内容正文:
第2章 微粒间相互作用与物质性质
微专题(二) 分子或离子空间结构
的判断方法
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第2章 微粒间相互作用与物质性质
化学•选择性必修2 物质结构与性质(配LK版)
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[学科素养] 掌握价电子对互斥理论、杂化轨道理论,判断分子或离子的空间结构,培养证据推理与模型认知的核心素养,建立相关的思维模型。
1.用价电子对互斥理论判断
价电子对互斥模型说明的是价电子对的空间结构,而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对。
(1)当中心原子无孤电子对时,分子的空间结构与价电子对互斥模型一致。
(2)当中心原子有孤电子对时,分子的空间结构与价电子对互斥模型不一致。
2.用杂化轨道理论判断
杂化类型
杂化轨道数目
杂化轨道
间夹角
分子空
间结构
实例
sp
2
180°
直线形
BeCl2、CH≡CH
sp2
3
120°
三角形
BF3、BCl3
sp3
4
109°28′
四面体形
CH4、CCl4、CH3Cl
3.根据键角及分子的极性判断
分子类型
键角
分子极性
分子的空间结构
实例
A2
—
非极性
直线形(对称)
H2、O2、N2等
AB
—
极性
直线形(不对称)
HX、CO、NO等
ABA
180°
非极性
直线形(对称)
CO2、CS2等
—
极性
角形(不对称)
H2O、H2S等
AB3
120°
非极性
三角形(对称)
BF3、SO3等
—
极性
三角锥形(不对称)
NH3、PCl3等
AB4
109°28′
非极性
正四面体形(对称)
CH4、CCl4等
4.根据等电子原理判断
通常情况下,等电子体的空间结构相同,如SO2与O3均为角形,CH4与NHeq \o\al(+,4)均为正四面体形。常见的等电子体及其空间结构如下表所示:
类型
实例
空间结构
2原子10电子
CO、N2、CN-、NO+、Ceq \o\al(2-,2)
直线形
3原子16电子
COS、OCN-、SCN-、Neq \o\al(-,3)、NOeq \o\al(+,2)
直线形
3原子18电子
SO2、O3、NOeq \o\al(-,2)
角形
4原子24电子
NOeq \o\al(-,3)、COeq \o\al(2-,3)、BOeq \o\al(3-,3)、BF3、SO3
三角形
4原子26电子
ClOeq \o\al(-,3)、BrOeq \o\al(-,3)、SOeq \o\al(2-,3)
三角锥形
5原子8电子
CH4、SiH4
正四面体形
5原子32电子
SiF4、CCl4、SiCl4、SiOeq \o\al(4-,4)、SOeq \o\al(2-,4)、POeq \o\al(3-,4)、AsOeq \o\al(3-,4)、BFeq \o\al(-,4)
正四面体形
1.价电子对互斥模型指的是价电子对的空间结构。根据杂化轨道理论和价电子对互斥理论,判断下列分子或者离子的中心原子杂化方式、价电子对互斥模型及空间结构均正确的是( )
选项
分子式
中心原子杂化方式
价电子对
互斥模型
分子或离子
的空间结构
A
SO2
sp
直线形
直线形
B
HCHO
sp2
三角形
三角锥形
C
NF3
sp2
四面体形
三角形
D
NHeq \o\al(+,4)
sp3
正四面体形
正四面体形
解析 SO2中心原子杂化方式为sp2杂化,价电子对互斥模型呈三角形,分子的空间结构为角形,A项错误;HCHO中心原子杂化方式为sp2杂化,价电子对互斥模型呈三角形,分子的空间结构为三角形,B项错误;NF3中心原子杂化方式为sp3杂化,价电子对互斥模型呈四面体形,分子的空间结为三角锥形,C项错误。
答案 D
2.下列离子的价电子对互斥理论与其空间结构一致的是( )
A.SOeq \o\al(2-,3)
B.ClOeq \o\al(-,4)
C.NOeq \o\al(-,2)
D.ClOeq \o\al(-,3)
解析 SOeq \o\al(2-,3)的价电子对数为4,且含有一对孤电子对,所以其价电子对互斥模型为四面体形,而SOeq \o\al(2-,3)的空间结构为三角锥形,A项错误;ClOeq \o\al(-,4)的价电子对数为4,不含孤电子对,所以其价电子对互斥模型与其空间结构一致,B项正确;NOeq \o\al(-,2)的价电子对数为3,含有一对孤电子对,其价电子对互斥模型与其空间结构不一致,C项错误;ClOeq \o\al(-,3)的价电子对数为4,也含有一对孤电子对,D项错误。
答案 B
3.(2025·河北石家庄月考)下列关于BeF2和SF2的说法错误的是( )
A.BeF2分子中,中心原子Be的价层电子对数等于2,成键电子对数也等于2
B.BeF2分子的空间结构是直线形
C.SF2分子中,中心原子S的价层电子对数等于4,其空间结构是四面体形,成键电子对数等于2,没有孤电子对
D.SF2分子的空间结构是角形
解析 BeF2分子的中心Be原子价层电子对数=2+eq \f(2-2×1,2)=2,SF2分子的中心S原子价层电子对数=2+eq \f(6-2×1,2)=4。BeF2分子的中心Be原子价层电子对数为2,无孤电子对,因而成键电子对数也等于2,A正确;BeF2分子的中心Be原子价层电子对数为2,无孤电子对,BeF2分子的空间结构为直线形,B正确;SF2的中心S原子价层电子对数为4,有2个孤电子对,2个成键电子对,SF2分子的空间结构为角形,C错误,D正确。
答案 C
4.短周期主族元素A、B形成AB3型分子,下列有关叙述正确的是( )
A.若A、B为同一周期元素,则AB3分子的空间结构一定为平面三角形
B.若AB3分子中的价电子数为24,则AB3分子的空间结构为平面三角形
C.若A、B为同一主族元素,则AB3分子的空间结构一定为三角锥形
D.若AB3分子的空间结构为三角锥形,则AB3分子一定为NH3
解析 若A、B为同一周期元素,当A为P元素,B为Cl元素时,中心原子P为sp3杂化,有1个孤电子对,PCl3空间结构为三形锥形,故A错误;若AB3分子中的价电子数为24,则有三组情况:①A为B,B为F或Cl,②A为S、B为O,③A为Al,B为F或Cl,中心原子均为sp2杂化,无孤电子对,空间结构为平面三角形,故B正确;若A、B为同一主族元素,则AB3为SO3,中心原子S为sp2杂化,无孤电子对,空间结构为平面三角形,故C错误;若AB3分子为三角锥形,则A可能为N元素,也可能为P元素,故D错误。
答案 B
5.价电子对互斥理论可用于预测简单分子或离子的空间结构。请回答下列问题:
(1)利用价电子对互斥理论推断下列分子或离子的空间结构:
SeO3________;SCl2________;
NOeq \o\al(+,2)________;NOeq \o\al(-,3)________;
HCHO________;HCN________。
(2)利用价电子对互斥理论推断键角的大小:
①甲醛中H—C—H的键角________(填“>”“<”或“=”,下同)120°;
②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角________120°;
③PCl3分子中,Cl—P—Cl的键角________109°28′。
(3)有两种活性反应中间体微粒,它们的微粒中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种微粒的球棍模型,写出相应的微粒符号:
A________;B________。
(4)按要求写出第2周期非金属元素形成的中性分子的化学式:
平面形分子________,三角锥形分子__________,四面体形分子________。
解析 (1)SeO3中,Se的价电子对数为eq \f(1,2)×(6+0)=3,孤电子对数为0,SeO3为三角形;SCl2中,S的价电子对数为eq \f(1,2)×(6+2)=4,孤电子对数为2,SCl2为角形;NOeq \o\al(+,2)中,N的价电子对数为eq \f(1,2)×(5-1)=2,孤电子对数为0,NOeq \o\al(+,2)为直线形;NOeq \o\al(-,3)中,N的价电子对数为eq \f(1,2)×(5+1)=3,孤电子对数为0,NOeq \o\al(-,3)为三角形;HCHO分子中有一个C===O键,看作1对成键电子对,两个C—H单键为两对成键电子对,碳原子的价电子对数为3,且无孤电子对,所以HCHO分子的空间结构为三角形;HCN分子的结构式为H—C≡N,含有一个C≡N键,看作一对成键电子对,一个C—H单键为一对成键电子对,故碳原子的价电子对数为2,且无孤电子对,所以HCN分子的空间结构为直线形。
(2)甲醛为平面形分子,由于C===O键与C—H键之间的排斥作用大于两个C—H之间的排斥作用,所以甲醛分子中C—H键与C—H键的夹角小于120°。SnBr2分子中,锡原子的价电子对数目是eq \f(4+2,2)=3,成键电子对数为2,孤电子对数为1,故SnBr2空间结构为角形,键角<120°。PCl3分子中,P的价电子对数为eq \f(1,2)×(5+3)=4,含有一对孤电子对,由于孤电子对与P—Cl键的排斥作用大于P—Cl键之间的排斥作用,所以Cl—P键与Cl—P键之间的键角小于109°28′。
(3)AB3型微粒,中心原子无孤电子对的呈三角形,有一对孤电子对的或者有一单电子的呈三角锥形,所以A、B的化学式分别是CHeq \o\al(+,3)、CHeq \o\al(-,3)。
(4)第2周期的五种非金属元素B、C、N、O、F构成的中性分子中,平面形分子为BF3,三角锥形分子为NF3,四面体形分子为CF4。
答案 (1)三角形 角形 直线形 三角形 三角形 直线形
(2)①< ②< ③<
(3)CHeq \o\al(+,3) CHeq \o\al(-,3) (4)BF3 NF3 CF4
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