VSEPR模型、杂化轨道理论单元复习导学案2024-2025学年高二下学期化学苏教版选择性必修2

专题4 价层电子对互斥理论（VSEPR理论） 1．VSEPR理论的要点 价层电子对互斥理论认为，分子中的价层电子对之间总是尽可能地互相排斥，均匀地分布在分子中。分子的空间结构是“价层电子对”互相排斥的结果。利用该理论可以预测，也只能预测AXm型分子的空间构型（m≥2）。 2．中心原子上的价层电子对（VP）的计算 (1)公式：中心原子的价层电子对数＝中心原子的________＋中心原子上_________。 (2)计算BP（Bonding Pair）：成键电子对数（σ键数）。BP由分子式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。一般来说，AXm型分子的BP数为m。 (3)计算LP（Lone Pair）：孤电子对数。中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)，其中： a：表示中心原子的价电子数；对于主族元素，a＝最外层电子数；对于阳离子，a＝价电子数－离子电荷数；对于阴离子，a＝价电子数＋|离子电荷数|。 x：表示与中心原子结合的原子数 b：表示与中心原子结合的原子离达到稳定所需的电子数量，H为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。例如： NH3分子：价层电子对数＝(5-1×3)=1 SO42-离子：价层电子对数＝(6＋2-4×2)=0； NO2分子：价层电子对数＝(5-2×2)= 0.5 = 1(四舍五入取整数) (4)计算VP（Valence Pair）：价电子对数：VP = BP + LP (5)写出以下分子或离子的BP、LP、VP 3．价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间构型的具体思路 但是VSEPR模型是将LP代入一起考虑的，实际构型是不考虑LP的。因此分子的实际构型和VSEPR模型可能会有差别，例如： 因此，我们确定分子空间构型的一般思路为： 实际的分子构型与VSEPR模型的关系： 4. VSEPR模型和中心原子杂化类型之间的联系 (1)杂化轨道的概念 sp3杂化：sp3杂化轨道是由____个ns轨道和____个np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有 s和 p的成分，sp3杂化轨道间的夹角为________，空间结构为________________形。 sp2杂化：sp2杂化轨道是由____个ns轨道和____个np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有 s和 p成分，sp2杂化轨道间的夹角都是________，呈________________形。 sp杂化：sp杂化轨道是由______个ns轨道和______个np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有 s和 p的成分，sp杂化轨道间的夹角为________，呈直线形。 (2)根据VP判断杂化类型（最常用） (3)根据成键情况判断杂化类型（主要针对C原子） 全部都是单键的C原子（饱和C原子）采取 杂化，有一个双键的C原子采取 ，有一个三键的C原子采取 杂化。 【例1】下列分子或离子的模型与其空间结构不一致的是( ) A．NH4+ B．CO32- C．IO3- D．N3- 【解析】A 项 NH₄⁺：中心 N 无孤电子对，sp³ 杂化，VSEPR 模型为正四面体形，实际构型也为正四面体形，一致；B 项 CO₃²⁻：C 无孤电子对，sp² 杂化，VSEPR 模型和实际构型均为平面三角形，一致；C 项 IO₃⁻：中心 I 价层电子对数 3＋1＝4（sp³），VSEPR 模型为四面体形，因有 1 对孤电子对，实际构型为三角锥形，模型与空间结构不一致，符合题意；D 项 N₃⁻：直线形，一致。 【答案】C 【例2】下图表示某原子在形成分子时的杂化过程。关于该过程，下列说法正确的是( ) A．该过程表示的是sp3杂化 B．图中的s轨道可能属于K层 C．杂化后，轨道可用于形成π键 D．杂化前，p轨道可能比s轨道的能量低 【解析】图中为 1 个 s 轨道与 1 个 p 轨道杂化形成 2 个 sp 杂化轨道（夹角 180°，另两个未杂化的 p 轨道保留），该过程为 sp 杂化：A 项错误（不是 sp³ 杂化）；B 项错误：中心原子为第二周期元素时，其价层 s 轨道为 2s，属于 L 层而非 K 层；C 项正确：杂化形成的 sp 杂化轨道可用于形成 σ 键，剩余未杂化的 p 轨道可用于形成 π 键；D 项错误：同一能层中 s 轨道能量低于 p 轨道，题给相反。 【答案】C 【例3】下列分子中，中心原子杂化轨道类型为sp3且分子构型为三角锥形的是( ) A．CH4 B．NH3 C．BF3 D．H2O 5.键角大小的比较 比较键角大小遵循以下步骤： ①先比较中心原子的杂化方式：sp杂化＞sp2杂化＞sp3杂化； ②若中心原子杂化方式相同，比较孤电子对数：孤电子对数越多，键角越小； ③若中心原子的杂化方式和孤电子对数均相同，则比较中心原子或外围原子的电负性，成键电子越靠近，则键角会越大 【解析】A 项 CH₄：C 无孤电子对，sp³ 杂化，正四面体形，不符合；B 项 NH₃：N 有 1 对孤电子对，sp³ 杂化，实际构型为三角锥形，符合题意；C 项 BF₃：B 无孤电子对，sp² 杂化，平面三角形；D 项 H₂O：O 有 2 对孤电子对，sp³ 杂化，实际构型为 V 形。 【答案】B 【例4】比较SO2和NH3的键角大小： 【解析】SO₂ 中 S 的价层电子对数为 2＋1＝3，sp² 杂化，有 1 对孤电子对，键角约 119°；NH₃ 中 N 的价层电子对数为 4，sp³ 杂化，有 1 对孤电子对，键角约 107.3°。杂化方式 sp² 的键角大于 sp³，故键角：SO₂＞NH₃。 【答案】SO₂＞NH₃ 【例5】比较CH4、NH3、H2O的键角大小： 【解析】CH₄、NH₃、H₂O 中心原子均为 sp³ 杂化，孤电子对数分别为 0、1、2。孤电子对数越多，对成键电子对的排斥越大，键角越小，故键角：CH₄（109.5°）＞NH₃（107.3°）＞H₂O（104.5°）。 【答案】CH₄＞NH₃＞H₂O 【例6】比较H2Se、H2Te的键角大小： 【解析】H₂Se 与 H₂Te 中心原子杂化方式和孤电子对数均相同（sp³、2 对孤对），外围原子 Se 的电负性大于 Te，成键电子对更靠近中心原子，键角更大，故键角：H₂Se＞H₂Te。 【答案】H₂Se＞H₂Te 【例7】比较NCl3、NF3的键角大小： BP、LP、VP的计算 根据LP、VP判断分子的VSEPR模型和实际构型 根据VSEPR模型或者成键情况判断原子的杂化方式 分子键角大小的比较 需要掌握的内容清单：掌握的打“✓” 【解析】NCl₃ 与 NF₃ 中 N 的杂化方式和孤电子对数相同（sp³、1 对孤对），外围原子 Cl 的电负性小于 F，NCl₃ 中成键电子对更靠近 N，键角更大，故键角：NCl₃＞NF₃。 【答案】NCl₃＞NF₃ 课后练习 【分层设计说明】本专题练习以空间结构判断与杂化方式应用为主，BP、LP、VP的基础计算与单一构型判断已在讲义例题中充分训练，故不单设基础巩固层。本题组按“能力提升—综合拓展”两个层级编排：B层为常规结构判断、概念辨析与系统应用，C层为陌生结构推断、知识拓展与综合计算。 【使用建议】B层全员必做、作为讲评与纠错重点；C层作为选做培优任务，可分层批改、分层讲评，重点检验孤电子对与杂化类型的准确判断。 层别 题号 题量 训练定位 建议用时 B层·能力提升 1、2、3、5、8 5题 结构判断·概念辨析·系统应用 约18分钟 C层·综合拓展 4、6、7 3题 陌生结构推断·拓展·综合计算 约18分钟 合计 共8题 8题 — 约36分钟 【B层·能力提升】（第1、2、3、5、8题，共5题） 【训练目标】能运用VSEPR模型与杂化轨道理论判断常见分子（离子）的空间结构、键角大小与杂化方式，辨析杂化轨道的形成与用途，并能系统完成VP、VSEPR模型、杂化类型与实际构型的综合填写。 【考查要点】第1题：甲基正离子、自由基、负离子的结构与键角比较；第2题：杂化轨道概念辨析（σ键、sp2杂化、AB4型）；第3题：铵盐复合肥料中价层电子对数、半径、VSEPR模型、电离能综合；第5题：空间结构与VSEPR模型综合判断；第8题：六种物质VP、VSEPR模型、杂化类型、实际构型系统填写。 1. （甲基正离子）、（甲基自由基）、（甲基负离子）都是重要的有机反应中间体，下列有关它们的说法正确的是 A．中碳原子的杂化方式为 B．的空间结构为正四面体形 C．的键角比的键角小 D．与结合成含有离子键的有机化合物 【解析】CH₃⁺ 中 C 无孤电子对、sp² 杂化，空间结构为平面三角形（键角 120°）；CH₃· 中 C 为 sp² 杂化、平面三角形；CH₃⁻ 中 C 有 1 对孤电子对、sp³ 杂化，空间结构为三角锥形（键角约 107°）。A 项错误：CH₃⁺ 中碳为 sp² 杂化（题给 sp³ 错误）；B 项错误：CH₃ 的空间结构不是正四面体形；C 项正确：CH₃⁻ 的键角（约 107°）比 ·CH₃（约 120°）的小；D 项错误：CH₃⁺ 与 CH₃⁻ 结合形成的是含共价键的有机化合物（如 CH₃CH₃ 等），不是离子化合物。 【答案】C 2. 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 【解析】A 项错误：杂化轨道只能用于形成 σ 键（头碰头重叠），不能形成 π 键（π 键由未杂化 p 轨道肩并肩形成），更不能形成离子键；B 项错误：中心原子 sp² 杂化但有孤电子对的分子（如 SO₂）空间结构为 V 形而非平面三角形；C 项错误：AB₄ 型共价化合物中心原子不都是 sp³ 杂化（如 XeF₄ 为 sp³d² 杂化、平面正方形）；D 项正确：气态 BeCl₂ 中 Be 采取 sp 杂化、直线形。 【答案】D 3. 和均为常见的复合肥料。下列有关说法正确的是 A．和的价层电子对数相同 B．简单离子半径： C．的VSEPR模型相同 D．第一电离能： 【解析】A 项正确：NH₄⁺ 与 NH₃ 中心原子价层电子对数均为 4（NH₄⁺ 无孤对、NH₃ 有 1 对孤对），价层电子对数相同；B 项错误：N³⁻、K⁺ 与 P³⁻ 比较，P³⁻ 半径大于 K⁺（电子层相同、核电荷 K 大），题给 N³⁻＜P³⁻＜K⁺ 错误；C 项错误：PO₄³⁻ 的 VSEPR 模型为正四面体形，NO₃⁻ 为平面三角形，不相同；D 项错误：N 的 2p 半充满，第一电离能 N＞O，题给 O＞N＞P＞K 错误。 【答案】A 5.下列说法正确的是 A．、、均为直线形结构 B．的价层电子对互斥模型： C．、、均为非极性分子 D．、、三种粒子中的键角依次增大 【解析】A 项错误：CS₂、C₂H₂ 为直线形，但 NO₂⁻ 中 N 为 sp² 杂化且有 1 对孤电子对，实际构型为 V 形；B 项正确：SO₂ 的价层电子对数为 3（2 个 σ 键＋1 对孤对），VSEPR 模型为平面三角形，图示正确；C 项错误：SiO₂ 是共价晶体（不是分子），不能称其为非极性分子；D 项错误：NH₄⁺、NH₃、NH₂⁻ 中 N 的孤电子对数依次为 0、1、2，键角依次减小（109.5°＞107.3°＞104.5°）。 【答案】B 8.完成下列表格 VP VSEPR模型 中心原子杂化类型 实际构型 SO3 NF3 H2Se PCl3 SiF4 O3 【解析】SO₃：中心 S 价层电子对数 3、无孤对，sp² 杂化，VSEPR 模型和实际构型均为平面三角形；NF₃：价层电子对数 4、1 对孤对，sp³ 杂化，VSEPR 模型为四面体形、实际构型为三角锥形；H₂Se：价层电子对数 4、2 对孤对，sp³ 杂化，VSEPR 模型为四面体形、实际构型为 V 形；PCl₃：价层电子对数 4、1 对孤对，sp³ 杂化，VSEPR 模型为四面体形、实际构型为三角锥形；SiF₄：价层电子对数 4、无孤对，sp³ 杂化，VSEPR 模型和实际构型均为正四面体形；O₃：中心 O 价层电子对数为 2＋1＝3、1 对孤对，sp² 杂化，VSEPR 模型为平面三角形、实际构型为 V 形。 【答案】SO₃：3、平面三角形、sp²、平面三角形；NF₃：4、四面体形、sp³、三角锥形；H₂Se：4、四面体形、sp³、V形；PCl₃：4、四面体形、sp³、三角锥形；SiF₄：4、正四面体形、sp³、正四面体形；O₃：3、平面三角形、sp²、V形 【C层·综合拓展】（第4、6、7题，共3题） 【训练目标】能在陌生结构（电解质阴离子、丙烯腈、丙酮、金属材料情境）中完成元素推断、杂化方式与σ键数目的综合分析与计算，并能对XeF2等非常规杂化进行合理推断。 【考查要点】第4题：电解质阴离子结构推断（8电子稳定结构、高分子、空间构型、酸性）；第6题：杂化方式综合判断与XeF2拓展；第7题：神舟十三号金属材料情境综合（Ti位置、TiCl4构型、Fe3+排布、丙酮杂化、σ键数）。 4. 某电解质阴离子的结构如图所示。X、Y、Z、Q为原子序数依次增大的同周期元素，Z的单质为空气的主要成分之一。下列说法错误的是 A．中所有原子均满足8电子稳定结构 B．可形成高分子化合物 C．的空间结构为平面三角形 D．最高价氧化物对应水化物的酸性： 【解析】Z 的单质为空气的主要成分之一，且 X、Y、Z、Q 为同周期递增元素，结合结构式 [Q₃Y−Y−Z−X−Z−Y−YQ₃]⁻ 可推出 X=B、Y=C、Z=N、Q=O。A 项错误：XQ₃（BO₃³⁻）中 B 只形成 3 个共价键、最外层 6 个电子，不满足 8 电子稳定结构；B 项正确：Y₂Q₄ 中 Y—Y 之间有双键（类似 C₂H₄），可发生加聚反应形成高分子化合物；C 项正确：YZ₃²⁻（CN₃²⁻）中 C 无孤电子对、sp² 杂化，空间结构为平面三角形；D 项正确：最高价含氧酸酸性 H₂CO₃＞H₃BO₃（Y＞X）。错误的是 A 项。 【答案】A 6.完成下列问题 (1)判断下列物质中心原子的杂化方式。 ①分子中碳原子的杂化轨道类型是_______。 ②丙烯腈分子()中碳原子杂化轨道类型为_______。 ③有机碱中，氮原子的杂化轨道类型是_______。 ④Xe是第五周期的稀有气体元素，与F形成的在室温下易升华。中心原子的价层电子对数为_______，下列对中心原子杂化方式推断合理的是_______(填字母)。 A．sp    B．    C．    D． (2)完成下列表格 物质 价层电子对数 中心原子杂化轨道类型 分子(离子)空间结构 _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ 【解析】(1)①HOCH₂CN 中有两个碳：CH₂ 中 C 为 sp³ 杂化，CN 中 C 为 sp 杂化；②丙烯腈 H₂C=CH−CN 中三个碳：CH₂=CH 的两个 C 均为 sp² 杂化，CN 中 C 为 sp 杂化；③CH₃NH₃⁺ 中 N 有 4 对价层电子对（3 个 N—H 键＋1 对孤对或配位），为 sp³ 杂化；④XeF₂ 中心 Xe 价层电子对数为 (8＋2)/2＝5，杂化方式为 sp³d（直线形），选 D。(2)表格：CS₂ 价层电子对数 2、sp 杂化、直线形；CO₃²⁻ 价层电子对数 3、sp² 杂化、平面三角形；H₂S 价层电子对数 4、sp³ 杂化、V 形。 【答案】(1)①sp³、sp；②sp²、sp²、sp；③sp³；④5；D（sp³d）；(2)CS₂：2、sp、直线形；CO₃²⁻：3、sp²、平面三角形；H₂S：4、sp³、V 形 7. 2022年4月16日神舟13号载人飞行任务取得圆满成功，高性能金属材料铝合金、镁合金、超强度钢等作用功不可没。回答下列问题： (1)常温下，是无色液体，其熔点为250K，沸点为409K。通过与铵盐反应可生成。 ①钛在元素周期表中的位置________。 ②中，的空间构型是________。 (2)铁的几种化合物均为磁性材料，氮化铁（）是其中一种，某的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。 ①基态核外电子排布式________。 ②丙酮（）分子中碳原子轨道的杂化类型是________。 ③1mol丙酮分子中含有键的数目为________。 【解析】(1)①Ti 位于第四周期第ⅣB 族；②TiCl₄ 中 Ti 无孤电子对、sp³ 杂化，空间构型为正四面体形。(2)①基态 Fe³⁺ 核外电子排布式为 [Ar]3d⁵；②丙酮 CH₃COCH₃ 中羰基碳为 sp² 杂化、甲基碳为 sp³ 杂化；③1 mol 丙酮分子含 6 mol C—H 键、2 mol C—C 键、1 mol C=O 键（含 1 个 σ 键），共 9 mol σ 键（9NA）。 【答案】(1)①第四周期第ⅣB族；②正四面体形；(2)①[Ar]3d⁵；②sp²、sp³；③9NA 2 学科网（北京）股份有限公司 $