2024年人教版高二化学寒假提升第04讲 分子的空间结构（原卷版）

第04讲分子的空间结构目录新知导航：熟悉课程内容、掌握知识脉络基础知识：知识点全面梳理，掌握必备重点记忆：关键点快速记忆，提升能力小试牛刀：考点剖析+过关检测，合理应用课时1分子结构的测定多样的分子空间结构价层电子对互斥模型一、分子结构的测定早年科学家主要靠对物质的_________进行系统总结得出规律后进行推测，现代科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法，如__________、__________等。1．红外光谱工作原理(1)原理：红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键_________相同的红外线，再记录到图谱上呈现_________。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知分子中含有何种_________或官能团的信息。(2)红外光谱仪原理示意图2．质谱法：相对分子质量的测定用高能电子流轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。分子离子和碎片离子各自具有不同的相对质量，它们在磁场的作用下到达检测器的时间因相对质量而先后有别，其结果被记录为质谱图。如甲苯分子的质谱图：读谱：相对分子质量＝最大质荷比，甲苯的相对分子质量为92。二、多样的分子空间结构单原子分子(稀有气体分子)、双原子分子不存在空间结构，多原子分子中存在原子的几何学关系和形状，即所谓“分子的空间结构”。1．三原子分子化学式CO2H2O电子式结构式O=C=O键角__________________空间结构空间结构名称__________________2．四原子分子化学式CH2ONH3电子式结构式键角约120°_________空间结构空间结构名称__________________3．五原子分子化学式CH4CCl4电子式结构式键角__________________空间结构空间结构名称__________________4．其他多原子分子的空间结构正误判断1．所有的三原子分子都是直线形结构。()2．所有的四原子分子都是平面三角形结构。()3．五原子分子的空间结构都是正四面体。()4．正四面体形的键角均为109°28′。()5．SiCl4、SiH4、NHeq\o\al(＋,4)、CH3Cl均为正四面体结构。()6．SF6分子的空间结构为正八面体形。()7．椅式C6H12比船式C6H12稳定。()三、价层电子对互斥模型1．价层电子对互斥模型(theory)：对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的____________和未成键的____________)之间由于存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对__________最弱的那种结构，以使彼此之间__________最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定。2．价层电子对的计算(1)中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。(2)σ键电子对数的计算由化学式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。如H2O分子中，O有__对σ键电子对。NH3分子中，N有_________对σ键电子对。(3)中心原子上的孤电子对数的计算中心原子上的孤电子对数＝eq\f(1,2)(a－xb)①a表示中心原子的价电子数；对主族元素：a＝__________________；对于阳离子：a＝__________________；对于阴离子：a＝__________________。②x表示与___________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＝____________________。3．价层电子对的空间结构(即VSEPR模型)价层电子对数目：234VSEPR模型：___________________________4.VSEPR模型与分子或离子的空间结构σ键电子对数＋孤电子对数＝价层电子对数VSEPR模型分子或离子的空间结构。分子或离子孤电子对数价层电子对数VSEPR模型名称分子或离子的空间结构名称CO202直线形_________SO213平面三角形_________COeq\o\al(2－,3)03平面三角形_________H2O24四面体形_________NH314四面体形_________CH404正四面体形_________5.常见分子或离子的空间结构的推测分子或离子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VSEPR模型名称空间结构空间结构名称CO2、BeCl2__________________直线形_________CO32—、BF3__________________平面三角形_________SO2、PbCl2__________________CH4、CCl4__________________正四面体形_________NH3、NF3_________四面体形_________H2O、H2S__________________注：①价层电子对互斥模型对分子空间结构的预测少有失误，但它不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。②氨气与水的VSEPR模型一致，但空间构型不同的原因是：孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力正误判断1．分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构是相同的。()2．SO2与CO2的分子组成相似，故它们分子的空间结构相同。()3．由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的键角小于180°。()4．根据价层电子对互斥模型可以判断H3O＋与NH3的分子(或离子)的空间结构一致。()课时2杂化轨道理论简介一、杂化轨道及其类型1．杂化轨道的含义在外界条件影响下，原子内部___________________________重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。2．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成在形成CH4分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，得到4个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角109°28′，称为sp3杂化轨道，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—Hσ键，呈现正四面体的空间结构。3．杂化轨道的形成及其特点4．杂化轨道的类型(1)sp3杂化轨道——正四面体形sp3杂化轨道是由_________ns轨道和_________np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有eq\f(1,4)s和eq\f(3,4)p的成分，sp3杂化轨道间的夹角为_________，空间结构为正四面体形。如下图所示。(2)sp2杂化轨道——平面三角形sp2杂化轨道是由__________ns轨道和___________np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有eq\f(1,3)s和eq\f(2,3)p成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形，如下图所示。(3)sp杂化——直线形sp杂化轨道是由___________ns轨道和___________np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有eq\f(1,2)s和eq\f(1,2)p的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如下图所示。正误判断1．发生轨道杂化的原子一定是中心原子。()2．原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子时不可能发生杂化。()3．只有能量相近的轨道才能杂化。()4．杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键。()5．杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，未参与杂化的p轨道可用于形成π键。()6．2s轨道和3p轨道能形成sp2杂化轨道。()二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系1．当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。杂化类型spsp2sp3轨道夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子空间结构___________________________2．当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。ABn型分子中心原子杂化类型中心原子孤电子对数空间结构实例AB2sp21_________SO2AB3sp31_________NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2或(B2A)2_________H2S、NHeq\o\al(－,2)3．中心原子轨道杂化类型的判断(1)利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路价层电子对VSEPR模型杂化轨道构型。(2)根据VSEPR模型判断价层电子对数432VSEPR模型四面体形三角形直线形杂化类型sp3sp2sp(3)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取sp3杂化，连接双键的碳原子采取sp2杂化，连接三键的碳原子采取sp杂化。4．等电子原理：原子总数相同、价电子总数相同的分子，具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。满足等电子原理的分子称为等电子体。例如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体。正误判断1．杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致。()2．杂化轨道间的夹角与分子内的键角一定相同。()3．NH3分子的空间结构为三角锥形，则氮原子的杂化方式为sp3。()4．C2H4分子中的键角都约是120°，则碳原子的杂化方式是sp2。()一、杂化轨道理论的要点①原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是中心原子。②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。③只有能量相近的轨道才能杂化(如2s、2p)。④杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道的能量相同。⑤杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布，故杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但杂化轨道的形状完全相同。⑥杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，未参与杂化的p轨道可用于形成π键。(2)以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化轨道类型①没有形成π键，采取sp3杂化，如CH4、CCl4等；②形成一个π键，采取sp2杂化，如CH2=CH2等；③形成两个π键，采取sp杂化，如CH≡CH、CO2等。二、杂化轨道类型的判断方法(1)根据价层电子对互斥模型判断中心原子的杂化类型、空间结构。在确定了分子或离子的中心原子上的成键电子对数和孤电子对数后，可以依据下面的方法确定其中心原子的杂化轨道类型：σ键电子对数(成键电子对数)+孤电子对数=价电子对数=杂化轨道数根据杂化类型及孤电子对数即可判断分子或离子的空间结构，列表如下：价层电子对数杂化轨道类型成键电子对数孤电子对数杂化轨道数分子空间结构实例2sp202直线形BeCl2、CO2、HCN3sp2303平面三角形BF3、SO3、CO32—21V形SnBr2、SO2、NO2—4sp3404四面体形CHCl3、SiCl4、PO43—31三角锥形NH3、PCl3、SO32—22V形OF2、H2O、NH2—(2)根据杂化轨道间的夹角判断杂化轨道间的夹角杂化轨道类型109º28´sp3120ºsp2180ºsp(3)根据分子或离子的空间结构判断分子或离子的空间结构杂化轨道类型正四面体形sp3平面三角形sp2直线形sp(4)根据共价键类型判断由杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未参与杂化的轨道用于形成π键，杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。对于能明确结构式的分子、离子，其中心原子的杂化轨道数n=中心原子形成的σ键数+中心原子上的孤电子对数，即可将结构式和电子式相结合，从而判断中心原子形成的σ键数和中心原子上的孤电子对数，进而判断杂化轨道数。例如：①在SiF4分子中，基态硅原子有4个价电子，与4个氟原子形成4个σ键，没有孤电子对，n=4,则SiF4分子中硅原子采用sp3杂化。②在HCHO分子中，基态碳原子有4个价电子，与2个氢原子形成2个σ键，与氧原子形成C=O,C=O中有1个σ键、1个π键，没有孤电子对，n=3,则HCHO分子中碳原子采用sp2杂化。(5)以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化类型①没有形成π键，为sp3杂化：CH4、CCl4、②形成一个π键，为sp2杂化：CH2=CH2、苯(大π键)、、③形成两个π键，为sp杂化：CH≡CH、O=C=O(CO2)、S=C=S(CS2)三、判断分子或离子立体构型“三步曲”第一步：确定中心原子上的价层电子对数a为中心原子的价电子数加减离子的电荷数，b为配位原子提供的价电子数，x为非中心原子的原子个数。如NHeq\o\al(＋,4)的中心原子为N，a＝5－1，b＝1，x＝4，所以中心原子孤电子对数＝eq\f(1,2)(a－xb)＝eq\f(1,2)×(4－4×1)＝0。第二步：确定价层电子对的立体构型由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能的相互远离，这样已知价层电子对的数目，就可以确定它们的立体构型。第三步：分子立体构型的确定价层电子对有成键电子对和孤电子对之分，价层电子对的总数减去成键电子对数，得孤电子对数。根据成键电子对数和孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子立体构型。考点剖析考点一：价层电子对互斥理论与杂化轨道理论1．下列分子的中心原子的价层电子对数是3的是A． B． C． D．2．下列微粒中，不含孤电子对的是A． B． C．HF D．3．下列分子的中心原子是杂化的是A． B． C． D．4．下列关于杂化轨道的说法错误的是A．所有原子轨道都参与杂化 B．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化C．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键 D．杂化轨道中不一定有电子5．下列有机物分子中的碳原子既有sp3杂化又有sp杂化的是A．CH3CH2CH3 B．CH3—CCH C．CH3CHO D．CHCH6．（2022·湖南·邵东创新实验学校高二期中）下列轮廓图或模型中错误的是A．p—pσ键电子云轮廓图 B．py—pyπ键电子云轮廓图C．CH4分子的球模模型 D．NH3分子的VSEPR模型7．（2022·山西运城·高二期末）经过X射线衍射实验等发现，中存在离子，下列粒子的VSEPR模型与空间结构都与相同的是A． B． C． D．8．下列分子的中心原子采用杂化，但分子的空间结构不同的一组是①；②；③；④；⑤；⑥A．①②③ B．①⑤⑥ C．②③④ D．③⑤⑥9．（2022·河南·平顶山市龙河实验高级中学高二期中）计算H2O、NH3、SO3、NH、CO分子的孤电子对数。分子或离子中心原子axb中心原子数的孤电子对数H2O____________________NH3____________________SO3____________________NH____________________CO____________________考点二：分子的空间结构10．根据价层电子对互斥理论，下列微粒的VSEPR模型属于平面三角形的是A． B． C． D．11．下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是A． B． C． D．12．用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中正确的是A．CH4与CH2Cl2均为正四面体 B．BeCl2与SO2为直线形C．BF3与PCl3为三角锥形 D．NO与CO为平面三角形13．价层电子对互斥理论和杂化轨道理论都可以判断、解释分子或离子的空间构型，下列说法正确的是A．和的键角相同 B．、的中心原子价层电子对数相同C．、中S原子的杂化方式相同 D．、都是直线形的分子14．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15．（2022·吉林·抚松县第一中学高二开学考试）在分子中(1)的价层电子对的空间构型为___________(2)以极性键相结合，具有正四面体结构的分子是___________(3)以极性键相结合，具有三角锥型结构的分子是___________(4)以极性键相结合，具有V型结构的分子是___________(5)以极性键相结合，而且共价键的极性最大的是___________过关检测1．关于价层电子对互斥理论说法错误的是A．价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对B．分子中键角越大，价层电子对相互排斥力越小，分子越稳定C．用该理论预测H2S和BF3的空间结构为V形和平面三角形D．该理论一定能预测出多中心原子的分子、离子或原子团的空间构型2．下列各组粒子的空间结构相同的是①NH3和H2O；②NH和H3O+；③NH3和H3O+；④O3和SO2；⑤CO2和BeCl2。A．全部 B．①②③⑤ C．③④⑤ D．②⑤3．化学与生活密切相关。下列化学用语或描述表达正确的是①基态硫原子的轨道表示式：②H2S的电子式：③SO3的VSEPR模型：④SO2的分子的空间结构模型A．①② B．③④ C．③ D．①④4．用价电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，也可推测键角大小，下列判断正确的是A．是V形分子 B．键角大于C．是三角锥形分子 D．和的空间结构相同5．X、Y、Z、Q、E五种元素中，X原子的基态价电子排布式为，Y位于元素周期表第二周期第ⅢA族，