第二节 分子的空间结构（举一反三专项训练，江苏专用）【上好课】化学人教版选择性必修2

第二节 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及其应用 题型05 杂化轨道理论 题型06 杂化轨道理论与分子空间构型的关系 题型07 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】（22-23高二下·江苏淮安·月考）科学技术在物质结构的研究中具有非常重要的作用。下列说法错误的是 A．质谱仪可以测定分子的相对分子质量 B．用李比希元素分析仪可以确定有机物的分子式 C．可通过红外光谱分析物质中含有何种化学键 D．X射线衍射技术可用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定 【变式1-1】（24-25高二上·江苏苏州·月考）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。下列仪器分析手段的运用科学可行的是 A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 B．质谱分析：利用质荷比来测定分子立体结构 C．红外光谱分析：利用分子吸收与化学键振动频率相同的红外线来测定晶体晶型 D．X-衍射图谱分析：利用X-射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定分子结构 【变式1-2】（24-25高二上·江苏盐城·月考）使用现代分析仪器对某有机化合物X(仅C、H、O含三种元素)的分子结构进行测定，相关结果如下：    由此推理得到有关X的结论正确的是 A．X的相对分子质量为75 B．X的核磁共振氢谱图有4种不同化学环境的氢原子 C．与X互为同分异构体的醇有4种 D．X可以与金属Na发生取代反应 【变式1-3】（22-23高二上·江苏常州·期中）化合物X是一种有机溶剂，使用现代分析仪器对有机物X的分子结构进行测定，相关结果如1图、2图、3图所示。有关X的说法不正确的是 A．根据1图，X的相对分子质量应为74 B．根据1图、2图，推测X的分子式是 C．根据1图、2图、3图信息，0.3mol X中含有C—H键的数目为 D．有机物M是X的同分异构体，M的结构有4种(不包括X本身，且不考虑立体异构) 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】下列分子的空间结构模型或键角正确的是 A． B． C． D． 【变式2-1】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2-2】.有①甲烷分子 ②氨分子 ③水分子 ④四氯化碳分子 ⑤二氧化碳分子，其中是正四面体结构的是（    ） A．①② B．①④ C．①②④ D．②③④ 【变式2-3】下列关于分子空间构型的判断，不正确的是 A．CS2 V形 B．CH4 正四面体形 C．BF3 平面三角形 D．NH3 三角锥形 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2个孤电子对的是 A． B． C． D． 【变式3-1】下列分子或离子中，中心原子含有孤电子对的是 A．NH B．SiH4 C．H3O+ D．SO 【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】 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 题型04 价层电子对互斥模型及其应用 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】（24-25高二上·江苏无锡·月考）下列各组分子的VSEPR模型和分子的空间构型均相同的是 A．与 B．与 C．与 D．与 【变式4-1】（23-24高二下·江苏扬州·月考）根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的空间结构正确的是 编号 分子式 价层电子对互斥模型 分子或离子的空间结构 ① 四面体形 三角锥形 ② HCHO 平面三角形 三角锥形 ③ 平面三角形 平面三角形 ④ 正四面体形 正四面体形 A．①② B．①④ C．②④ D．②③ 【变式4-2】（22-23高二下·江苏无锡·月考）下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为V形的是 A．SO2 B．SO C．H3O+ D．OF2 【变式4-3】（24-25高二上·江苏宿迁·月考）下列分子或离子中，价层电子对互斥模型与分子或离子的几何构型不一致的是 A．NH3 B．SO3 C．CCl4 D．CO2 题型05 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5】（24-25高二下·江苏盐城·月考）下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H6与C2H2 【变式5-1】（23-24高二上·江苏无锡·期末）下列关于原子杂化类型的说法中，正确的是 A．晶体硅和石英()晶体中的硅原子均采用杂化 B．中的两个碳原子与中的硼原子均采用杂化 C．中的铍原子与中的氧原子均采用杂化 D．中的碳原子与中的两个碳原子均采用杂化 【变式5-2】（22-23高二下·江苏无锡·期中）氨分子的空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为 A．两种分子的中心原子杂化类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化 B．NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道 C．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 D．NH3分子中氮元素的电负性比CH4分子中碳元素的电负性大 【变式5-3】形成下列分子时，一个原子用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是（ ） ①PF3 ②CCl4 ③NH3 ④H2O A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 题型06 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6】（24-25高二下·江苏泰州·期中）下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() 直线形 N原子采取杂化 B 二氧化硫() V形 S原子采取杂化 C 碳酸根离子() 三角锥形 C原子采取杂化 D 乙炔() 直线形 C原子采取杂化且C原子的价电子均参与成键 A．A B．B C．C D．D 【变式6-1】（24-25高二上·江苏无锡·开学考试）下列分子或离子中采用杂化，但是Ⅴ形结构的是 A． B． C． D． 【答案】B 【变式6-2】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．CO　三角锥形　    sp3杂化 【变式6-3】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 题型07 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7】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7-1】下列微粒与是等电子体的是 A． B． C． D． 【变式7-2】下列微粒互为等电子体的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【变式7-3】根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间结构不相似的是 A．和 B．和CH4 C．H3O+和NH3 D．CO2和H2O / 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 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 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及其应用 题型05 杂化轨道理论 题型06 杂化轨道理论与分子空间构型的关系 题型07 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】（22-23高二下·江苏淮安·月考）科学技术在物质结构的研究中具有非常重要的作用。下列说法错误的是 A．质谱仪可以测定分子的相对分子质量 B．用李比希元素分析仪可以确定有机物的分子式 C．可通过红外光谱分析物质中含有何种化学键 D．X射线衍射技术可用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定 【答案】B 【解析】A．质谱法是近代发展起来的快速、微量、精确测定相对分子质量的方法，故A正确；B．李比希分析仪可以测定有机化合物中碳、氢元素质量分数的方法，故B错误；C．不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团，故C正确；D．X射线衍射技术可用于有机化合物，特别是复杂的生物大分子晶体结构的测定，故D正确；故选B。 【变式1-1】（24-25高二上·江苏苏州·月考）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。下列仪器分析手段的运用科学可行的是 A．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 B．质谱分析：利用质荷比来测定分子立体结构 C．红外光谱分析：利用分子吸收与化学键振动频率相同的红外线来测定晶体晶型 D．X-衍射图谱分析：利用X-射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定分子结构 【答案】A 【解析】A. 光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，选项A正确；B. 质谱分析：利用质荷比来测定有机物相对分子质量，选项B错误；C. 红外光谱分析：利用有机化合物分子中不同基团的特征吸收频率不同来初步判断有机化合物中具有哪些基团，选项C错误；D. X-衍射图谱分析：利用X-射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定晶体结构，选项D错误。答案选A。 【变式1-2】（24-25高二上·江苏盐城·月考）使用现代分析仪器对某有机化合物X(仅C、H、O含三种元素)的分子结构进行测定，相关结果如下：    由此推理得到有关X的结论正确的是 A．X的相对分子质量为75 B．X的核磁共振氢谱图有4种不同化学环境的氢原子 C．与X互为同分异构体的醇有4种 D．X可以与金属Na发生取代反应 【答案】C 【解析】A．的最大质荷比为74，的相对分子质量为74，错误；B．由核磁共振氢谱图可知，有2种不同化学环境的氢原子，B错误；C．有2种不同化学环境的氢原子，峰面积之比为，红外光谱图中含有醚键，其结构简式为，其同分异构体属于醇类的有、、，共四种，C正确；D．的结构简式为，不能与金属反应，D错误；故选C。 【变式1-3】（22-23高二上·江苏常州·期中）化合物X是一种有机溶剂，使用现代分析仪器对有机物X的分子结构进行测定，相关结果如1图、2图、3图所示。有关X的说法不正确的是 A．根据1图，X的相对分子质量应为74 B．根据1图、2图，推测X的分子式是 C．根据1图、2图、3图信息，0.3mol X中含有C—H键的数目为 D．有机物M是X的同分异构体，M的结构有4种(不包括X本身，且不考虑立体异构) 【答案】D 【分析】一般用质谱法测定有机物的相对分子质量，用红外光谱得到分子中含有的化学键或官能团信息；红外光谱可检测化学键及官能团，氢键不属于化学键；核磁共振氢谱可以测定不同环境的氢；由图可知，X的相对分子质量应为74，分子含有烷基和醚键，通式为CnH2n+2O，则n=4，分子式为；分子中含有2种氢且数目比为2:3，则结构为CH3CH2OCH2CH3； 【解析】A．根据1图，X的相对分子质量应为74，A正确；B．由分析可知，X的分子式是，B正确；C．1分子CH3CH2OCH2CH3中含有10个C-H键，则0.3mol X中含有C—H键的数目为，C正确；D．有机物M是X的同分异构体， 如图，M的结构 (不包括X本身，且不考虑立体异构)为醇则有4种、为醚则有2种，故大于4种，D错误；故选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2-1】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2-2】.有①甲烷分子 ②氨分子 ③水分子 ④四氯化碳分子 ⑤二氧化碳分子，其中是正四面体结构的是（    ） A．①② B．①④ C．①②④ D．②③④ 【答案】B 【解析】CH4、CCl4均为正四面体结构；NH3是三角锥形结构；H2O是“V”型结构；CO2：是直线型结构，综上符合的为①④，答案选B。 【变式2-3】下列关于分子空间构型的判断，不正确的是 A．CS2 V形 B．CH4 正四面体形 C．BF3 平面三角形 D．NH3 三角锥形 【答案】A 【解析】A．CS2分子空间构型与CO2分子空间构型相同，为直线型，A错误；B． CH4的空间构型为正四面体，B正确；C． BF3 的空间构型为平面三角形，C正确；D． NH3 的空间构型为三角锥形，D正确；答案选A。 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2个孤电子对的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A． 的中心原子的孤电子对数，含1个孤电子对，A不符合题意；B． 的中心原子的孤电子对数，含1个孤电子对，B不符合题意；C． 的中心原子的孤电子对数，不含孤电子对，C不符合题意；D． 的中心原子的孤电子对数，含2个孤电子对，D符合题意；故选D。 【变式3-1】下列分子或离子中，中心原子含有孤电子对的是 A．NH B．SiH4 C．H3O+ D．SO 【答案】C 【分析】根据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)计算判断。 【解析】A．NH中孤电子对个数=(5-1-4×1)=0，故A不选；B．SiH4中孤电子对个数=(4-4×1)=0，故B不选；C．H3O+中孤电子对个数=(6-1-3×1)=1，故C选；D．SO中孤电子对个数=(6+2-4×2)=0，故D不选；故选C。 【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】 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 【分析】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），以此解答。 【解析】A．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．NO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．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．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。 题型04 价层电子对互斥模型及其应用 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】（24-25高二上·江苏无锡·月考）下列各组分子的VSEPR模型和分子的空间构型均相同的是 A．与 B．与 C．与 D．与 【答案】A 【解析】A．中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为平面三角形，没有孤电子对，空间构型为平面三角形，中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为平面三角形，没有孤电子对，空间构型为平面三角形，A符合题意；B．CH4中心原子C的价层电子对数为，VSEPR构型为四面体形，无孤电子对，空间构型为四面体形，中心原子价层电子对为，VSEPR构型为四面体形，有1对孤对电子，空间构型为三角锥形，B不符合题意；C．中心原子价层电子对数为，VSEPR构型为直线形，无孤电子对，空间构型为直线形，中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为平面三角形，有1对孤电子对，空间构型为V形，C不符合题意；D．中心原子价层电子对为，VSEPR构型为四面体形，有2对孤对电子，空间构型为V形，中心原子价层电子对为，VSEPR构型为四面体形，没有孤对电子，空间构型为正四面体形，D不符合题意；故选A。 【变式4-1】（23-24高二下·江苏扬州·月考）根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的空间结构正确的是 编号 分子式 价层电子对互斥模型 分子或离子的空间结构 ① 四面体形 三角锥形 ② HCHO 平面三角形 三角锥形 ③ 平面三角形 平面三角形 ④ 正四面体形 正四面体形 A．①② B．①④ C．②④ D．②③ 【答案】B 【解析】①分子中中心N原子的价层电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，含有1个孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，①正确；②甲醛分子中中心C原子的价层电子对数为3（有1个双键），价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，分子的空间结构为平面三角形，②错误；③分子中心原子S的价层电子对数3，含有1个孤电子对，价层电子对互斥模型为平面三角形，分子的空间结构为V形，③错误；④中中心N原子的价层电子对数为4，价层电子对互斥模型为正四面体形，没有孤电子对，离子的空间结构为正四面体形，④正确；正确的有①④；故选B。 【变式4-2】（22-23高二下·江苏无锡·月考）下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为V形的是 A．SO2 B．SO C．H3O+ D．OF2 【答案】D 【解析】A．SO2中S原子价电子对数为，有1个孤电子对，VSEPR模型为平面结构，其空间结构为V形，故不选A；B．SO中S原子价电子对数为，无孤电子对，VSEPR模型为四面体，其空间结构为正四面体，故不选B；C．H3O+中O原子价电子对数为，有1个孤电子对，VSEPR模型为四面体，其空间结构为三角锥，故不选C；D．OF2中O原子价电子对数为，有2个孤电子对，VSEPR模型为平四面体，其空间结构为V形，故选D；选D。 【变式4-3】（24-25高二上·江苏宿迁·月考）下列分子或离子中，价层电子对互斥模型与分子或离子的几何构型不一致的是 A．NH3 B．SO3 C．CCl4 D．CO2 【答案】A 【解析】A．NH3中心原子N原子价层电子对数=σ键个数+孤电子对个数=3+1=4，互斥模型为正四面体形，略去孤电子对后，实际上其空间构型是三角锥形，A正确；B．SO3的孤电子对数为(6-32)=0，σ=3，价层电子对数=3+0=3，分子价层电子对互斥模型；平面三角形，孤电子对为0，即为分子的空间结构为平面三角形，故B错误；C．CCl4中中心原子C原子价层电子对数=σ键个数+孤电子对个数=4+(4-41)=4，互斥模型为正四面体形，中心原子不含孤电子对，分子构型为正四面体形，C错误；D．CO2中每个O原子与C原子形成两个共同点子对，所以C原子价层电子对数为2，且不含孤电子对，互斥模型与分子的几何构型相同，D错误；故选A。 题型05 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5】（24-25高二下·江苏盐城·月考）下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H6与C2H2 【答案】B 【解析】A．CO2中C形成2个δ键，无孤电子对，为sp杂化，SO2中S形成2个δ键，孤电子对数==1，为sp2杂化，不相同，故A错误；B．CH4中C形成4个δ键，无孤电子对，为sp3杂化，NH3中N形成3个δ键，孤电子对数==1，为sp3杂化，相同，故B正确；C．BeCl2中Be形成2个δ键，无孤电子对，为sp杂化，BF3中B形成3个δ键，无孤电子对，为sp2杂化，不相同，故C错误；D．C2H6中C形成4个δ键，无孤电子对，为sp3杂化，C2H2中形成2个δ键，无孤电子对，为sp杂化，不相同，故D错误；故选B。 【变式5-1】（23-24高二上·江苏无锡·期末）下列关于原子杂化类型的说法中，正确的是 A．晶体硅和石英()晶体中的硅原子均采用杂化 B．中的两个碳原子与中的硼原子均采用杂化 C．中的铍原子与中的氧原子均采用杂化 D．中的碳原子与中的两个碳原子均采用杂化 【答案】A 【解析】A．晶体Si和SiO2均为四面体结构，Si原子采用sp3杂化，A正确；B．CH3CH3中以C为中心形成四面体结构，为sp3杂化，B错误；C．H2O中O原子的价层电子对数为2+×(6-2×2)=4，为sp3杂化，C错误；D．C2H4中碳碳之间为双键，采用sp2杂化，D错误；故选A。 【变式5-2】（22-23高二下·江苏无锡·期中）氨分子的空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为 A．两种分子的中心原子杂化类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化 B．NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道 C．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 D．NH3分子中氮元素的电负性比CH4分子中碳元素的电负性大 【答案】C 【解析】A．NH3价层电子对数为3+1=4，杂化类型为sp3杂化，而CH4价层电子对数为4+0=4，杂化类型为sp3杂化，故A不符合题意；B．根据A选项分析NH3杂化类型为sp3杂化，分子中氮原子形成4个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道，故B不符合题意；C．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，孤对电子对成键电子对的排斥力比成键电子对对成键电子对的排斥力较强，因而形成三角锥形，故C符合题意。D．氮元素的电负性比碳元素的电负性大，但与空间构型无关，故D不符合题意。综上所述，答案为C。 【变式5-3】形成下列分子时，一个原子用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是（ ） ①PF3 ②CCl4 ③NH3 ④H2O A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 【答案】A 【解析】四种分子的中心原子都是sp3杂化，NH3和H2O中H原子用1s轨道与中心原子的sp3杂化轨道成键。故选A。 题型06 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6】（24-25高二下·江苏泰州·期中）下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() 直线形 N原子采取杂化 B 二氧化硫() V形 S原子采取杂化 C 碳酸根离子() 三角锥形 C原子采取杂化 D 乙炔() 直线形 C原子采取杂化且C原子的价电子均参与成键 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【解析】A．氨基负离子中氮原子的价层电子对数为4、孤对电子对数为2，所以氮原子的杂化方式为sp3杂化，离子的空间结构为V形，故A错误；B．二氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为3、孤对电子对数为1，所以硫原子的杂化方式为sp2杂化，离子的空间结构为V形，故B错误；C．碳酸根离子中碳原子的价层电子对数为3、孤对电子对数为0，所以碳原子的杂化方式为sp2杂化，离子的空间结构为平面三角形，故C错误；D．乙炔分子中含有碳碳三键，碳原子的杂化方式为sp杂化，离子的空间结构为直线形，且中心原子C无孤电子对，故D正确；故选D。 【变式6-1】（24-25高二上·江苏无锡·开学考试）下列分子或离子中采用杂化，但是Ⅴ形结构的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A．氨气分子的中心原子N的价层电子对数为，采用sp3杂化，有一对孤对电子，三角锥形，A不符合题意；B．硫化氢分子的中心原子S的价层电子对数为，采用sp3杂化，有两对孤对电子，Ⅴ形结构，B符合题意；C．二氯化铍分子的中心原子Be的价层电子对数为，采用sp杂化，直线形分子，C不符合题意；D．硝酸根中心原子N的价层电子对数为，采用sp2杂化，平面三角形，D不符合题意；故选B。 【变式6-2】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．CO　三角锥形　    sp3杂化 【答案】C 【解析】A．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，选项A错误；B．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，选项B错误；C．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，选项C正确； D．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，选项D错误；答案选C。 【变式6-3】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。 题型07 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7】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 【解析】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7-1】下列微粒与是等电子体的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．的原子数为4，价电子数为5+3×6+1=24，与的26不符，A错误；B．的原子数为4，价电子数为3+3×7=24，与的26不符，B错误；C．的原子数为4，价电子数为5+3×6+3=26，与的原子数和价电子数均相同，C正确；D．的原子数为4，价电子数为6+3×6=24，与的26不符，D错误；故答案选C。 【变式7-2】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； 【解析】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7-3】根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间结构不相似的是 A．和 B．和CH4 C．H3O+和NH3 D．CO2和H2O 【答案】D 【解析】A．和原子总数相等，价电子总数均为24，二者互为等电子体，空间结构相似，A项不符合；B．和CH4原子总数相等，价电子总数均为8，二者互为等电子体，空间结构相似，B项不符合；C．H3O+和NH3原子总数相等，价电子总数均为8，二者互为等电子体，空间结构相似，C项不符合；D．CO2和H2O原子总数相等，CO2的价电子总数为16，H2O的价电子总数为8，二者不互为等电子体，空间结构不相似，D项符合；答案选D。 / 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 学科网（北京）股份有限公司 $