2022年高中化学新人教版选择性必修2 第二章 微专题2 分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论 学案

微专题2　分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论

判断分子或离子的空间构型时，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。二是看配位原子数；如下表：

1．下列对于NH3和CO2的说法中正确的是(　　)

A．都是直线形结构

B．中心原子都采取sp杂化

C．NH3为三角锥形结构，CO2为直线形结构

D．N原子和C原子上都没有孤对电子

答案　C

解析　NH3和CO2分子的中心原子分别采取sp3杂化、sp杂化，但NH3分子的N原子上有1对孤电子对未参与成键，根据杂化轨道理论，NH3的空间构型为三角锥形，CO2的空间构型为直线形。

2．下列各组分子的空间结构相同的是(　　)

A．SnCl2、BeCl2   B．BF3、NH3

C．CCl4、SiF4   D．CS2、OF2

答案　C

解析　通过分子的价层电子对数、孤电子对数确定分子的空间结构，其中A、D项中分子的具体情况如下表：

B项中BF3、NH3的空间结构分别为平面三角形、三角锥形；C项中，CCl4与SiF4的空间结构均为正四面体形。

3．下列分子或离子中，价层电子对互斥模型为正四面体形且分子或离子的空间结构为V形的是(　　)

A．NH   B．PH3

C．H3O＋   D．OF2

答案　D

解析　价层电子对互斥模型为正四面体形，且分子或离子的空间结构为V形的只有3个原子构成的分子或离子，OF2符合。A选项NH是三角锥形的NH3结合了一个H＋，呈正四面体形，B项中PH3为三角锥形，C中H3O＋是V形的H2O结合了一个H＋，呈三角锥形。

4．(2020·杭州调研)下列分子或离子的中心原子采用sp3杂化的是(　　)

①NF3　②C2H4　③C6H6　④C2H 2　⑤NH

A．①②④   B．①⑤

C．②③   D．③⑤

答案　B

解析　①NF3分子中N原子采取sp3杂化；②C2H4分子中C原子采取sp2杂化；③C6H6分子中C原子采取sp2杂化；④C2H2分子中C原子采取sp杂化；⑤NH中N原子采取sp3杂化。

5．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．HCHO

C．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。

6．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．SO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＋×(6－1×2)＝4，为sp3杂化，含有2对孤电子对，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＋×(4－2×2)＝2，为sp杂化，分子的空间结构为直线形，C正确；SO中S原子的价层电子对数＝3＋×(6＋2－3×2)＝4，为sp3杂化，含1对孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，D错误。

7．(2020·青岛检测)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、SO2

C．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＝＝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＝＝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。

8．(2020·西安调研)下列说法正确的是(　　)

①CS2为V形分子　②ClO的空间结构为平面三角形　③SF6中有6对完全相同的成键电子对　④SiF4和SO的中心原子均采取sp3杂化

A．①②  B．②③  C．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；②ClO中Cl的价层电子对数＝3＋×(7＋1－2×3)＝4，含有1对孤电子对，则ClO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对成键电子对，则SF6分子中有6对完全相同的成键电子对，正确；④SiF4中Si的价层电子对数＝4＋×(4－1×4)＝4，SO中S的价层电子对数＝3＋×(6＋2－2×3)＝4，则SiF4和SO的中心原子均采取sp3杂化，正确。

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：_____________________________________

_______________________________________________________________________________。

(3)BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的空间结构为____________；NaBF4的电子式为________。

答案　(1)sp2　2

(2)＋3　N的电负性大于B的电负性

(3)正四面体形　

解析　(1)根据图示可知，2号B原子的价层电子对数为3，且无孤电子对，故采取sp2杂化；根据图示可知，该阴离子的化学式为[H4B4O9]m－，其中H显＋1价，B显＋3价、O显－2价，所以m＝2。(2)由于电负性：N>B，所以BN中B显＋3价。(3)BF的空间结构为正四面体形；NaBF4的电子式为。

10．如图是甲醛分子的模型，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杂化　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°。

11．氯吡苯脲是一种常用的膨大剂，其结构简式为，它是经国家批准使用的植物生长调节剂。

(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为_____________________________________。

(2)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型为______________________________________，

羰基()碳原子的杂化轨道类型为__________。

(3)查文献可知，可用2-氯-4-氨基吡啶与异氰酸苯酯反应，生成氯吡苯脲，其反应方程式为＋，反应过程中，每生成1 mol氯吡苯脲，断裂________个σ键，断裂______个π键。

(4)膨大剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有H2O、NH3、CO2等。

①请用共价键知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因：_____________________________

_______________________________________________________________________________。

②H2O、NH3、CO2分子的空间结构分别是__________________，中心原子的杂化类型分别是__________________________。

答案　(1)1　(2)sp2、sp3　sp2　(3)NA　NA　(4)①H—O的键能大于H—N的键能　②V形、三角锥形、直线形　sp3、sp3、sp

解析　根据构造原理可知，氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5，所以未成对电子数为1。(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知，有2个氮原子均形成3个单键，孤电子对数为1，属于sp3杂化；剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键，孤电子对数为1，是sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，为sp2杂化。(3)由于σ键比π键更稳定，根据反应方程式可以看出，断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N==C中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H。(4)①O、N属于同周期元素，O的原子半径小于N，H—O的键能大于H—N的键能，所以H2O分子比NH3分子稳定。②H2O分子中O原子的价层电子对数＝2＋＝4，孤电子对数为2，所以为V形结构，O原子采取sp3杂化；NH3分子中N原子的价层电子对数＝3＋＝4，孤电子对数为1，所以为三角锥形结构，N原子采取sp3杂化；CO2分子中C原子的价层电子对数＝2＋＝2，不含孤电子对，所以是直线形结构，C原子采取sp杂化。