②寒假预习-第02讲 分子的空间结构-2025年高二化学寒假衔接讲练 (人教版)

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【学习新知】
知识点一 分子结构的测定
1．分子结构的最早测定方法
早年的科学家主要靠对物质的__________进行系统总结得出规律后进行推测分子的结构。
2．现代的分子结构测定方法
科学家应用__________、晶体X射线衍射等现代仪器和方法测定分子的结构。
3．红外光谱仪工作原理
(1)原理：当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的__________相同的红外线，再记录到图谱上呈现_________。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以分析出分子中含有何种_______或_______的信息。
(2)红外光谱仪原理示意图
4．质谱法(相对分子质量的测定)
用高能电子流轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。分子离子和碎片离子各自具有不同的相对质量，它们在磁场的作用下到达检测器的时间因相对质量而先后有别，其结果被记录为质谱图。
如甲苯分子的质谱图：
读谱：相对分子质量＝最大质荷比，甲苯的相对分子质量为92。
知识点二 多样的分子空间结构
1．三原子分子的空间结构
三原子分子的空间结构有_______形和_______形两种。
CO2呈_______形，H2O呈_______形，键角_______。
2．四原子分子的空间结构
大多数四原子分子采取_______形和_______形两种空间结构。
甲醛(CH2O)分子呈_______形，键角约_______，氨分子呈_______形，键角_______。
3．五原子分子的空间结构
五原子分子的空间结构更多，最常见的是_______形。
甲烷键角为_______。
知识点三 价层电子对互斥模型
1．价层电子对互斥模型
分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”___________的结果。
2．价层电子对
VSEPR的“价层电子对”是指分子中的__________与结合原子间的_________和中心原子上的_________。
3．价层电子对确定方法
价层电子对数＝______________＋______________。
中心原子上的孤电子对数＝ eq \f(1,2) (a－xb)。其中：
a表示中心原子的_________。
对于主族元素：a＝_____________________。
对于阳离子：a＝______________－离子的电荷数。
对于阴离子：a＝______________＋离子的电荷数(绝对值)。
x表示_____________________。
b表示与中心原子结合的原子______________，氢为_____，其他原子为“_____________________”。
4．VSEPR模型与分子或离子的空间结构
σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数＝价层电子对数 eq \(――――――――→,\s\up7(价层电子对互斥模型)) VSEPR模型 eq \(―――――――→,\s\up7(略去孤电子对)) 分子或离子的空间结构。
知识点四 杂化轨道理论简介
为了解释_______等分子的空间构型，美国化学家_______于1931年提出了杂化轨道理论。
1．sp3杂化与CH4分子的空间构型
(1)杂化轨道的形成
碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，____个2s轨道和____个2p轨道“混合”，形成_______相等、_______相同的______个sp3杂化轨道。
基态原子轨道 激发态原子轨道 杂化轨道
sp3杂化轨道的空间构型
4个sp3杂化轨道在空间呈___________，轨道之间的夹角为_______，每个轨道上都有一个未成对电子。
(2)共价键的形成
碳原子的4个_______轨道分别与4个氢原子的_______轨道重叠，形成4个相同的_______键。

(3)CH4分子的空间构型
CH4分子为空间__________结构，分子中C—H键之间的夹角都是_______。
(4)正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、 NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。
2．杂化轨道理论的要点
(1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。
(2)杂化前后轨道数目_______。
(3)只有能量_______的轨道才能杂化(如2s和2p)。
(4)杂化轨道成键时要满足化学键间____________原理。杂化轨道间的_______决定分子的空间构型。
(5)杂化轨道所形成的化学键全部为_______键。
3．杂化轨道类型及其空间结构
(1)sp3杂化轨道
(2)sp杂化轨道
(3)sp2杂化轨道
【交流讨论】填写下表
核心考点一：价层电子对互斥模型
【例1】用价层电子对互斥模型分别预测H2S和BF3的空间结构，两个结论都正确的是( )
A．直线形 三角锥形 B．V形 三角锥形
C．直线形 平面三角形 D．V形 平面三角形
【归纳小结】
用价层电子对互斥模型判断共价分子或离子的空间结构
(1)确定中心原子的价层电子对数
①对于ABx型分子，σ键电子对数＝B原子的个数，如H2O的中心原子是O，有2对σ键电子对。
②中心原子上的孤电子对数＝ eq \f(1,2) (a－xb)，其中a为中心原子的价电子数，x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。
③对于阳(或阴)离子来说，a为中心原子的价电子数减去(或加上)离子的电荷数(绝对值)。
④中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数。
(2)根据中心原子价层电子对数确定VSEPR模型
(3)略去孤电子对，确定分子的空间结构，示例如下：
【变式训练1】下列分子或离子中，含有孤电子对的是( )
A．H2O B．CH4C．SiH4 D．CO2
【变式训练2】用价层电子对互斥模型分别预测H2S和BF3的空间结构，两个结论都正确的是( )
A．直线形 三角锥形 B．V形 三角锥形
C．直线形 平面三角形 D．V形 平面三角形
核心考点二：杂化轨道理论
【例2】下列有关杂化轨道理论的说法中正确的是( )
A．NCl3分子呈三角锥形，这是氮原子采取sp2杂化的结果
B．sp3杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道
C．中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构一定是四面体形
D．AB3型的分子空间结构必为平面三角形
【归纳小结】常见分子(离子)的杂化类型和空间构型
【变式训练】三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体，已知三聚氰胺的结构简式如图所示。请回答下列问题：
(1)写出基态碳原子的电子排布式____________。
(2)氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂化轨道类型分别是________、________、________。
(3)一个三聚氰胺分子中有________个σ键。
(4)三聚氰胺与三聚氰酸()分子相互结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中碳原子采取________杂化。该分子的结构简式中，形成双键的两个原子之间的共价键是________(填字母)。
A．两个σ键 B．两个π键
C．一个σ键，一个π键
核心考点三：VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
【例3】下表中各粒子、粒子对应的空间结构及解释均正确的是( )
【归纳小结】
1．用价层电子对互斥模型判断杂化轨道类型
先计算价层电子对数，在根据价层电子对数判断杂化轨道数目、类型及空间结构。
2．根据已知分子结构判断杂化轨道类型若已知分子结构，可以根据分子结构判断杂化轨道类型。
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：
杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋配位数，再由杂化轨道数判断杂化类型。例如：
【变式训练】硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。SiCl4与N­甲基咪唑()反应可以得到M2＋，其结构如图所示：
N­甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为___________，H、C、N的电负性由大到小的顺序为____________，1个M2＋中含有________个σ键。
【基础练】
1．下列说法中，正确的是( )。
A．杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对
B．凡是中心原子采取杂化的分子，其空间结构都是正四面体形
C．凡是型的共价化合物，其中心原子A均采用杂化轨道成键
D．属于型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键
2．下列分子中的中心原子是杂化的是( )。
A．B．C．D．
3．关于和的说法中，正确的是( )。
A．C和S上都没有孤电子对
B．C和S都是杂化
C．都是型，所以空间结构都是直线形
D．的空间结构是直线形，的空间结构是V形
4．下列离子的VSEPR模型与离子的空间结构一致的是( )。
A．B．C．D．
5．下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为V形的是( )。
A．B．C．D．
6．下列各组粒子的空间结构相同的是( )。
①和；②和；③和；④和；⑤和。
A．全部B．①②③⑤C．③④⑤D．②⑤
7．几种含氯阴离子的信息如表所示：
下列推断不正确的是( )
A．和的价电子总数相同
B．M的化学式为
C．中氯原子的杂化类型都为
D．M的空间结构为Ⅴ形
8．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。
（1）杂化轨道只用于形成共价键（ ）
（2）中心原子若通过杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体形结构（ ）
（3）为三角锥形，N发生杂化（ ）
（4）只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为杂化（ ）
（5）中心原子是sp杂化的，其分子的空间结构不一定为直线形（ ）
（6）价层电子对互斥模型中，键电子对数不计入中心原子的价层电子对数（ ）
9．完成下表中的空白：
10．A、B、C、D、E为短周期元素且它们的原子序数依次增大，A的核外电子总数与其周期序数相同；D原子的L层中，成对电子与未成对电子占据的轨道数相同，并且无空轨道；B原子的L层中未成对电子数与D相同，但还有空轨道；D与E同族。请回答下列问题：
（1）A与其他元素形成的二元共价化合物中，一种化合物分子呈三角锥形，该分子的化学式为______，其中心原子的杂化方式为______；A分别与B、C、D形成的共价化合物中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是______（填化学式，任意写出三种）。
（2）这些元素形成的含氧酸根离子中，其中心原子的价层电子对数为3的酸根离子是______（填化学式，下同）；酸根离子呈三角锥形结构的是______。
（3）分子的空间结构为______；根据电子云重叠方式的不同，该分子中共价键的类型为______。
（4）B的一种氢化物相对分子质量是26，其分子中键和键的数目之比为______。
【提升练】
1．As2O3(砒霜)是两性氧化物，分子结构如图所示，与盐酸反应能生成AsCl3，AsCl3和LiAlH4反应的产物之一为AsH3。下列说法不正确的是( )
A．As2O3分子中As原子的杂化方式为sp3
B．AlHeq \\al(－,4)的价层电子对互斥模型是正四面体形
C．AsCl3的空间结构为三角锥形，As原子的杂化方式为sp3
D．AsH3分子的键角为120°
2．氨基乙酸钠(H2NCH2COONa)用于有机产品的合成、工业洗涤剂中间体以及生化研究。下列说法正确的是( )
A．碳、氮原子的杂化类型相同
B．氨基乙酸钠中心原子N原子的价层电子对数为4
C．1 ml氨基乙酸钠分子中所含σ键为10 ml
D．氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内
3．“●”表示上述相关元素的原子，“O”表示氢原子，小黑点“·”表示没有形成共价键的最外层电子，短线表示共价键。下列关于几种分子的说法正确的是（ ）
A．上述分子中，中心原子采取sp3杂化的只有①②
B．①分子为正四面体结构，④分子为平面形结构
C．②分子中σ键数与π键数之比为2:1
D．四种分子的键角由大到小的顺序②>③>①>④
4．三氧化硫在表面活性剂和离子交换树脂生产中，广泛用作反应剂、染料中间体的生产、石油润滑馏分的磺化和酸精制、可用于合成磺胺、硫酸、氯磺酸、氨基磺酸、硫酸二甲酯、洗涤剂等。
(1)蓝矾(CuSO4·5H2O)的结构如图所示：
SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 的空间结构是____________，其中S原子的杂化轨道类型是________。
(2)气态SO3分子的空间结构为________；将纯液态SO3冷却到289.8 K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构如图，此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是________。
5．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有__________，羰基碳原子的杂化轨道类型为________。
(3)已知，可用异氰酸苯酯与2­氯­4­氨基吡啶反应生成氯吡苯脲：
反应过程中，每生成1 ml氯吡苯脲，断裂______ml σ键，断裂______ml π键。
模块一 思维导图串知识
模块二 基础知识全梳理（吃透教材）
模块三 核心考点精准练
模块四 小试牛刀过关测
1．了解分子结构的测定方法。
2．认识共价分子结构的多样性和复杂性。
3．理解价层电子对互斥模型的含义，并能判断简单分子或离子的空间结构。
4．了解杂化轨道理论的基本内容。能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构。
分子或离子
孤电子对数
价层电子对数
VSEPR模型名称
分子或离子的
空间结构名称
CO2
0
2
直线形
直线形
SO2
1
3
平面三角形
V形
CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3))
0
3
平面三角形
平面三角形
H2O
2
4
四面体形
V形
NH3
1
4
四面体形
三角锥形
CH4
0
4
正四面体形
正四面体形
杂化轨道类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原子轨道及数目
1个s轨道和1个p轨道
1个s轨道和2个p轨道
1个s轨道和3个p轨道
杂化轨道的数目
杂化轨道间的夹角
空间结构名称
实例
CO2、C2H2
BF3、HCHO
CH4、CCl4
CH4
NH3
H2O
CO2
分子空间构型
杂化轨道类型
杂化轨道
空间构型
中心原子
孤电子对数
成键类型及个数
同类分子
AB4型分子或离子
NCl3、PCl3等
H2S、SCl2等
CS2
σ键电子对数
孤电子对数
价层电子对数
电子对的排列方式
VSEPR模型
分子或离子的空间结构
实例
2
0
2
直线形
直线形
HgCl2、BeCl2、CO2
3
0
3
平面三角形
平面三角形
BF3、BCl3
2
1
V形
SnBr2、PbCl2
4
0
4
四面体形
正四面体形
CH4、CCl4
3
1
三角锥形
NH3、NF3
2
2
V形
H2O
杂化类型
分子类型
空间构型
举例
sp3
AB4
正四面体
CH4、CCl4、NH4+、金刚石等
AB3C
四面体
CH3Cl、CH3CH3等
AB3
三角锥
NH3、NF3等
AB2
V形
H2O、H2S
sp2
AB3
平面三角形
BF3、AlCl3、、苯环等
sp
AB2
直线形
CO2、CS2、等
选项
粒子
空间结构
解释
A
氨基负离子(NH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) )
直线形
N原子采用sp杂化
B
二氧化硫(SO2)
V形
S原子采用sp3杂化，与H2O中的O原子杂化形式相同
C
乙炔(C2H2)
直线形
C原子采用sp杂化且C原子的价电子均参与成键
D
碳酸根离子(CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) )
三角锥形
C原子采用sp3杂化
价层电子对数
杂化轨道数
杂化类型
杂化轨道的
空间结构
VSEPR模型
2
2
sp
直线形
直线形
3
3
sp2
平面正三角形
平面正三角形
4
4
sp3
正四面体
正四面体
代表物
杂化轨道数
杂化轨道类型
CO2
0＋2＝2
sp
CH2O
0＋3＝3
sp2
CH4
0＋4＝4
sp3
SO2
1＋2＝3
sp2
NH3
1＋3＝4
sp3
H2O
2＋2＝4
sp3
阴离子
M
中心元素化合价
+5
+3
+1
中心原子杂化类型
原子总数
粒子
中心原子上的孤电子对数
中心原子的杂化轨道类型
空间结构
3
4
5