高中 化學(xué) 選擇性必修2 第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)《專題突破 (二)分子(或離子)空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道理論》教學(xué)設(shè)計(jì)

判斷分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)和鍵角時(shí)，要能夠正確計(jì)算價(jià)層電子對(duì)數(shù)：一是運(yùn)用計(jì)算式推導(dǎo)出價(jià)層電子對(duì)數(shù)；二是看σ鍵電子對(duì)數(shù)。一、分子的空間結(jié)構(gòu)與雜化類型間的關(guān)系1．利用價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷雜化軌道類型和分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)(1)解題思路①利用價(jià)層電子對(duì)互斥模型計(jì)算中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)②確定VSEPR模型③推斷中心原子的雜化軌道類型④根據(jù)中心原子上是否有孤電子對(duì)確定分子(離子)的空間結(jié)構(gòu)(2)ABm型分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)判斷方法價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型中心原子的雜化軌道類型孤電子對(duì)數(shù)分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)實(shí)例4正四面體sp30正四面體CH4、NHeq\o\al(＋,4)、SOeq\o\al(2－,4)1三角錐形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直線形sp0直線形CO2、NOeq\o\al(＋,2)2.分子空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的關(guān)系(1)全部為σ鍵的分子空間結(jié)構(gòu)與雜化類型中心原子的雜化類型雜化軌道數(shù)雜化軌道空間結(jié)構(gòu)成鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)分子的空間結(jié)構(gòu)實(shí)例分子式結(jié)構(gòu)式sp2直線形20直線形BeCl2Cl—Be—Clsp23平面三角形30平面三角形BF321V形——sp34正四面體形40正四面體形CH431三角錐形NH322V形H2O(2)含σ鍵和π鍵的分子空間結(jié)構(gòu)與雜化類型物質(zhì)結(jié)構(gòu)式雜化軌道類型鍵角分子的空間結(jié)構(gòu)甲醛sp2約120°平面三角形乙烯120°平面形氫化氰H—C≡Nsp180°直線形乙炔H—C≡C—H180°直線形1．下列分子或離子中，VSEPR模型與粒子的空間結(jié)構(gòu)一致的是()A．SO2 B．HCHOC．NCl3 D．H3O＋答案：B解析：當(dāng)中心原子沒有孤電子對(duì)時(shí)，VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)就是一致的，SO2、NCl3、H3O＋的中心原子均有孤電子對(duì)，A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．下列說法正確的是()①CS2為V形分子②ClOeq\o\al(－,3)的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形③SF6中有6個(gè)完全相同的成鍵電子對(duì)④SiF4和SOeq\o\al(2－,3)的中心原子均采取sp3雜化A．①② B．②③C．③④ D．①④答案：C解析：①CS2和CO2分子的空間結(jié)構(gòu)相同，為直線形分子，錯(cuò)誤；②ClOeq\o\al(－,3)中Cl的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3＋eq\f(1,2)×(7＋1－2×3)＝4，含有1個(gè)孤電子對(duì)，則ClOeq\o\al(－,3)的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，錯(cuò)誤；③SF6中含有6個(gè)S—F，每個(gè)S—F含有1個(gè)成鍵電子對(duì)，則SF6分子中有6個(gè)完全相同的成鍵電子對(duì)，正確；④SiF4中Si的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4＋eq\f(1,2)×(4－1×4)＝4，SOeq\o\al(2－,3)中S的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3＋eq\f(1,2)×(6＋2－2×3)＝4，則SiF4和SOeq\o\al(2－,3)的中心原子均采取sp3雜化，正確。3．(1)在較低溫度下，CuFeS2與濃硫酸作用時(shí)，有少量臭雞蛋氣味的氣體X產(chǎn)生。X分子的空間結(jié)構(gòu)是________，中心原子的雜化軌道類型為________。(2)X射線衍射測(cè)定等發(fā)現(xiàn)，I3AsF6中存在Ieq\o\al(＋,3)。Ieq\o\al(＋,3)的空間結(jié)構(gòu)為________，中心原子的雜化軌道類型為________。(3)CO2和CH3OH分子中C原子的雜化軌道類型分別為________和________。答案：(1)V形sp3(2)V形sp3(3)spsp3解析：(1)在較低溫度下，CuFeS2與濃硫酸作用時(shí)，有少量臭雞蛋氣味的氣體X產(chǎn)生，則X是H2S，中心原子S原子形成2個(gè)σ鍵，且含2個(gè)孤電子對(duì)，則S原子采取sp3雜化，H2S分子的空間結(jié)構(gòu)是V形。(2)Ieq\o\al(＋,3)的中心原子I原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2＋eq\f(1,2)×(7－1－2×1)＝4，則中心原子I原子的雜化軌道類型為sp3雜化，孤電子對(duì)數(shù)為2，則Ieq\o\al(＋,3)的空間結(jié)構(gòu)為V形。(3)CO2中C原子形成2個(gè)σ鍵且無(wú)孤電子對(duì)，采取sp雜化；CH3OH中C原子形成4個(gè)σ鍵且無(wú)孤電子對(duì)，采取sp3雜化。二、鍵角的大小比較1．下列分子或離子中鍵角由大到小排列正確的是()①BCl3②NH3③H2O④PCleq\o\al(＋,4)⑤BeCl2A．⑤④①②③ B．④①②⑤③C．⑤①④②③ D．③②④①⑤答案：C解析：微粒中心原子上孤電子對(duì)數(shù)中心原子上價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型名稱雜化軌道類型空間結(jié)構(gòu)鍵角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)＝14四面體形sp3三角錐形107°③H2Oeq\f(1,2)×(6－2×1)＝24四面體形sp3V形105°④PCleq\o\al(＋,4)eq\f(1,2)×(5－1－4×1)＝04正四面體形sp3正四面體形109°28′⑤BeCl2eq\f(1,2)×(2－2×1)＝02直線形sp直線形180°鍵角由大到小的順序?yàn)棰茛佗堍冖邸?．比較下列物質(zhì)中鍵角的大小(填“＞”、“＝”或“＜”)。(1)CH4________P4。(2)NH3________PH3________AsH3。(3)PF3________PCl3。(4)光氣(COCl2)中∠Cl—C=O________∠Cl—C—Cl。答案：(1)＞(2)＞＞(3)＜(4)＞3．(1)BF3中鍵角________(填“大于”或“小于”)CCl4中鍵角。(2)乙酸分子()中鍵角1________(填“大于”、“等于”或“小于”)鍵角2，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)大于(2)大于C=O鍵對(duì)C—C鍵的斥力大于C—O鍵對(duì)C—C鍵的斥力解析：(1)BF3分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，鍵角為120°；CCl4分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，鍵角為109°28′。(2)由于雙鍵對(duì)單鍵的斥力大于單鍵對(duì)單鍵的斥力，故乙酸分子結(jié)構(gòu)中鍵角1大于鍵角2。1．下列分子中，中心原子雜化類型相同，分子的空間結(jié)構(gòu)也相同的是()A．BeCl2、CO2 B．H2O、SO2C．SO2、CH4 D．NF3、CH2O答案：A解析：根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型可知，H2O中O原子的孤電子對(duì)數(shù)為eq\f(6－2×1,2)＝2，σ鍵電子對(duì)數(shù)為2，采取sp3雜化，故H2O為V形結(jié)構(gòu)，SO2中S原子的孤電子對(duì)數(shù)為eq\f(6－2×2,2)＝1，σ鍵電子對(duì)數(shù)為2，采取sp2雜化，故SO2為V形結(jié)構(gòu)，B項(xiàng)不符合題意；同樣分析可知，BeCl2中Be原子采取sp雜化，BeCl2是直線形結(jié)構(gòu)，CO2中C原子采取sp雜化，CO2是直線形結(jié)構(gòu)，A項(xiàng)符合題意；SO2中S原子采取sp2雜化，SO2是V形結(jié)構(gòu)，CH4中C原子采取sp3雜化，CH4是正四面體形結(jié)構(gòu)，C項(xiàng)不符合題意；NF3中N原子采取sp3雜化，NF3是三角錐形結(jié)構(gòu)，CH2O中C原子采取sp2雜化，CH2O是平面三角形結(jié)構(gòu)，D項(xiàng)不符合題意。2．氨分子的空間結(jié)構(gòu)是三角錐形，而甲烷是正四面體形，這是因?yàn)?)A．兩種分子的中心原子雜化類型不同，NH3為sp2雜化，而CH4是sp3雜化B．NH3分子中氮原子形成3個(gè)雜化軌道，CH4分子中碳原子形成4個(gè)雜化軌道C．NH3分子中有一個(gè)未成鍵的孤電子對(duì)，它對(duì)成鍵電子的排斥作用較強(qiáng)D．NH3分子中氮元素的電負(fù)性比CH4分子中碳元素的電負(fù)性大答案：C解析：NH3價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3＋1＝4，雜化類型為sp3雜化，而CH4價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4＋0＝4，雜化類型為sp3雜化，故A不符合題意；根據(jù)A選項(xiàng)分析NH3雜化類型為sp3雜化，分子中氮原子形成4個(gè)雜化軌道，CH4分子中碳原子形成4個(gè)雜化軌道，故B不符合題意；NH3分子中有一個(gè)未成鍵的孤電子對(duì)，孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥力比成鍵電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥力強(qiáng)，因而形成三角錐形，故C符合題意；氮元素的電負(fù)性比碳元素的電負(fù)性大，但與空間結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，故D不符合題意。3．如圖是甲醛分子的空間結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)該圖和所學(xué)化學(xué)知識(shí)回答下列問題：(1)甲醛分子中碳原子的雜化方式是________，作出該判斷的主要理由是________________________________________________________________________。(2)下列是對(duì)甲醛分子中碳氧鍵的判斷，其中正確的是__________(填序號(hào))。①單鍵；②雙鍵；③σ鍵；④π鍵；⑤σ鍵和π鍵(3)甲醛分子中C—H與C—H間的夾角________(填“＝”、“>”或“<”)120°，出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是________________________________________________________________________。答案：(1)sp2甲醛分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形(2)②⑤(3)<碳氧雙鍵中存在π鍵，它對(duì)C—H的排斥作用較強(qiáng)解析：(1)原子的雜化軌道類型不同，分子的空間結(jié)構(gòu)也不同。由圖可知，甲醛分子為平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2雜化。(2)醛類分子中都含有C=O，所以甲醛分子中的碳氧鍵是雙鍵。一般來說，雙鍵是σ鍵和π鍵的組合。(3)由于碳氧雙鍵中存在π鍵，它對(duì)C—H的排斥作用較強(qiáng)，所以甲醛分子中C—H與C—H間的夾角小于120°。課時(shí)測(cè)評(píng)13分子(或離子)空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道理論(本欄目?jī)?nèi)容，在學(xué)生用書中以獨(dú)立形式分冊(cè)裝訂！)題點(diǎn)一雜化方式判斷1．有機(jī)物CH3CH=CH—C≡CH中標(biāo)有“·”的碳原子的雜化方式依次為()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雜化；碳碳雙鍵上碳原子采取sp2雜化；碳碳三鍵的C原子采取sp雜化。2．BF3是典型的平面三角形分子，它溶于氫氟酸或NaF溶液中都形成BFeq\o\al(－,4)，則BF3和BFeq\o\al(－,4)中B原子的雜化軌道類型分別是()A．sp2、sp2 B．sp3、sp3C．sp2、sp3 D．sp、sp2答案：C解析：BF3中B原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，所以為sp2雜化，BFeq\o\al(－,4)中B原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，所以為sp3雜化。3．下列物質(zhì)，中心原子的“雜化方式”及“分子空間結(jié)構(gòu)”與CH2O(甲醛)相同的是()A．H2S B．NH3C．CH2Br2 D．BF3答案：D解析：CH2O和BF3均為平面三角形分子，兩者的中心原子均采取sp2雜化；H2S和H2O相似，CH2Br2可看作CH4中的兩個(gè)H被Br取代得到，H2S、NH3、CH2Br2的中心原子均采取sp3雜化。題點(diǎn)二分子空間結(jié)構(gòu)4．氨基乙酸鈉(H2NCH2COONa)用于有機(jī)產(chǎn)品的合成、工業(yè)洗滌劑中間體以及生化研究。下列說法正確的是()A．碳、氮原子的雜化類型相同B．氨基乙酸鈉中心原子N原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4C．1mol氨基乙酸鈉分子中所含σ鍵為10molD．氮原子和與其成鍵的另外三個(gè)原子可能在同一平面內(nèi)答案：B解析：氨基乙酸鈉分子中氮原子是sp3雜化而碳原子是sp3、sp2雜化，A錯(cuò)誤；氨基乙酸鈉中存在2個(gè)N—H鍵、1個(gè)C—N鍵，N原子上含有1個(gè)孤電子對(duì)，價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝共價(jià)鍵單鍵數(shù)＋孤電子對(duì)數(shù)，則N原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，B正確；1mol氨基乙酸鈉分子中有1個(gè)碳氧雙鍵，有8個(gè)σ鍵，C錯(cuò)誤；由于氮原子為sp3雜化，故相應(yīng)的四個(gè)原子形成的是三角錐形結(jié)構(gòu)，不可能共平面，D錯(cuò)誤。5．氯的含氧酸根離子有ClO－、ClOeq\o\al(－,2)、ClOeq\o\al(－,3)、ClOeq\o\al(－,4)等，關(guān)于它們的說法不正確的是()A．ClOeq\o\al(－,4)的中心原子Cl原子采取sp3雜化B．ClOeq\o\al(－,3)的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形C．ClOeq\o\al(－,2)的空間結(jié)構(gòu)為直線形D．ClO－中Cl原子的雜化類型與ClOeq\o\al(－,2)相同答案：C解析：ClOeq\o\al(－,4)的中心原子Cl的孤電子對(duì)數(shù)為0，與中心原子Cl原子結(jié)合的O原子數(shù)為4，則Cl原子采取sp3雜化，A正確；ClOeq\o\al(－,3)的中心原子Cl的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3＋eq\f(7＋1－3×2,2)＝4，且含有1個(gè)孤電子對(duì)，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，B正確；ClOeq\o\al(－,2)的中心原子Cl的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2＋eq\f(7＋1－2×2,2)＝4，且含有2個(gè)孤電子對(duì)，空間結(jié)構(gòu)為V形，C錯(cuò)誤；ClO－中Cl原子的孤電子對(duì)數(shù)為3，與Cl原子結(jié)合的O原子數(shù)為1，Cl原子采取sp3雜化，ClOeq\o\al(－,2)中Cl原子的孤電子對(duì)數(shù)為2，與Cl原子結(jié)合的O原子數(shù)為2，Cl原子采取sp3雜化，D正確。題點(diǎn)三鍵角大小判斷6．推理是學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的一種重要方法。下列推理合理的是()A．SO2中硫原子采取sp2雜化，則CO2中碳原子也采取sp2雜化B．NH3分子的空間結(jié)構(gòu)是三角錐形，則NCl3分子的空間結(jié)構(gòu)也是三角錐形C．H2O分子的鍵角是105°，則H2S分子的鍵角也是105°D．PCl3分子中每個(gè)原子最外層達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則BF3分子中每個(gè)原子最外層也能達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)答案：B解析：一個(gè)二氧化碳分子中含有2個(gè)σ鍵且中心原子不含孤電子對(duì)，所以碳原子采取sp雜化而不是sp2雜化，A錯(cuò)誤；NH3、NCl3中N原子都采取sp3雜化，有1個(gè)孤電子對(duì)，所以分子的空間結(jié)構(gòu)都是三角錐形，B正確；S的電負(fù)性比O小，而且原子半徑大，所以S—H上的電子對(duì)偏向S，并沒有H2O中O—H上的電子對(duì)偏向O那么嚴(yán)重，所以排斥力也相應(yīng)比較小，鍵角也稍小，C錯(cuò)誤；BF3分子中B元素化合價(jià)為＋3價(jià)，B原子最外層未達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，D錯(cuò)誤。7．第ⅤA族元素的原子(以R表示)與A原子結(jié)合形成RA3氣態(tài)分子，其空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。PCl5在氣態(tài)和液態(tài)時(shí)，分子結(jié)構(gòu)如圖所示，下列關(guān)于PCl5分子的說法中不正確的是()A．每個(gè)原子都達(dá)到最外層8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)B．Cl—P—Cl的鍵角有120°、90°、180°三種C．PCl5受熱后會(huì)分解生成分子空間結(jié)構(gòu)呈三角錐形的PCl3D．分子中5個(gè)P—Cl的鍵能不都相同答案：A解析：P原子的最外層有5個(gè)電子，形成5個(gè)共用電子對(duì)，所以PCl5中P的最外層不滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，A錯(cuò)誤；由圖可知，三角雙錐上下兩個(gè)頂點(diǎn)Cl原子與中心P原子形成的Cl—P—Cl的鍵角為180°，中間為平面三角形，其中兩個(gè)頂點(diǎn)Cl原子與中心P原子形成的Cl—P—Cl的鍵角為120°，通過中間的三角形所在的平面將三角雙錐截為兩個(gè)完全相同的三角錐，在上面的三角錐中Cl—P—Cl的鍵角為90°，所以Cl—P—Cl的鍵角有90°、120°、180°三種，B正確；PCl5eq\o(=,\s\up7(△))PCl3＋Cl2↑，則PCl5受熱后會(huì)分解生成分子空間結(jié)構(gòu)呈三角錐形的PCl3，C正確；鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，因分子中P—Cl的鍵長(zhǎng)不都相同，所以鍵能不都相同，D正確。8．下列說法正確的是()A．CH2Cl2分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形B．H2O分子中氧原子的雜化軌道類型為sp2，分子的空間結(jié)構(gòu)為V形C．CO2分子中碳原子的雜化軌道類型為sp，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形D．SOeq\o\al(2－,3)的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形答案：C解析：CH4中4個(gè)共價(jià)鍵完全相同，為正四面體形，CH2Cl2分子的4個(gè)共價(jià)鍵不完全相同，所以分子的空間結(jié)構(gòu)不是正四面體形，A錯(cuò)誤；H2O分子中O原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝2＋eq\f(1,2)×(6－1×2)＝4，為sp3雜化，含有2個(gè)孤電子對(duì)，分子的空間結(jié)構(gòu)為V形，B錯(cuò)誤；CO2中C原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝2＋eq\f(1,2)×(4－2×2)＝2，為sp雜化，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形，C正確；SOeq\o\al(2－,3)中S原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝3＋eq\f(1,2)×(6＋2－3×2)＝4，為sp3雜化，含1個(gè)孤電子對(duì)，分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，D錯(cuò)誤。9．硼砂是含結(jié)晶水的四硼酸鈉。以硼砂為原料，可以得到BF3、BN和硼酸等重要化合物，請(qǐng)根據(jù)下列信息回答有關(guān)問題：(1)硼砂中陰離子Xm－(含B、O、H三種元素)的球棍模型如圖所示，則在Xm－中，2號(hào)硼原子的雜化類型為________；m＝________(填數(shù)字)。(2)BN中B的化合價(jià)為________，請(qǐng)解釋原因：_______________