4．结构相同的物质，配位原子的电负性越大，成键电子对距离中心原子较远，成键电子对之间的斥力越小，键角越小。如NCl3、NBr3中键角：NCl3<NBr3。 5．双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力。 【典例7】下列有关含N微粒的说法正确的是 A．NH2OH难溶于水 B．的空间构型为直线形 C．NH3的键角比中的大 D．中提供孤电子对的原子是Cu 【答案】C 【详解】A．NH2OH含有-NH2和-OH，能与水形成氢键，故NH2OH易溶于水，A错误； B．的中心N原子价层电子对数为2+=2+1=3，孤电子对数为1，空间构型为V形，B错误； C．NH3的中心N原子价层电子对数为3+=3+1=4，孤电子对数为1；的中心N原子价层电子对数为2+=2+2=4，孤电子对数为2，的中N的孤电子对数更多，孤电子对对成键电子对的排斥作用更大，因此的的键角更小，C正确； D．[Cu(NH3)4]2+中，NH3（配体）的N原子提供孤电子对，Cu2+作为中心离子接受孤电子对，D错误； 故答案为C。 【变式7-1】如图为在不同条件下的存在形式，有关说法不正确的是 A．Ⅰ结构中的杂化类型为 B．熔点：Ⅱ＜Ⅲ C．与原子之间的键长： D．键角： 【答案】D 【详解】A．Ⅰ结构中S原子与3个O原子直接相连，形成3个σ键，S的价电子数为6，与3个O形成σ键时共用了3对电子，因此孤电子对数为0，价层电子对数为3，其中S的杂化类型为sp2，A正确； B．Ⅱ、Ⅲ均为SO3的聚合结构，分子晶体的熔点随相对分子质量增大而升高，Ⅲ的链状结构相对分子质量更大，因此熔点Ⅱ＜Ⅲ，B正确； C．键长与键的类型相关：双键（或含双键成分）的键长短于单键，a对应的是普通单键，b对应含双键成分的键，因此键长b＜ a，C正确; D．Ⅱ中S和Ⅲ中∠2的O都采取sp3杂化，Ⅱ中S上没有孤电子对，Ⅲ中∠2的O上有孤电子对，孤电子对具有较大的斥力，则键角∠2＜∠1，D错误； 故选D。 【变式7-2】二氧化碳()在电催化领域应用的最新趋势是与其他结构单元(如：、、、、)反应生成丰富的产物。下列说法错误的是 A．中的N的价层电子对数为3 B．键的极性： C．键角： D．键能： 【答案】C 【详解】A．硝酸根离子（）中N的价层电子对数为，根据VSEPR理论，为平面三角形结构，N原子采用杂化，形成3个σ键，无孤电子对，价层电子对数为3，A正确； B．O的电负性（3.44）大于N（3.04），H-O键的极性更强，B正确； C．（约104.5°）<（约107°），的键角小于，C错误； D．N≡N（946 kJ/mol）> N=N（418 kJ/mol），三键键能显著大于双键，D正确； 故答案选C。 题型08 不对称碳原子的判断 1.定义：仅通过单键连接其他原子的碳原子，当其所连接的四个原子或基团均不相同时，这个碳原子称为不对称碳原子，也可以成为手性碳原子。 2.应用：常用有无不对称碳原子推测分子是否为手性分子，进而判断分子有无旋光性。 【典例8】《Science》报道，中科院天津工业生物研究所以和为原料，氧化锌为催化剂先合成甲醇，再经合成葡萄糖等共11步反应，实现了从到淀粉的全合成。下列有关说法错误的是 A．和反应生成的方程式为： B．甲醇的电子式为： C．葡萄糖分子中含有4个不对称碳原子(手性碳原子) D．基态锌原子的价电子轨道表示式为： 【答案】D 【详解】A．结合质量守恒定律可知和反应生成的方程式为：，A正确； B．由甲醇的结构简式逆向思考可得其电子式为，B正确； C．葡萄糖的结构简式为CH2OHCH(OH)CH(OH)CH(OH)CH(OH)CHO，2,3,4,5号C均为手性碳，C正确； D．Zn是30号元素，其价电子排布式为3d104s2，显然，其价电子包括3d轨道和4s轨道的电子，D错误； 答案选D。 【变式8-1】作为绿色氧化剂应用广泛，氢醌法制备原理如下。下列说法正确的是 A．镍元素位于元素周期表的ds区 B．是含极性键和非极性键的非极性分子 C．乙基蒽醌中含有一个不对称碳原子 D．乙基蒽醇能形成分子间氢键 【答案】D 【详解】A．Ni为第28号元素，位于元素周期表的第四周期Ⅷ族，属于d区，故A错误； B．中正负电荷中心不重合，是含极性键和非极性键的极性分子，故B错误； C．乙基蒽醌中没有碳原子连有4个不同的原子或原子团，不含有不对称碳原子，故C错误； D．乙基蒽醇含有羟基，能形成分子间氢键，故D正确； 答案选D。 【变式8-2】丙氨酸()分子为手性分子，它存在手性异构体，如图所示，下列关于丙氨酸的两种对映异构体(Ⅰ和Ⅱ)的说法正确的是 A．Ⅰ和Ⅱ分子中均存在2个不对称碳原子 B．Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称，具有不同的分子极性 C．Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子，只含有极性键，不含非极性键 D．Ⅰ和Ⅱ的化学键相同，但分子的性质不同 【答案】D 【详解】A．丙氯酸[]中间的碳原子连接1个、1个，1个和1个氢原子，为不对称碳原子，故A错误； B．对映异构体具有相同的分子极性，故B错误； C．Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子，分子中含有极性键，如键，也含有非极性键，如键，故C错误； D．Ⅰ和Ⅱ互为对映异构体，空间结构不同，因此分子的性质不同，故D正确； 故选D。 题型09 分子极性的判断及应用 1.极性分子和非极性分子 类别 极性分子 非极性分子 概念 分子内存在正、负两极的分子 分子内不存在正、负两极的分子 双原子 分子 分子内含极性键 分子内含非极性键 多原子 分子 分子空间结构不对称 分子空间结构对称 2.分子极性的判断 (1)对双原子分子来说，键的极性与分子的极性是一致的：化学键有极性，分子就有极性；反之，化学键无极性，分子也无极性。 (2)多原子分子的极性除了与键的极性有关外，还与分子的空间结构有关。 ①若均由非极性键组成的多原子分子，一般为非极性分子（O3除外） ②若有由极性键组成的多原子分子，一般为极性分子；若其空间结构对称，则为非极性分子。 【典例9】茶垢清洁剂中含有过碳酸钠()，下列说法正确的是 A．的结构示意图为 B．中心原子有一个孤电子对 C．为极性分子 D．中只有离子键、极性键 【答案】C 【详解】A．Na原子的质子数为11，的核外电子数为10，A错误； B．的中心原子C的价层电子对数，与中心原子结合的O原子数为3，则C原子上没有孤电子对，B错误； C．的空间结构为，正负电荷中心不重合，所以是极性分子，C正确； D．中，与之间存在离子键，C与O之间、H与O之间存在极性键，H2O2中O与O之间还存在非极性键，D错误； 故答案为C。 【变式9-1】下列说法正确的是 A．水分子的σ键为p-pσ键 B．BF3为极性分子 C．NH3分子中H-N-H键角大于CH4分子中H-C-H键角 D．化合物中离子键百分数： 【答案】D 【详解】A．水分子中的O-H键是O的sp3杂化轨道与H的s轨道形成的s-sp3σ键，而非p-p σ键，A错误； B．BF3为平面正三角形对称结构，中心原子正负电荷中心重合，属于非极性分子，B错误； C．CH4和NH3均为sp3杂化，但NH3分子因孤电子对排斥导致键角（约107°）小于CH4的正四面体键角（109°28′），C错误； D．化合物中离子键百分数可以用组成元素的电负性差值来衡量，差值越大，离子键成分含量越高，而电负性：Mg(1.31)<Al(1.61)，故MgO中Mg与O之间的电负性差值大于Al2O3中Al与O之间的电负性差值，故化合物中离子键百分数：MgO>Al2O3，D正确； 故选D。 27．下列属于极性分子的是 A． B．Ar C． D． 【答案】A 【详解】A．为V形结构，不对称，极性未抵消，是极性分子，A正确； B．为单原子分子，无极性，B错误； C．为正四面体结构，对称性使极性抵消，为非极性分子，C错误； D．为平面三角形结构，对称性使极性抵消，为非极性分子，D错误； 故答案选A。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.2 共价键与分子的空间构型 题型01 杂化轨道理论的理解 题型02 杂化轨道类型的判断 题型03 大π键 题型04 价层电子对数的确定 题型05 价层电子对数与分子空间结构 题型06 等电子原理 题型07 键角大小的比较 题型08 不对称碳原子的判断 题型09 分子极性的判断及应用 题型01 杂化轨道理论的理解 杂化轨道的能量相同 原子在成键时，同一原子内 的原子轨道重新组合形成新的、能量 的原子轨道 杂化前后轨道数相同 参与杂化的原子轨道数 形成的杂化轨道数 杂化轨道更易形成共价键(σ键) 杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，从而使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度 ，形成的共价键更牢固 杂化轨道间的夹角分布最大化 杂化轨道的能量相同，为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同，夹角也不同 【典例1】下列说法中，正确的是 A．杂化轨道能用于形成键和键，还能用于形成离子键 B．中心原子采取杂化的分子，空间结构均为平面三角形 C．所有型的共价化合物，中心原子A都采用杂化成键 D．气态的中心原子采取杂化成键 【变式1-1】下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是 A．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变 B．杂化轨道全部参与形成化学键 C．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180° D．四面体形、三角锥形的分子结构可以用sp3杂化轨道理论解释 【变式1-2】下列关于杂化轨道的叙述不正确的是 A．杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键 B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对 C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的1个s轨道杂化而成的 D．AB2型共价化合物的中心原子A采取的杂化方式可能不同 题型02 杂化轨道类型的判断 1. 杂化轨道的类型 杂化类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原子轨道及数目 1个s轨道和1个p轨道 1个s轨道和2个p轨道 1个s轨道和3个p轨道 杂化轨道的数目 2. 杂化轨道的类型判断 （1）根据杂化轨道的空间结构判断 ①若杂化轨道在空间的分布为 或 ，则分子或离子的中心原子发生sp3杂化。 ②若杂化轨道在空间的分布呈 ，则分子或离子的中心原子发生sp2杂化。 ③若杂化轨道在空间的分布呈 ，则分子或离子的中心原子发生sp杂化。 （2）根据杂化轨道之间的夹角判断 ①若杂化轨道之间的夹角为 ，则分子或离子的中心原子发生sp3杂化。 ②若杂化轨道之间的夹角为 ，则分子或离子的中心原子发生sp2杂化。 ③若杂化轨道之间的夹角为 ，则分子或离子的中心原子发生sp杂化。 （3）根据中心原子的价层电子对数判断 ①若中心原子的价层电子对数为 ，是 杂化。 ②若中心原子的价层电子对数为 ，是 杂化。 ③若中心原子的价层电子对数为 ，是 杂化。 （4）根据分子或离子中有无π键及π键数目（价层电子对数大于2）判断 在有机物中C原子成键时，若没有形成π键（均为单键）为 杂化，形成1个π键为 杂化，形成2个π键为 杂化。 【典例2】格氏试剂(RMgX)是有机合成的常用试剂，在乙醚溶液中结晶析出获得，其结构如图所示(H原子未标出)。下列说法错误的是 A．O原子存在孤电子对 B．共价键成分： C．基态原子第一电离能： D．图中○代表C原子，杂化方式为 【变式2-1】反应SO2+Br2+2H2O=H2SO4+2HBr可用于测定空气中SO2的含量。下列说法正确的是 A．SO2的空间填充模型为 B．H2O分子中O原子为sp3杂化 C．H2SO4中含有离子键和共价键 D．Br的基态外围电子排布式为3s23p5 【变式2-2】在作用下，有机物a可转化为b，反应如下，方框内所有原子共平面。下列说法错误的是 A．基态C原子含有4个未成对电子 B．a分子中含有5个手性碳原子 C．中原子杂化方式为 D．电负性： 题型03 大π键 1.概念 在一个平面形的多原子分子中，如果相邻原子有垂直于分子平面的、对称性一致的、未参与杂化的原子轨道，那么这些轨道可以相互重叠，形成多中心π键。这种多中心π键又称为“共轭π键”或“离域π键”，简称“大π键”，表示为Πnm，其中m为平行的p轨道数（即参与形成大π键的原子数），n为平行p轨道里的电子数。 2.大π键的形成条件 ①所有参与离域π键的原子都必须在同一平面内，即连接这些原子的中心原子只能采取sp或sp2杂化。 ②所有参与离域π键的原子都必须提供一个或两个相互平行或接近平行的p轨道。 ③根据泡利原理，参与离域π键的p轨道上的电子数必须小于2倍的p轨道数。 3.常见分子（或离子）中的大π键 分子（或离子） 大π键 C6H6（苯） CH2CH—CHCH2 N、C、SO3 CO2、SO2、SCN－、N、、N2O、O3 4.计算大π键中电子数的常用方法 方法一：①确定分子中总价电子数； ②画出分子中的σ键及不与π键p轨道平行的孤对电子轨道； ③总电子数减去这些σ键电子和孤电子对，剩余的就是填入大π键的电子。 方法二：把大π键看成结构式中的π键与邻近原子的平行p轨道中的孤电子对“共轭”，参与“共轭”的电子就是大π键中的电子。 【典例3】由H、C、N、O四种元素组成的化合物的成键结构如图所示，分子中五元环上原子共平面。下列说法正确的是 A．图中代表N原子 B．五元环中存在的大键为 C．该化合物中所有碳氧键键长相等 D．该化合物中原子的杂化类型为杂化 【变式3-1】我国科学家首次用石墨成功合成了毫米级、结构有序、高纯度的六方金刚石。下列说法不正确的是 A．两者的碳原子杂化方式不同 B．两者的晶体类型相同 C．合成过程破坏了石墨的大π键 D．合成过程属于化学变化 【变式3-2】维生素可作为辅酶参与糖的代谢，并有保护神经系统的作用，其结构如图所示。下列说法错误的是 A．熔点高于CsCl B．易溶于盐酸 C．五元环为平面结构，则五元环形成的离域大π键为： D．结构中碳原子有两种杂化方式 题型04 价层电子对数的确定 价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数 其中：①a表示中心原子的 数。 对于主族元素：a＝原子的最外层电子数。 对于阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数。如NH4＋中a＝5－1＝4。 对于阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数（绝对值）。如CO32－中a＝4＋2＝6。 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。如氧和氧族元素中的S、Se等均为2，卤族元素均为1）。 【典例4】下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳1对孤电子对的是 A．NH3、PCl3、H3O+ B．CO2、BF3、 C．HCN、SO2、BeCl2 D．CH4、NH3、H2O 【变式4-1】中国科学院大连化学物理研究所研究员董文锐团队发现全氟异丁腈[]是温室气体六氟化硫()的有效替代品。六氟化硫分子的结构如图所示。 下列说法错误的是 A．分子中S原子价层电子对数为6 B．全氟异丁腈分子含极性键 C．第一电离能： D．全氟异丁腈分子中含手性碳原子 【变式4-2】硫代碳酸钠能用于处理废水中的重金属离子，可通过如下反应制备：2NaHS(s) +CS2(l)=Na2CS3 (s) +H2S(g)。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 A．1 mol·L-1的Na2CS3溶液中所含的Na+数目为2NA B．标准状况下，22.4 L CS2中所含的σ键数目为2NA C．常温常压下，56 g NaHS中所含的离子数目为3NA D．常温常压下，1.7 g H2S中S的价层电子对数为0.2NA 题型05 价层电子对数与分子空间结构 价电子对数 电子对 的空间 结构 成键 电子 对数 孤电子 对数 电子对的 排列方式 分子的 空间 结构 杂化 类型 实例 2 直线形 2 0 直线形 sp BeCl2、 CO2 3 平面三角形 3 0 平面三角形 sp2 BF3、BCl3 2 1 角形 SnBr2、PbCl2 4 正四面 体形 4 0 正四面体形 sp3 CH4、CCl4 3 1 三角锥形 NH3、NF3 2 2 角形 H2O 【典例5】用价层电子对互斥模型可以判断许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是 A．中心原子的价层电子对数为3，是平面三角形结构 B．键角为，的键角大于 C．是平面三角形的离子 D．、都是三角锥形的分子 【变式5-1】下列化学用语或图示表达正确的是 A．NaCl的电子式 B．SO2的VSEPR模型 C．p-p σ键电子云轮廓图 D．NO的空间结构模型 【变式5-2】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．SO2和SO3的VSEPR模型均为平面三角形 B．和的空间构型均为平面三角形 C．CI4和NH3均为非极性分子 D．BCl3与PCl3的键角相等 题型06 等电子原理 1.基本观点：化学通式 且 总数相等的分子或离子具有相同的空间结构和相同的化学键类型等结构特征。 2.应用举例 离子 通式 价电子总数 空间结构 SO和PO AX4 32 SO和ClO AX3 26 【典例6】下列微粒互为等电子体的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【变式6-1】由短周期元素组成的粒子，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。等电子体的空间结构相似。根据上述原理，下列各组粒子中，空间结构不相似的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【变式6-2】氯的含氧酸根离子有ClO-、、、等，关于它们的说法中不正确的是 A．ClO-中Cl显＋1价 B．的空间结构为直线形 C．的空间结构为三角锥形 D．是的等电子体 题型07键角大小的比较 1．不同杂化轨道类型的键角大小： ＞ ＞ 。 2．中心原子杂化方式相同，中心原子孤电子对数越多，键角 。 3．结构相同的物质，中心原子的电负性越大，吸引电子的能力越强，成键电子对距离中心原子较近，成键电子对之间的斥力越大，键角 。如NH3、PH3、AsH3中，中心原子都采取sp3杂化，都有1对孤电子对，NH3分子的中心原子N的电负性大，成键电子对距离中心原子较近，键角较大，所以这三种物质键角由大到小的顺序为NH3>PH3>AsH3。 4．结构相同的物质，配位原子的电负性越大，成键电子对距离中心原子较远，成键电子对之间的斥力越小，键角越小。如NCl3、NBr3中键角：NCl3<NBr3。 5．双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力。 【典例7】下列有关含N微粒的说法正确的是 A．NH2OH难溶于水 B．的空间构型为直线形 C．NH3的键角比中的大 D．中提供孤电子对的原子是Cu 【变式7-1】如图为在不同条件下的存在形式，有关说法不正确的是 A．Ⅰ结构中的杂化类型为 B．熔点：Ⅱ＜Ⅲ C．与原子之间的键长： D．键角： 【变式7-2】二氧化碳()在电催化领域应用的最新趋势是与其他结构单元(如：、、、、)反应生成丰富的产物。下列说法错误的是 A．中的N的价层电子对数为3 B．键的极性： C．键角： D．键能： 题型08 不对称碳原子的判断 1.定义：仅通过 键连接其他原子的碳原子，当其所连接的四个原子或基团均不相同时，这个碳原子称为不对称碳原子，也可以成为手性碳原子。 2.应用：常用有无不对称碳原子推测分子是否为手性分子，进而判断分子有无旋光性。 【典例8】《Science》报道，中科院天津工业生物研究所以和为原料，氧化锌为催化剂先合成甲醇，再经合成葡萄糖等共11步反应，实现了从到淀粉的全合成。下列有关说法错误的是 A．和反应生成的方程式为： B．甲醇的电子式为： C．葡萄糖分子中含有4个不对称碳原子(手性碳原子) D．基态锌原子的价电子轨道表示式为： 【变式8-1】作为绿色氧化剂应用广泛，氢醌法制备原理如下。下列说法正确的是 A．镍元素位于元素周期表的ds区 B．是含极性键和非极性键的非极性分子 C．乙基蒽醌中含有一个不对称碳原子 D．乙基蒽醇能形成分子间氢键 【变式8-2】丙氨酸()分子为手性分子，它存在手性异构体，如图所示，下列关于丙氨酸的两种对映异构体(Ⅰ和Ⅱ)的说法正确的是 A．Ⅰ和Ⅱ分子中均存在2个不对称碳原子 B．Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称，具有不同的分子极性 C．Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子，只含有极性键，不含非极性键 D．Ⅰ和Ⅱ的化学键相同，但分子的性质不同 题型09 分子极性的判断及应用 1.极性分子和非极性分子 类别 极性分子 非极性分子 概念 分子内存在 两极的分子 分子内不存在正、负两极的分子 双原子 分子 分子内含 键 分子内含 键 多原子 分子 分子空间结构 分子空间结构对称 2.分子极性的判断 (1)对双原子分子来说，键的极性与分子的极性是一致的：化学键有极性，分子就有极性；反之，化学键无极性，分子也无极性。 (2)多原子分子的极性除了与键的极性有关外，还与分子的空间结构有关。 ①若均由非极性键组成的多原子分子，一般为 分子（O3除外） ②若有由极性键组成的多原子分子，一般为 分子；若其空间结构对称，则为 分子。 【典例9】茶垢清洁剂中含有过碳酸钠()，下列说法正确的是 A．的结构示意图为 B．中心原子有一个孤电子对 C．为极性分子 D．中只有离子键、极性键 【变式9-1】下列说法正确的是 A．水分子的σ键为p-pσ键 B．BF3为极性分子 C．NH3分子中H-N-H键角大于CH4分子中H-C-H键角 D．化合物中离子键百分数： 27．下列属于极性分子的是 A． B．Ar C． D． / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $