分子空间结构(精讲)(人教版2019必修2)(解析版)

2.2分子的空间结构（精讲）思维导图思维导图常见考点常见考点考点一分子空间结构【例1】（2021·全国·高二课时练习）下列各组粒子的空间结构相同的是①和；②和；③和；④和；⑤和。A．全部 B．①②③⑤ C．③④⑤ D．②⑤【答案】C【解析】根据价层电子对互斥理论判断可知：①中心原子N原子周围价层电子对数为：3+=4，故NH3是三角锥形，而H2O中心原子O原子周围价层电子对数为：2+=4，故H2O是V形，二者不同；②中心原子N原子周围价层电子对数为：4+=4，故是正四面体形，中心原子O原子周围价层电子对数为：3+=4，故是三角锥形，二者不同；③中心原子N原子周围价层电子对数为：3+=4，故NH3是三角锥形，中心原子O原子周围价层电子对数为：3+=4，故是三角锥形，二者相同；④中心原子O原子周围价层电子对数为：2+=3，故O3是V形，中心原子S原子周围价层电子对数为：2+=3，故SO2是V形，二者相同；⑤中心原子C原子周围价层电子对数为：2+=2，故CO2是直线形，中心原子Be原子周围价层电子对数为：2+=2，故BeCl2是直线形，二者相同。综上所述，③④⑤空间构型相同，故答案为：C。【一隅三反】1．（2021·海南鑫源高级中学高二阶段练习）完成下表中的空白：粒子中心原子孤电子对数中心原子的杂化轨道类型空间结构①BF3__________________②H2S__________________③PCl3__________________④__________________【答案】①0sp2平面三角形②2sp3V形③1sp3三角锥形④0sp2平面三角形【解析】(1)BF3中心原子B孤电子对数=，周围有3个σ键，故价层电子对数为3+0=3，故中心原子的杂化轨道类型sp2，其空间结构为平面三角形，故答案为：0；sp2；平面三角形；(2)H2S中心原子S孤电子对数=，周围有2个σ键，故价层电子对数为2+2=4，故中心原子的杂化轨道类型sp3，其空间结构为V形，故答案为：2；sp3；V形；(3)PCl3中心原子P孤电子对数=，周围有3个σ键，故价层电子对数为3+1=4，故中心原子的杂化轨道类型sp3，其空间结构为三角锥形，故答案为：1；sp3；三角锥形；(4)中心原子C孤电子对数=，周围有3个σ键，故价层电子对数为3+0=3，故中心原子的杂化轨道类型sp2，其空间结构为平面三角形，故答案为：0；sp2；平面三角形；2（2021·江苏·泗阳县实验高级中学高二阶段练习）现有下列分子或离子：①CS2②H2S③PH3④HCHO⑤H3O+⑥NH⑦BF3⑧SO2(1)粒子的几何构型为直线形的有____(填序号，下同)。(2)粒子的几何构型为V形的有____。(3)粒子的几何构型为平面三角形的有____。(4)粒子的几何构型为三角锥型的有____。(5)粒子的几何构型为正四面体型的有___。【答案】(1)①(2)②⑧(3)④⑦(4)③⑤(5)⑥【解析】(1)①CS2分子中C原子价层电子对个数是2，孤电子对数为0，C原子采用的是sp杂化，空间构型为直线形；(2)②H2S分子中σ键数目为2，孤对电子对数为2，则价层电子对数为4，S原子采用的是sp3杂化，由于有2个孤电子对，故空间构型为V型；⑧SO2分子中价层电子对个数=2+×(6-2×2)=3，含有1个孤电子对，S原子采用的是sp2杂化，由于有1个孤电子对，故空间构型为V形；(3)④CH2O分子中心原子C的σ键数目为3，孤电子对数为0，C原子采用的是sp2杂化，由于碳氧双键的存在，故空间构型为平面三角形；⑦BF3分子中心原子B的σ键数目为3，孤电子对数为0，B原子采用的是sp2杂化，故空间构型为平面正三角型；(4)③PCl3分子中σ键数目为3，孤电子对数为1，，则价层电子对数为4，则P原子采用的是sp3杂化，由于有1个孤电子对，故空间构型为三角锥型；⑤H3O+分子中心原子O的σ健数目为3，孤电子对数为1，O原子采用的是sp3杂化，由于有1个孤电子对，故空间构型为三角锥形；(5)⑥分子中心原子N的σ健数目为4，孤电子对数为0，N原子采用的是sp3杂化，故空间构型为正四面体形。考点二VSEPR模型【例2】（2021·山西·浑源县第七中学校高二阶段练习）计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数(价层电子对数)，判断中心原子的杂化轨道类型，写出VSEPR模型名称。(1)CS2_______、_______、_______；(2)NH3_______、_______、_______；(3)H2O_______、_______、_______；(4)PCl3_______、_______、_______；(5)BCl3_______、_______、_______；(6)前四周期中，未成对电子最多是_______(填元素符号)。【答案】（1）2sp直线形4sp3正四面体形4sp3四面体形4sp3四面体形3sp2平面三角形Cr【解析】(1)CS2中心原子S的杂化轨道数是，中心原子的杂化轨道类型为sp杂化，VSEPR模型名称是直线形；(2)NH3中心原子N的杂化轨道数，中心原子的杂化轨道类型为sp3杂化，VSEPR模型名称是四面体形；(3)H2O中心原子O的杂化轨道数，中心原子的杂化轨道类型为sp3杂化，VSEPR模型名称是四面体形；(4)PCl3中心原子P的杂化轨道数，中心原子的杂化轨道类型为sp3杂化，VSEPR模型名称是四面体形；(5)BCl3中心原子B的杂化轨道数，中心原子的杂化轨道类型为sp2杂化，VSEPR模型名称平面三角形；(6)前四周期中，未成对电子最多是Cr，价电子排布图是，有6个未成对电子。【一隅三反】1．（2021·浙江·诸暨中学高二期中）下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)的叙述中不正确的是A．VSEPR模型可用预测分子的立体构型B．VSEPR模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子C．中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥D．分子中键角越大，价层电子对相互排斥力越大，分子越稳定【答案】D【解析】A．VSEPR模型可用来预测分子的立体构型，注意实际空间构型要去掉孤电子对，A正确；B．VSEPR模型可用于预测简单分子的空间结构，不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子，B正确；C．中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间排斥力＞孤电子对和成对电子对间的排斥力，C正确；D．分子的稳定性与键角没有关系，与化学键强弱有关，D错误；综上所述答案为D。2．（2021·全国·高二课时练习）下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的是A．H2O B．HCl C． D．PCl3【答案】A【解析】A．氧原子未成键的价电子对=2，氧原子有两对未成键的价电子对；B．HCl分子属于AB型分子，没有中心原子；C．氮原子未成键的价电子对=0，的中心原子的价电子全部参与成键；D．磷原子未成键的价电子对=1，磷原子有一对未成键的价电子对；未用于成键的价电子对最多的是A，故答案选A。考点三VSEPR模型与空间分子结构综合【例3】（2021·北京市第十三中学高二期中）下列粒子的VSEPR模型为四面体，且空间构型结构为V型的是A．H2O B．NF3 C．H3O+ D．SO2【答案】A【解析】A．水分子中氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，则分子的VSEPR模型为四面体形，空间构型结构为V形，故A正确；B．三氟化氮分子中氮原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，则分子的VSEPR模型为四面体形，空间构型结构为三角锥形，故B错误；C．水合氢离子中氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，则离子的VSEPR模型为四面体形，空间构型结构为三角锥形，故C错误；D．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，则分子的VSEPR模型为三角形，空间构型结构为V形，故D错误；故选A。【一隅三反】1．（2021·北京西城·高二期末）下列分子或离子中，VSEPR模型和空间结构不一致的是A．CO2 B．SO C．BeCl2 D．NH3【答案】D【解析】A．CO2分子中价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=2+=2，不含孤电子对，VSEPR模型是直线形，空间构型是直线形，故A不选；B．SO中S原子价层电子对数=4+=4且不含孤电子对，VSEPR模型是正四面体形，空间构型是正四面体形，故B不选；C．BeCl2中Be的价层电子对数==2，且不含孤电子对，VSEPR模型、空间构型都是直线形，故C不选；D．NH3分子中N原子的价层电子对数是3+=4，包括一对孤电子对，则VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，故D选；故选：D。2．（2021·四川省绵阳第一中学高二期中）下列分子或离子的VSEPR模型与空间立体构型一致的是A．NH3 B．CCl4 C．H2O D．ClO【答案】B【解析】A．该分子中N原子价层电子对个数=3+=4，含有一个孤电子对，VSEPR模型为四面体形，立体构型为三角锥形，A不符合题意；B．CCl4该分子中C原子价层电子对个数=4+=4，且不含孤电子对，其VSEPR模型和立体构型相同，均为四面体形，B符合题意；C．该分子中O原子价层电子对个数=2+=4，且含有两个孤电子对，VSEPR模型为四面体形，立体构型为V形，C不符合题意；D．该离子中Cl原子价层电子对个数=3+=4，且含有一个孤电子对，VSEPR模型为四面体形，立体构型为三角锥形，D不符合题意；故合理选项是B。3（2021·全国·高二课时练习）下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为Ⅴ形的是。A． B． C． D．【答案】D【解析】A．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，则分子的VSEPR模型为三角形，空间构型结构为V形，A错误；B．三氟化氮分子中氮原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，则分子的VSEPR模型为四面体形，空间构型结构为三角锥形，B错误；C．水合氢离子中氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，则离子的VSEPR模型为四面体形，空间构型结构为三角锥形，C错误；D．OF2分子中价层电子对为2+2=4，孤对电子对数为2，则分子的VSEPR模型为四面体形，空间构型结构为V形，D正确；故选D。考点四杂化轨道理论【例4-1】（2021·四川·邻水实验学校高二阶段练习）关于原子轨道的说法正确的是A．凡是中心原子采取sp3杂化的分子，其几何构型都是正四面体B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合形成C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道杂化形成的一组新轨道D．凡AB型的共价化合物，其中中心原子A均采用sp3杂化轨道成键【答案】C【解析】A．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型不一定都是正四面体，如NH3，属于三角锥形，A错误；B．sp3杂化轨道指一个原子同一电子层内由一个ns轨道和三个np轨道发生杂化形成的轨道，不是不同原子的杂化，B错误；C．sp3杂化轨道的定义就是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组新轨道，C正确；D．AB型分子不需要杂化，直接形成s-pσ键，D错误；故选C【例4-2】（2021·黑龙江·绥化市第一中学高二期中）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．CH4、NH3、H2O B．CO2、BBr3、SOC．C2H4、SO2、BeCl2 D．NH3、PCl3、H3O+【答案】D【解析】A．CH4、NH3、H2O的中心原子价层电子对数都是4，都采用sp3杂化，CH4、NH3、H2O的中心原子上的孤电子对数分别是0、1、2，A不符合题意；B．CO2、BBr3、SO中的中心原子价层电子对数分别是2、3、4，且CO2、BBr3、SO中孤电子对数分别是0、0、1，B不符合题意；C．C2H4、SO2、BeCl2中的中心原子价层电子对数分别是3、3、2，且C2H4、SO2、BeCl2中孤电子对数分别是0、1、0，C不符合题意；D．NH3、PCl3、H3O+的中心原子价层电子对数都是4，采用sp3杂化，中心原子上的孤电子对数都是1，D符合题意；故合理选项是D。【例4-3】．（2021·吉林·长春市榆树高级中学高二期中）在分子中，羰基碳原子与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为A．sp2杂化；sp2杂化 B．sp3杂化；sp3杂化C．sp2杂化；sp3杂化 D．sp杂化；sp3杂化【答案】C【解析】在分子中，羰基碳原子形成3个σ键，孤电子对==0，杂化轨道数=价层电子对数=3，采用sp2杂化；甲基碳原子形成4个σ键，孤电子对==0，杂化轨道数=价层电子对数=4，采用sp3杂化，故选C。【一隅三反】1．（2021·全国·高二课时练习）下列关于杂化轨道的叙述正确的是A．杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的1个s轨道杂化而成的D．在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—Hσ键【答案】B【解析】A．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，不能用来形成π键，选项A不正确；B．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，不能用来形成π键，选项B正确；C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的，选项C不正确；D．在乙烯分子中，1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的s轨道重叠形成2个C—Hσ键，剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个C—Cσ键，选项D不正确。答案选B。2．（2021·全国·高二单元测试）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．CH3CH=CH2 B．CH3-C≡CH C．CH3CH2OH D．CH≡CH【答案】B【解析】A．CH3CH=CH2中双键碳为sp2、单键碳为sp3，故不选A；B．CH3-C≡CH中三键碳为sp、单键碳为sp3，故选B；C．CH3CH2OH中碳原子均为sp3杂化，故不选C；D．CH≡CH中碳原子只有sp杂化，故不选D；选B。3．（2021·天津河北·高二期末）下列分子的中心原子的杂化轨道类型为sp3杂化的是A．CO2 B．SO2 C．BF3 D．NH3【答案】D【解析】A．CO2中心C原子价层电子对数为，为sp杂化，故A不符合题意；B．SO2中心S原子价层电子对数为，为sp2杂化，故B不符合题意；C．BF3中心B原子价层电子对数为，为sp2杂化，故C不符合题意；D．NH3中心N原子价层电子对数为，为sp3杂化，故D符合题意；综上所述答案为D。4．（2021·江苏·泗阳县实验高级中学高二阶段练习）有机物H3CH=H—≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为A．sp3、sp2、sp B．sp、sp2、sp3C．sp2、sp、sp3 D．sp3、sp、sp2【答案】A【解析】根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化方式，价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数，如果价层电子对个数是4，则C原子采用sp3杂化，如果价层电子对个数是3，则C原子采用sp2杂化，如果价层电子对个数是2，则C原子采用sp杂化，甲基上C原子含有4个σ键，则C原子采用sp3杂化，碳碳双键两端的C原子含有3个σ键，则C原子采用sp2杂化，碳碳三键两端的C原子含有2个σ键，则C原子采用sp杂化，答案选A。5．（2021·吉林·汪清县汪清第四中学高二阶段练习）下列分子或离子的中心原子的杂化轨道类型和空间结构不正确的是A．中B原子采取杂化，为平面三角形结构B．中P原子采取杂化，为正四面体形结构C．中Be原子采取sp杂化，为V形结构D．中N原子采取杂化，为V形结构【答案】C【解析】A．中B原子的孤对电子数为，价层电子对数为3+0=3，则为杂化，为平面三角形结构，故A不选；B．中P原子的孤对电子数为，价层电子对数为4，则p原子采取杂化，为正四面体形结构，故B不选；C．BeCl2中Be原子的孤对电子数为，价层电子对数为2+0=2，则为sp杂化，为直线型结构，故选C；D．中N原子的孤对电子数为，价层电子对数为2+2=4，采取杂化，为V形结构，故D不选；答案选C考点五综合运用【例5】（2021·河北·石家庄市第十五中学高二阶段练习）下列分子中中心原子的杂化方式和分子的空间构型均正确的是A．C2H2：sp2、直线形 B．：sp3、三角锥形C．BF3：sp2、平面三角形 D．H2O：sp3、V形【答案】C【解析】A．乙炔的结构式为H−C≡C−H，每个碳原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，所以C原子采用sp杂化，为直线形结构，故A错误；B．中价层电子对数=σ键个数+=4+=4，含孤电子对数为0，杂化轨道数4，采取sp3杂化，为正四面体形，故B错误；C．BF3分子中硼原子价层电子对=3+0=3，杂化轨道数为3，所以采取sp2杂化，含孤电子对数为0，所以其空间构型为平面三角形，故C正确；D．H2O分子中价层电子对=2+2=4，所以中心原子原子轨道为sp3杂化，其VSEPR模型为正四面体，该分子中含有两个孤电子对，所以其空间构型为V形，故D错误；故答案为C。【一隅三反】1（2021·吉林·梅河口市第五中学高二期中）氯化亚硫(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚硫分子的VSEPR模型、空间结构和中心原子(S)采取何种杂化方式的说法正确的是A．四面体形、三角锥形、sp3 B．平面三角形、平面三角形、sp2C．四面体形、平面三角形、sp3 D．四面体形、三角锥形、sp2【答案】A【解析】SOCl2的中心原子(S原子)的价层电子对数=3+=4，孤对电子数为1，所以中心原子(S)采取sp3杂化，分子的VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，故A正确；答案选A。2．（2021·全国·高二课时练习）下列说法中，正确的是A．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B．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C．凡是型的共价化合物，其中心原子A均采用杂化轨道成键D．属于型共价化合物，中心原子S采取杂化轨道成键【答案】A【解析】A．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，故A正确；B．中心原子采取杂化的分子，其空间结构不一定是正四面体形，如果