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2.2.1分子結構的測定和多樣性、價層電子對互斥模型—高二化學人教版（2019）選修二課前導學
一、分子結構的測定
早年科學家主要靠對物質的___________進行系統總結得出規律后進行推測，現代科學家應用了許多測定分子結構的現代儀器和方法，如_________、__________________等。
1．紅外光譜在測定分子結構中的應用
分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。當一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些_________鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現_________。通過和已有_________比對，或通過_________計算，可以得知各吸收峰是由哪種_________、哪種________方式引起的，綜合這些信息，可分析分子中含有何種_________或_________的信息。
2．質譜法在測定分子相對分子質量中的應用
現代化學常利用質譜儀測定分子的相對分子質量。它的基本原理是在質譜儀中使分子失去電子變成帶_________的分子離子和碎片離子等粒子。由于生成的離子具有不同的相對質量，它們在高壓電場加速后，通過狹縫進入磁場得以分離，在記錄儀上呈現一系列峰，化學家對這些峰進行系統分析，便可得知樣品分子的相對分子質量。
二、多樣的分子空間結構
單原子分子(稀有氣體分子)、雙原子分子不存在空間結構，多原子分子中存在原子的幾何學關系和形狀，即所謂“分子的空間結構”。
1．三原子分子
化學式 電子式 結構式 鍵角 空間結構 空間結構名稱
CO2 O==C==O _________ _________
H2O _________ _________
2.四原子分子
化學式 電子式 結構式 鍵角 空間結構 空間結構名稱
CH2O 約120° _________
NH3 _________ _________
3．五原子分子
化學式 電子式 結構式 鍵角 空間結構 空間結構名稱
CH4 _________ _________
CCl4 _________ _________
4.其他多原子分子的空間結構
三、價層電子對互斥模型
1．價層電子對互斥模型(VSEPR model)：對ABn型的分子或離子，中心原子A的價層電子對(包括成鍵的σ_________和未成鍵的_________)之間由于存在排斥力，將使分子的空間結構總是采取電子對_________最弱的那種結構，以使彼此之間_________最小，分子或離子的體系能量最低，最穩定。
2．價層電子對的計算
(1)中心原子價層電子對數＝σ鍵電子對數＋孤電子對數。
(2) σ鍵電子對數的計算
由化學式確定，即中心原子形成幾個σ鍵，就有幾對σ鍵電子對。如H2O分子中， O有____對σ鍵電子對。NH3分子中， N有____對σ鍵電子對。
(3)中心原子上的孤電子對數的計算
中心原子上的孤電子對數＝(a－xb)
①a表示中心原子的價電子數；
對主族元素：a＝__________________；
對于陽離子：a＝____________________________________；
對于陰離子：a＝____________________________________。
②x表示與_________結合的原子數。
③b表示與中心原子結合的原子最多能接受的電子數，氫為1，其他原子＝___________________________。
3．價層電子對的空間結構(即VSEPR模型)
　 　　
價層電子對數目：2　　　　　3　　　　　　4
VSEPR模型：_________　_________　　_________
4．VSEPR模型的應用——預測分子空間結構
由價層電子對的相互排斥，得到含有孤電子對的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的_________，便可得到分子的空間結構。
(1)中心原子不含孤電子對
分子或離子 σ鍵電子對數 孤電子對數 VSEPR模型及名稱 分子(或離子)的空間結構及名稱
CO2 ____ ____ 直線形 直線形
CO ____ ____ 平面三角形 平面三角形
CH4 ____ ____ 正四面體形 正四面體形
(2)中心原子含孤電子對
分子或離子 價層電子對數 孤電子對數 VSEPR模型及名稱 分子的空間結構及名稱
NH3 ____ ____ 四面體形 三角錐形
H2O ____ ____ 四面體形 V形
SO2 ____ ____ 平面三角形 V形
(3)若ABn型分子中，A與B之間通過兩對或三對電子(即通過雙鍵或三鍵)結合而成，則價層電子對互斥模型把雙鍵或三鍵作為一對電子對看待。
(4)由于孤電子對有較大斥力，含孤電子對的分子的實測鍵角幾乎都小于VSEPR模型的預測值。
價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規律：孤電子對－孤電子對＞孤電子對－成鍵電子對＞成鍵電子對－成鍵電子對。隨著孤電子對數目的增多，成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力減小，鍵角也減小。
(5)價層電子對互斥模型不能用于預測以過渡金屬為中心原子的分子。
5.分子空間結構的確定思路
中心原子價層電子對數n


分子的空間結構——略去孤電子對在價層電子對互斥模型中占有的空間
【答案】
一、化學性質 紅外光譜 晶體X射線衍射
1.化學鍵 吸收峰 譜圖庫 量子化學 化學鍵 振動 化學鍵 官能團
2.正電荷
二、1. 180° 直線形 105° V形
2.平面三角形 107° 三角錐形
3.109°28′ 正四面體形 109°28′ 正四面體形
三、1.σ鍵電子對 孤電子對 相互排斥 斥力
（2）2 3 （3）①最外層電子數 價電子數－離子所帶電荷數 價電子數＋離子所帶電荷數 ② 中心原子 ③ 8－該原子的價電子數
直線形　 平面三角形　　正四面體形
孤電子對 （1）2 0 3 0 4 0 （2）4 1 4 2 3 1
(1)四原子分子一定都是平面三角形或三角錐形(　　)
(2)正四面體形的鍵角均為109°28′(　　)
(3)SiCl4、SiH4、NH、CH3Cl均為正四面體結構(　　)
(4)SF6分子的空間結構為正八面體形(　　)
(5)椅式C6H12比船式C6H12穩定(　　)
(6)分子的VSEPR模型和相應分子的空間結構是相同的(　　)
(7)所有的三原子分子都是直線形結構(　　)
(8)SO2與CO2的分子組成相似，故它們分子的空間結構相同(　　)
(9)由價層電子對互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的鍵角小于180°(　　)
(10)根據價層電子對互斥模型可以判斷H3O＋與NH3的分子(或離子)的空間結構一致(　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√ (6)×　(7)×　(8)×　(9)√　(10)√
1．價層電子對的VSEPR模型與分子的空間結構一定一致嗎？什么時候一致？
【答案】不一定一致，中心原子有孤電子對時，二者結構不一致；當中心原子無孤電子對時，二者結構一致。
2．試解釋CH4鍵角(109°28′)、NH3鍵角(107°)、H2O鍵角(105°)依次減小的原因。
【答案】CH4分子中的C原子沒有孤電子對，NH3分子中N原子上有1個孤電子對，H2O分子中O原子上有2個孤電子對，對成鍵電子對的排斥作用增大，故鍵角依次減小。
3．乙醇和乙酸可以用“價層電子對相互排斥而盡量遠離”的原則快速地判斷它們的分子結構。
(1)根據上述圖示，結合價層電子對互斥模型，分析判斷乙醇分子中C—O—H的空間結構是什么？
【答案】乙醇分子結構中，羥基上的氧原子有2個成鍵電子對和2個孤電子對(見圖中乙醇結構的①、②、③、④)，價層電子對數是4，共有4個空間取向，中心氧原子上的價電子對相互排斥而遠離，呈四面體形，略去中心原子(氧原子)上的孤電子對可得C—O—H呈V形。
(2)根據上述圖示，結合價層電子對互斥模型分析判斷乙酸分子結構中的空間結構是什么？
【答案】在乙酸分子中，中心原子是羰基()上的碳原子，中心碳原子(羰基碳)上有3個成鍵電子對(見圖中乙酸結構中的①、②、③)，孤電子對數為0；上的成鍵電子對僅有一個空間取向，因此，中心碳原子的價電子對共有3個空間取向，相互排斥而遠離，因此，呈平面三角形。
(3)根據上述圖示，結合價層電子對互斥模型分析乙醇、乙酸分子中的空間結構是什么？
【答案】在乙醇、乙酸分子結構中，甲基碳()是中心原子，中心碳原子上的價層電子對數是4，孤電子對數是0，中心碳原子上的4對成鍵電子對共有4個空間取向，相互排斥而遠離，故呈四面體結構。
1．下列分子或離子中,含有孤電子對最多的是( )
A.H2S B.NH3 C.H3O+ D.
2．下列分子中所有原子都滿足最外層8電子結構的是( )
A. B. C. D.
3．下列分子的空間構型為平面三角形的是( )
A. B. C. D.
4．下列分子或離子中，鍵角由大到小排列正確的是( )
①
②
③
④
⑤
A.⑤④①②③ B.⑤①④②③ C.④①②⑤③ D.③②④①⑤
5．用價層電子對互斥理論預測H2O和BF3的立體結構，兩個結論都正確的是（ ）
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；平面正三角形
6．若ABn的中心原子A上沒有孤電子對，運用價層電子對互斥模型下列說法正確的是( )
A.若n＝2，則分子的立體構型為V形 B.若n＝3，則分子的立體構型為三角錐型
C.若n＝4，則分子的立體構型為正四面體型 D.以上說法都不正確
7．下列化學用語使用正確的是( )
A.甲胺的電子式：
B.某烷烴名稱為2，5-二甲基戊烷
C.中子數為7的碳原子：
D.的價層電子對互斥模型：
8．下列正確的組合是( )
編號 化學式 價層電子對互斥模型 空間結構
① 直線形 直線形
② HCHO 平面三角形 三角錐形
③ 正四面體形 平面三角形
④ 正四面體形 正四面體形
A.①② B.②③ C.②④ D.①④
答案以及解析
1．答案：A
解析：A.硫化氫分子中孤電子對個數=(6-2×1)=2;
B.氨氣分子中孤電子對個數=(5-3×1)=1;
C.水合氫離子中孤電子對個數=(6-1-3×1)=1;
D.銨根離子中孤電子對個數=(5-1-4×1)=0;
所以孤電子對個數最多的是硫化氫,
故選A.
2．答案：A
解析：A.中氮原子最外層電子數=5+3=8，氯原子最外層電子數，所以所有原子都滿足最外層8電子結構，故A正確； B.中硫原子最外層電子數=6+6=12，所以S原子不滿足8電子結構，故B錯誤； C.中氫原子最外層電子數=1+1=2，所以H原子不滿足8電子結構，故C錯誤； D.中B原子最外層電子數=3+3=6，所以B原子不滿足8電子結構，故D錯誤；故選A.
3．答案：B
解析：A.分子中N原子為雜化，含一對孤電子對，空間構型為三角錐形，A不符合題意；
B.中B原子價層電子對數為，不含孤電子對，空間構型為平面三角形，B符合題意；
C.中N原子價層電子對數為，含一對孤電子對，空間構型為三角錐形，C不符合題意；
D.中兩個C原子均為sp雜化，不含孤電子對，空間構型為直線形，D不符合題意；
綜上所述答案為B。
4．答案：A
5．答案：D
6．答案：B
7．答案：D
解析：A.甲胺中N為8電子結構，電子式：，A錯誤；
B.有機物系統命名法選主鏈：選最長碳鏈為主鏈；應該為2-甲基己烷，B錯誤；
C.核素的表示方法為：元素符號左下角為質子數，左上角為質量數；中子數為7的碳原子可表示為：，C錯誤；
D.的中心原子S原子的價層電子對數為，價層電子對互斥模型為平面三角形，D正確；
故選D。
8．答案：D
解析：甲醛分子的中心C原子的價層電子對數為3，價層電子對互斥模型為平面三角形，沒有孤電子對，分子的空間結構為平面三角形，②錯誤；分子的價層電子對數為3，價層電子對互斥模型為平面三角形，沒有孤電子對，分子的空間結構為平面三角形，③錯誤；故選D。2.2.2雜化軌道理論—高二化學人教版（2019）選修二課前導學
1．雜化軌道的含義
在外界條件影響下，原子內部__________的原子軌道重新組合形成_______________的過程叫做原子軌道的雜化。重新組合后的新的原子軌道，叫做______________，簡稱__________。
2．雜化軌道理論要點
(1)原子在成鍵時，同一原子中__________的原子軌道可重新組合成雜化軌道。
(2)雜化前后原子軌道數目_________(參加雜化的軌道數目等于形成的雜化軌道數目)，且雜化軌道的能量_________。
(3)雜化改變了原子軌道的________、________。雜化使原子的成鍵能力________。雜化軌道在角度分布上比單純的s或p軌道在某一方向上更集中，例如s軌道與p軌道雜化后形成的雜化軌道一頭大一頭小，如圖，成鍵時根據最大重疊原理，使它的大頭與其他原子軌道重疊，重疊程度更大，形成的共價鍵更牢固。
(4)為使相互間的排斥最小，雜化軌道在空間取________夾角分布。同一組雜化軌道的伸展方向不同，但形狀完全________。
3．雜化軌道的類型
(1)sp3雜化軌道——正四面體形
sp3雜化軌道是由________ns軌道和________np軌道雜化而成，每個sp3雜化軌道都含有s和p的成分，sp3雜化軌道間的夾角為________，空間結構為正四面體形。如下圖所示。
(2)sp2雜化軌道——平面三角形
sp2雜化軌道是由________ns軌道和________np軌道雜化而成的，每個sp2雜化軌道含有s和p成分，sp2雜化軌道間的夾角都是120°，呈平面三角形，如下圖所示。
(3)sp雜化——直線形
sp雜化軌道是由________ns軌道和________np軌道雜化而成的，每個sp雜化軌道含有s和p的成分，sp雜化軌道間的夾角為180°，呈直線形，如下圖所示。
4．雜化軌道類型與分子空間結構的關系
(1)當雜化軌道全部用于形成σ鍵時，分子或離子的空間結構與雜化軌道的空間結構相同。
雜化類型 sp sp2 sp3
軌道夾角 180° 120° 109°28′
雜化軌道示意圖
實例 BeCl2 BF3 CH4
分子結構示意圖
分子空間結構 ________ ________ ________
(2)當雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時，孤電子對對成鍵電子對的排斥作用，會使分子或離子的空間結構與雜化軌道的形狀有所不同。
ABn型分子 中心原子雜化類型 中心原子孤電子對數 空間結構 實例
AB2 sp2 1 ________ SO2
AB3 sp3 1 ________ NH3、PCl3、NF3、H3O＋
AB2或(B2A) 2 ________ H2S、NH
5. 判斷中心原子雜化軌道類型的三種方法
(1)根據雜化軌道數目判斷
雜化軌道只能用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對，而兩個原子之間只能形成一個σ鍵，故有下列關系：雜化軌道數目＝價層電子對數目＝σ鍵電子對數目＋中心原子的孤電子對數目，再由雜化軌道數目確定雜化類型。
雜化軌道數目 2 3 4
雜化類型 sp sp2 sp3
(2)根據雜化軌道的空間分布判斷
①若雜化軌道在空間的分布為正四面體或三角錐形，則中心原子發生sp3雜化。
②若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形，則中心原子發生sp2雜化。
③若雜化軌道在空間的分布呈直線形，則中心原子發生sp雜化。
(3)根據雜化軌道之間的夾角判斷
①若雜化軌道之間的夾角為109°28′，則中心原子發生sp3雜化。
②若雜化軌道之間的夾角為120°，則中心原子發生sp2雜化。
③若雜化軌道之間的夾角為180°，則中心原子發生sp雜化。
PS：有機物分子中碳原子雜化類型的判斷方法：飽和碳原子均采取sp3雜化；連接雙鍵的碳原子均采取sp2雜化；連接三鍵的碳原子均采取sp雜化。
【答案】
1.能量相近 新的原子軌道 雜化原子軌道 雜化軌道
2.（1）能量相近 （2）不變 相同 （3）形狀 方向 增加 （4）最大 相同
3.（1）1個 3個 109°28′（2）1個 2個（3）1個 1個
4.（1）直線形 平面三角形 正四面體形（2）V形 三角錐形 V形
(1)發生軌道雜化的原子一定是中心原子(　　)
(2)原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發生，孤立的原子是不可能發生雜化的
(　　)
(3)只有能量相近的軌道才能雜化(　　)
(4)雜化軌道能量更集中，有利于牢固成鍵(　　)
(5)雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵(　　)
(6)雜化軌道的空間結構與分子的空間結構不一定一致(　　)
(7)雜化軌道間的夾角與分子內的鍵角一定相同(　　)
(8)凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵分子其空間結構都是正四面體形(　　)
(9)凡AB3型共價化合物，其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵(　　)
(10)NH3分子的空間結構為三角錐形，則氮原子的雜化方式為sp3(　　)
(11)C2H4分子中的鍵角都約是120°，則碳原子的雜化方式是sp2(　　)
【答案】(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√ (6)√　(7)×　(8)×　(9)×　(10)√　(11)√
如何判斷雜化軌道類型？
【答案】判斷雜化軌道類型，首先判斷雜化軌道數，雜化軌道數＝中心原子孤電子對數＋中心原子結合的原子數，由雜化軌道數即可判斷雜化軌道類型。
2.CH4、NH3、H2O中心原子的雜化軌道類型都是sp3，鍵角為什么依次減小？從雜化軌道理論的角度比較鍵角大小。
【答案】CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3雜化，中心原子上的孤電子對數依次為0、1、2。由于孤電子對對共用電子對的排斥作用使鍵角變小，孤電子對數越多排斥作用越大，鍵角越小。比較鍵角時，先看中心原子雜化軌道類型，雜化軌道類型不同時，鍵角一般按sp、sp2、sp3順序依次減小；雜化軌道類型相同時，中心原子孤電子對數越多，鍵角越小。
1．下列微粒中，中心原子的雜化軌道類型與其他三個不相同的是( )
A. B. C. D.
2．圖中1、2、3號碳原子的雜化類型分別是( )
A.sp、、 B.、、sp
C.、sp、 D.sp、、
3．2023年10月8日第19屆亞運會在杭州圓滿閉幕，本屆亞運會秉持“綠色、智能、節儉、文明”的辦會理念，首次使用廢碳再生的綠色甲醇作為主火炬塔燃料。下列說法中正確的是( )
A.甲醇中O-H是鍵
B.甲醇分子中的碳原子為手性碳原子
C.甲醇的沸點高于乙醇
D.用軌道表示式表示甲醇中C原子的雜化：
4．含氮化合物應用廣泛，下列說法正確的是( )
A.的價層電子對互斥模型為三角錐形
B.的空間構型為平面三角形
C.每個中有6個σ鍵
D.中的雜化方式不同
5．下列敘述中正確的是( )。
A.為V形的極性分子,形成分子晶體
B.Cl的空間結構為平面三角形
C.氯化硼()的熔點為-107℃,氯化硼液態時能導電而固態時不導電
D.和S的中心原子均為雜化,呈正四面體,S呈三角錐形
6．下列分子或離子空間結構和中心原子的雜化方式有錯誤的是( )
選項 分子或離子 空間結構 雜化方式
A 苯 平面正六邊形
B 正四面體形
C 平面三角形
D 直線形
A.A B.B C.C D.D
7．下列分子或離子的空間結構和中心原子的雜化方式均正確的是( )
A.、平面三角形、雜化 B.、平面三角形、雜化
C.、V形、雜化 D.、三角錐形、雜化
8．下列有關雜化軌道理論的說法中正確的是( )
A.分子呈三角錐形，這是氮原子采取雜化的結果
B.雜化軌道是由能量相近的1個s軌道和3個p軌道混合形成的4個雜化軌道
C.中心原子采取雜化的分子，其空間結構一定是四面體形
D.型的分子空間結構必為平面三角形
答案以及解析
1．答案：B
2．答案：C
解析：雙鍵含有1個鍵,1個鍵,分子中存在C=C,雙鍵C價層電子對個數=鍵個數孤電子對個數=30=3,不含孤對電子,所以圖中1、2，鍵為3,C原子采用雜化;-COOH中,碳原子價層電子對個數=30=3,形成3個鍵,無孤對電子,雜化方式為雜化,所以圖中3,鍵為3,C原子采用雜化,故選D.
3．答案：D
4．答案：B
解析：A.中心原子價層電子對數為，其價層電子對互斥模型為四面體形，故A錯誤；
B.中心原子價層電子對數為，其空間構型為平面三角形，故B正確；
C.配位鍵為σ鍵，因此每個中有8個σ鍵，故C錯誤；
D.中C有四個價鍵，沒有孤對電子，其雜化方式為，N有三個價鍵，還有1對孤對電子，其雜化方式為，故D錯誤。
綜上所述，答案為B。
5．答案：D
6．答案：D
解析：D.中心原子S原子價層電子對數，雜化方式為，價層電子對數互斥模型為平面三角形，有1孤電子對，所以分子的立體構型為V形，故D錯誤。
7．答案：C
解析：A.中心原子的價層電子對數=，As的雜化方式為，含有一對孤電子對，分子的立體構型為三角錐形，選項A錯誤；
B.的中心原子的價層電子對數，O的雜化方式為，含有一對孤電子對，分子的立體構型為三角錐形，選項B錯誤；
C.中心原子的價層電子對數，Se的雜化方式為，含有兩對孤電子對，分子的立體構型為V形，選項C正確；
D.中心原子的價層電子對數，C的雜化方式為，沒有孤電子對，分子的立體構型為平面三角形，選項D錯誤；
答案選C。
8．答案：B

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