高中 化学 选择性必修2 第二章 分子结构与性质《专题突破 (二)分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论》教学设计

判断分子(或离子)的空间结构和键角时，要能够正确计算价层电子对数：一是运用计算式推导出价层电子对数；二是看σ键电子对数。一、分子的空间结构与杂化类型间的关系1．利用价层电子对互斥模型判断杂化轨道类型和分子(或离子)的空间结构(1)解题思路①利用价层电子对互斥模型计算中心原子的价层电子对数②确定VSEPR模型③推断中心原子的杂化轨道类型④根据中心原子上是否有孤电子对确定分子(离子)的空间结构(2)ABm型分子(或离子)的空间结构判断方法价层电子对数VSEPR模型中心原子的杂化轨道类型孤电子对数分子(或离子)的空间结构实例4正四面体sp30正四面体CH4、NHeq\o\al(＋,4)、SOeq\o\al(2－,4)1三角锥形NH3、SOeq\o\al(2－,3)2V形H2O、NHeq\o\al(－,2)3平面三角形sp20平面三角形BF3、COeq\o\al(2－,3)1V形SO2、NOeq\o\al(－,2)2直线形sp0直线形CO2、NOeq\o\al(＋,2)2.分子空间结构与杂化轨道的关系(1)全部为σ键的分子空间结构与杂化类型中心原子的杂化类型杂化轨道数杂化轨道空间结构成键电子对数孤电子对数分子的空间结构实例分子式结构式sp2直线形20直线形BeCl2Cl—Be—Clsp23平面三角形30平面三角形BF321V形——sp34正四面体形40正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O(2)含σ键和π键的分子空间结构与杂化类型物质结构式杂化轨道类型键角分子的空间结构甲醛sp2约120°平面三角形乙烯120°平面形氢化氰H—C≡Nsp180°直线形乙炔H—C≡C—H180°直线形1．下列分子或离子中，VSEPR模型与粒子的空间结构一致的是()A．SO2 B．HCHOC．NCl3 D．H3O＋答案：B解析：当中心原子没有孤电子对时，VSEPR模型与分子的空间结构就是一致的，SO2、NCl3、H3O＋的中心原子均有孤电子对，A、C、D项错误。2．下列说法正确的是()①CS2为V形分子②ClOeq\o\al(－,3)的空间结构为平面三角形③SF6中有6个完全相同的成键电子对④SiF4和SOeq\o\al(2－,3)的中心原子均采取sp3杂化A．①② B．②③C．③④ D．①④答案：C解析：①CS2和CO2分子的空间结构相同，为直线形分子，错误；②ClOeq\o\al(－,3)中Cl的价层电子对数为3＋eq\f(1,2)×(7＋1－2×3)＝4，含有1个孤电子对，则ClOeq\o\al(－,3)的空间结构为三角锥形，错误；③SF6中含有6个S—F，每个S—F含有1个成键电子对，则SF6分子中有6个完全相同的成键电子对，正确；④SiF4中Si的价层电子对数为4＋eq\f(1,2)×(4－1×4)＝4，SOeq\o\al(2－,3)中S的价层电子对数为3＋eq\f(1,2)×(6＋2－2×3)＝4，则SiF4和SOeq\o\al(2－,3)的中心原子均采取sp3杂化，正确。3．(1)在较低温度下，CuFeS2与浓硫酸作用时，有少量臭鸡蛋气味的气体X产生。X分子的空间结构是________，中心原子的杂化轨道类型为________。(2)X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在Ieq\o\al(＋,3)。Ieq\o\al(＋,3)的空间结构为________，中心原子的杂化轨道类型为________。(3)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化轨道类型分别为________和________。答案：(1)V形sp3(2)V形sp3(3)spsp3解析：(1)在较低温度下，CuFeS2与浓硫酸作用时，有少量臭鸡蛋气味的气体X产生，则X是H2S，中心原子S原子形成2个σ键，且含2个孤电子对，则S原子采取sp3杂化，H2S分子的空间结构是V形。(2)Ieq\o\al(＋,3)的中心原子I原子的价层电子对数为2＋eq\f(1,2)×(7－1－2×1)＝4，则中心原子I原子的杂化轨道类型为sp3杂化，孤电子对数为2，则Ieq\o\al(＋,3)的空间结构为V形。(3)CO2中C原子形成2个σ键且无孤电子对，采取sp杂化；CH3OH中C原子形成4个σ键且无孤电子对，采取sp3杂化。二、键角的大小比较1．下列分子或离子中键角由大到小排列正确的是()①BCl3②NH3③H2O④PCleq\o\al(＋,4)⑤BeCl2A．⑤④①②③ B．④①②⑤③C．⑤①④②③ D．③②④①⑤答案：C解析：微粒中心原子上孤电子对数中心原子上价层电子对数VSEPR模型名称杂化轨道类型空间结构键角①BCl3eq\f(1,2)×(3－3×1)＝03平面三角形sp2平面三角形120°②NH3eq\f(1,2)×(5－3×1)＝14四面体形sp3三角锥形107°③H2Oeq\f(1,2)×(6－2×1)＝24四面体形sp3V形105°④PCleq\o\al(＋,4)eq\f(1,2)×(5－1－4×1)＝04正四面体形sp3正四面体形109°28′⑤BeCl2eq\f(1,2)×(2－2×1)＝02直线形sp直线形180°键角由大到小的顺序为⑤①④②③。2．比较下列物质中键角的大小(填“＞”、“＝”或“＜”)。(1)CH4________P4。(2)NH3________PH3________AsH3。(3)PF3________PCl3。(4)光气(COCl2)中∠Cl—C=O________∠Cl—C—Cl。答案：(1)＞(2)＞＞(3)＜(4)＞3．(1)BF3中键角________(填“大于”或“小于”)CCl4中键角。(2)乙酸分子()中键角1________(填“大于”、“等于”或“小于”)键角2，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)大于(2)大于C=O键对C—C键的斥力大于C—O键对C—C键的斥力解析：(1)BF3分子的空间结构为平面三角形，键角为120°；CCl4分子的空间结构为正四面体形，键角为109°28′。(2)由于双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力，故乙酸分子结构中键角1大于键角2。1．下列分子中，中心原子杂化类型相同，分子的空间结构也相同的是()A．BeCl2、CO2 B．H2O、SO2C．SO2、CH4 D．NF3、CH2O答案：A解析：根据价层电子对互斥模型可知，H2O中O原子的孤电子对数为eq\f(6－2×1,2)＝2，σ键电子对数为2，采取sp3杂化，故H2O为V形结构，SO2中S原子的孤电子对数为eq\f(6－2×2,2)＝1，σ键电子对数为2，采取sp2杂化，故SO2为V形结构，B项不符合题意；同样分析可知，BeCl2中Be原子采取sp杂化，BeCl2是直线形结构，CO2中C原子采取sp杂化，CO2是直线形结构，A项符合题意；SO2中S原子采取sp2杂化，SO2是V形结构，CH4中C原子采取sp3杂化，CH4是正四面体形结构，C项不符合题意；NF3中N原子采取sp3杂化，NF3是三角锥形结构，CH2O中C原子采取sp2杂化，CH2O是平面三角形结构，D项不符合题意。2．氨分子的空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为()A．两种分子的中心原子杂化类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化B．NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道C．NH3分子中有一个未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强D．NH3分子中氮元素的电负性比CH4分子中碳元素的电负性大答案：C解析：NH3价层电子对数为3＋1＝4，杂化类型为sp3杂化，而CH4价层电子对数为4＋0＝4，杂化类型为sp3杂化，故A不符合题意；根据A选项分析NH3杂化类型为sp3杂化，分子中氮原子形成4个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道，故B不符合题意；NH3分子中有一个未成键的孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥力比成键电子对对成键电子对的排斥力强，因而形成三角锥形，故C符合题意；氮元素的电负性比碳元素的电负性大，但与空间结构无关，故D不符合题意。3．如图是甲醛分子的空间结构模型，根据该图和所学化学知识回答下列问题：(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是________，作出该判断的主要理由是________________________________________________________________________。(2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是__________(填序号)。①单键；②双键；③σ键；④π键；⑤σ键和π键(3)甲醛分子中C—H与C—H间的夹角________(填“＝”、“>”或“<”)120°，出现该现象的主要原因是________________________________________________________________________。答案：(1)sp2甲醛分子的空间结构为平面三角形(2)②⑤(3)<碳氧双键中存在π键，它对C—H的排斥作用较强解析：(1)原子的杂化轨道类型不同，分子的空间结构也不同。由图可知，甲醛分子为平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。(2)醛类分子中都含有C=O，所以甲醛分子中的碳氧键是双键。一般来说，双键是σ键和π键的组合。(3)由于碳氧双键中存在π键，它对C—H的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H与C—H间的夹角小于120°。课时测评13分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)题点一杂化方式判断1．有机物CH3CH=CH—C≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为()A．sp、sp2、sp3 B．sp3、sp2、spC．sp2、sp、sp3 D．sp3、sp、sp2答案：B解析：甲基上C原子采取sp3杂化；碳碳双键上碳原子采取sp2杂化；碳碳三键的C原子采取sp杂化。2．BF3是典型的平面三角形分子，它溶于氢氟酸或NaF溶液中都形成BFeq\o\al(－,4)，则BF3和BFeq\o\al(－,4)中B原子的杂化轨道类型分别是()A．sp2、sp2 B．sp3、sp3C．sp2、sp3 D．sp、sp2答案：C解析：BF3中B原子的价层电子对数为3，所以为sp2杂化，BFeq\o\al(－,4)中B原子的价层电子对数为4，所以为sp3杂化。3．下列物质，中心原子的“杂化方式”及“分子空间结构”与CH2O(甲醛)相同的是()A．H2S B．NH3C．CH2Br2 D．BF3答案：D解析：CH2O和BF3均为平面三角形分子，两者的中心原子均采取sp2杂化；H2S和H2O相似，CH2Br2可看作CH4中的两个H被Br取代得到，H2S、NH3、CH2Br2的中心原子均采取sp3杂化。题点二分子空间结构4．氨基乙酸钠(H2NCH2COONa)用于有机产品的合成、工业洗涤剂中间体以及生化研究。下列说法正确的是()A．碳、氮原子的杂化类型相同B．氨基乙酸钠中心原子N原子的价层电子对数为4C．1mol氨基乙酸钠分子中所含σ键为10molD．氮原子和与其成键的另外三个原子可能在同一平面内答案：B解析：氨基乙酸钠分子中氮原子是sp3杂化而碳原子是sp3、sp2杂化，A错误；氨基乙酸钠中存在2个N—H键、1个C—N键，N原子上含有1个孤电子对，价层电子对数＝共价键单键数＋孤电子对数，则N原子的价层电子对数为4，B正确；1mol氨基乙酸钠分子中有1个碳氧双键，有8个σ键，C错误；由于氮原子为sp3杂化，故相应的四个原子形成的是三角锥形结构，不可能共平面，D错误。5．氯的含氧酸根离子有ClO－、ClOeq\o\al(－,2)、ClOeq\o\al(－,3)、ClOeq\o\al(－,4)等，关于它们的说法不正确的是()A．ClOeq\o\al(－,4)的中心原子Cl原子采取sp3杂化B．ClOeq\o\al(－,3)的空间结构为三角锥形C．ClOeq\o\al(－,2)的空间结构为直线形D．ClO－中Cl原子的杂化类型与ClOeq\o\al(－,2)相同答案：C解析：ClOeq\o\al(－,4)的中心原子Cl的孤电子对数为0，与中心原子Cl原子结合的O原子数为4，则Cl原子采取sp3杂化，A正确；ClOeq\o\al(－,3)的中心原子Cl的价层电子对数为3＋eq\f(7＋1－3×2,2)＝4，且含有1个孤电子对，空间结构为三角锥形，B正确；ClOeq\o\al(－,2)的中心原子Cl的价层电子对数为2＋eq\f(7＋1－2×2,2)＝4，且含有2个孤电子对，空间结构为V形，C错误；ClO－中Cl原子的孤电子对数为3，与Cl原子结合的O原子数为1，Cl原子采取sp3杂化，ClOeq\o\al(－,2)中Cl原子的孤电子对数为2，与Cl原子结合的O原子数为2，Cl原子采取sp3杂化，D正确。题点三键角大小判断6．推理是学习化学知识的一种重要方法。下列推理合理的是()A．SO2中硫原子采取sp2杂化，则CO2中碳原子也采取sp2杂化B．NH3分子的空间结构是三角锥形，则NCl3分子的空间结构也是三角锥形C．H2O分子的键角是105°，则H2S分子的键角也是105°D．PCl3分子中每个原子最外层达到8电子稳定结构，则BF3分子中每个原子最外层也能达到8电子稳定结构答案：B解析：一个二氧化碳分子中含有2个σ键且中心原子不含孤电子对，所以碳原子采取sp杂化而不是sp2杂化，A错误；NH3、NCl3中N原子都采取sp3杂化，有1个孤电子对，所以分子的空间结构都是三角锥形，B正确；S的电负性比O小，而且原子半径大，所以S—H上的电子对偏向S，并没有H2O中O—H上的电子对偏向O那么严重，所以排斥力也相应比较小，键角也稍小，C错误；BF3分子中B元素化合价为＋3价，B原子最外层未达到8电子稳定结构，D错误。7．第ⅤA族元素的原子(以R表示)与A原子结合形成RA3气态分子，其空间结构为三角锥形。PCl5在气态和液态时，分子结构如图所示，下列关于PCl5分子的说法中不正确的是()A．每个原子都达到最外层8电子稳定结构B．Cl—P—Cl的键角有120°、90°、180°三种C．PCl5受热后会分解生成分子空间结构呈三角锥形的PCl3D．分子中5个P—Cl的键能不都相同答案：A解析：P原子的最外层有5个电子，形成5个共用电子对，所以PCl5中P的最外层不满足8电子稳定结构，A错误；由图可知，三角双锥上下两个顶点Cl原子与中心P原子形成的Cl—P—Cl的键角为180°，中间为平面三角形，其中两个顶点Cl原子与中心P原子形成的Cl—P—Cl的键角为120°，通过中间的三角形所在的平面将三角双锥截为两个完全相同的三角锥，在上面的三角锥中Cl—P—Cl的键角为90°，所以Cl—P—Cl的键角有90°、120°、180°三种，B正确；PCl5eq\o(=,\s\up7(△))PCl3＋Cl2↑，则PCl5受热后会分解生成分子空间结构呈三角锥形的PCl3，C正确；键长越短，键能越大，因分子中P—Cl的键长不都相同，所以键能不都相同，D正确。8．下列说法正确的是()A．CH2Cl2分子的空间结构为正四面体形B．H2O分子中氧原子的杂化轨道类型为sp2，分子的空间结构为V形C．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp，分子的空间结构为直线形D．SOeq\o\al(2－,3)的空间结构为平面三角形答案：C解析：CH4中4个共价键完全相同，为正四面体形，CH2Cl2分子的4个共价键不完全相同，所以分子的空间结构不是正四面体形，A错误；H2O分子中O原子的价层电子对数＝2＋eq\f(1,2)×(6－1×2)＝4，为sp3杂化，含有2个孤电子对，分子的空间结构为V形，B错误；CO2中C原子的价层电子对数＝2＋eq\f(1,2)×(4－2×2)＝2，为sp杂化，分子的空间结构为直线形，C正确；SOeq\o\al(2－,3)中S原子的价层电子对数＝3＋eq\f(1,2)×(6＋2－3×2)＝4，为sp3杂化，含1个孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，D错误。9．硼砂是含结晶水的四硼酸钠。以硼砂为原料，可以得到BF3、BN和硼酸等重要化合物，请根据下列信息回答有关问题：(1)硼砂中阴离子Xm－(含B、O、H三种元素)的球棍模型如图所示，则在Xm－中，2号硼原子的杂化类型为________；m＝________(填数字)。(2)BN中B的化合价为________，请解释原因：_______________