20分子或离子空间结构预测解题模型(原卷版+解析)

分子或离子空间结构预测解题模型ABn型物质中心原子的杂化方式、分子或离子的空间构型是高考热点题型之一，要求运用杂化轨道理论和价层电子对互斥模型进行解释和预测分子空间结构。第一步：读题逐字逐句读，挖掘关键字，排除无效信息，找到对解题有价值的信息，并作标记。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(若为离子则应加上或减去相应的电荷数)，x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。如NH4+的中心原子为N，a=5-1=4，b=1，x=4，所以中心原子上的孤电子对数=12(a-xb)=1第二步：确定价层电子对的VSEPR模型由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能地相互远离，这样已知价层电子对的数目，就可以确定价层电子对的VSEPR模型。第三步：分子空间结构的确定。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空间结构。注意：(1)若ABn型分子中，A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成，则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一对电子对看待。(2)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对-孤电子对>孤电子对-成键电子对>成键电子对-成键电子对。随着孤电子对数目的增多，斥力增大，键角减小。如CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小。【例1】(2023·北京市第十一中学高三摸底考试)下列粒子的空间构型不同于其他三个的是()A．气态SeO3 B．气态SO3 C．SO32- D．NO3-【答案】C【解析】A项，SeO3中Se是sp2杂化，形成3个等价sp2轨道，键角120O，与氧形成一个σ键，并且和氧原子p轨道p-π共轭形成4中心6电子的离域大π键，为平面三角形结构；B项，三氧化硫中硫是sp2杂化，形成3个等价sp2轨道，键角120O，与氧形成一个σ键，并且和氧原子p轨道p-π共轭形成4中心6电子的离域大π键，为平面三角形结构；C项，亚硫酸根离子中的硫采用的是sp3杂化，空间构型为三角锥形；D项，硝酸根离子中N和O都是sp2杂化，N在中间，O位于三角形顶点，为平面三角形；空间构型不同于其他三个的是SO32-，故选C。【例2】根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的空间结构正确的是()选项分子或离子中心原子杂化方式价层电子对互斥模型分子或离子的空间结构ASO2sp直线形直线形BHCHOsp2平面三角形三角锥形CNF3sp2四面体形平面三角形DNHsp3正四面体形正四面体形【答案】B【解析】SO2分子中心原子杂化方式为sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，含有一对孤电子对，分子的空间结构为V形，A错误；HCHO分子中心原子杂化方式为sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，分子的空间结构为平面三角形，B错误；NF3分子中心原子杂化方式为sp3，价层电子对互斥模型为四面体形，含有一对孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，C错误；NH4+的中心原子杂化方式为sp1．s、p杂化轨道和简单分子空间构型的关系杂化类型spsp2sp3sp3不等性杂化轨道夹角180o120o109o28′107o18′104o30′中心原子位置ⅡA、ⅡBⅢAⅣAAⅥA中心原子孤对电子数00012分子几何构型直线形平面三角形正四面体形三角锥形V字形

实例BeCl2、HgCl2BF3CH4、SiCl4NH3、PH3H2O、H2S

2．中心原子价层电子对数、杂化轨道类型与粒子的立体构型(ABn价层电子对数(杂化轨道数)234杂化轨道类型spsp2sp3价层电子对模型(VSEPR)直线形三角形四面体形粒子组成形式与构型AB2：直线形AB2：V形AB3：三角形AB2：V形AB3：三角锥形AB4：(正)四面体形规律当中心原子无孤电子对时，分子构型与价层电子对模型一致；当有孤电子对时，分子的构型为去掉孤电子对后剩余部分的立体构型，且孤电子对会对分子构型产生“挤压”效果，使键角变小3．比较键角大小的思维模型1．(2023·辽宁省营口市联考)下列微粒中，VSEPR模型与其他微粒不同的是()A．H2O B．PH3 C．CCl4 D．NO3-2．(2023·山西省吕梁市统考)下列分子中，中心原子杂化类型相同，分子空间结构也相同的是()A．H2O、SO2 B．NF3、BF3 C．NH3、CH4 D．BeCl2、CO23．下列中心原子的杂化轨道类型和分子几何构型不正确的是()A．PCl3中P原子sp3杂化，为三角锥形B．BCl3中B原子sp2杂化，为平面三角形C．CS2中C原子sp杂化，为直线形D．H2S分子中，S为sp杂化，为直线形4．(2022·江苏省木渎苏苑高三联合适应性检测)下列有关SO2、SO3、SO32-和SO42-的说法正确的是()A．SO32-中S原子的杂化方式为sp2B．SO42-的空间构型为平面正方形C．SO2分子中的键角小于SO3分子中的键角D．SO3分子是极性分子5．(2023·山东省德州市高三统考)含有N3-、N5+的材料Pb(N3)2、N5AsF6可用做炸药。下列说法错误的是()A．Pb属于d区元素B．AsF6-的空间构型为正八面体C．Pb(N3)2晶体中存在离子键和共价键D．基态F原子核外电子的运动状态有9种6．(2023·浙江省衢州市校联考)S和O可组成一系列负二价阴离子，结构如图。下列说法正确的是()硫酸根焦硫酸根过二硫酸根硫代硫酸根A．电负性，该系列中不存在非极性键B．1mol焦硫酸根在水溶液中可生成2molSO42-C．硫酸根和硫代硫酸根的空间构型均为正四面体D．过二硫酸根具有极强氧化性，原因是其中S元素处于价7．(2023·河北省石家庄市高三联考)一种富集烟气(水蒸气、SO2、CO2等)中CO2的原理示意图如下。下列说法错误的是()A．CO2分子的空间构型为直线形B．CO32-中碳原子的杂化方式为sp2C．SO2的键角小于SO3的键角D．SO2易溶于水是因为SO2分子能与H2O分子形成分子间氢键8．(2023·河北省唐山市质检)As2O3(砒霜)是两性氧化物，分子结构如图所示，与盐酸反应能生成AsCl3，AsCl3和LiAlH4反应的产物之一为AsH3。下列说法不正确的是()A．As2O3分子中As原子的杂化方式为sp3B．AlH4-的价层电子对互斥模型是四面体形C．AsCl3的空间构型为平面正三角形，As原子的杂化方式为sp3D．AsH3分子的键角小于109°28′9．回答下列问题(1)比较下列分子或离子中的键角大小(填“>”“<”或“=”)：①BF3___________NCl3，H2O___________CS2。②H2O___________NH3___________CH4，SO3___________SO42-。③H2O___________H2S，NCl3___________PCl3。④NF3___________NCl3，PCl3___________P。(2)在分子中，键角___________(填“>”“<”或“=”)。理由是___________。10．回答下列小题(1)A分子的空间结构为___________，其中的杂化轨道类型为___________。(2)乙醛中碳原子的杂化轨道类型为___________。(3)在硅酸盐中，四面体[如图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中S原子的杂化轨道类型为___________，与O的原子数之比为___________，化学式为___________。11．过渡元素等在生活、科研中有广泛用途和重要研究价值。回答下列问题：(1)分子作为配体时，碳原子和氧原子均能够提供孤电子对。与钴形成配位化合物时，提供孤电子对的为_______(填元素名称)原子。(2)高氯酸六氨合钴(Ⅱ)的结构为，其外界离子的空间构型为_______。(3)下列对[C2+]的中心原子采取的杂化类型判断合理的是_______(填标号)。A． B． C． D．12．CH4的键角大于NH3的原因为___________________________。13．比较NH3和[Cu(NH3)4]2+中H-N-H键角的大小：NH3_______[Cu(NH3)4]2+(填“>”或“＜”)，并说明理由：___________________________。14．高温陶瓷材料Si3N4晶体中键角N-Si-N_______Si-N-Si(填“＞“＜”或“=”)，原因是________________________________。分子或离子空间结构预测解题模型ABn型物质中心原子的杂化方式、分子或离子的空间构型是高考热点题型之一，要求运用杂化轨道理论和价层电子对互斥模型进行解释和预测分子空间结构。第一步：读题逐字逐句读，挖掘关键字，排除无效信息，找到对解题有价值的信息，并作标记。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(若为离子则应加上或减去相应的电荷数)，x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。如NH4+的中心原子为N，a=5-1=4，b=1，x=4，所以中心原子上的孤电子对数=12(a-xb)=1第二步：确定价层电子对的VSEPR模型由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能地相互远离，这样已知价层电子对的数目，就可以确定价层电子对的VSEPR模型。第三步：分子空间结构的确定。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空间结构。注意：(1)若ABn型分子中，A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成，则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一对电子对看待。(2)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对-孤电子对>孤电子对-成键电子对>成键电子对-成键电子对。随着孤电子对数目的增多，斥力增大，键角减小。如CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小。【例1】(2023·北京市第十一中学高三摸底考试)下列粒子的空间构型不同于其他三个的是()A．气态SeO3 B．气态SO3 C．SO32- D．NO3-【答案】C【解析】A项，SeO3中Se是sp2杂化，形成3个等价sp2轨道，键角120O，与氧形成一个σ键，并且和氧原子p轨道p-π共轭形成4中心6电子的离域大π键，为平面三角形结构；B项，三氧化硫中硫是sp2杂化，形成3个等价sp2轨道，键角120O，与氧形成一个σ键，并且和氧原子p轨道p-π共轭形成4中心6电子的离域大π键，为平面三角形结构；C项，亚硫酸根离子中的硫采用的是sp3杂化，空间构型为三角锥形；D项，硝酸根离子中N和O都是sp2杂化，N在中间，O位于三角形顶点，为平面三角形；空间构型不同于其他三个的是SO32-，故选C。【例2】根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的空间结构正确的是()选项分子或离子中心原子杂化方式价层电子对互斥模型分子或离子的空间结构ASO2sp直线形直线形BHCHOsp2平面三角形三角锥形CNF3sp2四面体形平面三角形DNHsp3正四面体形正四面体形【答案】B【解析】SO2分子中心原子杂化方式为sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，含有一对孤电子对，分子的空间结构为V形，A错误；HCHO分子中心原子杂化方式为sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，分子的空间结构为平面三角形，B错误；NF3分子中心原子杂化方式为sp3，价层电子对互斥模型为四面体形，含有一对孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，C错误；NH4+的中心原子杂化方式为sp1．s、p杂化轨道和简单分子空间构型的关系杂化类型spsp2sp3sp3不等性杂化轨道夹角180o120o109o28′107o18′104o30′中心原子位置ⅡA、ⅡBⅢAⅣAAⅥA中心原子孤对电子数00012分子几何构型直线形平面三角形正四面体形三角锥形V字形

实例BeCl2、HgCl2BF3CH4、SiCl4NH3、PH3H2O、H2S

2．中心原子价层电子对数、杂化轨道类型与粒子的立体构型(ABn价层电子对数(杂化轨道数)234杂化轨道类型spsp2sp3价层电子对模型(VSEPR)直线形三角形四面体形粒子组成形式与构型AB2：直线形AB2：V形AB3：三角形AB2：V形AB3：三角锥形AB4：(正)四面体形规律当中心原子无孤电子对时，分子构型与价层电子对模型一致；当有孤电子对时，分子的构型为去掉孤电子对后剩余部分的立体构型，且孤电子对会对分子构型产生“挤压”效果，使键角变小3．比较键角大小的思维模型1．(2023·辽宁省营口市联考)下列微粒中，VSEPR模型与其他微粒不同的是()A．H2O B．PH3 C．CCl4 D．NO3-【答案】D【解析】A项，H2O中的O原子价层电子对数是2+=4，且含有2对孤电子对，VSEPR模型是正四面体形，空间结构为V形；B项，PH3中的P原子价层电子对数是3+=4，且含有1对孤电子对，VSEPR模型是正四面体形，空间结构为平面三角形；C项，CCl4中的C原子价层电子对数是4+=4，且不含有孤电子对，VSEPR模型是正四面体形，空间结构为也是正四面体形；D项，NO3-中的N原子价层电子对数是3+=3，且不含有孤电子对，VSEPR模型是平面三角形，空间结构为也是平面三角形；可见上述四种微粒中只有NO3-的VSEPR模型是平面三角形，其余三种微粒都是四面体形，故选D。2．(2023·山西省吕梁市统考)下列分子中，中心原子杂化类型相同，分子空间结构也相同的是()A．H2O、SO2 B．NF3、BF3 C．NH3、CH4 D．BeCl2、CO2【答案】D【解析】A项，H2O分子中O原子的价层电子对数2+=4，含有2对孤电子，VSEPR模型为四面体，O原子的杂化方式为sp3，空间构型为V形；SO2分子中S原子的价层电子对数2+=3，含有1对孤电子，VSEPR模型为平面三角形，S原子的杂化方式为sp2，空间构型为V形，H2O、SO2的空间构型都是V形，但中心原子的杂化方式不同，A错误；B项，NF3分子中N原子的价层电子对数3+=4，含有1对孤电子，VSEPR模型为四面体，N原子的杂化方式为sp3，空间构型为三角锥形，BF3分子中B原子的价层电子对数3+=3，没有孤电子对，VSEPR模型为平面三角形，B原子的杂化方式为sp2，空间构型为平面三角形，二者中心原子杂化类型和分子空间结构都不同，B错误；C项，NH3分子中N原子的价层电子对数3+=4，含有1对孤电子，VSEPR模型为四面体，N原子的杂化方式为sp3，空间构型为三角锥形，CH4分子中C原子的价层电子对数4+=4，没有孤电子对，VSEPR模型为正四面体，C原子的杂化方式为sp3，空间构型为正四面体，二者中心原子杂化类型相同，但分子空间结构不同，C错误；D项，BeCl2分子中Be原子的价层电子对数2+=2，无孤电子对，VSEPR模型和空间构型均为直线形，Be原子的杂化方式为sp；CO2分子中C原子的价层电子对数2+=2，无孤电子对，VSEPR模型和空间构型均为直线形，C原子的杂化方式为sp，BeCl2、CO2分子中心原子的杂化方式都是sp，空间构型都是直线形，D正确；故选D。3．下列中心原子的杂化轨道类型和分子几何构型不正确的是()A．PCl3中P原子sp3杂化，为三角锥形B．BCl3中B原子sp2杂化，为平面三角形C．CS2中C原子sp杂化，为直线形D．H2S分子中，S为sp杂化，为直线形【答案】D【解析】PCl3分子中P原子形成3个σ键，孤对电子数为eq\f(5＋3×1,2)－3＝1，为sp3杂化，三角锥形，A正确；BCl3分子中B原子形成3个σ键，孤对电子数为eq\f(3＋3×1,2)－3＝0，为sp2杂化，平面三角形，B正确；CS2分子中C原子形成2个σ键，孤对电子数为eq\f(4,2)－2＝0，为sp杂化，直线形，C正确；H2S分子中，S原子形成2个σ键，孤对电子数为eq\f(6＋2×1,2)－2＝2，为sp3杂化，V形，D错误。4．(2022·江苏省木渎苏苑高三联合适应性检测)下列有关SO2、SO3、SO32-和SO42-的说法正确的是()A．SO32-中S原子的杂化方式为sp2B．SO42-的空间构型为平面正方形C．SO2分子中的键角小于SO3分子中的键角D．SO3分子是极性分子【答案】C【解析】A项，SO32-离子中S原子孤电子对数==1，价层电子对数=3+1=4，形成4条新的杂化轨道，采用了sp3杂化，A错误；B项，SO42-中S的价层电子对数为4，无孤对电子，空间构型为正四面体，B错误；C项，SO2中的S采用sp2杂化，三对价层电子对理想化是平面正三角形，但其中的1对孤电子对2对成键电子对有排斥作用，所以键角小于120°，SO3中的S为+6价，所有电子均参与成键，没有孤对电子，空间构型为堆成的平面正三角形，键角为120°，即SO2分子中的键角小于SO3，C正确；D项，SO3为平面正三角形分子，键角120°，分子内正负电荷抵消为非极性分子，D错误；故选C。5．(2023·山东省德州市高三统考)含有N3-、N5+的材料Pb(N3)2、N5AsF6可用做炸药。下列说法错误的是()A．Pb属于d区元素B．AsF6-的空间构型为正八面体C．Pb(N3)2晶体中存在离子键和共价键D．基态F原子核外电子的运动状态有9种【答案】A【解析】A项，Pb位于第六周期第IVA族，属于p元素，故A错误；B项，As原子核外有6个电子，每个F再提供1个电子，共提供6个电子，形成6对成键电子，空间构型为正八面体，故B正确；C项，Pb(N3)2中含有N3-和Pb2+，存在离子键和共价键，故C正确；D项，基态F原子核外有9个电子，电子排布式为1s22s22p5，则电子的空间运动状态有9种，故D正确；故选A。6．(2023·浙江省衢州市校联考)S和O可组成一系列负二价阴离子，结构如图。下列说法正确的是()硫酸根焦硫酸根过二硫酸根硫代硫酸根A．电负性，该系列中不存在非极性键B．1mol焦硫酸根在水溶液中可生成2molSO42-C．硫酸根和硫代硫酸根的空间构型均为正四面体D．过二硫酸根具有极强氧化性，原因是其中S元素处于价【答案】B【解析】A项，过二硫酸根中都存在非极性共价键，A错误；B项，1mol焦硫酸根与水反应生成2mol硫酸根离子，B正确；C项，硫代硫酸根中S-S键与S-O键键长不同，故空间构型不是正四面体，C错误；D项，过二硫酸根中S为+6价，其具有较强的氧化性是因为其中含有过氧根，D错误；故选B。7．(2023·河北省石家庄市高三联考)一种富集烟气(水蒸气、SO2、CO2等)中CO2的原理示意图如下。下列说法错误的是()A．CO2分子的空间构型为直线形B．CO32-中碳原子的杂化方式为sp2C．SO2的键角小于SO3的键角D．SO2易溶于水是因为SO2分子能与H2O分子形成分子间氢键【答案】D【解析】A项，CO2中碳原子采用sp杂化，空间构型为直线形，A项正确；B项，CO32-中碳原子的价层电子对数为3，杂化方式为sp2，B项正确；C项，SO2中S原子有孤电子对而SO3没有，孤电子对斥力大，且二者S原子均为sp2杂化，因此SO2的键角小于SO3，C项正确；D项，SO2易溶于水的原因是SO2是极性分子，H2O也是极性分子，相似相溶，D项错误。故选D。8．(2023·河北省唐山市质检)As2O3(砒霜)是两性氧化物，分子结构如图所示，与盐酸反应能生成AsCl3，AsCl3和LiAlH4反应的产物之一为AsH3。下列说法不正确的是()A．As2O3分子中As原子的杂化方式为sp3B．AlH4-的价层电子对互斥模型是四面体形C．AsCl3的空间构型为平面正三角形，As原子的杂化方式为sp3D．AsH3分子的键角小于109°28′【答案】C【解析】A项，由图可知，As2O3中As原子形成3个σ键，含有1个孤电子对，价层电子对个数是4，根据价层电子对互斥理论，As原子的杂化类型为sp3，A正确；B项，AlH4-中Al原子价层电子对数为，杂化方式为sp3，价层电子对互斥模型是四面体形，故B正确；C项，AsCl3中As原子价层电子对个数，且含有一个孤电子对，As原子的杂化方式为sp3，根据价层电子对互斥理论判断其空间构型为三角锥形，故C错误；D项，AsH3中As原子上的孤电子对数为，σ键电子对数为3，价层电子对数为4，VSEPR模型为四面体形，由于孤电子对有较大的斥力，故AsH3分子键角小于109°28′，故D正确；故选C。9．回答下列问题(1)比较下列分子或离子中的键角大小(填“>”“<”或“=”)：①BF3___________NCl3，H2O___________CS2。②H2O___________NH3___________CH4，SO3___________SO42-。③H2O___________H2S，NCl3___________PCl3。④NF3___________NCl3，PCl3___________P。(2)在分子中，键角___________(填“>”“<”或“=”)。理由是___________。【答案】(1)

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π键斥力大于σ键斥力【解析】(1)①BF3中B原子的价层电子对数为：，B原子杂化方式为sp2杂化，NCl3中N原子价层电子对数为，N原子杂化方式为sp3杂化，故键角BF3>NCl3；H2O中O原子的价层电子对数为，CS2中C原子的价层电子对数为，C原子杂化方式为sp杂化，键角H2O<CS2；②H2O中O原子的价层电子对数为，孤电子对数为2，NH3中N原子的价层电子对数为，孤电子对数为1，CH4中C原子的价层电子对数为，中心原子杂化方式均为sp3杂化，孤电子对数越多，斥力越大，键角越小，故键角H2O<NH3<CH4；SO3中S原子的价层电子对数为，S原子杂化方式为sp2杂化，中S原子的价层电子对数为，S原子杂化方式为sp3杂化，键角SO3>；③H2O中O原子的价层电子对数为，H2S中S原子的价层电子对数为，中心原子电负性越大，对成键电子对吸引力越强，成键电子对越靠近中心原子，斥力越大，键角越大，电负性O>S，故键角H2O>H2S；NCl3中N原子价层电子对数为，N原子杂化方式为sp3杂化，PCl3中P原子价层电子对数为，P原子杂化方式为sp3杂化，中心原子电负性越大，对成键电子对吸引力越强，成键电子对越靠近中心原子，斥力越大，键角越大，电负性N>P，故键角NCl3>PCl3；④NF3中N原子价层电子对数为，N原子杂化方式为sp3杂化，NCl3中N原子价层电子对数为，N原子杂化方式为sp3杂化，配位原子的电负性越大，对成键电子对吸引力越强，成键电子对越远离中心原子，斥力越小，键角越小，电负性F>Cl，故键角NF3<NCl3；PCl3中P原子价层电子对数为，P原子杂化方式为sp3杂化，P中P原子价层电子对数为，P原子杂化方式为sp3杂化，配位原子的电负性越大，对成键电子对吸引力越强，成键电子对越远离中心原子，斥力越小，键角越小，电负性Cl>Br，故键角PCl3<P；(2)HCHO中C原子杂化方式为sp2杂化，由于π键斥力大于σ键斥力，故键角>。10．回答下列小题(1)A分子的空间结构为___________，其中的杂化轨道类型为___________。(2)乙醛中碳原子的杂化轨道类型为___________。(3)在硅酸盐中，四面体[如图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中S原子的杂化轨道类型为___________，与O的原子数之比为___________，化学式为___________。【答案】(1)

三角锥形

sp3(2)sp3、sp2(3)

sp3

1：3

[SiO3]2-或SiO32-【解析】(1)A的中心原子(A原子)的价层电子对数为3，所以是sp3杂化，A分子的空间结构为三角锥形。(2)乙醛的结构式为：，醛基中碳原子杂化方式为sp2，甲基中碳原子杂化方式为sp3；(3)依据图(a)可知，SiO44-的空间结构类似于甲烷分子，为正四面体形，硅原子的杂化轨道类型