第二章 微专题2 分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论

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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：价层电子对数杂化类型配位原子数孤电子对数价电子对空间构型分子空间构型实例2sp20直线形直线形BeCl23sp230三角形三角形BF321V形SnBr24sp340四面体形四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O 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、NH3C．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： σ键电子对数中心原子上的孤电子对数价层电子对数空间结构SnCl22×(4－2×1)＝13V形BeCl22×(2－2×1)＝02直线形CS22×(4－2×2)＝02直线形OF22×(6－2×1)＝24V形 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．PH3C．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　⑤NHA．①②④   B．①⑤C．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．HCHOC．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、SO2C．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。