第16讲　分子的空间结构 学案-2027届高三化学一轮复习

该高中化学高考复习学案系统覆盖分子空间结构核心考点，包括价层电子对理论应用、杂化轨道理论解释及键角比较与杂化判断，通过课前预习自测、知识梳理表格归纳、能力突破真题应用构建层级知识网络，以问题导向设计判断正误题和任务驱动式填空，引导学生自主梳理价层电子对数计算、杂化类型与空间结构关系等关键内容。 亮点在于自主诊断与科学思维培养，开篇设置5道判断正误题和选择题进行学情自测，知识梳理部分以表格形式对比杂化类型、轨道数目及空间结构，能力突破环节结合高考真题设计分步解题任务，培养学生模型建构与证据推理素养。学后总结提供杂化类型判断方法与键角比较模板，助力学生个性化知识整合，教师可通过自测结果精准指导，提升复习实效。

第16讲　分子的空间结构 学习 目标 1.掌握价层电子对理论的应用:能用该理论预测分子或离子的空间结构 2.学会利用杂化轨道理论解释:会依据该理论解释分子或离子的空间结构 3.能比较键角与判断杂化:会比较键角大小,判断中心原子的杂化类型 知识 网络 【课前预习】 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)某分子的中心原子上的价层电子对数为3,则分子的空间结构一定为平面三角形。 (　　) (2)分子的空间结构与其VSEPR模型的结构相同,则该分子的中心原子不含孤电子对。 (　　) (3)(2024·湖北卷)VSEPR理论认为VSEPR模型与分子的空间结构相同。 (　　) (4)(2023·湖南卷)CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体。 (　　) (5)只要分子的空间结构为V形,中心原子均采取sp2杂化。 (　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)× 2.下列分子的空间结构相同的是 (　　) 　　　　　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　 A.XeO3和NH3　　B.COCl2和SOCl2 C.SO2和BeCl2　　D.CO2和SCl2 答案　A 解析　XeO3的中心原子的价层电子对数为4,孤电子对数为1,空间结构为三角锥形,NH3的中心原子上的价层电子对数为4,孤电子对数为1,空间结构为三角锥形,A项正确;COCl2的中心原子上的价层电子对数为3,无孤电子对,空间结构为平面三角形,SOCl2的中心原子上的价层电子对数为4,孤电子对数为1,空间结构为三角锥形,B项错误;SO2的中心原子上的价层电子对数为3,孤电子对数为1,空间结构为V形,BeCl2的中心原子上的价层电子对数为2,无孤电子对,空间结构为直线形,C项错误;CO2的中心原子上的价层电子对数为2,无孤电子对,空间结构为直线形,SCl2的中心原子上的价层电子对数为4,孤电子对数为2,空间结构为V形,D项错误。 【知识梳理】 知识点1　价层电子对互斥(VSEPR)模型 1.模型要点 (1)价层电子对在空间上彼此相距最远时,排斥力最小,体系的能量最低。 (2)孤电子对的排斥力较大,孤电子对数越多,排斥力越强,键角越小。 2.价层电子对数的计算 (1)计算方法: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N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C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;等等)。 (2)常见微粒中心原子的价层电子对数 微粒 AsH3 H3O+ H2Se C SO2 BF3 XeF2 价层电 子对数 4 4 4 3 3 3 5 3.利用VSEPR模型推测分子(或离子)的空间结构 知识点2　杂化轨道理论 1.理论要点:中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成能量相同、方向不同的新轨道(轨道总数保持不变)。 2.杂化轨道与分子空间结构的关系 杂化 类型 杂化轨 道数目 杂化轨道 间夹角 空间结构 实例 sp 2 180° 直线形 BeCl2 sp2 3 ①　　  平面三角形 BF3 sp3 4 ②　　  正四面体形 CH4 3.中心原子杂化类型和分子空间结构的相互判断 分子(A为 中心原子) 中心原子 上的孤电 子对数 中心原子 的杂化 方式 分子的空 间结构 实例 AB2 0 sp ③　　  BeCl2 1 ④　　  ⑤　　  SO2 2 ⑥　　  ⑦　　  H2O AB3 0 ⑧　　  平面三角形 BF3 1 ⑨　　  ⑩　　  NH3 AB4 0 sp3 正四面体形 CH4 答案　①120°　②109°28'　③直线形　④sp2　⑤V形　⑥sp3　⑦V形　⑧sp2　⑨sp3　⑩三角锥形 【能力突破】 能力　分子(或离子)空间结构及中心原子杂化类型的判断 1.(走进教材:链接人教选择性必修2 P51 T9)请回答下列问题: (1)OF2分子中,中心原子上的σ键电子对数为　　　,孤电子对数为　　　,价层电子对数为　　　,中心原子的杂化方式为　　　杂化,VSEPR模型为　　　,分子的空间结构为　　　。  (2)BF3分子中,中心原子上的σ键电子对数为　　　,孤电子对数为　　　,价层电子对数为　　　,中心原子的杂化方式为　　　杂化,VSEPR模型为　　　,分子的空间结构为　　　。  (3)S中,中心原子上的σ键电子对数为　　　,孤电子对数为　　　,价层电子对数为　　　,中心原子的杂化方式为　　　杂化,VSEPR模型为　　　　,分子的空间结构为　　　　。  答案　(1)2　2　4　sp3　四面体形　V形 (2)3　0　3　sp2　平面三角形　平面三角形 (3)4　0　4　sp3　正四面体形　正四面体形 2.(走向高考)下列说法正确的是　　　　(填字母)。  A.(2024·江西卷)12 g C(石墨)中sp2杂化轨道含有的电子数为6NA B.(2024·贵州卷)S的空间结构:平面三角形 C.(2024·甘肃卷)苯和苯酚中C的杂化方式相同 D.(2024·甘肃卷)N2O与的空间结构相同 E.(2024·湖南卷)C为V形结构 F.(2024·河北卷)NH4ClO4中的阴、阳离子有相同的VSEPR模型和空间结构 G.(2024·河北卷)在C60、石墨、金刚石中,碳原子有sp、sp2和sp3三种杂化方式 H.(2025·四川卷)C的VSEPR模型和空间结构都为平面三角形 I.(2025·四川卷)中sp2杂化的碳原子数目为6 J.(2025·湖南卷)N的空间结构为平面三角形 K.(2025·云南卷)Na2[Be(OH)4]中Be原子的杂化方式为sp3 答案　CDFHIJK 解析　12 g C(石墨)的物质的量为=1 mol,C原子的杂化轨道上有3个电子,有1个电子未参与杂化,sp2杂化轨道含有的电子数为3NA,A项错误;S中心原子S的价层电子对数为4,孤电子对数为1,S的空间结构为三角锥形,B项错误;C与CO2结构相似,C为直线形分子,E项错误;NH4ClO4中的中心N原子的孤电子对数为=0,价层电子对数为4,的中心Cl原子的孤电子对数为=0,价层电子对数为4,则二者的VSEPR模型和空间结构均为正四面体形,F项正确;C60、石墨、金刚石中碳原子的杂化方式分别为sp2、sp2、sp3,共有2种杂化方式,G项错误;C的中心原子C上的价层电子对数是3+=3,无孤电子对,VSEPR模型为平面三角形,实际空间结构也为平面三角形,H项正确;羰基、碳碳双键、酯基上的C均为sp2杂化,该分子中sp2杂化的碳原子数目为6,I项正确;N的中心N原子上的价层电子对数是3+=3,采用sp2杂化,无孤电子对,空间结构为平面三角形,J项正确;Na2[Be(OH)4]中 Be 原子与4个羟基形成4个σ键,没有孤电子对,只有4个成键电子对,因此,其杂化方式为 sp3,K项正确。 【学后总结】 杂化类型的判断方法 (1)依据杂化轨道总数判断 杂化轨道总数=σ键数+孤电子对数=中心原子的价层电子对数。 杂化轨道总数 2 3 4 …… 杂化类型 sp sp2 sp3 …… (2)依据中心原子成键形式判断 ①第ⅡA族Be形成2个共价键,采取sp杂化;第ⅢA族B、Al、Ga等形成3个共价键,采取sp2杂化,形成4个共价键,则采取sp3杂化。 ②第ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素,一般情况下,只形成单键时采取sp3杂化,形成1个双键时采取sp2杂化,形成1个三键时采取sp杂化。 答题规范 　键角大小比较及原因分析 【核心精讲】 1.优先依据杂化方式比较 规律 键角:sp>sp2>sp3 答题 模板 ××中心原子采取××杂化,键角为××,而××中心原子采取××杂化,键角为×× 应用 举例 Si元素与C元素位于同一主族,键角SiO2　　　(填“>”“<”或“=”)CO2,原因是　　　　　　　　　　　　　　  答案　<　SiO2中心Si原子采用sp3杂化,键角为109°28';CO2中心C原子采用sp杂化,键角为180° 2.杂化方式相同,孤电子对数不同 规律 一般情况下,中心原子上孤电子对数越多,孤电子对对成键电子对的斥力越大,键角越小 答题 模板 ××分子中心原子无孤电子对,××分子中心原子含有1个孤电子对,××分子中心原子含有2个孤电子对,孤电子对数依次增多,对成键电子对的排斥作用依次增大,故键角依次减小 应用 举例 H2O、NH3、CH4三种分子中,键角由大到小的顺序是　　　　　　　　,原因为　　　　　　　　　　　　　　  答案　CH4>NH3>H2O　CH4中心原子C无孤电子对,NH3中心原子N含有1个孤电子对,H2O中心原子O含有2个孤电子对,它们的孤电子对数依次增多,对成键电子对的排斥作用依次增大,故键角依次减小 3.中心原子不同,配位原子相同 规律 中心原子的电负性越大,键角越大 答题 模板 中心××原子的电负性较大,成键电子对离中心原子越近,成键电子对之间的斥力越大,键角越大 应用 举例 键角NH3　　　　(填“>”“<”或“=”)PH3,原因是　　　　　　　　　  答案　>　中心原子的电负性N>P,N—H成键电子对离中心原子更近,成键电子对之间的斥力较大,NH3中键角较大 4.中心原子相同,配位原子不同 规律 配位原子的电负性越大,键角越小 答题 模板 中心原子相同,配位××原子的电负性较大,成键电子对离中心原子较远,成键电子对之间的排斥力较小,因而键角较小 应用 举例 键角NCl3　　　(填“>”“<”或“=”)NBr3,原因是　　　　　　　　　　　　　　  答案　<　Cl的电负性比Br大,NCl3中成键电子对离中心原子较远,成键电子对之间的排斥力较小,因而键角较小 5.看化学键类型 规律 斥力大小:三键—三键>三键—双键>双键—双键>双键—单键>单键—单键 应用 举例 乙烯分子()中键角①　　　(填“>”“<”或“=”)键角②,原因是　　　　　　　　　  答案　>　斥力大小:双键—单键>单键—单键 6.配体体积对键角的影响 配体体积越大,电子云占据空间越大,对成键电子对的斥力越强,键角越小。如H—N—H键角:NH3>NH2OH>NH2(CH3)。 【学以致用】 1.比较键角大小:气态SeO3　　　　(填“>”“<”或“=”)Se,原因是　　　　　　　　　　　　　　。  答案　>　SeO3的空间结构为平面三角形,Se的空间结构为三角锥形 2.[PtCl4(NH3)2]中H—N—H之间的夹角　　　　(填“>”“<”或“=”)NH3中H—N—H之间的夹角,原因是　　　　　　　　　。  答案　>　[PtCl4(NH3)2]形成过程中,NH3中N原子的孤电子对与Pt原子形成配位键,N→Pt配位键相比于孤电子对,对其他成键电子对的排斥作用减小,H—N—H的键角增大 3.AsH3的空间结构为三角锥形,键角为91.80°,小于氨分子键角107°18',AsH3键角较小的原因是　　　　　　　　　。  答案　砷原子电负性小于氮原子,其共用电子对离砷原子核距离较远,斥力较小,键角较小 4.比较键角大小:PCl3　　　　(填“>”“<”或“=”)PF3,原因是　　　　　　　　　。  答案　>　F元素的电负性比Cl元素大,PF3中成键电子对离中心原子较远,成键电子对之间的排斥力较小,键角较小 5.乙酸分子()中键角1　　　　(填“>”“<”或“=”)键角2,原因是　　　　　　　　　。  答案　>　CO对C—C的斥力大于C—O对C—C的斥力 【高考联接】 1.(2023·河北卷)下列说法正确的是 (　　) A.CH4的价层电子对互斥模型和空间结构均为正四面体形 B.若AB2型分子的空间结构相同,其中心原子的杂化方式也相同 C.干冰和冰的结构表明范德华力和氢键通常都具有方向性 D.CO2和CCl4都是既含σ键又含π键的非极性分子 答案　A 解析　甲烷分子中心原子C形成4个σ键,没有孤电子对,所以价层电子对互斥模型和空间结构均为正四面体形,A项正确;SO2和OF2分子的空间结构均为V形,但前者中心原子为sp2杂化,后者中心原子为sp3杂化,B项错误;冰的结构是水分子通过氢键结合形成的有空隙的空间结构,表明氢键通常具有方向性,干冰的结构表现为分子密堆积,表明范德华力没有方向性,C项错误;CO2和CCl4都是由极性键形成的非极性分子,CO2既含σ键又含π键,而CCl4只含σ键不含π键,D项错误。 2.(2023·湖北卷)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.CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体形 B.S和C的空间结构均为平面三角形 C.CF4和SF4均为非极性分子 D.XeF2与XeO2的键角相等 答案　A 解析　甲烷分子的中心原子的价层电子对数为4,水分子的中心原子的价层电子对数也为4,所以它们的VSEPR模型都是四面体形,A项正确;S中心原子的孤电子对数为1,C中心原子的孤电子对数为0,所以S的空间结构为三角锥形,C的空间结构为平面三角形,B项错误;CF4为正四面体结构,为非极性分子,SF4的中心原子有孤电子对,为极性分子,C项错误;XeF2中心原子的孤电子对数为3,XeO2中心原子的孤电子对数为2,二者的孤电子对数不相等,所以二者键角不相等,D项错误。 【拓新视野】 1.(考法创新题)螯合钙比普通的补钙剂更容易被人体吸收,某种螯合钙的结构如图所示。下列说法不正确的是 (　　) A.∠1>∠2 B.Ca为s区元素 C.N的杂化类型为sp3 D.C、N、O的第一电离能依次增大 答案　D 解析　∠1和∠2对应的碳原子的杂化方式为sp2杂化,∠1为单键-双键所形成的键角,∠2为单键-单键之间的键角,根据价层电子对之间斥力大小为双键>单键,有双键会使键角变大可知,键角的大小为∠1>∠2,A项正确;Ca的电子排布式为[Ar]4s2,位于ⅡA族,为s区元素,B项正确;结构中N原子形成4个σ键(如—NH2中N连2个H和1个C,还有N→Ca2+配位键),价层电子对数为4,杂化类型为sp3,C项正确;同一周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但是由于N的2p能级半充满,更稳定,故N的第一电离能大于相邻元素的,第一电离能正确的大小顺序为N>O>C,D项错误。 2.(情境创新题)煅烧胆矾可得三氧化硫,液态三氧化硫有单分子SO3和三聚体(SO3)3两种形式;固态三氧化硫易升华,易溶于水,主要以三聚体和无限长链(SO3)n两种形式存在。下列说法不正确的是 (　　) A.SO3中心原子为sp2杂化,空间结构为平面三角形 B.环状(SO3)3中硫原子的杂化轨道类型为sp3杂化 C.单分子SO3和链状(SO3)n均是分子晶体 D.链状(SO3)n中sp3杂化的氧为3n个 答案　D 解析　SO3的中心原子上的价层电子对数为3+=3,其中心原子为sp2杂化,没有孤电子对,空间结构为平面三角形,A项正确;由图可知,环状(SO3)3中每个S原子形成4个单键,环状(SO3)3中硫原子的杂化轨道类型为sp3杂化,B项正确;固态SO3主要有三聚体和无限长链(SO3)n两种形式,已知固态三氧化硫易升华,易溶于水,可知其为分子晶体,C项正确;一个三氧化硫链节中有一个氧原子为sp3杂化,故链状(SO3)n中sp3杂化的氧为n个,D项错误。 1 学科网（北京）股份有限公司 $