2.2 分子的空间结构（举一反三专项训练，江苏专用）化学人教选择性必修2

第二节 分子的空间结构（题型突破·举一反三） 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 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】（25-26高二下·江苏南京·期中）研究物质结构需借助多种现代分析方法，不同方法提供独特的结构信息。下列方法与用途的对应关系正确的是 A．红外光谱——测定有机物的相对分子质量 B．核磁共振氢谱——检测分子中的官能团 C．X射线衍射——测定晶体的原子或离子排列方式 D．质谱法——确定分子中氢原子的种类和数目 【答案】C 【解析】A．红外光谱用于测定有机物分子中的化学键或官能团，测定相对分子质量应使用质谱法，A错误；B．核磁共振氢谱用于确定有机物分子中氢原子的种类和数目比，检测官能团应使用红外光谱法，B错误；C．X射线衍射可以获得晶体的结构信息，能够测定晶体的原子或离子排列方式，C正确；D．质谱法用于测定有机物的相对分子质量，确定分子中氢原子的种类和数目应使用核磁共振氢谱，D错误；故答案选C。 【变式1-1】（25-26高二下·江苏连云港·期中）下列说法不正确的是 A．用质谱法测定分子的空间构型 B．用射线衍射法测定矿石的晶体结构 C．用断代法测定文物的年代 D．用红外光谱法测定有机物中的官能团 【答案】A 【解析】A．质谱法可用于测定有机物的相对分子质量，无法测定分子的空间构型，A错误；B．X射线衍射法是测定晶体结构的常用方法，可用于测定矿石的晶体结构，B正确；C．具有放射性且半衰期恒定，可通过其残留含量测定文物的年代，C正确；D．不同官能团的红外特征吸收峰不同，可用红外光谱法测定有机物中的官能团，D正确；故选A。 【变式1-2】（26-27高二上·江苏泰州·阶段检测）下列分析方法中能够快速、精确测定有机物的相对分子质量的是 A．X射线衍射 B．质谱法 C．红外光谱 D．核磁共振氢谱 【答案】B 【解析】A．X射线衍射用于测定晶体结构，无法测定有机物的相对分子质量，A错误；B．质谱法可通过待测物对应的最大质荷比快速、精确测定有机物的相对分子质量，B正确；C．红外光谱用于测定有机物分子中的官能团或化学键类型，无法测定相对分子质量，C错误；D．核磁共振氢谱用于测定有机物分子中等效氢的种类和数目比值，无法测定相对分子质量，D错误；故选 B。 【变式1-3】（25-26高二下·江苏·期中）欲确定乙醛中存在两种不同化学环境的氢原子，可采取的仪器分析为 A．核磁共振氢谱 B．质谱 C．红外光谱 D．原子发射光谱 【答案】A 【解析】A．核磁共振氢谱可用于测定有机物分子中不同化学环境氢原子的种类及数目比，乙醛有2种不同化学环境的氢，核磁共振氢谱会出现2组特征峰，可达成实验目的，A正确；B．质谱用于测定有机物的相对分子质量及结构碎片信息，无法区分不同化学环境的氢原子，B错误；C．红外光谱用于测定有机物中的官能团和化学键类型，无法检测不同化学环境的氢原子，C错误；D．原子发射光谱用于定性分析物质所含的元素种类，无法测定氢原子的化学环境差异，D错误；故选A。 题型02 常见分子的空间结构 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 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】（25-26高二下·甘肃兰州·期中）下列分子中，各分子的空间构型、中心原子的杂化方式以及孤电子对数均正确的是 选项 分子 空间构型 杂化方式 孤电子对数 A NH3 平面三角形 sp3杂化 N含有一对孤电子对 B CCl4 正四面体 sp3杂化 C不含有孤电子对 C H2O V形 sp2杂化 O含有两对孤电子对 D CO32- 三角锥形 sp3杂化 C含有一对孤电子对 【答案】B 【分析】根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型及中心原子杂化方式，价层电子对数=配原子个数+孤电子对数。 【解析】A. NH3中心原子的价层电子对数=3+（5-3×1）=4，N原子的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，A项错误；B. CCl4中心原子的价层电子对数=4+（4-4×1）=4，C原子的杂化方式为sp3，没有孤电子对，分子的立体构型为正四面体，B项正确；C. H2O中心原子的价层电子对数=2+（6-2×1）=4，O原子的杂化方式为sp3，含有两对孤电子对，分子的立体构型为V形，C项错误；D. CO32- 中心原子的价层电子对数=3+（4+2-3×2）=3，C原子的杂化方式为sp2，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，D项错误；答案选B。 【变式3-1】（25-26高二上·云南·期末）下列分子或离子的中心原子上带有一个孤电子对的是 ①BeCl2　②CH4　③NH3　④CH2O　⑤SO2    ⑥H2S　⑦C　⑧N A．①②③⑤⑥⑦ B．③⑦⑧ C．④⑥⑧ D．③⑤ 【答案】D 【解析】①BeCl2中Be的孤电子对数==0；②CH4中C的孤电子对数==0；③NH3中N的孤电子对数==1；④CH2O中C的孤电子对数==0；⑤SO2中S的孤电子对数==1；⑥H2S中S的孤电子对数==2；⑦中C的孤电子对数==0；⑧中N的孤电子对数==0；综上，符合题意的有③⑤；答案选D。 【变式3-2】（25-26高二下·宁夏·阶段检测）下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳1对孤电子对的是 A．NH3、PCl3、H3O+ B．CO2、BF3、 C．HCN、SO2、BeCl2 D．CH4、NH3、H2O 【答案】A 【解析】A．NH3、PCl3、H3O+中，中心原子的价层电子对数都为4，发生sp3杂化，且杂化轨道容纳1对孤电子对，A符合题意；B．CO2、BF3、中，C原子的价层电子对数为2，发生sp杂化，B原子的价层电子对数为3，发生sp2杂化，S原子的价层电子对数为4，发生sp3杂化，且只有S原子的最外层有1个孤电子对，B不符合题意；C．HCN、SO2、BeCl2中，中心原子C、S、Be的价层电子对数分别为2、3、2，分别发生sp、sp2、sp杂化，且只有S原子的最外层有1个孤电子对，C不符合题意；D．CH4、NH3、H2O中，中心原子C、N、O的价层电子对数都为4，都发生sp3杂化，但最外层具有的孤电子对数分别为0、1、2，D不符合题意；故选A。 【变式3-3】 （24-25高二下·湖北孝感·期中）下列分子或离子的中心原子为杂化，且杂化轨道容纳的孤电子对数不相同的是 A．、 B．、 C．、 D．、 【答案】D 【解析】A．、的中心原子价层电子对数均为4，均为sp3杂化，二者孤电子对数均为1，孤电子对数相同，A不符合题意；B．BF3中心原子价层电子对数为3，为sp2杂化，不符合中心原子为sp3杂化的要求，B不符合题意；C．中心原子价层电子对数为3，为sp2杂化，BeCl2中心原子价层电子对数为2，为sp杂化，均不符合sp3杂化要求，C不符合题意；D．、的中心原子价层电子对数均为4，均为sp3杂化，中心原子孤电子对数为1，中心原子孤电子对数为2，二者孤电子对数不同，D符合题意；答案选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】（25-26高二下·河南漯河·期中）化学与生产、生活密切相关。下列物质或离子对应关系错误的是 选项 物质或离子名称 用途 VSEPR模型 A 二氧化碳 工业制备干冰 直线形 B 氨 用作制冷剂 三角锥形 C 硫酸根离子 制备硫酸盐 四面体形 D 碳酸根离子 制备碳酸盐材料 平面三角形 【答案】B 【解析】A．工业上常用二氧化碳制备干冰，二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为：2+(4-2×2) ×=2，孤对电子对数为：(4-2×2) ×=0，则分子的VSEPR模型为直线形，A正确；B．氨气可用作制冷剂，氨分子中氮原子的价层电子对数为：3+(5-1×3) ×=4，孤对电子对数为：(5-1×3) ×=1，则分子的VSEPR模型为四面体形，B错误；C．硫酸根离子可用于制备硫酸盐，硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为：4+(6-2×4+2) ×=4，孤对电子对数为：(6-2×4+2) ×=0，则离子的VSEPR模型为四面体形，C正确；D．碳酸根离子可用于制备碳酸盐材料，碳酸根离子中碳原子的价层电子对数为：3+(4-2×3+2) ×=3，孤对电子对数为：(4-2×3+2) ×=0，则离子的VSEPR模型为平面三角形，D正确；故选B。 【变式4-1】（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·期中）价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法错误的是 A．和的VSEPR模型均为四面体 B．和的空间构型均为平面三角形 C．和的空间构型均为V形 D．和的空间构型均为三角锥形 【答案】B 【解析】A．中心C孤电子对数为，价层电子对数为4，中心O孤电子对数为，价层电子对数为4，二者VSEPR模型均为四面体，A正确； B．中心S孤电子对数为，价层电子对数为4，空间构型为三角锥形，中心C孤电子对数为，价层电子对数为3，空间构型为平面三角形，二者空间构型不都为平面三角形，B错误；C．中心I孤电子对数为，价层电子对数为4，中心O孤电子对数为，价层电子对数为4，二者空间构型均为V形，C正确；D．中心N孤电子对数为，价层电子对数为4，中心Cl孤电子对数为，价层电子对数为4，二者空间构型均为三角锥形，D正确；故答案选B。 【变式4-2】（25-26高二下·广东广州·期中）下列各组物质中，都是由极性键构成的非极性分子的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【答案】B 【解析】A．和分子中的键、键均为极性键，二者中心原子上的价层电子对数都是，且含有1个孤电子对，二者均为三角锥形结构，正负电荷中心不重合，都属于极性分子，不符合要求，A错误；B．和分子中的键、键均为极性键，中心原子上的价层电子对数为，BH3中心原子上的价层电子对数为，为平面正三角形结构，也为平面正三角形结构，二者正负电荷中心均重合，都属于非极性分子，符合要求，B正确；C．和分子中的键、键均为极性键，中心原子上的价层电子对数为，且含有1个孤电子对，为三角锥形极性分子，正电中心和负电中心不重合，为极性分子，不符合要求，C错误；D．和分子中的键、键均为极性键，的中心原子C原子上的价层电子对数为，且不含孤电子对，的中心原子S原子上的价层电子对数为，且含有1个孤电子对，为直线形非极性分子，但为V形极性分子，不符合要求，D错误；因此答案选B。 【变式4-3】（25-26高二下·广东佛山·期中）VSEPR模型为平面三角形的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．中心原子价层电子对数为（含个键，无孤电子对），VSEPR模型为直线形，A错误；B．中心原子价层电子对数为（含个键，对孤电子对），VSEPR模型为四面体形，B错误；C．中心原子价层电子对数为（含个键，无孤电子对），VSEPR模型为直线形，C错误；D．中心原子价层电子对数为（含个键，对孤电子对），VSEPR模型为平面三角形，D正确；故答案选D。 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】（25-26高二下·新疆喀什·期中）下列关于杂化轨道理论的描述，正确的是 A．中采取杂化，故键角均为 B．杂化轨道用于形成键或容纳孤电子对，未杂化轨道用于形成键 C．中心原子杂化类型决定分子空间构型，与孤电子对无关 D．乙炔分子中C原子采取杂化，分子为直线形 【答案】B 【解析】A．中采取杂化，但N原子存在1对孤电子对，孤电子对对成键电子对的斥力更大，导致键角约为，小于，A错误；B．杂化轨道只能用于头碰头重叠形成键或者容纳未参与成键的孤电子对，未参与杂化的轨道可肩并肩重叠形成键，B正确；C．分子的空间构型由中心原子杂化类型和孤电子对数目共同决定，例如同样是杂化的（无孤对，正四面体形）和（1对孤对，三角锥形）空间构型不同，C错误；D．乙炔分子中原子价层电子对数为2，采取杂化，分子为直线形，D错误；故选B。 【变式5-1】（25-26高二下·湖北十堰·期末）下列关于分子或晶体中中心原子的杂化类型的说法中正确的是 A．中的两个碳原子与中的硼原子均为杂化 B．中的铍原子和中的硫原子均为杂化 C．晶体硅和石英晶体中硅原子均为杂化 D．中的碳原子与中的两个碳原子均为杂化 【答案】C 【解析】A．中两个碳原子均形成4个键，价层电子对数为4，为杂化，仅中的硼原子为杂化，A错误；B．中的铍原子价层电子对数为2，为杂化，中的硫原子价层电子对数为4，为杂化，B错误；C．晶体硅和晶体中硅原子均形成4个键，价层电子对数为4，均为杂化，C正确；D．中的碳原子价层电子对数为2，为杂化，中的碳原子价层电子对数为3，为杂化，D错误；故选C。 【变式5-2】（25-26高二下·福建厦门·期中）根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的立体构型正确的是 选项 分子式 中心原子杂化方式 分子或离子的立体构型 A SO2 sp 直线形 B HCHO sp2 三角锥形 C NF3 sp2 平面三角形 D sp3 正四面体形 【答案】D 【解析】A．中心原子的价层电子对数为，杂化方式为，含1对孤电子对，立体构型为V形，A错误；B．中心原子的价层电子对数为，杂化方式为，无孤电子对，立体构型为平面三角形，B错误；C．中心原子的价层电子对数为，杂化方式为，含1对孤电子对，立体构型为三角锥形，C错误；D．中心原子的价层电子对数为，杂化方式为，无孤电子对，立体构型为正四面体形，D正确；故选D。 【变式5-3】（25-26高二下·吉林长春·期末）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。 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】（25-26高二下·吉林·期末）下列分子或离子中心原子的杂化方式和空间结构均判断错误的是 A．、直线形 B．、V形 C．、三角锥形 D．、平面形 【答案】C 【解析】A．HCN的中心原子为碳原子，碳原子的杂化方式为sp杂化，分子呈直线形，A项正确；B．的中心原子为氧原子，氧原子的杂化方式为杂化，分子呈V形，B项正确；C．的中心原子为硅原子，硅原子的杂化方式为杂化，离子呈平面三角形，C项错误；D．的中心原子为碳原子，碳原子的杂化方式为杂化，分子呈平面形，D项正确；故选：C。 【变式6-1】（25-26高二下·吉林省长春·期末）根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的立体构型正确的是( 　) 选项 分子式 中心原子 杂化方式 价层电子对 互斥模型 分子或离子 的立体构型 A SO2 sp 直线形 直线形 B HCHO sp2 平面三角形 三角锥形 C NF3 sp2 四面体形 平面三角形 D NH4+ sp3 正四面体形 正四面体形 【答案】D 【解析】A、SO2中心原子杂化方式sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，含有一个孤电子对，分子的立体构型为V型结构，选项A错误；B、HCHO分子中心原子杂化方式sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，选项B错误；C、NF3分子中心原子杂化方式sp3，价层电子对互斥模型为四面体形，含有一个孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，选项C错误；D、NH4+的中心原子杂化方式sp3，价层电子对互斥模型为正四面体形，没有孤电子对，离子的立体构型为正四面体形，选项D正确；答案选D。 【变式6-2】（25-26高二上·山东菏泽·阶段检测）下列分子或离子的中心原子杂化方式与立体构型均相同的是 ①PCl3    ②NO    ③CO    ④SO3    ⑤SO2    ⑥SO A．①④ B．③⑥ C．②③④ D．①②③④⑤⑥ 【答案】C 【分析】价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)，根据价电子对互斥理论，价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数；σ键个数=配原子个数，孤电子对个数=，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；分子的立体构型是指分子中的原子在空间的排布，不包括中心原子未成键的孤对电子；实际空间构型要去掉孤电子对，略去孤电子对就是该分子的空间构型，当价层电子对数为4，中心原子为sp3杂化，若中心原子没有孤电子对，则空间构型为正四面体，若中心原子有1对孤电子对，则空间构型为三角锥形，若中心原子有2对孤电子对，则空间构型为V字形；当价层电子对数为3，中心原子为sp2杂化，若中心原子没有孤电子对，则空间构型为平面正三角形，若中心原子有1对孤电子对，则空间构型为V字形，当价层电子对数为2，中心原子为sp杂化，空间构型为直线形，据此回答； 【解析】据分析，①PCl3孤电子对数=、价层电子对数=3+1=4，故为sp3杂化、空间构型为三角锥形；②NO孤电子对数=、价层电子对数=3+0=3，故为sp2杂化、空间构型为平面正三角形；③CO孤电子对数=、价层电子对数=3+0=3，故为sp2杂化、空间构型为平面正三角形；④SO3孤电子对数=、价层电子对数=3+0=3，故为sp2杂化、空间构型为平面正三角形；⑤SO2孤电子对数=、价层电子对数=2+1=3，故为sp2杂化、空间构型为V形；⑥SO孤电子对数=、价层电子对数=3+1=4，故为sp3杂化、空间构型为三角锥形；则符合条件的组合有：①⑥或②③④；C正确；答案选C。 【变式6-3】（25-26高二下·北京·阶段检测）下列说法中，正确的是 A．凡是中心原子采取杂化的分子，其空间结构都是正四面体形 B．凡是型的共价化合物，其中心原子A均采用杂化轨道成键 C．杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对 D．属于型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键 【答案】C 【解析】A．中心原子采取杂化的分子，若存在孤电子对或杂化轨道连接的原子不同，空间结构不是正四面体形，如、等，A错误；；B．型的共价化合物，中心原子不一定采用杂化，如中心B采取杂化，B错误；C．杂化轨道只用于形成键或容纳未参与成键的孤电子对，键由未参与杂化的轨道侧面重叠形成，C正确；D．中心S的价层电子对数为，采取杂化，D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】（25-26高二下·天津·期末）下列分子或离子中与有相似空间结构的是 A．PCl5 B． C．NF3 D．CCl4 【答案】D 【分析】首先明确的空间结构：中心原子价层电子对数为，无孤电子对，空间结构为正四面体形。 【解析】A．中心原子价层电子对数为，无孤电子对，空间结构为三角双锥形，与结构不相似，A不符合题意；B．与互为等电子体，空间结构为直线形，与结构不相似，B不符合题意；C．中心原子价层电子对数为，含1对孤电子对，空间结构为三角锥形，与结构不相似，C不符合题意；D．中心原子价层电子对数为，无孤电子对，空间结构为正四面体形，与结构相似，D符合题意；故选D。 【变式7-1】（25-26高二下·河南南阳·阶段检测）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，为平面三角形，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7-2】（25-26高二上·福建·阶段检测）下列几组微粒互为等电子体的是 ①和CO  ②NO和  ③和  ④和  ⑤和  ⑥和 A．①②③ B．④⑤⑥ C．①③④⑥ D．①②③④⑤⑥ 【答案】D 【分析】等电子体的两个显著特点为原子总数相同和价电子总数相同。 【解析】①中氮气分子和一氧化碳分子的原子总数均为2，价电子总数均为10，它们是等电子体；②中NO和的原子总数均为2，价电子总数均为11，它们是等电子体；③中的CO2和CS2原子总数均为3，价电子总数均为16，它们是等电子体；④中的和原子总数均为3，价电子总数均为16，它们是等电子体；⑤中的和原子总数均为3，价电子总数均为18，它们是等电子体；⑥中的和原子总数均为4，价电子总数均为24，和是等电子体；所以全部是等电子体，故选D。 【变式7-3】（25-26高二上·北京·期末）根据VSEPR理论，下列关于分子或离子的空间结构表述正确的是 A．H2O、HCN、CO2均为直线形 B．SO2、O3、BeCl2均为V形 C．、、均为平面三角形 D．、、均为正四面体形 【答案】D 【解析】A．H2O的中心原子为O，其价层电子对数为：2+4，有2对孤电子对，其空间结构为V形，不是直线形；HCN的中心原子为C，其价层电子对数为2，无孤电子对，其空间结构为直线形；CO2的中心原子为C，其价层电子对数为：2+2，无孤电子对，其空间结构为直线形，A错误； B．SO2的中心原子为S，其价层电子对数为：2+3，有1对孤电子对，其空间结构为V形；O3的中心原子为O，其价层电子对为2+3，有1对孤电子对，其空间结构为V形；BeCl2的中心原子为Be，其价层电子对数为：2+2，无孤电子对，其空间结构为直线形，不是V形；B错误；C．、互为等电子体，其空间结构均为平面三角形；的中心原子为S，其价层电子对数为：3+4，有1对孤电子对，其空间结构为三角锥形，不是平面三角形，C错误；D．、、互为等电子体，空间结构均为正四面体形，D正确；故选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 $ 第二节 分子的空间结构（题型突破·举一反三） 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 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】（25-26高二下·江苏南京·期中）研究物质结构需借助多种现代分析方法，不同方法提供独特的结构信息。下列方法与用途的对应关系正确的是 A．红外光谱——测定有机物的相对分子质量 B．核磁共振氢谱——检测分子中的官能团 C．X射线衍射——测定晶体的原子或离子排列方式 D．质谱法——确定分子中氢原子的种类和数目 【变式1-1】（25-26高二下·江苏连云港·期中）下列说法不正确的是 A．用质谱法测定分子的空间构型 B．用射线衍射法测定矿石的晶体结构 C．用断代法测定文物的年代 D．用红外光谱法测定有机物中的官能团 【变式1-2】（26-27高二上·江苏泰州·阶段检测）下列分析方法中能够快速、精确测定有机物的相对分子质量的是 A．X射线衍射 B．质谱法 C．红外光谱 D．核磁共振氢谱 【变式1-3】（25-26高二下·江苏·期中）欲确定乙醛中存在两种不同化学环境的氢原子，可采取的仪器分析为 A．核磁共振氢谱 B．质谱 C．红外光谱 D．原子发射光谱 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 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】（25-26高二下·甘肃兰州·期中）下列分子中，各分子的空间构型、中心原子的杂化方式以及孤电子对数均正确的是 选项 分子 空间构型 杂化方式 孤电子对数 A NH3 平面三角形 sp3杂化 N含有一对孤电子对 B CCl4 正四面体 sp3杂化 C不含有孤电子对 C H2O V形 sp2杂化 O含有两对孤电子对 D CO32- 三角锥形 sp3杂化 C含有一对孤电子对 【变式3-1】（25-26高二上·云南·期末）下列分子或离子的中心原子上带有一个孤电子对的是 ①BeCl2　②CH4　③NH3　④CH2O　⑤SO2    ⑥H2S　⑦C　⑧N A．①②③⑤⑥⑦ B．③⑦⑧ C．④⑥⑧ D．③⑤ 【变式3-2】（25-26高二下·宁夏·阶段检测）下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳1对孤电子对的是 A．NH3、PCl3、H3O+ B．CO2、BF3、 C．HCN、SO2、BeCl2 D．CH4、NH3、H2O 【变式3-3】 （24-25高二下·湖北孝感·期中）下列分子或离子的中心原子为杂化，且杂化轨道容纳的孤电子对数不相同的是 A．、 B．、 C．、 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】（25-26高二下·河南漯河·期中）化学与生产、生活密切相关。下列物质或离子对应关系错误的是 选项 物质或离子名称 用途 VSEPR模型 A 二氧化碳 工业制备干冰 直线形 B 氨 用作制冷剂 三角锥形 C 硫酸根离子 制备硫酸盐 四面体形 D 碳酸根离子 制备碳酸盐材料 平面三角形 【变式4-1】（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·期中）价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法错误的是 A．和的VSEPR模型均为四面体 B．和的空间构型均为平面三角形 C．和的空间构型均为V形 D．和的空间构型均为三角锥形 【变式4-2】（25-26高二下·广东广州·期中）下列各组物质中，都是由极性键构成的非极性分子的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【变式4-3】（25-26高二下·广东佛山·期中）VSEPR模型为平面三角形的是 A． B． C． D． 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】（25-26高二下·新疆喀什·期中）下列关于杂化轨道理论的描述，正确的是 A．中采取杂化，故键角均为 B．杂化轨道用于形成键或容纳孤电子对，未杂化轨道用于形成键 C．中心原子杂化类型决定分子空间构型，与孤电子对无关 D．乙炔分子中C原子采取杂化，分子为直线形 【变式5-1】（25-26高二下·湖北十堰·期末）下列关于分子或晶体中中心原子的杂化类型的说法中正确的是 A．中的两个碳原子与中的硼原子均为杂化 B．中的铍原子和中的硫原子均为杂化 C．晶体硅和石英晶体中硅原子均为杂化 D．中的碳原子与中的两个碳原子均为杂化 【变式5-2】（25-26高二下·福建厦门·期中）根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的立体构型正确的是 选项 分子式 中心原子杂化方式 分子或离子的立体构型 A SO2 sp 直线形 B HCHO sp2 三角锥形 C NF3 sp2 平面三角形 D sp3 正四面体形 【变式5-3】（25-26高二下·吉林长春·期末）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 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】（25-26高二下·吉林·期末）下列分子或离子中心原子的杂化方式和空间结构均判断错误的是 A．、直线形 B．、V形 C．、三角锥形 D．、平面形 【变式6-1】（25-26高二下·吉林省长春·期末）根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的立体构型正确的是( 　) 选项 分子式 中心原子 杂化方式 价层电子对 互斥模型 分子或离子 的立体构型 A SO2 sp 直线形 直线形 B HCHO sp2 平面三角形 三角锥形 C NF3 sp2 四面体形 平面三角形 D NH4+ sp3 正四面体形 正四面体形 【变式6-2】（25-26高二上·山东菏泽·阶段检测）下列分子或离子的中心原子杂化方式与立体构型均相同的是 ①PCl3    ②NO    ③CO    ④SO3    ⑤SO2    ⑥SO A．①④ B．③⑥ C．②③④ D．①②③④⑤⑥ 【变式6-3】（25-26高二下·北京·阶段检测）下列说法中，正确的是 A．凡是中心原子采取杂化的分子，其空间结构都是正四面体形 B．凡是型的共价化合物，其中心原子A均采用杂化轨道成键 C．杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对 D．属于型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键 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】（25-26高二下·天津·期末）下列分子或离子中与有相似空间结构的是 A．PCl5 B． C．NF3 D．CCl4 【变式7-1】（25-26高二下·河南南阳·阶段检测）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7-2】（25-26高二上·福建·阶段检测）下列几组微粒互为等电子体的是 ①和CO  ②NO和  ③和  ④和  ⑤和  ⑥和 A．①②③ B．④⑤⑥ C．①③④⑥ D．①②③④⑤⑥ 【变式7-3】（25-26高二上·北京·期末）根据VSEPR理论，下列关于分子或离子的空间结构表述正确的是 A．H2O、HCN、CO2均为直线形 B．SO2、O3、BeCl2均为V形 C．、、均为平面三角形 D．、、均为正四面体形 / 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 $函学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 第二节分子的空间结构 (题型突破·举一反三) 口题型01分子结构的测定 典例精析 【典例1】C 举一反三 【变式1-1】A 【变式1-2】B 【变式1-3】A 口题型02常见分子的空间结构 典例精析 【典例2】A 举一反三 【变式2-1】B 【变式2-2】B 【变式2-3】A 口题型03孤电子对数的计算 典例精析 【典例3】B 三举一反 【变式31】D 【变式32】A 【变式33】sp3D 1/3 函学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 口题型04价层电子对互斥模型及其应用 典例精析 【典例4】B 举一反主 【变式41】B 【变式42】B 【变式43】D 0题型05杂化轨道理论 三典例精析 【典例5】B E举一反三 【变式s1】C 【变式52】D 【变式53】D 口题型06杂化轨道理论与分子空间构型的关系 典例精析 【典例6】C 举一反三 【变式61】D 【变式6-2】C 【变式6-3】C 口题型07等电子体原理与分子结构 213 函学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 三典例精析 【典例7)D 三举一反 【变式7-1】C 【变式72】D 【变式7-3】D 313