資源簡介

提升課時(shí)2　分子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道
學(xué)習(xí)目標(biāo)　1.能準(zhǔn)確判斷共價(jià)分子中中心原子的雜化軌道類型。2.能用雜化軌道理論和價(jià)層電子對互斥理論判斷分子共價(jià)鍵的形成和空間構(gòu)型。
粒子(分子或離子)空間結(jié)構(gòu)與雜化類型的判斷
一、中心原子軌道雜化類型的判斷
雜化類型 sp sp2 sp3
軌道組成 1個ns、 1個np 1個ns、2個np 1個ns、3個np
軌道夾角 180° 120° 109°28′
VSEPR 模型 直線形 平面三角形 正四面體形
價(jià)層電 子對數(shù) 2 3 4
孤電子對數(shù) 0 0 1 0 1 2
分子(離子) 空間結(jié)構(gòu) 直線形 平面 三角形 V形 正四 面體形 三角 錐形 V形
實(shí)例 CO2 BF3 SO2 CH4 NH3 H2O
二、根據(jù)價(jià)層電子互斥理論推測簡單分子(或離子)空間結(jié)構(gòu)的方法
1.思維模型
價(jià)層電子對數(shù)VSEPR模型
分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)
2.關(guān)鍵步驟
(1)確定中心原子的價(jià)層電子對數(shù)和中心原子孤電子對數(shù)。
①對簡單分子(ABm型)或離子(AB型)，通過前面“中心原子雜化軌道類型的判斷方法”，求出中心原子的價(jià)層電子對數(shù)n；
②根據(jù)雜化軌道數(shù)＝中心原子形成的σ鍵數(shù)＋中心原子孤電子對數(shù)，可推出：中心原子孤電子對數(shù)＝雜化軌道數(shù)－中心原子形成的σ鍵數(shù)＝中心原子的價(jià)層電子對數(shù)－配位原子的個數(shù)＝n－m。
(2)由價(jià)層電子對數(shù)確定 VSEPR 模型(即雜化軌道空間構(gòu)型)。
(3)略去孤電子對，應(yīng)用價(jià)層電子對互斥理論確定分子或離子空間結(jié)構(gòu)(具體見表格)。
價(jià)層電子 對數(shù)(n) 2 3 4
雜化軌 道類型 sp sp2 sp3
VSEPR 模型 直線形 平面三角形 正四面體形
孤電子 對數(shù) (n－m) 0 0 1 0 1 2
分子或離 子的空間 結(jié)構(gòu) 直線形 平面 三角形 V形 正四 面體 形 三角 錐形 V形
舉例 BeCl2 NO SO2 CH4 NH3 H2O
鍵角 180° 120° 119.5° 109°28′ 107° 105°
[例1]　(1)(2023·北京卷節(jié)選)S2O的空間結(jié)構(gòu)是____________。
(2)(2023·浙江1月卷節(jié)選)硅材料在生活中占有重要地位。請回答：
Si(NH2)4分子的空間結(jié)構(gòu)(以Si為中心)名稱為____________，分子中氮原子的雜化軌道類型是____________。
答案　(1)四面體形　(2) 四面體形　sp3
解析　(1)SO的中心原子S的價(jià)層電子對數(shù)為4，無孤電子對，空間構(gòu)型為四面體形，S2O可看作是SO中1個O原子被S原子取代，則S2O的空間構(gòu)型為四面體形。(2)Si(NH2)4分子可視為SiH4分子中的4個氫原子被—NH2(氨基)取代形成的，所以Si(NH2)4分子中Si原子軌道的雜化類型是sp3，分子的空間結(jié)構(gòu)(以Si為中心)名稱為四面體形，分子中氮原子形成3個σ鍵，含一個孤電子對，則其雜化方式為sp3。
[例2]　(1)(2022·湖南卷節(jié)選)科學(xué)家近期合成了一種固氮酶模型配合物，該物質(zhì)可以在溫和條件下直接活化H2，將N3－轉(zhuǎn)化為NH，反應(yīng)過程如圖所示：
產(chǎn)物中N原子的雜化軌道類型為____________。
(2)(2022·山東卷節(jié)選)吡啶()替代苯也可形成類似的籠形包合物。已知吡啶中含有與苯類似的Π大π鍵、則吡啶中N原子的價(jià)層孤電子對占據(jù)________(填標(biāo)號)。
A.2s軌道 B.2p軌道
C.sp雜化軌道 D.sp2雜化軌道
(3)(2022·全國乙卷節(jié)選)一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一個________雜化軌道與Cl的3px軌道形成C—Cl________鍵。
答案　(1) sp3雜化　(2)D　(3)sp2　σ
解析　(1)由結(jié)構(gòu)簡式可知，產(chǎn)物中氮原子的價(jià)層電子對數(shù)為4，原子的雜化方式為sp3雜化；(2)吡啶()替代苯也可形成類似的籠形包合物。已知吡啶中含有與苯類似的Π大π鍵，則說明吡啶中N原子也是采用sp2雜化，雜化軌道只用于形成σ鍵和存在孤電子對，則吡啶中N原子的價(jià)層孤電子對占據(jù)sp2雜化軌道，故答案為D；(3) 一氯乙烯的結(jié)構(gòu)式為，碳為雙鍵碳，采取sp2雜化，因此C的一個sp2雜化軌道與Cl的3px軌道形成C－Cl σ鍵。
1.用價(jià)層電子對互斥理論預(yù)測H2S和BF3的立體結(jié)構(gòu)，兩個結(jié)論都正確的是(　　)
A.直線形；三角錐形
B.V形；三角錐形
C.直線形；平面三角形
D.V形；平面三角形
答案　D
解析　在H2S中，價(jià)層電子對數(shù)為4，若無孤電子對存在，則其應(yīng)為正四面體形。但中心原子S上有兩個孤電子對，而且孤電子對也要占據(jù)中心原子周圍的空間，它們相互排斥，因此H2S為V形結(jié)構(gòu)。在BF3中，價(jià)層電子對數(shù)為3，其中心原子B上無孤電子對，因此BF3應(yīng)為平面三角形。
2.PCl3的分子結(jié)構(gòu)是(　　)
A.平面三角形，鍵角小于120°
B.平面三角形，鍵角120°
C.三角錐形，鍵角小于109°28′
D.三角錐形，鍵角109°28′
答案　C
解析　PCl3與NH3互為等電子體，因此PCl3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，鍵角小于109°28′。
3.白磷是一種能自燃的單質(zhì)，其分子的球棍模型如圖所示：，下列敘述錯誤的是(　　)
A.每個磷原子形成3個σ鍵，磷原子為sp2雜化
B.每個磷原子的價(jià)層電子對數(shù)為4，磷原子均為sp3雜化
C.1 mol白磷中共含6 mol共價(jià)鍵
D.白磷分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形
答案　A
解析　由白磷分子的球棍模型圖可知，每個磷原子均形成了3個σ鍵，又因每個磷原子還有一個孤電子對，故價(jià)層電子對數(shù)為4，磷原子為sp3雜化，A項(xiàng)錯誤，B項(xiàng)正確；由圖可知C、D項(xiàng)正確。
4.(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機(jī)化合物，其分子中氮原子、碳原子的雜化軌道類型分別是____________、____________。
(2)LiAlH4是有機(jī)合成中常用的還原劑，LiAlH4中陰離子的空間結(jié)構(gòu)是____________，其中心原子的雜化軌道類型為____________。
(3)氣態(tài)三氧化硫以單分子形式存在，其分子的空間結(jié)構(gòu)為____________；固態(tài)三氧化硫中存在如圖所示的三聚分子，該分子中S原子的雜化軌道類型為____________。
(4)S單質(zhì)的常見形式為S8，其環(huán)狀結(jié)構(gòu)如圖所示，S原子采取的軌道雜化方式是____________。
答案　(1)sp3　sp3　(2)正四面體形　sp3　(3)平面三角形　sp3　(4)sp3
解析　(1)H2NCH2CH2NH2中N原子形成3個σ鍵，孤電子對數(shù)為1，C原子形成4個σ鍵，無孤電子對，二者的價(jià)層電子對數(shù)都為4，因此N原子、C原子的雜化軌道類型都為sp3。(2)LiAlH4中的陰離子是AlH，其中Al原子與H原子之間的σ鍵數(shù)為4，孤電子對數(shù)為＝0，因此其價(jià)層電子對數(shù)為4＋0＝4，故AlH的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，其中心原子的雜化軌道類型為sp3。(3)SO3分子中，中心原子上的價(jià)層電子對數(shù)為3，孤電子對數(shù)為＝0，故SO3分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形；由題圖可知該三聚分子中每個S原子與4個O原子形成4個σ鍵，故其雜化軌道類型為sp3。(4)每個硫原子形成2個S—S，孤電子對數(shù)為2，雜化方式為sp3。
選擇題有1個選項(xiàng)符合題意
1.已知某XY2分子屬于V形分子，下列說法正確的是(　　)
A.X原子一定是sp2雜化
B.X原子一定為sp3雜化
C.X原子上一定存在孤電子對
D.VSEPR模型一定是平面三角形
答案　C
解析　若X原子無孤電子對，則它一定是直線形分子，若X有一個孤電子對或兩個孤電子對，則XY2一定為V形分子，此種情況下X的原子軌道可能為sp2雜化，也可能是sp3雜化，A、B項(xiàng)錯誤，C項(xiàng)正確；若X有兩個孤電子對，則該分子的VSEPR模型為正四面體形，D項(xiàng)錯誤。
2.了解有機(jī)物分子中化學(xué)鍵特征以及成鍵方式是研究有機(jī)物性質(zhì)的基礎(chǔ)。下列關(guān)于有機(jī)物分子的成鍵方式的描述不正確的是(　　)
A.烷烴分子中碳原子均采用sp3雜化軌道成鍵
B.炔烴分子中碳碳三鍵由1個σ鍵、2個π鍵組成
C.甲苯分子中所有碳原子均采用sp2雜化軌道成鍵
D.苯環(huán)中存在6個碳原子共有的大π鍵
答案　C
解析　烷烴分子中碳原子均形成4個鍵，雜化軌道數(shù)為4，均采用sp3雜化軌道成鍵。碳碳三鍵由1個σ 鍵、2個π鍵組成；苯環(huán)中碳原子采用sp2雜化軌道成鍵，6個碳原子上未參與成鍵的p電子形成一個大π鍵；甲苯分子中—CH3中的C采用sp3雜化。
3.在分子中，羰基()碳原子與甲基碳原子成鍵時(shí)所采取的雜化方式分別為(　　)
A.sp2雜化；sp2雜化 B.sp3雜化；sp3雜化
C.sp2雜化；sp3雜化 D.sp雜化；sp3雜化
答案　C
解析　羰基上的碳原子共形成3個σ鍵和1個π鍵，為sp2雜化，兩側(cè)甲基中的碳原子共形成4個σ鍵無π鍵，為sp3雜化。
4.(2023·上海建平中學(xué)高二月考)下列關(guān)于雜化軌道的敘述，不正確的是(　　)
A.CH2===CH—CH===CH2分子中所有碳原子均采取sp2雜化成鍵
B.雜化軌道只用于形成σ鍵或用于容納的未參與成鍵的孤電子對
C.SO2和C2H4分子中的中心原子S和C是通過sp2雜化軌道成鍵
D.中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時(shí)，該分子一定為四面體結(jié)構(gòu)
答案　D
解析　CH2===CH—CH===CH2分子中所有碳原子的價(jià)層電子對數(shù)為3，均采取sp2雜化成鍵，A正確；雜化軌道只用于形成σ鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對，例如NH3中，N的雜化方式為sp3，形成4個雜化軌道，其中有3個用來形成σ鍵，1個用于容納未參與成鍵的孤電子對，B正確；SO2和C2H4分子中的中心原子S和C價(jià)層電子對數(shù)都是3，都是通過sp2雜化軌道成鍵，C正確；中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時(shí)，該分子不一定為四面體結(jié)構(gòu)，還需要考慮未成鍵電子對，例加NH3中N的雜化方式為sp3，但NH3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，D錯誤。
5.(2023·四川內(nèi)江六中高二期中)下列說法正確的是(　　)
A.二氧化碳按電子云重疊的方式分，其共價(jià)鍵的類型有1種
B.NH3·BH3中，B的雜化方式為sp3雜化
C.硒的兩種含氧酸的酸性強(qiáng)弱為H2SeO4D.SeO和SeO中心原子軌道雜化都為sp3，空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形
答案　B
解析　CO2分子中含有兩個碳氧雙鍵，共價(jià)鍵中含有一個σ鍵一個π鍵，共價(jià)鍵的類型有2種，故A錯誤；NH3·BH3中B的價(jià)層電子對數(shù)為4，B的雜化軌道類型為sp3，故B正確；同一種元素形成的含氧酸中，非羥基O原子個數(shù)越多，其酸性越強(qiáng)，H2SeO4與H2SeO3可寫成(OH)2SeO2、(OH)2SeO，則酸性：H2SeO4>H2SeO3，故C錯誤；SeO中Se原子含有的孤對電子對數(shù)是＝0，所以是正四面體形，屬于sp3雜化，和VSEPR模型一致，SeO的Se原子價(jià)層電子對數(shù)為3＋＝4，其VSEPR模型為正四面體形，但中心原子的孤電子對數(shù)為1，其空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，故D錯誤。
6.下列分子所含碳原子中，既有sp3雜化，又有sp2雜化的是(　　)
A.乙醛
B.丙烯腈
C.甲醛
D.丙炔
答案　A
解析　乙醛中甲基的碳原子采取sp3雜化，醛基的碳原子采取sp2雜化；丙烯腈中碳碳雙鍵的兩個碳原子采取sp2雜化，另一個碳原子采取sp雜化；甲醛中碳原子采取sp2雜化；丙炔中甲基的碳原子采取sp3雜化，碳碳三鍵中兩個碳原子采取sp雜化。
7.下列分子中，中心原子采取sp3雜化并形成正四面體形空間結(jié)構(gòu)的是(　　)
①CH4　②NH3　③CF4　④SiH4　⑤C2H4
⑥CO2　⑦CH2Cl2
A.①②③⑥ B.①③④
C.②④⑤⑦ D.①③⑤
答案　B
解析　CH4、NH3、CF4、SiH4、CH2Cl2分子的中心原子均采取sp3雜化，但只有CH4、CF4、SiH4分子中的四個sp3雜化軌道分別結(jié)合一個相同的原子，形成正四面體形結(jié)構(gòu)；CH2Cl2分子是變形的四面體形；NH3分子則是三角錐形結(jié)構(gòu)；C2H4分子是平面結(jié)構(gòu)；CO2分子是直線形結(jié)構(gòu)。
8.有X、Y兩種活性反應(yīng)中間體微粒，均含有1個碳原子和3個氫原子，其球棍模型如圖所示：
下列說法錯誤的是(　　)
A.X的組成為CH
B.Y的組成為CH
C.X的價(jià)層電子對數(shù)為4
D.Y中鍵角小于120°
答案　C
解析　由圖可知，X為平面三角形結(jié)構(gòu)，其碳原子應(yīng)該有三個價(jià)層電子對，其組成為CH，A項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯誤；Y為三角錐形結(jié)構(gòu)，其碳原子有四個價(jià)層電子對，故其組成為CH，鍵角比120°小，B、D項(xiàng)正確。
9.六氟化硫分子呈正八面體形(如圖所示)，在高電壓下仍有良好的絕緣性，在電器工業(yè)方面有著廣泛的用途，但逸散到空氣中會引起溫室效應(yīng)。下列有關(guān)六氟化硫的推測正確的是(　　)
A.六氟化硫易燃燒生成二氧化硫
B.六氟化硫中各原子均達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
C.六氟化硫分子中的S—F都是σ鍵，且鍵長、鍵能都相等
D.若將六氟化硫分子中的2個F原子換成Cl原子，可以得到3種可能結(jié)構(gòu)
答案　C
解析　SF6分子中，S和F的化合價(jià)分別是＋6和－1，S的化合價(jià)已達(dá)到最高價(jià)，不會再升高，而F的氧化性比O強(qiáng)，所以六氟化硫不易燃燒，A錯誤；SF6分子中的硫原子并不是8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，氟原子滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，B錯誤；SF6分子中只有S—F極性共價(jià)單鍵，均為σ鍵，C正確；若將六氟化硫分子中的2個F原子換成Cl原子，只有2種可能的結(jié)構(gòu)，D錯誤。
10.短周期元素X、Y、Z、M原子序數(shù)依次增大，Z的基態(tài)原子2p軌道半充滿，M的最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)絕對值之差為4，它們組成的一種分子結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.電負(fù)性：X>Y>Z
B.原子半徑：Y>Z>X
C.分子中Z原子的雜化方式均為sp2
D.Y、Z、M的最高價(jià)氧化物的水化物均為強(qiáng)酸
答案　B
解析　已知X、Y、Z、M為原子序數(shù)依次增大的短周期元素，Z的基態(tài)原子2p軌道半充滿，則Z為N元素，M的最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)絕對值之差為4，則M為S元素，根據(jù)題圖中共價(jià)鍵數(shù)目可推知，X為H元素，Y為C元素。因此，電負(fù)性：N>C>H，A項(xiàng)錯誤；H原子核外有1個電子層，而C、N原子核外均有2個電子層，電子層數(shù)越多，半徑越大，電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)越大，半徑越小，則原子半徑：C>N>H，B項(xiàng)正確；分子中N原子均形成共價(jià)單鍵，為sp3雜化，C項(xiàng)錯誤；C元素的最高價(jià)氧化物的水化物為H2CO3，H2CO3為弱酸，D項(xiàng)錯誤。
11.有一種化合物是很多表面涂層的重要成分，其結(jié)構(gòu)如圖所示，其中W、X、Y、Z為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素，只有X、Y在同一周期，Y無最高正價(jià)，Z的含氧酸均具有氧化性，下列有關(guān)說法錯誤的是(　　)
A.XW、—XW3、XW是重要的有機(jī)反應(yīng)中間體，XW中所有原子共平面
B.XW與W3Y＋的空間結(jié)構(gòu)相同
C.Y原子最外層電子的軌道表示式為
D.Z的兩種酸反應(yīng)可制得Z的單質(zhì)
答案　C
解析　Y無最高正價(jià)，且能形成2個共價(jià)鍵，則Y是O元素；四種元素的原子序數(shù)依次增大，只有X、Y在同一周期，則W是H元素；X形成4個共價(jià)鍵，且原子序數(shù)小于Y(O)，則X是C元素；Z形成1個共價(jià)鍵，與X、Y不在同一周期，Z的含氧酸均具有氧化性，則Z是Cl元素。XW是CH，中心C原子的價(jià)層電子對數(shù)為3＋(4－1－3×1)＝3，不含孤電子對，則CH是平面三角形，所有原子共平面，A正確；XW和W3Y＋分別為CH、H3O＋，中心原子C和O的價(jià)層電子對數(shù)均為4，且均含1個孤電子對，故二者的空間結(jié)構(gòu)都是三角錐形，B正確；根據(jù)洪特規(guī)則和泡利原理可知，基態(tài)O原子的最外層電子的軌道表示式為
，C錯誤；HClO和HCl溶液反應(yīng)可生成Cl2和H2O，D正確。
12.元素周期表中第ⅥA族元素單質(zhì)及其化合物有著廣泛應(yīng)用。O2可用作氫氧燃料電池的氧化劑；O3具有殺菌、消毒、漂白等作用。硫有多種單質(zhì)，如S2、S4、S6、S8等，用硫黃熏蒸中藥材的傳統(tǒng)由來已久。硫與氧氣反應(yīng)制得的SO2可用來生產(chǎn)H2SO4，硫酸及硫酸鹽是重要化工原料；H2S是一種易燃的有毒氣體(燃燒熱為562.2 kJ·mol－1)，是制取多種硫化物的原料；用SO2與SeO2(白色晶體)的水溶液反應(yīng)可制備硒，硒(34Se)是一種半導(dǎo)體材料。碲(52Te)的單質(zhì)及其化合物在電子、冶金、材料等領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景，工業(yè)上以電解強(qiáng)堿性Na2TeO3溶液制備Te。下列說法正確的是(　　)
A.S2、S4、S6、S8互為同位素
B.SO2中S原子雜化軌道類型為sp2
C.34Se核外電子排布式為[Ar]4s24p4
D.H2S和H2O的空間結(jié)構(gòu)相同，且均為非極性分子
答案　B
解析　S2、S4、S6、S8為硫元素形成的不同單質(zhì)，應(yīng)互為同素異形體，A錯誤；SO2中S的價(jià)層電子對數(shù)為2＋(6－2×2)＝3，故原子雜化軌道類型為sp2，B正確；34Se位于第四周期第ⅥA族，核外電子排布式為[Ar]3d104s24p4，C錯誤；H2S和H2O的中心原子均為sp3雜化，空間結(jié)構(gòu)均為V形，故均為極性分子，D錯誤。
13.能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，越來越多的國家開始實(shí)行“陽光計(jì)劃”，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動力。
(1)鈦鐵合金具有吸氫特性，在制造以氫為能源的熱泵和蓄電池等方面有廣闊的應(yīng)用前景，基態(tài)Ti原子核外有________個運(yùn)動狀態(tài)不同的電子，在基態(tài)Fe2＋中，電子占據(jù)的能量最高的軌道為________。
(2)多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機(jī)鹽，其主要包括砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)薄膜電池等。鎘(Cd)在周期表中位于第五周期，與Zn同族，則Cd的價(jià)層電子排布式為________，第一電離能：Ga________(填“大于”“小于”或“等于”)As；H2S分子的VSEPR模型為________。
(3)三氟化氮(NF3)是一種無色、無臭、無毒且不可燃的氣體，在太陽能電池制造中得到廣泛應(yīng)用。NF3的沸點(diǎn)比NH3的沸點(diǎn)更低，原因是
____________________________________________________________________。
(4)富勒烯衍生物由于具有良好的光電性能，在太陽能電池的應(yīng)用上具有非常光明的前途。富勒烯(C60)的結(jié)構(gòu)如圖所示，分子中碳原子軌道的雜化類型為________；1個C60分子中σ鍵的數(shù)目為________個。
答案　(1)22　3d
(2)4d105s2　小于　正四面體形
(3)NH3存在分子間氫鍵，分子間作用力大，沸點(diǎn)高
(4)sp2　90
解析　(1)Ti為22號元素，一個電子就是一種運(yùn)動狀態(tài)，因此基態(tài)Ti原子核外有22個運(yùn)動狀態(tài)不同的電子；Fe為26號元素，其基態(tài)原子價(jià)層電子排布式為[Ar]3d64s2，其基態(tài)Fe2＋的價(jià)層電子排布式為3d6，電子占據(jù)的能量最高的軌道為3d。(2)Zn的價(jià)電子排布式為3d104s2，鎘(Cd)在周期表中位于第五周期，與Zn同族，則Cd的價(jià)電子排布式為4d105s2；同周期從左到右，第一電離能呈增大趨勢，但第ⅡA族大于第ⅢA族，第ⅤA族大于第ⅥA族，因此第一電離能：Ga小于As；H2S分子中心原子價(jià)層電子對數(shù)為2＋(6－1×2)＝2＋2＝4，其VSEPR模型為正四面體形。(4)根據(jù)結(jié)構(gòu)分析，分子中每個碳原子形成3個σ鍵，不含孤電子對，因此碳原子軌道的雜化類型為sp2；由于分子中每個碳原子形成3個σ鍵，每個碳原子占有個σ鍵，則1個C60分子中σ鍵的數(shù)目為×60＝90個。
14.磷是人體含量較多的元素之一，磷的化合物在藥物生產(chǎn)和農(nóng)藥制造等方面用途非常廣泛。請回答下列問題。
(1)酸性關(guān)系：H3PO4________H2SO4(填“>”“<”或“＝”)，請利用元素周期律解釋該酸性關(guān)系：P和S原子的能層數(shù)相同，____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)P4S3可用于制造火柴，其分子結(jié)構(gòu)如圖所示。
①電負(fù)性：磷________硫(填“>”“<” 或“＝”)。
②P4S3分子中硫原子的雜化軌道類型為________。
③1 mol P4S3分子中孤電子對的數(shù)目為________。
④∠S—P—S________109°28′(填“>”“<”或“＝”)。
(3)在BF3分子中，F(xiàn)—B—F的鍵角度數(shù)是________， BF3與過量NaF反應(yīng)可生成NaBF4，BF的空間結(jié)構(gòu)為________。
答案　(1)<　硫原子的最外層電子數(shù)比磷原子多，原子半徑更小，更容易獲得電子，非金屬性比磷強(qiáng)，最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的酸性更強(qiáng)
(2)①<　②sp3　③10NA　④<
(3)120°　正四面體形
解析　(2)①同周期元素的電負(fù)性從左到右逐漸增強(qiáng)，故電負(fù)性：磷<硫。②從P4S3分子結(jié)構(gòu)圖可知，硫原子有2個σ鍵和2個孤電子對，其雜化軌道類型為sp3雜化。③從P4S3分子結(jié)構(gòu)圖得知，每個S原子有2個孤電子對，每個P原子有1個孤電子對，則1 mol P4S3分子中孤電子對的數(shù)目為10NA。④從P4S3分子結(jié)構(gòu)圖可知，P原子有1個孤電子對，孤電子對與成鍵電子對之間的排斥力大于成鍵電子對與成鍵電子對之間的排斥力，故∠S—P—S小于正四面體的夾角，即∠S—P—S<109°28′。(3)在BF3分子中，中心原子B原子價(jià)層電子對數(shù)為3，是sp2雜化，分子呈平面三角形結(jié)構(gòu)，F(xiàn)—B—F的鍵角度數(shù)是120°；BF中，中心原子B原子價(jià)層電子對數(shù)為4，是sp3雜化，其空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。提升課時(shí)2　分子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道
學(xué)習(xí)目標(biāo)　1.能準(zhǔn)確判斷共價(jià)分子中中心原子的雜化軌道類型。2.能用雜化軌道理論和價(jià)層電子對互斥理論判斷分子共價(jià)鍵的形成和空間構(gòu)型。
粒子(分子或離子)空間結(jié)構(gòu)與雜化類型的判斷
一、中心原子軌道雜化類型的判斷
雜化類型 sp sp2 sp3
軌道組成 1個ns、 1個np 1個ns、2個np 1個ns、3個np
軌道夾角 180° 120° 109°28'
VSEPR模型 直線形 平面三角形 正四面體形
價(jià)層電子對數(shù) 2 3 4
孤電子對數(shù) 0 0 1 0 1 2
分子(離子) 空間結(jié)構(gòu) 直線形 平面 三角形 V形 正四 面體形 三角 錐形 V形
實(shí)例 CO2 BF3 SO2 CH4 NH3 H2O
二、根據(jù)價(jià)層電子互斥理論推測簡單分子(或離子)空間結(jié)構(gòu)的方法
1.思維模型
價(jià)層電子對數(shù)VSEPR模型分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)
2.關(guān)鍵步驟
(1)確定中心原子的價(jià)層電子對數(shù)和中心原子孤電子對數(shù)。
①對簡單分子(ABm型)或離子(A型),通過前面“中心原子雜化軌道類型的判斷方法”,求出中心原子的價(jià)層電子對數(shù)n;
②根據(jù)雜化軌道數(shù)=中心原子形成的σ鍵數(shù)+中心原子孤電子對數(shù),可推出:中心原子孤電子對數(shù)=雜化軌道數(shù)-中心原子形成的σ鍵數(shù)=中心原子的價(jià)層電子對數(shù)-配位原子的個數(shù)=n-m。
(2)由價(jià)層電子對數(shù)確定 VSEPR 模型(即雜化軌道空間構(gòu)型)。
(3)略去孤電子對,應(yīng)用價(jià)層電子對互斥理論確定分子或離子空間結(jié)構(gòu)(具體見表格)。
價(jià)層電子對數(shù)(n) 2 3 4
雜化軌道類型 sp sp2 sp3
VSEPR模型 直線形 平面三角形 正四面體形
孤電子對數(shù)(n-m) 0 0 1 0 1 2
分子或離 子的空間結(jié)構(gòu) 直線形 平面三角形 V形 正四面體形 三角錐形 V形
舉例 BeCl2 N SO2 CH4 NH3 H2O
鍵角 180° 120° 119.5° 109°28' 107° 105°
[例1]　(1)(2023·北京卷節(jié)選)S2的空間結(jié)構(gòu)是　　　　　　。
(2)(2023·浙江1月卷節(jié)選)硅材料在生活中占有重要地位。請回答:
Si(NH2)4分子的空間結(jié)構(gòu)(以Si為中心)名稱為　　　　　　,分子中氮原子的雜化軌道類型是　　　　　　。
[例2]　(1)(2022·湖南卷節(jié)選)科學(xué)家近期合成了一種固氮酶模型配合物,該物質(zhì)可以在溫和條件下直接活化H2,將N3-轉(zhuǎn)化為N,反應(yīng)過程如圖所示:
產(chǎn)物中N原子的雜化軌道類型為　　　　　　。
(2)(2022·山東卷節(jié)選)吡啶()替代苯也可形成類似的籠形包合物。已知吡啶中含有與苯類似的大π鍵、則吡啶中N原子的價(jià)層孤電子對占據(jù)　　　　(填標(biāo)號)。
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.2s軌道 B.2p軌道
C.sp雜化軌道 D.sp2雜化軌道
(3)(2022·全國乙卷節(jié)選)一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一個　　　　雜化軌道與Cl的3px軌道形成C—Cl　　　　鍵。
1.用價(jià)層電子對互斥理論預(yù)測H2S和BF3的立體結(jié)構(gòu),兩個結(jié)論都正確的是 (　　)
A.直線形;三角錐形 B.V形;三角錐形
C.直線形;平面三角形 D.V形;平面三角形
2.PCl3的分子結(jié)構(gòu)是 (　　)
A.平面三角形,鍵角小于120°
B.平面三角形,鍵角120°
C.三角錐形,鍵角小于109°28'
D.三角錐形,鍵角109°28'
3.白磷是一種能自燃的單質(zhì),其分子的球棍模型如圖所示:,下列敘述錯誤的是 (　　)
A.每個磷原子形成3個σ鍵,磷原子為sp2雜化
B.每個磷原子的價(jià)層電子對數(shù)為4,磷原子均為sp3雜化
C.1 mol白磷中共含6 mol共價(jià)鍵
D.白磷分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形
4.(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機(jī)化合物,其分子中氮原子、碳原子的雜化軌道類型分別是　　　　　　、　　　　　　。
(2)LiAlH4是有機(jī)合成中常用的還原劑,LiAlH4中陰離子的空間結(jié)構(gòu)是　　　　　　,其中心原子的雜化軌道類型為　　　　　　。
(3)氣態(tài)三氧化硫以單分子形式存在,其分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　　　　;固態(tài)三氧化硫中存在如圖所示的三聚分子,該分子中S原子的雜化軌道類型為　　　　　　。
(4)S單質(zhì)的常見形式為S8,其環(huán)狀結(jié)構(gòu)如圖所示,S原子采取的軌道雜化方式是　　　　　　。
:課后完成　第二章　提升課時(shí)2
高考真題體驗(yàn)(二)
章末測評驗(yàn)收卷(二)(共44張PPT)
提升課時(shí) 　分子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道
2
第二章
分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第三節(jié)　分子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的性質(zhì)
1.能準(zhǔn)確判斷共價(jià)分子中中心原子的雜化軌道類型。
2.能用雜化軌道理論和價(jià)層電子對互斥理論判斷分子共價(jià)鍵的形成和空間構(gòu)型。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
粒子(分子或離子)空間結(jié)構(gòu)與雜化類型的判斷
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓(xùn)練
粒子(分子或離子)空間結(jié)構(gòu)與
雜化類型的判斷
題型突破
對點(diǎn)訓(xùn)練
一、中心原子軌道雜化類型的判斷
雜化類型 sp sp2 sp3
軌道組成 1個ns、1個np 1個ns、2個np 1個ns、3個np
軌道夾角 180° 120° 109°28′
VSEPR模型 直線形 平面三角形 正四面體形
價(jià)層電子對數(shù) 2 3 4
孤電子對數(shù) 0 0 1 0 1 2
分子(離子) 空間結(jié)構(gòu) 直線形 平面三角形 V形 正四面體形 三角錐形 V形
實(shí)例 CO2 BF3 SO2 CH4 NH3 H2O
二、根據(jù)價(jià)層電子互斥理論推測簡單分子(或離子)空間結(jié)構(gòu)的方法
1.思維模型
2.關(guān)鍵步驟
(2)由價(jià)層電子對數(shù)確定 VSEPR 模型(即雜化軌道空間構(gòu)型)。
(3)略去孤電子對,應(yīng)用價(jià)層電子對互斥理論確定分子或離子空間結(jié)構(gòu)(具體見表格)。
價(jià)層電子對數(shù)(n) 2 3 4
雜化軌道類型 sp sp2 sp3
VSEPR模型 直線形 平面三角形 正四面體形
孤電子對數(shù)(n－m) 0 0 1 0 1 2
分子或離子的空間結(jié)構(gòu) 直線形 平面三角形 V形 正四面體形 三角錐形 V形
舉例 BeCl2 NO SO2 CH4 NH3 H2O
鍵角 180° 120° 119.5° 109°28′ 107° 105°
四面體形
四面體形
sp3
sp3雜化
D
sp2
σ
1.用價(jià)層電子對互斥理論預(yù)測H2S和BF3的立體結(jié)構(gòu)，兩個結(jié)論都正確的是(　　)
A.直線形；三角錐形
B.V形；三角錐形
C.直線形；平面三角形
D.V形；平面三角形
解析　在H2S中，價(jià)層電子對數(shù)為4，若無孤電子對存在，則其應(yīng)為正四面體形。但中心原子S上有兩個孤電子對，而且孤電子對也要占據(jù)中心原子周圍的空間，它們相互排斥，因此H2S為V形結(jié)構(gòu)。在BF3中，價(jià)層電子對數(shù)為3，其中心原子B上無孤電子對，因此BF3應(yīng)為平面三角形。
D
2.PCl3的分子結(jié)構(gòu)是(　　)
A.平面三角形，鍵角小于120°
B.平面三角形，鍵角120°
C.三角錐形，鍵角小于109°28′
D.三角錐形，鍵角109°28′
解析　PCl3與NH3互為等電子體，因此PCl3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，鍵角小于109°28′。
C
解析　由白磷分子的球棍模型圖可知，每個磷原子均形成了3個σ鍵，又因每個磷原子還有一個孤電子對，故價(jià)層電子對數(shù)為4，磷原子為sp3雜化，A項(xiàng)錯誤，B項(xiàng)正確；由圖可知C、D項(xiàng)正確。
A
4.(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機(jī)化合物，其分子中氮原子、碳原子的雜化軌道類型分別是____________、____________。
(2)LiAlH4是有機(jī)合成中常用的還原劑，LiAlH4中陰離子的空間結(jié)構(gòu)是____________，其中心原子的雜化軌道類型為____________。
(3)氣態(tài)三氧化硫以單分子形式存在，其分子的空間結(jié)構(gòu)為____________；固態(tài)三氧化硫中存在如圖所示的三聚分子，該分子中S原子的雜化軌道類型為____________。
sp3
sp3
正四面體形
sp3
平面三角形
sp3
(4)S單質(zhì)的常見形式為S8，其環(huán)狀結(jié)構(gòu)如圖所示，S原子采取的軌道雜化方式是____________。
sp3
解析 (4)每個硫原子形成2個S—S，孤電子對數(shù)為2，雜化方式為sp3。
課后鞏固訓(xùn)練
選擇題有1個選項(xiàng)符合題意
1.已知某XY2分子屬于V形分子，下列說法正確的是(　　)
A.X原子一定是sp2雜化 B.X原子一定為sp3雜化
C.X原子上一定存在孤電子對 D.VSEPR模型一定是平面三角形
解析　若X原子無孤電子對，則它一定是直線形分子，若X有一個孤電子對或兩個孤電子對，則XY2一定為V形分子，此種情況下X的原子軌道可能為sp2雜化，也可能是sp3雜化，A、B項(xiàng)錯誤，C項(xiàng)正確；若X有兩個孤電子對，則該分子的VSEPR模型為正四面體形，D項(xiàng)錯誤。
C
2.了解有機(jī)物分子中化學(xué)鍵特征以及成鍵方式是研究有機(jī)物性質(zhì)的基礎(chǔ)。下列關(guān)于有機(jī)物分子的成鍵方式的描述不正確的是(　　)
A.烷烴分子中碳原子均采用sp3雜化軌道成鍵
B.炔烴分子中碳碳三鍵由1個σ鍵、2個π鍵組成
C.甲苯分子中所有碳原子均采用sp2雜化軌道成鍵
D.苯環(huán)中存在6個碳原子共有的大π鍵
解析　烷烴分子中碳原子均形成4個鍵，雜化軌道數(shù)為4，均采用sp3雜化軌道成鍵。碳碳三鍵由1個σ 鍵、2個π鍵組成；苯環(huán)中碳原子采用sp2雜化軌道成鍵，6個碳原子上未參與成鍵的p電子形成一個大π鍵；甲苯分子中—CH3中的C采用sp3雜化。
C
解析　羰基上的碳原子共形成3個σ鍵和1個π鍵，為sp2雜化，兩側(cè)甲基中的碳原子共形成4個σ鍵無π鍵，為sp3雜化。
C
4.(2023·上海建平中學(xué)高二月考)下列關(guān)于雜化軌道的敘述，不正確的是(　　)
A.CH2===CH—CH===CH2分子中所有碳原子均采取sp2雜化成鍵
B.雜化軌道只用于形成σ鍵或用于容納的未參與成鍵的孤電子對
C.SO2和C2H4分子中的中心原子S和C是通過sp2雜化軌道成鍵
D.中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時(shí)，該分子一定為四面體結(jié)構(gòu)
D
解析　CH2===CH—CH===CH2分子中所有碳原子的價(jià)層電子對數(shù)為3，均采取sp2雜化成鍵，A正確；雜化軌道只用于形成σ鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對，例如NH3中，N的雜化方式為sp3，形成4個雜化軌道，其中有3個用來形成σ鍵，1個用于容納未參與成鍵的孤電子對，B正確；SO2和C2H4分子中的中心原子S和C價(jià)層電子對數(shù)都是3，都是通過sp2雜化軌道成鍵，C正確；中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時(shí)，該分子不一定為四面體結(jié)構(gòu)，還需要考慮未成鍵電子對，例加NH3中N的雜化方式為sp3，但NH3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，D錯誤。
5.(2023·四川內(nèi)江六中高二期中)下列說法正確的是(　　)
B
6.下列分子所含碳原子中，既有sp3雜化，又有sp2雜化的是(　　)
A
解析　乙醛中甲基的碳原子采取sp3雜化，醛基的碳原子采取sp2雜化；丙烯腈中碳碳雙鍵的兩個碳原子采取sp2雜化，另一個碳原子采取sp雜化；甲醛中碳原子采取sp2雜化；丙炔中甲基的碳原子采取sp3雜化，碳碳三鍵中兩個碳原子采取sp雜化。
7.下列分子中，中心原子采取sp3雜化并形成正四面體形空間結(jié)構(gòu)的是(　　)
①CH4　②NH3　③CF4　④SiH4　⑤C2H4 ⑥CO2　⑦CH2Cl2
A.①②③⑥ B.①③④ C.②④⑤⑦ D.①③⑤
解析　CH4、NH3、CF4、SiH4、CH2Cl2分子的中心原子均采取sp3雜化，但只有CH4、CF4、SiH4分子中的四個sp3雜化軌道分別結(jié)合一個相同的原子，形成正四面體形結(jié)構(gòu)；CH2Cl2分子是變形的四面體形；NH3分子則是三角錐形結(jié)構(gòu)；C2H4分子是平面結(jié)構(gòu)；CO2分子是直線形結(jié)構(gòu)。
B
8.有X、Y兩種活性反應(yīng)中間體微粒，均含有1個碳原子和3個氫原子，其球棍模型如圖所示：
C
9.六氟化硫分子呈正八面體形(如圖所示)，在高電壓下仍有良好的絕緣性，在電器工業(yè)方面有著廣泛的用途，但逸散到空氣中會引起溫室效應(yīng)。下列有關(guān)六氟化硫的推測正確的是(　　)
A.六氟化硫易燃燒生成二氧化硫
B.六氟化硫中各原子均達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
C.六氟化硫分子中的S—F都是σ鍵，且鍵長、鍵能都相等
D.若將六氟化硫分子中的2個F原子換成Cl原子，可以得到3種可能結(jié)構(gòu)
C
解析　SF6分子中，S和F的化合價(jià)分別是＋6和－1，S的化合價(jià)已達(dá)到最高價(jià)，不會再升高，而F的氧化性比O強(qiáng)，所以六氟化硫不易燃燒，A錯誤；SF6分子中的硫原子并不是8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，氟原子滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，B錯誤；SF6分子中只有S—F極性共價(jià)單鍵，均為σ鍵，C正確；若將六氟化硫分子中的2個F原子換成Cl原子，只有2種可能的結(jié)構(gòu)，D錯誤。
10.短周期元素X、Y、Z、M原子序數(shù)依次增大，Z的基態(tài)原子2p軌道半充滿，M的最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)絕對值之差為4，它們組成的一種分子結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.電負(fù)性：X>Y>Z
B.原子半徑：Y>Z>X
C.分子中Z原子的雜化方式均為sp2
D.Y、Z、M的最高價(jià)氧化物的水化物均為強(qiáng)酸
B
解析　已知X、Y、Z、M為原子序數(shù)依次增大的短周期元素，Z的基態(tài)原子2p軌道半充滿，則Z為N元素，M的最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)絕對值之差為4，則M為S元素，根據(jù)題圖中共價(jià)鍵數(shù)目可推知，X為H元素，Y為C元素。因此，電負(fù)性：N>C>H，A項(xiàng)錯誤；H原子核外有1個電子層，而C、N原子核外均有2個電子層，電子層數(shù)越多，半徑越大，電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)越大，半徑越小，則原子半徑：C>N>H，B項(xiàng)正確；分子中N原子均形成共價(jià)單鍵，為sp3雜化，C項(xiàng)錯誤；C元素的最高價(jià)氧化物的水化物為H2CO3，H2CO3為弱酸，D項(xiàng)錯誤。
11.有一種化合物是很多表面涂層的重要成分，其結(jié)構(gòu)如圖所示，其中W、X、Y、Z為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素，只有X、Y在同一周期，Y無最高正價(jià)，Z的含氧酸均具有氧化性，下列有關(guān)說法錯誤的是(　　)
C
12.元素周期表中第ⅥA族元素單質(zhì)及其化合物有著廣泛應(yīng)用。O2可用作氫氧燃料電池的氧化劑；O3具有殺菌、消毒、漂白等作用。硫有多種單質(zhì)，如S2、S4、S6、S8等，用硫黃熏蒸中藥材的傳統(tǒng)由來已久。硫與氧氣反應(yīng)制得的SO2可用來生產(chǎn)H2SO4，硫酸及硫酸鹽是重要化工原料；H2S是一種易燃的有毒氣體(燃燒熱為562.2 kJ·mol－1)，是制取多種硫化物的原料；用SO2與SeO2(白色晶體)的水溶液反應(yīng)可制備硒，硒(34Se)是一種半導(dǎo)體材料。碲(52Te)的單質(zhì)及其化合物在電子、冶金、材料等領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景，工業(yè)上以電解強(qiáng)堿性Na2TeO3溶液制備Te。下列說法正確的是(　　)
A.S2、S4、S6、S8互為同位素
B.SO2中S原子雜化軌道類型為sp2
C.34Se核外電子排布式為[Ar]4s24p4
D.H2S和H2O的空間結(jié)構(gòu)相同，且均為非極性分子
B
13.能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，越來越多的國家開始實(shí)行“陽光計(jì)劃”，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動力。
(1)鈦鐵合金具有吸氫特性，在制造以氫為能源的熱泵和蓄電池等方面有廣闊的應(yīng)用前景，基態(tài)Ti原子核外有________個運(yùn)動狀態(tài)不同的電子，在基態(tài)Fe2＋中，電子占據(jù)的能量最高的軌道為________。
(2)多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機(jī)鹽，其主要包括砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)薄膜電池等。鎘(Cd)在周期表中位于第五周期，與Zn同族，則Cd的價(jià)層電子排布式為________，第一電離能：Ga________(填“大于”“小于”或“等于”)As；H2S分子的VSEPR模型為_____________。
22
3d
4d105s2
小于
正四面體形
(3)三氟化氮(NF3)是一種無色、無臭、無毒且不可燃的氣體，在太陽能電池制造中得到廣泛應(yīng)用。NF3的沸點(diǎn)比NH3的沸點(diǎn)更低，原因是
_____________________________________________。
(4)富勒烯衍生物由于具有良好的光電性能，在太陽能電池的應(yīng)用上具有非常光明的前途。富勒烯(C60)的結(jié)構(gòu)如圖所示，分子中碳原子軌道的雜化類型為________；1個C60分子中σ鍵的數(shù)目為________個。
NH3存在分子間氫鍵，分子間作用力大，沸點(diǎn)高
sp2
90
14.磷是人體含量較多的元素之一，磷的化合物在藥物生產(chǎn)和農(nóng)藥制造等方面用途非常廣泛。請回答下列問題。
(1)酸性關(guān)系：H3PO4________H2SO4(填“>”“<”或“＝”)，請利用元素周期律解釋該酸性關(guān)系：P和S原子的能層數(shù)相同，_________________________________________________________________
____________________________________________________。
<
硫原子的最外層電子數(shù)比磷原子多，原子半徑更小，更容易獲得電子，非金屬性比磷強(qiáng)，最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的酸性更強(qiáng)
(2)P4S3可用于制造火柴，其分子結(jié)構(gòu)如圖所示。
①電負(fù)性：磷________硫(填“>”“<” 或“＝”)。
②P4S3分子中硫原子的雜化軌道類型為________。
③1 mol P4S3分子中孤電子對的數(shù)目為________。
④∠S—P—S________109°28′(填“>”“<”或“＝”)。
<
sp3
10NA
<
120°
正四面體形

展開更多......

收起↑