高中化学苏教版（2021） 选择性必修2 专题4 第一单元 微专题5　分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论-同步学案

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微专题5　分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论一、分子(或离子)空间结构的判断判断分子(或离子)的空间结构时，要能够正确计算价电子对数：一是运用计算式推导出价电子对数；二是看配位原子数。如下表：价电子对数杂化类型配位原子数孤电子对数价层电子对互斥模型分子空间结构实例2sp20直线形直线形BeCl23sp230平面三角形平面三角形BF321V形SnBr24sp340四面体型正四面体型CH431三角锥型NH322V形H2O 1．下列分子或离子中，价层电子对互斥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，价层电子对互斥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。2．下列说法正确的是(　　)A．CH2Cl2分子的空间结构为正四面体型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，为正四面体型，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型，A错误；H2O分子中O原子的价电子对数为＝4，为sp3杂化，含有2个孤电子对，分子的空间结构为V形，B错误；CO2中C原子的价电子对数为＝2，为sp杂化，分子的空间结构为直线形，C正确；SO中S原子的价电子对数为＝4，为sp3杂化，含1个孤电子对，分子的空间结构为三角锥型，D错误。3．(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原子的孤电子对数为＝2，成键电子对数为2，采取sp3杂化，故H2O为V形结构，SO2中S原子的孤电子对数为＝1，成键电子对数为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是正四面体型结构，C项不符合题意；NF3中N原子采取sp3杂化，NF3是三角锥型结构，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。4．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)的空间结构模型如图所示，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)正四面体型　解析　(1)根据图示可知，2号B原子的价电子对数为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。  二、键角的判断与比较含有共价键的物质中相邻两键之间的夹角称为键角。键角是决定物质分子空间结构的主要因素之一。在高中阶段学习中，影响键角大小的因素主要有三：一是中心原子的杂化类型；二是中心原子的孤电子对数；三是中心原子的电负性大小等。1．中心原子杂化类型不同的粒子，键角大小：sp杂化＞sp2杂化＞sp3杂化，如键角：CH≡CH＞CH2==CH2＞CH4。2．中心原子杂化方式相同的粒子，由于斥力：孤电子对与孤电子对之间＞孤电子对与成键电子对之间＞成键电子对与成键电子对之间，孤电子对数越多，对成键电子对的斥力越大，键角越小。如键角：CH4＞NH3＞H2O。3．中心原子杂化方式相同且孤电子对数也相同，利用中心原子的电负性大小，比较键角大小。如H2O、H2S中，中心原子均为sp3杂化，分子空间结构均为V形，由于电负性：O＞S，吸引电子的能力：O＞S，且键长：O—H键＜S—H键，使得H2O、H2S中成键电子对的斥力逐渐减弱，键角减小，即键角：H2O(104°30′)＞H2S(92°)。4．同一粒子中不同共价键的键角，由于斥力：双键间＞双键与单键间＞单键间，则键角大小不同。如甲醛中：，键角：α＞β。5．在SO2分子中，分子的空间结构为V形，S原子采取sp2杂化，那么SO2的键角(　　)A．等于120°   B．大于120°C．小于120°   D．等于180°答案　C解析　由于SO2分子的价层电子对互斥模型为平面三角形，从理论上讲其键角应为120°，但是由于SO2分子中的S原子有一对孤电子对，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此分子中的键角要小于120°。6．下列分子或离子中键角由大到小排列正确的是(　　)①BCl3　②NH3　③H2O　④PCl　⑤BeCl2A．⑤④①②③   B．④①②⑤③C．⑤①④②③   D．③②④①⑤答案　C解析　微粒中心原子上孤电子对数中心原子上价电子对数价层电子对互斥模型名称杂化轨道类型空间结构键角①BCl3×(3－3×1)＝03平面三角形sp2平面三角形120°②NH3×(5－3×1)＝14四面体型sp3三角锥型107°18′③H2O×(6－2×1)＝24四面体型sp3V形104°30′④PCl×(5－1－4×1)＝04正四面体型sp3正四面体型109°28′⑤BeCl2×(2－2×1)＝02直线形sp直线形180° 故键角由大到小的顺序为⑤①④②③。7．下列物质的分子中，键角最小的是(　　)A．H2O  B．BF3  C．H2S  D．CH4答案　C解析　BF3分子中B原子采取sp2杂化，sp2杂化的理论键角为120°，B原子无孤电子对，所以BF3分子的键角为120°；CH4分子中C原子采取sp3杂化，sp3杂化的理论键角为109°28′，并且C原子无孤电子对，所以CH4的键角为109°28′；H2S和H2O分子中的S、O原子均采取sp3杂化，sp3杂化的理论键角为109°28′，由于两种分子中均存在两对孤电子对，孤电子对占据正四面体的两个顶角，且孤电子对斥力大于成键电子对的斥力，导致H2O分子的键角＜109°28′，但O原子半径小，所以H2O分子中成键电子对间的斥力大于H2S分子中成键电子对间的斥力，即H2O分子键角大于H2S分子键角；综上，分子键角的大小顺序为BF3＞CH4＞H2O＞H2S，所以键角最小的是H2S。8．比较下列物质中键角的大小(填“＞”“＝”或“＜”)。(1)CH4______P4。(2)NH3______PH3______AsH3。(3)PF3______PCl3。(4)光气(COCl2)中∠Cl—C==O______∠Cl—C—Cl。答案　(1)＞　(2)＞　＞　(3)＜　(4)＞9．(2020·武汉二中高二月考)按要求回答下列问题：(1)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型为__________________________。(2)醛基中碳原子的杂化轨道类型是________。(3)化合物中阳离子的空间结构为______________，阴离子的中心原子轨道采取__________杂化。(4)X的单质与氢气可化合生成气体G，其水溶液pH>7。G分子中X原子的杂化轨道类型是______。(5)S单质的常见形式为S8，其环状结构如图所示，S原子采取的轨道杂化方式是__________。(6)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中O原子采取________杂化。H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，原因为___________________________________________________。答案　(1)sp3、sp2　(2)sp2　(3)三角锥型　sp3　(4)sp3(5)sp3　(6)sp3　H3O＋中O原子只有1对孤电子对，H2O中O原子有2对孤电子对，前者成键电子对与孤电子对的排斥力较小，因而键角大解析　(1)CH3COOH分子中，—CH3和—COOH上的碳原子的杂化轨道类型分别是sp3和sp2。(2)上的碳原子形成3个σ键和1个π键，采取sp2杂化。(4)G是NH3分子，N原子采取sp3杂化。(5)硫原子形成2个S—S键，还有2对孤电子对，杂化方式为sp3。(6)H2O和H3O＋中的氧原子均采取sp3杂化，其键角的差异是由成键电子对与孤电子对的斥力差异所造成的。