4.1 分子的空间结构（专项训练）化学苏教版选择性必修2

第一单元 分子的空间结构 题型01 分子结构的测定 题型02 杂化轨道理论 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 判断分子的空间结构 题型06 价电子对几何构型与分子空间结构的关系 题型07 等电子体原理与分子结构 题型08 分子极性的判断 题型09 分子极性对物质物理性质的影响 题型10 手性分子与手性碳原子的判断 题型01 分子结构的测定 【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1-1】利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可初步判断该有机物分子拥有的(　　) A．同分异构体数　　　 B．原子个数 C．化学键和官能团种类 D．有机化合物的分子式 【答案】C 【解析】组成分子的各种基团都有自己特定的红外特征吸收峰，利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可以清晰地记录出不同基团的吸收峰，所以可初步判断该有机物分子拥有的基团种类。 【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。 题型2 杂化轨道理论 1．杂化轨道理论的要点 （1）原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。 （2）杂化前后轨道数目不变。 （3）只有能量相近的轨道才能杂化(如2s和2p)。 （4）杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理。杂化轨道间的夹角决定分子空间构型。 （5）杂化轨道所形成的化学键全部为σ键。 2．杂化轨道及成键规律 （1）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。 （2）当杂化轨道数目大于成键轨道数目时，分子中存在孤电子对，对成键电子对产生排斥作用，使键角增大，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型不同。 （3）若未杂化的轨道上有成单电子，则形成π键。 3．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 4．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2】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2-1】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2-2】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2-3】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3 孤电子对数的计算 1.方法I：中心原子上的价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数 （1）σ键电子对数的确定：由化学式确定 （2）中心原子上的孤电子对数的确定：中心原子上的孤电子对数= 公式中各字母的含义： a 中心原子的价层电子数 主族元素 =最外层电子数 阳离子 =中心原子的价层电子数-︱离子的电荷数︱ 阴离子 =中心原子的价层电子数+︱离子的电荷数︱ x 与中心原子结合的原子数 b 与中心原子结合的原子最多能接受的电子数 H =1 其他原子 =8-该原子的价层电子数 2.方法II： 说明：（1）中心原子配位的原子总数是指与中心原子直接结合的原子个数，氧族元素原子作配位原子时，不计算配位原子个数。 （2）粒子的电荷数是离子所带电荷数，阳离子用“-”，阴离子用“+”。 （3）计算结果为中心原子的价层电子对数，根据中心原子的价层电子对数可以确定价层电子对互斥模型。 （4）孤电子对数=价层电子对数-中心原子配位的原子总数。 【典例3】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3-1】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3-2】氯元素有多种化合价，可形成Cl-、ClO-、ClO、ClO、ClO等离子。下列说法错误是 A．基态Cl原子的价电子数为7 B．孤电子对数：ClO<ClO<ClO C．Cl-提供孤电子对与Cu2+可形成[CuCl4]2- D．ClO、ClO、ClO中Cl的杂化方式相同。 【答案】B 【解析】A．基态Cl原子的价电子表示式3s23p5，价电子数为7，故A正确； B．ClO中Cl原子价层电子对数=2+=4，孤电子对数是2，ClO中氯原子价层电子对数=3+=4，孤电子对数是1，ClO中氯原子价层电子对数=4+=4，孤电子对数是0，则孤电子对数：ClO>ClO>ClO，故B错误； C．含有空轨道和含有孤电子对的原子之间易形成配位键，Cu2+含有空轨道、Cl-含有孤电子对，Cl-提供孤电子对与Cu2+可形成[CuCl4]2-，故C正确； D．ClO中Cl原子价层电子对数=2+=4、ClO中氯原子价层电子对数=3+=4、ClO中氯原子价层电子对数=4+=4，所以这几种微粒中Cl原子都采用sp3杂化，故D正确； 故选：B。 【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4 价层电子对互斥模型 价层电子对互斥模型认为，分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。 （1）当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。 （2）当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子的空间结构。 （3）电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。 （4）成键电子对之间斥力由大到小的顺序：三键-三键>三键-双键>双键-双键>双键-单键>单键 -单键。 （5）含孤电子对的斥力由大到小的顺序：孤电子对-孤电子对>孤电子对-单键>单键-单键。 【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】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。 【变式4-1】已知在CH4中，C—H键间的键角为109°28′，NH3中，N—H键间的键角为107°，H2O中O—H键间的键角为105°，则下列说法中正确的是(　　) A．孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力 B．孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力 C．孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力 D．题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力同成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系 【答案】A 【解析】CH4中碳原子没有孤电子对，C—H键间的键角为109°28′，NH3中氮原子有1个孤电子对，N—H键间的键角为107°，H2O中氧原子有2个孤电子对，O—H键间的键角为105°，说明孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力。 【变式4-2】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4-3】用价层电子对互斥理论预测H2S和AlCl3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分子的中心原子O原子上含有2个σ键，中心原子上的孤电子对数=0.5×（6-2×1）=2，所以H2S分子的VSEPR模型是四面体型，略去孤电子对后，实际上其空间构型是V型；AlCl3分子的中心原子Al原子上含有3个σ键，中心原子上的孤电子对数=0.5×（3-3×1）=0，所以AlCl3分子的VSEPR模型是平面三角型，中心原子上没有孤对电子，所以其空间构型就是平面三角形。故选D。 题型5 判断分子的空间结构 【典例5】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 【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5-1】根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的空间构型为三角锥形的是 A．H2O B． C．BF3 D．PCl3 【答案】D 【解析】A．H2O中心原子氧原子形成两个σ键，有两对孤对电子，价层电子对数为4，空间构型为V形，A不符合题意； B．中心原子氮原子形成四个σ键，孤对电子对数为，价层电子对数为4，空间构型为正四面体形，B不符合题意； C．BF3中心原子B形成3个σ键，孤对电子对数为，价层电子对数为3，为平面三角形，C不符合题意； D．PCl3中心原子P形成3个σ键，孤对电子对数为，价层电子对数为4，空间构型为三角锥形，D符合题意； 故选D。 【变式5-2】用价层电子对互斥理论(VSEPR)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．SO2、CS2、HCN都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120° C．CH2O、CO、SO3都是平面三角形的粒子 D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子 【答案】C 【解析】A．二氧化硫分子中S原子价层电子对个数=2+=2+1=3，含有1个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断二氧化硫空间结构为V形；二硫化碳结构式为S=C=S，CS2中C原子价层电子对个数=2+=2+0=2，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断CS2为直线形；HCN结构式为，HCN中C原子价层电子对个数=2+=2+0=2，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断HCN为直线形，故A错误；B．BF3中心原子价层电子对个数=3+=3+0=3，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断BF3为平面三角形结构，键角为120°；SnBr2中价层电子对个数=2+=2+1=3，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断SnBr2为V型结构，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以BF3键角为120°，SnBr2键角小于120°，故B错误；C．CH2O中碳形成3个σ键，所以是sp2杂化为平面三角形结构；中C原子价层电子对个数=3+=3+0=3，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断为平面三角形结构；SO3中S原子价层电子对个数=3+=3+0=3，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断SO3为平面三角形结构，故C正确；D．PCl3中P原子价层电子对个数=3+=3+1=4，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断PCl3为三角锥形结构；NH3中N原子价层电子对个数=3+=3+1=4，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断NH3为三角锥形结构；PCl5中P原子价层电子对个数=5+=5+0=5，不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断PCl5为三角双锥结构，故D错误；答案为C。 【变式5-3】下列各组微粒的空间构型相同的是 ①和 ②和 ③和 ④和 ⑤和 ⑥和 ⑦和 A．全部 B．除④⑥⑦以外 C．③④⑤⑥ D．②④⑤⑥ 【答案】D 【解析】①氨分子中氮原子的价层电子对数为4,孤对电子对数为1，空间构型为三角锥形，水分子中的氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，空间构型为V形，两者空间构型不相同，故错误；②氨分子中氮原子和水合氢离子中氧原子的价层电子对数都为4，孤对电子对数都为1，空间构型都为三角锥形，两者的空间构型相同，故正确；③铵根离子中氮原子的价层电子对数为4,孤对电子对数为0，空间构型为正四面体形，水合氢离子中氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，空间构型为三角锥形，两者的空间构型不相同，故错误；④臭氧和二氧化硫的原子个数和价电子数都相同，互为等电子体，等电子体具有相同的空间构型，故正确；⑤二硫化碳中的碳原子和氯化铍中的铍原子的价层电子对数都为2，孤对电子对数都为0，空间构型都为直线形，故正确；⑥高硅酸跟离子中的硅原子和硫酸根离子中硫原子的价层电子对数都为4，孤对电子对数都为0，空间构型都为正四面体形，两者的空间构型相同，故正确；⑦三氟化硼和氯化铝为等电子体，空间构型都为平面三角形，则双聚氯化铝的分子组成与三氟化硼和氯化铝不相同，则空间构型与三氟化硼和氯化铝的空间构型一定不相同，故错误；②④⑤⑥正确，故选D。 题型06 价电子对几何构型与分子空间结构的关系 ①中心原子不含孤电子对的分子(或离子)，VSEPR模型与分子(或离子)的空间结构一致。 ②中心原子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥，则 VSEPR模型与分子的空间结构不一致。推测分子的立体模型必须略去 VSEPR模型中的孤电子对。 【典例6】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。 【变式6-1】短周期主族元素A、B可形成AB3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分子一定为平面正三角形 B．若AB3分子中的价电子个数为24个，则AB3分子可能为平面正三角形 C．若为A、B为同一主族元素，则AB3分子一定为三角锥形 D．若AB3分子为三角形锥形，则AB3分子一定为NH3 【答案】B 【解析】A项，若为PCl3，则分子为三角锥形，错误；B项，BCl3满足要求，其分子为平面正三角形，正确；C项，若分子为SO3，则为平面正三角形，错误；D项，分子不一定为NH3，也可能为NF3等。 【变式6-2】下列各组微粒的空间结构相似的是( ) A．SO2与O3 B．CO2与NO2 C．NO3-与SO32- D．PCl3与PCl5 【答案】A 【解析】A项，SO2分子中S原子价层电子对数=2+=3且含有1个孤电子对，则SO2的空间结构为V形，O3与SO2互为等电子体，空间结构相似，均为V形，故A正确；B项，CO2中C原子价层电子对数=2+=2且不含孤电子对，为直线形结构，NO2分子中N原子价层电子对数=2+=3且含有1个孤电子对，则NO2的空间结构为V形，故B错误；C项，NO3-中心原子N的价层电子对数为3+=3，无孤电子对，其空间结构为平面三角形，SO32-中S原子价层电子对数=3+=3且含有1个孤电子对，空间结构为三角锥形，故C错误；D项，PCl3中心原子价层电子对数为：=4，有1对孤电子对，为三角锥形结构，PCl5的价电子对数为：5+=5，不含有孤电子对，其分子的空间构型为三角双锥形，故D错误；故选A。 题型07 等电子体原理与分子结构 1.含义：原子总数相同、价电子总数相同的分子(或离子)互为等电子体。 2.特点：等电子体具有相似的结构特征(立体结构和化学键类型)及相近的性质，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。 3.等电子原理的应用 利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。如SO2和O3的原子数目和价电子总数都相等，二者互为等电子体，中心原子都是sp2杂化，都是V形结构。 4.常见的等电子体汇总 微粒 通式 价电子总数 立体构型 CO2、CNS－、NO、N AX2 16e－ 直线形 CO、NO、SO3 AX3 24e－ 平面三角形 SO2、O3、NO AX2 18e－ V形 SO、PO AX4 32e－ 正四面体形 PO、SO、ClO AX3 26e－ 三角锥形 CO、N2 AX 10e－ 直线形 CH4、NH AX4 8e－ 正四面体形 【典例7】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7-1】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。 题型08 分子极性的判断 键的极性与分子极性的关系 （1）只含非极性键的分子一定是非极性分子（除O3）； （2）含有非极性键的分子不一定是非极性分子(如H2O2)； （3）极性分子中一定有极性键（如H2O），非极性分子中不一定含有非极性键(如CO2)； （4）只含有极性键的分子不一定是极性分子(如CH4)； （5）极性分子不一定只含有极性键(如C2H5OH)； （6）含有极性键的分子有没有极性，必须依据分子中极性键的极性的向量和是否等于零而定，等于零时是非极性分子。 【典例5】实验测得BeCl2为共价化合物，两个Be—Cl的夹角为180°由此可判断BeCl2属于（ ） A.由极性键形成的极性分子 B.由极性键形成的非极性分子 C.由非极性键形成的极性分子 D.由非极性键形成的非极性分子 【答案】B 【解析】BeCl2中Be—Cl是不同元素形成的共价键，为极性键，两个Be—Cl的夹角为180°,说明分子是对称的，正电中心与负电中心重合，BeCl2属于非极性分子，故BeCl2是由极性键形成的非极性分子。 【变式8-1】下列物质的化学键类型、分子极性均完全相同的是 ①  ②  ③  ④ A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 【答案】A 【分析】一般来说，活泼金属与非金属形成离子键，非金属之间形成共价键；结构对称、正负电荷中心重合的为非极性分子，反之为极性分子；含离子键的一定为离子晶体，由分子构成的为分子晶体，由原子构成的为原子晶体。 【解析】①含极性共价键，为非极性分子，  ② 含极性共价键、为非极性分子 ③含极性共价键，为极性分子， ④含极性共价键、非极性共价键，为极性分子，①②化学键类型、分子极性均完全相同，故选A。 【变式8-2】下列各组物质中，都是由极性键构成的极性分子的是 A．CH4和CCl4 B．CO2和CS2 C．NH3和CH4 D．H2O和HBr 【答案】D 【解析】A．CH4和CCl4中的C-H键和C-Cl键均为极性键，CH4和CCl4分子均为正四面体构型，高度对称，分子中正负电荷的中心重合，均为非极性分子，故A不符合题意；B．CO2含有C=O极性键，空间结构为直线形，正负电荷的中心重合，是非极性分子；CS2含有C=S极性键，空间结构为直线形，正负电荷的中心重合，是非极性分子，故B不符合题意；C．NH3含有N-H极性键，分子空间结构为三角锥形，正负电荷中心不重合，为极性分子；CH4含有C-H极性键，为正四面体构型，高度对称，分子中正负电荷的中心重合，为非极性分子，故C不符合题意；D．H2O含有H-O极性键，分子空间结构为V形，正负电荷的中心不重合，是极性分子；HCl含有H-Cl极性键，正负电荷的中心不重合，是极性分子，故D符合题意；答案选D。 题型09 分子极性对物质物理性质的影响 极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂。如水为极性溶剂，HCl、NH3极易溶于水，说明它们为极性分子，Br2、I2、CCl4等不易溶于水，说明它们是非极性分子。 【典例9】根据“相似相溶原理”的规律和实际经验，下列叙述不正确的是 A．白磷()易溶于，难溶于水 B．苯与水混合静置后分层 C．溴易溶于苯，微溶于水 D．卤化氢易溶于水，也易溶于 【答案】D 【解析】A．白磷分子的空间构型为正四面体形，是结构对称的非极性分子，二硫化碳是非极性分子、水是极性分子，由相似相溶原理可知，白磷易溶于二硫化碳，难溶于水，故A正确；B．苯是非极性分子，难溶于极性分子水，由相似相溶原理可知，苯难溶于水，所以苯与水混合静置后分层，故B正确；C．溴是非极性分子，由相似相溶原理可知，溴易溶于非极性分子苯，微溶于极性分子水，故C正确；D．卤化氢是正负电荷重心不重合的极性分子，由相似相溶原理可知，卤化氢易溶于极性分子水，难溶于非极性分子四氯化碳，故D错误；故选D。 题型10 手性分子与手性碳原子的判断 手性碳原子和手性分子的判断 （1）手性碳原子：如果1个碳原子所连接的4个原子或基团各不相同，那么该碳原子为手性碳原子，用*C来表示。如,R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基团。 （2）手性分子：有机物分子具有手性是由于其分子中含有手性碳原子。所以，判断一种有机物是否为手性分子，就看其含有的碳原子是否连有4个不同的原子或基团。 【典例10】下列分子中含有“手性碳原子”的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．CHFCl2中的碳原子连接H、F、Cl、Cl，存在两个相同的Cl原子，不符合手性碳原子的定义，A错误；B．CH3—CH2—CH2—OH中所有碳原子均未连接四个不同基团（如-CH3中的碳连三个H，-CH2-中的碳连两个相同基团），B错误；C．CH3—CH2—CH3中的中间碳原子连接两个-CH3和两个H，基团重复，C错误；D．CH3—CHNO2—COOH中中间的碳原子连接-CH3、-NO2、-COOH、-H四个不同基团，符合手性碳原子的定义，D正确；故答案为D。 【变式10-1】下列分子中含3个手性碳原子的是(　　) 【答案】D 【解析】一个碳原子所连接的四个原子或基团各不相同，那么该碳原子称为不对称碳原子或手性碳原子，A项中无手性碳原子，B、C、D中含有的手性碳原子(用*标记)分别为B：；C：； D：，故选D。 【变式10-2】下列有关叙述错误的是 A．利用手性催化剂合成可只得到一种或主要得到一种手性分子 B．氢键是一种特殊化学键，它广泛地存在于自然界中 C．互为手性异构体的分子互为镜像，且分子组成相同，性质相似 D．由酸性FCH2COOH>CH3COOH，可知酸性ClCH2COOH>CH3COOH 【答案】B 【解析】A．利用手性催化剂合成可只得到一种或主要得到一种手性分子，称为手性合成，故A正确；B．氢键不是化学键，是一种比较强的分子间作用力，它广泛地存在于自然界中，故B错误；C．互为手性异构体的分子互为镜像，且分子组成和原子排列都完全相同，性质相似，故C正确；D．F和Cl都是吸电子基，F或Cl取代了乙酸分子中甲基上的H，使得FCH2COOH和ClCH2COOH中羧基里的羟基的极性更大，酸性都大于乙酸，所以酸性FCH2COOH＞ CH3COOH，ClCH2COOH＞ CH3COOH，故D正确；故选B。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一单元 分子的空间结构 题型01 分子结构的测定 题型02 杂化轨道理论 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 判断分子的空间结构 题型06 价电子对几何构型与分子空间结构的关系 题型07 等电子体原理与分子结构 题型08 分子极性的判断 题型09 分子极性对物质物理性质的影响 题型10 手性分子与手性碳原子的判断 题型01 分子结构的测定 【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1-1】利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可初步判断该有机物分子拥有的(　　) A．同分异构体数　　　 B．原子个数 C．化学键和官能团种类 D．有机化合物的分子式 【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 题型2 杂化轨道理论 1．杂化轨道理论的要点 （1）原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。 （2）杂化前后轨道数目不变。 （3）只有能量相近的轨道才能杂化(如2s和2p)。 （4）杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理。杂化轨道间的夹角决定分子空间构型。 （5）杂化轨道所形成的化学键全部为σ键。 2．杂化轨道及成键规律 （1）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。 （2）当杂化轨道数目大于成键轨道数目时，分子中存在孤电子对，对成键电子对产生排斥作用，使键角增大，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型不同。 （3）若未杂化的轨道上有成单电子，则形成π键。 3．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 4．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2】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2-1】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2-2】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2-3】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3 孤电子对数的计算 1.方法I：中心原子上的价层电子对数=σ键+中心原子上的 （1）σ键电子对数的确定：由确定 （2）中心原子上的孤电子对数的确定：中心原子上的孤电子对数= 公式中各字母的含义： a 中心原子的价层电子数 主族元素 = 阳离子 =中心原子的电子数︱离子的电荷数︱ 阴离子 =中心原子的电子数︱离子的电荷数︱ x 与中心原子结合的 b 与中心原子结合的原子最多能接受的 H = 其他原子 =8-该原子的电子数 2.方法II： 说明：（1）中心原子配位的原子总数是指与中心原子直接结合的，氧族元素原子作配位原子时，计算配位原子个数。 （2）粒子的电荷数是离子所带电荷数，阳离子用“”，阴离子用“”。 （3）计算结果为中心原子的，根据中心原子的价层电子对数可以确定。 （4）孤电子对数=价层电子对数-中心原子配位的原子。 【典例3】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3-1】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3-2】氯元素有多种化合价，可形成Cl-、ClO-、ClO、ClO、ClO等离子。下列说法错误是 A．基态Cl原子的价电子数为7 B．孤电子对数：ClO<ClO<ClO C．Cl-提供孤电子对与Cu2+可形成[CuCl4]2- D．ClO、ClO、ClO中Cl的杂化方式相同。 【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4 价层电子对互斥模型 价层电子对互斥模型认为，分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。 （1）当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。 （2）当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子的空间结构。 （3）电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。 （4）成键电子对之间斥力由大到小的顺序：三键-三键>三键-双键>双键-双键>双键-单键>单键 -单键。 （5）含孤电子对的斥力由大到小的顺序：孤电子对-孤电子对>孤电子对-单键>单键-单键。 【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】已知在CH4中，C—H键间的键角为109°28′，NH3中，N—H键间的键角为107°，H2O中O—H键间的键角为105°，则下列说法中正确的是(　　) A．孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力 B．孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力 C．孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力 D．题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力同成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系 【变式4-2】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4-3】用价层电子对互斥理论预测H2S和AlCl3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 题型5 判断分子的空间结构 【典例5】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 【变式5-1】根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的空间构型为三角锥形的是 A．H2O B． C．BF3 D．PCl3 【变式5-2】用价层电子对互斥理论(VSEPR)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．SO2、CS2、HCN都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120° C．CH2O、CO、SO3都是平面三角形的粒子 D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子 【变式5-3】下列各组微粒的空间构型相同的是 ①和 ②和 ③和 ④和 ⑤和 ⑥和 ⑦和 A．全部 B．除④⑥⑦以外 C．③④⑤⑥ D．②④⑤⑥ 题型06 价电子对几何构型与分子空间结构的关系 ①中心原子不含孤电子对的分子(或离子)，VSEPR模型与分子(或离子)的空间结构一致。 ②中心原子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥，则 VSEPR模型与分子的空间结构不一致。推测分子的立体模型必须略去 VSEPR模型中的孤电子对。 【典例6】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 【变式6-1】短周期主族元素A、B可形成AB3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分子一定为平面正三角形 B．若AB3分子中的价电子个数为24个，则AB3分子可能为平面正三角形 C．若为A、B为同一主族元素，则AB3分子一定为三角锥形 D．若AB3分子为三角形锥形，则AB3分子一定为NH3 【变式6-2】下列各组微粒的空间结构相似的是( ) A．SO2与O3 B．CO2与NO2 C．NO3-与SO32- D．PCl3与PCl5 题型07 等电子体原理与分子结构 1.含义：相同、相同的互为等电子体。 2.特点：等电子体具有相似的特征(立体结构和化学键类型)及的性质，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。 3.等电子原理的应用 利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的构型。如SO2和O3的原子数目和价电子总数都相等，二者互为等电子体，中心原子都是杂化，都是形结构。 4.常见的等电子体汇总 微粒 通式 价电子总数 立体构型 CO2、CNS－、NO、N AX2 16e－ 形 CO、NO、SO3 AX3 24e－ 形 SO2、O3、NO AX2 18e－ 形 SO、PO AX4 32e－ 形 PO、SO、ClO AX3 26e－ 形 CO、N2 AX 10e－ 形 CH4、NH AX4 8e－ 形 【典例7】下列微粒互为等电子体的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【变式7-1】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 题型08 分子极性的判断 键的极性与分子极性的关系 （1）只含非极性键的分子是非极性分子（除O3）； （2）含有非极性键的分子是非极性分子(如H2O2)； （3）极性分子中有极性键（如H2O），非极性分子中含有非极性键(如CO2)； （4）只含有极性键的分子是极性分子(如CH4)； （5）极性分子只含有极性键(如C2H5OH)； （6）含有极性键的分子有没有极性，必须依据分子中极性键的极性的向量和是否等于零而定，等于时是非极性分子。 【典例5】实验测得BeCl2为共价化合物，两个Be—Cl的夹角为180°由此可判断BeCl2属于（ ） A.由极性键形成的极性分子 B.由极性键形成的非极性分子 C.由非极性键形成的极性分子 D.由非极性键形成的非极性分子 【变式8-1】下列物质的化学键类型、分子极性均完全相同的是 ①  ②  ③  ④ A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 【变式8-2】下列各组物质中，都是由极性键构成的极性分子的是 A．CH4和CCl4 B．CO2和CS2 C．NH3和CH4 D．H2O和HBr 题型09 分子极性对物质物理性质的影响 极性分子组成的溶质溶于极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质溶于非极性分子组成的溶剂。如水为极性溶剂，HCl、NH3极易溶于水，说明它们为分子，Br2、I2、CCl4等不易溶于水，说明它们是分子。 【典例9】根据“相似相溶原理”的规律和实际经验，下列叙述不正确的是 A．白磷()易溶于，难溶于水 B．苯与水混合静置后分层 C．溴易溶于苯，微溶于水 D．卤化氢易溶于水，也易溶于 题型10 手性分子与手性碳原子的判断 手性碳原子和手性分子的判断 （1）手性碳原子：如果1个碳原子所连接的4个原子或基团各不相同，那么该碳原子为手性碳原子，用*C来表示。如,R1、R2、R3、R4是的原子或基团。 （2）手性分子：有机物分子具有手性是由于其分子中含有手性碳原子。所以，判断一种有机物是否为手性分子，就看其含有的碳原子是否连有的原子或基团。 【典例10】下列分子中含有“手性碳原子”的是 A． B． C． D． 【变式10-1】下列分子中含3个手性碳原子的是(　　) 【变式10-2】下列有关叙述错误的是 A．利用手性催化剂合成可只得到一种或主要得到一种手性分子 B．氢键是一种特殊化学键，它广泛地存在于自然界中 C．互为手性异构体的分子互为镜像，且分子组成相同，性质相似 D．由酸性FCH2COOH>CH3COOH，可知酸性ClCH2COOH>CH3COOH / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $