2018-2019學年高中化學 專題4 分子空間結構與物質(zhì)性質(zhì) 第一單元 第1課時 分子的空間構型學案 蘇教版選修3.docx

第1課時分子的空間構型目標導航1.能用雜化軌道理論、價層電子對互斥模型及等電子原理解釋或預測一些分子或離子的空間構型。2.知道一些常見簡單分子的空間構型(如甲烷、氨分子、苯、乙烯等)。一、雜化軌道理論1用雜化軌道理論解釋甲烷分子的形成及結構根據(jù)雜化軌道理論，C原子是CH4分子的中心原子，其基態(tài)外圍電子排布為2s22p2p2p，在形成CH4分子的過程中，C原子的1個2s電子激發(fā)到2p空軌道，只有一個未成對電子的2s軌道與3個均含有未成對電子的2p軌道混合起來，形成能量相等，成分相同的4個完全等同的sp3雜化軌道。然后，中心原子C以夾角均為109.5的4個完全等同的sp3雜化軌道，分別與4個H原子的1s軌道重疊，形成4個sp3s型的鍵，故CH4分子的空間構型為正四面體。雜化軌道理論很好地解釋了甲烷分子的正四面體結構。2用雜化軌道理論解釋BF3和BeCl2分子的形成及結構B原子的基態(tài)電子排布式為1s22s22p，在形成BF3分子的過程中，硼原子的一個2s電子激發(fā)到一個空的2p軌道中，1個2s軌道和2個2p軌道發(fā)生雜化，形成能量相同、成分相同的3個sp2雜化軌道。B原子的三個sp2雜化軌道間的夾角為120，因此BF3具有平面三角形結構。Be原子的基態(tài)電子排布式是1s22s2，在形成BeCl2分子的過程中，Be的一個2s電子可以進入2p軌道，Be原子的1個2s軌道和1個2p軌道發(fā)生雜化，形成能量相等、成分相同的2個sp雜化軌道，Be原子的2個sp雜化軌道間的夾角為180，因此BeCl2為直線形分子構型。3用雜化軌道理論分析乙烯和乙炔分子的成鍵情況在乙烯分子中，C原子由1個s軌道和2個p軌道進行雜化，組成3個等同的sp2雜化軌道，sp2雜化軌道夾角成120。乙烯中兩個碳原子各用1個sp2軌道重疊形成1個CC 鍵外，各又以2個sp2雜化軌道分別與2個氫原子的1s軌道重疊，形成4個鍵，這樣形成的5個鍵在同一平面上，每個C原子還剩下1個py軌道，它們垂直于這5個鍵所在平面，互相平行電子的自旋方向相反，沿著x軸平行地側(cè)面重疊，形成鍵。在乙炔分子中碳原子由1個2s軌道和1個2p軌道進行雜化，組成2個sp雜化軌道。2個sp雜化軌道夾角為180，在乙炔分子中，兩個碳原子各以1個sp軌道互相重疊，形成1個CC 鍵，每一個碳原子又各以1個sp軌道分別與1個氫原子形成鍵，此外每個碳原子還有2個互相垂直的未雜化的2p軌道，它們與另一個碳的2個2p軌道兩兩互相側(cè)面重疊形成兩個鍵。4雜化軌道的類型與分子空間構型的關系雜化類型spsp2sp3參與雜化的原子軌道及數(shù)目ns111np123雜化軌道數(shù)目234雜化軌道間的夾角180120109.5雜化軌道示意圖空間構型直線形平面三角形正四面體實例BeCl2、CO2、CS2BCl3、BF3、BBr3CF4、SiCl4、SiH4議一議1氨氣分子中氮原子的原子軌道也是發(fā)生sp3雜化，為什么氨氣空間構型與甲烷不同？答案NH3中N原子為sp3雜化，形成4個sp3雜化軌道，但NH3分子空間構型不是正四面體型，而是三角錐型，是因為氮原子形成NH3時有一對孤電子對。2指出下列原子的雜化軌道類型、分子的結構式和空間構型。(1)CO2分子中的C采用_雜化，分子結構式為_，空間構型為_。(2)CH2O中的C采用_，分子的結構式為_，空間構型為_。(3)CH4分子中的C采用_雜化，分子的結構式為_，空間構型為_。(4)H2S分子中的S采用_雜化，分子的結構式為_，空間構型為_。(5)BeH2分子的中Be采用_雜化，分子結構式為_，空間構型為_。(6)BBr3分子中的Be采用_雜化，分子的結構式為_，空間構型為_。(7)PH3分子中的P采用_雜化，分子的結構式為_，空間構型為_。答案(1)spO=C=O直線形(2)sp2平面三角形(3)sp3正四面體型(4)sp3V形(5)spHBeH直線形(6)sp2平面正三角形(7)sp3三角錐型二、價層電子對互斥模型1價層電子對互斥模型的基本內(nèi)容：分子中的價電子對(包括成鍵電子對和孤電子對)由于相互排斥作用，盡可能趨向彼此遠離。(1)當中心原子的價電子全部參與成鍵時，為使價電子斥力最小，就要求盡可能采取對稱結構。(2)當中心原子的價電子部分參與成鍵時，未參與成鍵的孤電子對與成鍵電子對之間及孤電子對之間、成鍵電子對之間的斥力不同，從而影響分子的空間構型。(3)電子對之間的夾角越大，相互之間的斥力越小。2價層電子對互斥模型與分子的幾何構型(1)中心原子中的價電子全部參與形成共價鍵的分子的幾何構型如下表所示(由中心原子周圍的原子數(shù)m來預測)：ABm幾何構型示例m2直線形CO2、BeCl2m3平面三角形CH2O、BF3m4正四面體型CH4、CCl4(2)中心原子上有孤電子對(價電子中未參與形成共價鍵的電子對)的分子的幾何構型：中心原子上的孤電子對占據(jù)中心原子周圍的空間，與成鍵電子互相排斥，使分子的幾何構型發(fā)生變化，如：H2O、NH3等。議一議1若ABm的中心原子A上沒有未用于形成共價鍵的孤電子對，運用價層電子對互斥模型，下列說法正確的是()A若m2，則分子的空間構型為V形B若m3，則分子的空間構型為三角錐型C若m4，則分子的空間構型為正四面體型D以上說法都不正確答案C解析若中心原子A上沒有未用于成鍵的孤電子對，則根據(jù)斥力最小的原則，當m2時，分子結構為直線形；m3時，分子結構為平面三角形；m4時，分子結構為正四面體型。2CH4、NH3、H2O中心原子的雜化類型都為sp3，鍵角為什么依次減??？試用價層電子對互斥模型解釋。答案CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3雜化，中心原子的孤電子對數(shù)依次為0個、1個、2個。由于孤電子對比成鍵電子對更靠近中心原子的原子核，對共用電子對的排斥作用使鍵角變小，孤電子對數(shù)越多排斥作用越大，鍵角越小。三、等電子體的判斷和應用1等電子原理原子總數(shù)相同、價電子總數(shù)相同的分子或離子具有相同的結構特征。2等電子體滿足等電子原理的分子或離子稱為等電子體。如CO和N2具有相同的原子總數(shù)和相同的價電子總數(shù)，屬于等電子體，它們的許多性質(zhì)相似。3應用舉例等電子體具有相似的化學鍵特征和空間構型，它們的許多性質(zhì)是相似的，利用等電子原理可以判斷某些分子或離子的空間構型。(1)CO、CN等與N2互為等電子體，則CO和CN的結構式分別為CO、CN。(2)CS2、N2O等與CO2互為等電子體，則CS2的結構式為S=C=S，空間構型為直線形。(3)NO、CO、SO3等與BF3互為等電子體，則NO的空間構型為平面三角形。(4)PH3、H3O、AsH3等與NH3互為等電子體，則PH3、H3O、AsH3的空間構型為三角錐型。(5)SO、PO、SiO、SiCl4、CCl4等互為等電體，則SO、PO等空間構型為正四面體。議一議1已知CN與N2互為等電子體，則HCN分子中鍵與鍵的數(shù)目之比為多少？答案11。HCN中CN與N2結構相同，含有三個鍵，一個鍵和兩個鍵；另外H和C之間形成一個鍵，所以HCN分子中鍵與鍵數(shù)目之比為22，即為11。2分別寫出與N2、CO2互為等電子體的分子或離子。答案CO、C、O；CS2、N2O、CSO、SCN、N一、雜化軌道理論及分子空間構型與雜化軌道類型的關系1雜化軌道理論要點(1)只有能量相近的原子軌道才能雜化。(2)雜化軌道數(shù)目和參與雜化的原子軌道數(shù)目相等，雜化軌道能量相同。(3)雜化改變原有軌道的形狀和伸展方向，使原子形成的共價鍵更牢固。(4)雜化軌道為使相互間的排斥力最小，故在空間取最大夾角分布，不同的雜化軌道伸展方向不同。(5)雜化軌道只用于形成鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對。(6)未參與雜化的p軌道可用于形成鍵。2中心原子軌道雜化類型的判斷方法1：根據(jù)價層電子對數(shù)判斷雜化軌道只能用于形成鍵或者用來容納孤電子對，而兩個原子之間只能形成一個鍵，故有下列關系：雜化軌道數(shù)價層電子對數(shù)中心原子孤電子對數(shù)中心原子結合的原子數(shù)。根據(jù)雜化軌道數(shù)判斷雜化類型，如下表所示：ABm型分子中心原子價層電子對數(shù)中心原子孤電子對數(shù)中心原子結合的原子數(shù)雜化軌道類型示例AB2202spBeCl2、CO2312sp2SO2422sp3H2O、H2SAB3303sp2BF3、SO3、CH2O413sp3NH3、PCl3AB4404sp3CH4、CCl4方法2：根據(jù)共價鍵類型判斷由于雜化軌道只用于形成鍵或容納孤電子對，未參與雜化的軌道可用于形成鍵，故有如下規(guī)律：(1)中心原子形成1個叁鍵，則其中有2個鍵，是sp雜化，如：CHCH。(2)中心原子形成2個雙鍵，則其中有2個鍵，是sp雜化，如：O=C=O。(3)中心原子形成1個雙鍵，則其中有1個鍵，是sp2雜化，如：，CH2=CH2。(4)中心原子只形成單鍵，則按方法1判斷。方法3：根據(jù)等電子原理判斷等電子體的結構相似、空間構型也相似，中心原子雜化類型相同。如：H2O和H2S，CO2、CS2和N2O，BF3、SO3、NO和CO，CCl4、SO和PO，NF3，PCl3和SO等。3分子的空間構型與雜化類型的關系(1)當雜化軌道全部用于形成鍵時，分子或離子的空間構型與雜化軌道的空間構型相同。sp雜化：直線形；sp2雜化：平面三角形；sp3雜化：正四面體構型(或四面體構型)。(2)當雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時，孤電子對對成鍵電子對的排斥作用，會使分子或離子的空間構型與雜化軌道的形狀有所不同。ABm型分子中心原子雜化類型中心原子孤電子對數(shù)空間構型實例AB2sp0直線形CO2、CS2、BeCl2、HCN、N2O等AB3sp20平面三角形BF3、BCl3、BBr3、SO3、CH2O、NOAB2sp21V形SO2AB4sp30正四面體型CH4、SiF4、NH、SO、PO、SiOAB31三角錐型NH3、PCl3、NF3、H3OAB2或(B2A)2V形H2S、NH例1下列分子中的中心原子雜化軌道類型相同的是()ACO2與SO2BCH4與NH3CBeCl2與BF3DC2H4與C2H2解析中心原子雜化軌道數(shù)中心原子價電子對數(shù)(中心原子的價電子數(shù)配位原子的成鍵電子數(shù))實例價電子對數(shù)雜化類型BeCl2n(22)2spBF3n(33)3sp2CO2n(40)2spSO2n(60)3sp2CCl4n(44)4sp3NH3n(53)4sp3C2H2和C2H4中每個碳原子連接的原子個數(shù)分別為2、3個，每個C原子分別形成2個鍵、2個鍵和3個鍵、1個鍵，C原子雜化類型分別為sp雜化、sp2雜化。答案B解題反思(1)ABm型分子或離子中心原子雜化類型的判斷思路：價層電子對互斥模型中心原子價電子對數(shù)中心原子雜化軌道數(shù)中心原子雜化類型。(2)含雙鍵或叁鍵的分子中心原子的雜化軌道類型：根據(jù)中心原子鍵數(shù)目判斷：如CO2、C2H2、C2H4、CH3CH3分子中C原子鍵數(shù)目分別為2、2、3、4；碳原子雜化軌道類型分別為sp、sp、sp2、sp3雜化。變式訓練1根據(jù)價層電子對互斥模型及原子的雜化軌道理論判斷NF3分子的空間構型和中心原子的雜化方式為()A直線形sp雜化B三角形sp2雜化C三角錐型sp2雜化D三角錐型sp3雜化答案D解析根據(jù)價層電子對互斥模型可知，NF3分子中N原子價電子對數(shù)為(53)4，N原子價電子對空間構型為四面體型，N原子周圍有1對孤電子對，故NF3為三角錐型。根據(jù)雜化軌道理論可知，NF3分子中N原子雜化軌道數(shù)N原子孤電子對數(shù)N原子鍵數(shù)N原子價電子對數(shù)4。解題反思二、利用價層電子對互斥模型判斷分子或離子的空間構型1價層電子對互斥模型的基本要點(1)ABm型分子或離子的空間構型取決于中心原子A價層電子對(包括成鍵電子對即鍵電子對和孤電子對)的相互排斥作用，分子的空間構型采取價層電子對相互排斥作用最小的那種結構。(2)若價電子對全部是成鍵電子對(即鍵電子對)，為使價電子對之間斥力最小則盡可能采取對稱空間結構，若價電子對包含孤電子對時，則孤電子對和成鍵電子對之間、孤電子對之間和成鍵電子對之間的排斥作用不同，從而影響分子或離子的空間構型。(3)價電子對之間的相互排斥作用大小的一般規(guī)律：叁鍵與叁鍵>叁鍵與雙鍵>雙鍵與雙鍵>雙鍵與單鍵>單鍵與單鍵。孤電子對與孤電子對>孤電子對與成鍵電子對>成鍵電子對與成鍵電子對。(4)ABm型分子或離子價電子對數(shù)目和價電子對幾何構型的關系：ABm價電子對數(shù)孤電子對數(shù)成鍵電子對數(shù)價電子對幾何構型分子或離子空間構型m2202直線形直線形m3303平面三角形平面三角形312平面三角形V形m4404正四面體正四面體型413四面體三角錐型422四面體V形特別提醒(1)價層電子對互斥模型指的是價電子對的幾何構型，而分子的空間構型指的是成鍵電子對的空間構型，不包括孤電子對。(2)當中心原子無孤電子對時，分子的空間構型與價電子對的幾何構型一致；當中心原子有孤電子對時，分子的空間構型與價電子對的幾何構型不一致。2利用價層電子對互斥模型確定ABm型分子或離子空間構型的步驟(1)確定中心原子A價電子對數(shù)目利用公式n在計算中心原子的價電子對數(shù)時應注意如下規(guī)定：作為配位原子，鹵素原子和H原子提供1個電子，氧族元素的原子不提供電子；作為中心原子，鹵素原子按提供7個電子計算，氧族元素的原子按提供6個電子計算；對于復雜離子，在計算價電子對數(shù)時，還應加上負離子的電荷數(shù)或減去正離子的電荷數(shù)。如PO中P原子價電子數(shù)應加上3，而NH中N原子的價電子數(shù)應減去1；計算電子對數(shù)時，若剩余1個電子，即出現(xiàn)奇數(shù)電子，也把這個單電子當作1對電子處理；雙鍵、叁鍵等多重鍵作為1對電子看待。(2)確定價電子對的幾何構型根據(jù)中心原子A的價電子對數(shù)，找出對應的幾何構型價電子對數(shù)(n)234幾何構型直線形平面三角形正四面體(3)確定分子或離子的空間構型若中心原子A無孤電子對，則分子或離子的空間構型為價電子對的幾何構型。若中心原子A有孤電子對，則分子或離子的空間構型為略去中心原子孤電子對后的成鍵電子對的空間構型。特別提醒可以根據(jù)孤電子對、成鍵電子對之間的相互排斥力的大小，確定排斥力最小的穩(wěn)定結構，并推測這種結構對價層電子對互斥模型的偏離程度。例2利用價層電子對互斥模型推測下列分子或離子的空間構型。(1)H2Se_；(2)OF2_；(3)BCl3_；(4)NF3_；(5)SiCl4_；(6)SO2_。解析ABm型分子中價電子對數(shù)n價電子對數(shù)成鍵電子對數(shù)(鍵)孤電子對數(shù)微粒價電子對數(shù)孤電子對數(shù)價電子對幾何構型分子空間構型H2Se42四面體V形OF242四面體V形BCl330平面三角形平面三角形NF341四面體三角錐型SiCl440正四面體正四面體型SO231平面三角形V形答案(1)V形(2)V形(3)平面三角形(4)三角錐型(5)正四面體(6)V形變式訓練2根據(jù)價層電子對互斥模型，判斷下列分子或者離子的空間構型不是三角錐型的是()APCl3BH3OCHCHO DPH3答案C解析PCl3分子中P原子的成鍵電子對數(shù)為3，孤電子對數(shù)為1，其價電子對的幾何構型為四面體，分子的空間構型為三角錐型；同理，H3O和PH3分子的成鍵電子對數(shù)和孤電子對數(shù)均分別為3和1，分子的空間構型為三角錐型；HCHO分子的中心原子的價電子都用來形成共價鍵，中心原子周圍的原子數(shù)為3，空間構型為平面三角形。故選C。解題反思確定ABm型分子或離子空間構型的思路鍵電子對數(shù)中心原子上的孤電子對數(shù)中心原子上的價電子對數(shù)價層電子對互斥模型分子或離子的空間構型。三、等電子原理及應用1判斷方法原子總數(shù)相同，價電子總數(shù)相同的分子或離子。2應用等電子體的許多性質(zhì)是相近的，空間構型是相同的。利用等電子體可以：判斷一些簡單分子或離子的空間構型；利用等電子體在性質(zhì)上的相似性制造新材料；利用等電子原理針對某物質(zhì)找等電子體。3常見等電子體及空間構型類型實例空間構型雙原子10電子(價電子，下同)的等電子體N2、CO、NO、C、CN直線形三原子16電子的等電子體CO2、CS2、N2O、CNO、NO、N、BeCl2(g)、CNS直線形三原子18電子的等電子體NO、O3、SO2V形四原子24電子的等電子體NO、BF3、SO3(g)、CO、BO平面三角形五原子32電子的等電子體SiF4、PO、CCl4、BF、SO正四面體七原子48電子的等電子體SF6、PF、SiF正八面體例3(1)根據(jù)等電子原理，僅由第2周期元素組成的共價分子中，互為等電子體的是_和_；_和_。(2)根據(jù)等電子原理，由短周期元素組成的粒子，只要其原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同，也可互稱等電子體，它們也具有相似的結構特征。在短周期元素組成的物質(zhì)中，與NO互為等電子體的分子有：_。解析(1)僅由第2周期元素組成的共價分子中，即C、N、O、F組成的共價分子，如N2與CO價電子總數(shù)均為10，CO2與N2O價電子總數(shù)均為16個電子。(2)依題意，只要原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和也相同，即可互稱等電子體，NO為三原子，各原子最外層電子數(shù)之和為(5621)18，SO2、O3也為三原子，各原子最外層電子數(shù)之和為6318。答案(1)N2COCO2N2O(2)SO2、O3解題反思等電子體的確定方法(1)將粒子中的兩個原子換成原子序數(shù)分別增加n和減少n(n1,2等)的原子，如N2與CO、N和CNO互為等電子體。(2)將粒子中的一個或幾個原子換成原子序數(shù)增加(或減少)n的元素帶n個單位電荷的陽離子(或陰離子)，如N2O和N互為等電子體。(3)同主族元素最外層電子數(shù)相同，故可將粒子中一個或幾個原子換成同主族元素原子，如O3與SO2、CO2與CS2互為等電子體。(4)互為等電子體的微粒分別再增加一個相同的原子或同主族元素的原子，如N2O與CO2互為等電子體。變式訓練3根據(jù)等電子原理，回答下列問題。(1)CO分子的結構式為_。(2)已知反應CaC22H2OCHCHCa(OH)2。CaC2中C與O互為等電子體，O的電子式可表示為_；1 mol O中含有的鍵的數(shù)目為_。(3)二氧化鈦(TiO2)是常用的、具有較高催化活性和穩(wěn)定性的光催化劑，常用于污水處理。O2在其催化作用下，可將CN氧化成CNO，進而得到N2。寫出一種與CN互為等電子體的單質(zhì)分子的結構式：_，根據(jù)等電子原理寫出CO、HCN分子的結構式：_、_。與CNO互為等電子體的分子、離子化學式分別為_、_(各寫一種)。CNO的空間構型為_，CNO中鍵與鍵的個數(shù)比為_。答案(1)CO(2)OO22NA(或1.2041024)(3)NNCOHCNCO2(或N2O、CS2、BeCl2等)N直線形11解析根據(jù)等電子原理、原子總數(shù)、價電子總數(shù)相同的分子或離子具有相似的結構特征和許多相近的性質(zhì)來回答問題。(1)CO與N2互為等電子體，故CO結構式為CO。(2)由CaC2與H2O反應的產(chǎn)物CHCH，可推知CaC2中存在C，其電子式為CC2，故C的等電子體O的電子式為OO2，1個OO鍵中含有1個鍵和2個鍵，所以1 mol O中含有2NA或1.2041024個鍵。(3)用O原子替換CN中的N原子，同時減少1個負電荷，用N原子替換CN中的C原子，同時減少1個負電荷，分別得到CN的兩種等電子體CO和N2。根據(jù)等電子體原理可推知CO和CN的結構式分別為CO，CN，則HCN的結構式為HCN。用O原子替換CNO中的N原子同時要去掉1個負電荷可得CNO的等電子體CO2，用S替換CO2中的O原子得等電子體CS2，CO與N2互為等電子體，用N2替換CNO中的CO可得等電子體N，用N原子替換CNO中的C原子同時要去掉1個負電荷得其等電子體N2O，CO2的結構式為O=C=O，所以CNO的結構式為N=C=O，空間構型為直線形，鍵與鍵的數(shù)目比為2211。解題反思確定分子或離子的空間構型(或共價鍵類型)的思路未知分子或離子的化學式已知結構的分子或離子的化學式已知分子或離子的空間構型(或共價鍵類型)未知分子或離子的空間構型(或共價鍵類型)。1下列關于雜化軌道的說法錯誤的是()A所有原子軌道都參與雜化B同一原子中能量相近的原子軌道參與雜化C雜化軌道能量集中，有利于牢固成鍵D雜化軌道中不一定有電子答案A解析參與雜化的原子軌道，其能量不能相差太大，如1s與2s、2p能量相差太大，不能形成雜化軌道，即只有能量相近的原子軌道才能參與雜化，故A項錯誤，B項正確；雜化軌道的電子云一頭大一頭小，成鍵時利用大的一頭，可使電子云重疊程度更大，形成牢固的化學鍵，故C項正確；并不是所有的雜化軌道中都會有電子，也可以是空軌道，也可以有一對孤電子對(如NH3、H2O的形成)，故D項正確。2下列分子的空間構型可用sp2雜化軌道來解釋的是()BF3CH2=CH2CHCHPH3CH4ABCD答案A解析BF3、PH3、CH4中心原子的雜化軌道數(shù)分別為(33)3、(53)4、(44)4，所以B、P、C的雜化類型分別為sp2、sp3、sp3雜化。雙鍵C原子采取sp2雜化、叁鍵C原子采取sp雜化，C2H4中C原子為sp2雜化，C2H2中C原子為sp雜化。C6H6中的C原子采取sp2雜化。3下列關于雜化軌道的敘述正確的是()A雜化軌道可用于形成鍵，也可用于形成鍵B雜化軌道可用來容納未參與成鍵的孤電子對CNH3中氮原子的sp3雜化軌道是由氮原子的3個p軌道與氫原子的s軌道雜化而成的D在乙烯分子中1個碳原子的3個sp2雜化軌道與3個氫原子的s軌道重疊形成3個CH 鍵答案B解析雜化軌道只用于形成鍵，或用來容納未參與成鍵的孤電子對，不能用來形成鍵，故B正確，A不正確；NH3中氮原子的sp3雜化軌道是由氮原子的1個s軌道和3個p軌道雜化而成的，C不正確；在乙烯分子中，1個碳原子的3個sp2雜化軌道中的2個sp2雜化軌道與2個氫原子的s軌道重疊形成2個CH 鍵，剩下的1個sp2雜化軌道與另一個碳原子的sp2雜化軌道重疊形成1個CC 鍵，D不正確。4下列離子的價電子對幾何構型與其空間構型一致的是()ASOBClOCNODClO答案B解析SO中的價電子對數(shù)為4，且含一對孤電子對，所以其價電子對幾何構型為四面體結構，而SO空間構型為三角錐型，A項錯誤；ClO中價電子對數(shù)為4，不含孤電子對，所以其價電子對幾何構型與其空間構型一致，B項正確；NO的價電子對數(shù)為3，其中含有一對孤電子對，其價電子對幾何構型與其空間構型不一致，C項錯誤；ClO的價電子對數(shù)為4，也含有一對孤電子對，D項錯誤。5(1)寫出與OH互為等電子體的一種分子：_。(2)寫出與NO互為等電子體的兩種微粒：_。(3)寫出與C2O互為等電子體的一種分子：_。(4)寫出與NH互為等電子體的一種分子：_。(5)寫出與NO互為等電子體的一種離子和一種分子：_。(6)寫出與N2H互為等電子體的一種分子：_。答案(1)HF、HCl等(2)CO2、N2O、CNO、SCN、N等(3)N2O4(4)CH4、SiH4等(5)SO3、BF3、CO、SiO等(6)C2H6解析等電子體指的是具有相同的原子總數(shù)和價電子總數(shù)的分子或離子。(1)用F原子替換OH中的O原子，同時去掉1個負電荷得其等電子體HF分子。(2)用1個N原子替換NO中的1個O原子，同時加上1個負電荷得等電子體N2O，用C原子替換NO中的1個N原子，同時加上1個負電荷得等電子體CO2，同理得等電子體N、SCN、CNO等。(3)用2個N原子替換C2O中的2個C原子，同時需要去掉2個負電荷得到C2O等電子體N2O4。(4)用C原子替換NH中的N原子，同時加上1個負電荷得等電子體CH4，用Si原子替換CH4中的C原子得等電子體SiH4。(6)用2個C原子替換N2H中的2個N原子，同時需要加2個負電荷，得等電子體C2H6。6.(1)BCl3和NCl3中心原子的雜化方式分別為_和_。(2)元素Y基態(tài)原子的3p軌道上有4個電子。在Y的氫化物(H2Y)分子中，Y原子軌道的雜化類型是_。.S與O可形成SO。(1)SO的空間構型為_(用文字描述)。(2)寫出一種與SO互為等電子體的分子的化學式：_。答案.(1)sp2sp3(2)sp3.(1)正四面體(2)CCl4或SiCl4等解析.(1)雜化軌道用于形成鍵和容納孤電子對。BCl3分子中硼原子形成3個鍵，無孤電子對，則硼原子采取sp2雜化。NCl3中氮原子形成3個鍵，且有1對孤電子對，則氮原子采取sp3雜化。(2)H2S中S采取sp3雜化。.(1)SO中硫原子采用sp3雜化，SO為正四面體型結構。(2)與SO互為等電子體的分子可以是CCl4或SiCl4等。基礎過關一、原子軌道雜化與分子空間構型1形成下列分子時，中心原子采用sp3雜化軌道和另一個原子的p軌道成鍵的是()PF3CF4NH3H2OABCD答案A解析PF3、CF4、NH3、H2O分子中P原子、C原子、N原子、O原子都采取sp3雜化， NH3和H2O分子中H原子以1s軌道與N或O原子形成鍵，PF3和CF4分子中F原子以2p軌道分別與P和C原子形成鍵。2下列分子或離子中，不存在sp3雜化類型的是()ASO BNH3 CC2H6 DSO2答案D解析A項，在SO中S原子采用sp3雜化類型，錯誤；B項，NH3中N原子采用sp3雜化類型，錯誤；C項，C2H6中C原子采用sp3雜化類型，錯誤；D項，SO2中S原子采用sp2雜化類型，正確。3在SO2分子中，分子的空間構型為V形，S原子采用sp2雜化，那么SO2的鍵角()A等于120 B大于120C小于120 D等于180答案C解析由于SO2分子的價電子對的幾何構型為平面三角形，從理論上講其鍵角應為120，但是由于SO2分子中的S原子有一對孤電子對，對其他的兩個化學鍵存在排斥作用，因此分子中的鍵角要小于120。二、價層電子對互斥模型及其應用4下列分子或離子中，空間構型不是三角錐型的是()APCl3BCHCBBr3DAsH3答案C解析根據(jù)價層電子對互斥模型分析：微粒價電子對數(shù)孤電子對數(shù)價電子對幾何構型分子空間構型CH41四面體型三角錐型PCl341四面體型三角錐型BBr330平面三角形平面三角形AsH341四面體型三角錐型5.下列各組微粒的空間構型相同的是()NH3和H2ONH和H3ONH3和H3OO3和SO2CO2和C2H2SiO和SOA全部B除以外 CD答案C解析氨氣是三角錐型，水是V形，不正確；銨根離子是正四面體型，水合氫離子是三角錐型，不正確；氨氣和水合氫離子均是三角錐型，正確；臭氧和二氧化碳均是V形，正確；CO2和C2H2均是直線形，正確；SiO和SO均是正四面體型，正確，答案選C。6用價層電子對互斥模型預測下列分子或離子的空間構型，其中不正確的是()ANH為正四面體型BCS2為直線形CHCN為折線形(V形) DNCl3為三角錐型答案C解析NH、CS2、HCN、NCl3中心原子價電子對數(shù)分別為4對、2對、2對、4對，價層電子對互斥模型為四面體型、直線形、直線形、四面體型，其中前三者中心原子無孤電子對，空間構型就是價層電子對互斥模型，NCl3分子中有1對孤電子對，所以空間構型為三角錐型。三、等電子原理及應用7已知原子數(shù)和價電子數(shù)相同的離子或分子結構相似，下列分子或離子中與SO有相似結構的是()APCl5BCCl4CNF3DN答案B解析SO的價電子數(shù)為32個，CCl4的原子數(shù)為5，價電子數(shù)為44732，故與SO有相似結構(均為正四面體型)；PCl5分子中價電子數(shù)為57540，NF3分子中價電子數(shù)為57326，N的價電子數(shù)為53116。8N2的結構可以表示為，CO的結構可以表示為，其中橢圓框表示鍵，下列說法中不正確的是()AN2分子與CO分子中都含有叁鍵BCO分子與N2分子中的鍵并不完全相同CN2與CO互為等電子體DN2與CO的化學性質(zhì)相同答案D解析從題圖可以看出，N2分子與CO分子中均含有一個鍵和兩個鍵，所以二者都含有叁鍵，A項正確；N2分子中的鍵是由每個氮原子各提供兩個p電子以“肩并肩”方式形成的，而CO分子中的一個鍵是由氧原子單方面提供電子對形成的，B項正確；N2與CO的原子總數(shù)和價電子總數(shù)均相同，互為等電子體，二者化學性質(zhì)相似，但并不完全相同，C項正確，D項錯誤。9有關理論認為N2O與CO2分子具有相似的結構(包括電子式)；已知N2O分子中氧原子只與一個氮原子相連，下列說法合理的是()AN2O與SiO2為等電子體、具有相似的結構(包括電子式)BN2O的電子式可表示CN2O與CO2均不含非極性鍵DN2O為三角形分子答案B解析A選項，二氧化硅是原子晶體，N2O是分子晶體，所以N2O和SiO2不是等電子體，其結構不同，錯誤；B選項，二氧化碳的電子式為C，二氧化碳和N2O分子具有相似的結構(包括電子式)，且N2O分子中氧原子只與一個氮原子相連，所以N2O的電子式為，正確；C選項，N2O的電子式為，N2O中存在氮氮鍵，所以含有非極性鍵，錯誤；D選項，N2O與CO2分子具有相似的結構，二氧化碳是直線形分子，所以N2O是直線形分子，錯誤。能力提升10含有NaOH的Cu(OH)2懸濁液可用于檢驗醛基，也可用于和葡萄糖反應制備納米Cu2O。(1)Cu基態(tài)核外電子排布式為_。(2)與OH互為等電子體的一種分子為_(填化學式)。(3)醛基中碳原子的軌道雜化類型是_雜化；1 mol乙醛分子中含有鍵的數(shù)目為_。(4)甲醛(CH2O)是最簡單的醛。下列是對甲醛分子中碳氧鍵的判斷，其中正確的是_(填字母)。a單鍵b雙鍵c鍵d鍵e鍵和鍵甲醛分子中碳原子的雜化類型為_雜化，甲醛分子的空間構型為_。甲醛分子中CH鍵與CH鍵間的夾角_(填“>”、“”或“<”)120，出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是_。甲醛(H2C=O)在Ni催化作用下加氫可得甲醇(CH3OH)。甲醇分子內(nèi)C原子的雜化方式為_雜化，甲醇分子內(nèi)的OCH鍵角_(填“大于”、“等于”或“小于”)甲醛分子內(nèi)的OCH鍵角。(5)CH3CH=CH2分子中C原子采取的雜化方式與甲醛不同的是_。(6)EDTA()可以與銅離子形成配合物。其中碳原子軌道的雜化類型為_，氮原子的雜化類型為_。答案(1)1s22s22p63s23p63d10(或Ar3d10)(2)HF(合理即可)(3)sp26NA(或66.021023)(4)besp2平面三角形<碳氧雙鍵中存在鍵，它對CH鍵的排斥作用較強sp3小于(5)甲基上的C采取sp3雜化(6)sp3、sp2sp3解析(1)Cu的原子序數(shù)為29，Cu的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，故Cu的基態(tài)電子排布式為1s22s22p63s23p63d10。(2)用F原子替換OH中的O原子，同時減少1個負電荷，得OH的等電子體HF。(3)醛基結構式為，碳原子形成3個鍵和1個鍵，雜化軌道形成鍵，未雜化軌道形成鍵，故醛基中碳原子采取sp2雜化，1個CH3CHO分子中含6個鍵，4個CH 鍵，1個CC 鍵和1個C=O鍵中的鍵，故1 mol CH3CHO中含有6NA個鍵。(4)甲醛分子中C原子的雜化軌道數(shù)(42)3，所以C原子采取sp2雜化，分子空間構型為平面三角形。醛類分子中都含有C=O鍵，所以甲醛分子中的碳氧鍵是雙鍵。一般來說，雙鍵是鍵和鍵的組合。由于碳氧雙鍵中存在鍵，它對CH鍵的排斥作用較強，所以甲醛分子中CH鍵與CH鍵間的夾角小于120。甲醇分子內(nèi)C的雜化類型為sp3，無孤電子對，OCH 鍵角接近109.5，甲醛分子中C原子的雜化類型為sp2，無孤對電子，OCH鍵角近120，所以甲醇分子內(nèi)OCH鍵角比甲醛分子內(nèi)OCH鍵角小。(5)與甲醛相同的是雙鍵上的C采取sp2雜化，不同的是甲基上的C采取sp3雜化。(6)EDTA分子中CH2上的碳原子形成4個鍵，碳原子采取sp3雜化，COOH上的碳原子形成3個鍵和1個鍵，碳原子采取sp2雜化。氮原子形成3個鍵并有1對孤電子對未參與成鍵，氮原子采取sp3雜化。11回答下列問題：(1)計算下列分子或離子中點“”原子的價電子對數(shù)。Cl4_；eCl2_；Cl3_；Cl3_。(2)計算下列微粒中點“”原子的孤電子對數(shù)。H2 _；Cl5_；F3_；H3_。(3)用價層電子對互斥模型推測下列分子或離子的空間構型。NH_；BBr3_；CHCl3_；SiF4_；NO_；CO_；SO_；SO_。(4)CH4分子中HCH的鍵角為109.5，NH3分子中HNH的鍵角為107.3，H2O分子中HOH的鍵角為104.5。從價層電子對互斥模型分析導致這三種分子鍵角差異的原因是什么？_。答案(1)4234(2)2001(3)V形平面三角形四面體正四面體平面三角形平面三角形三角錐型正四面體(4)CH4、NH3、H2O的價電子對數(shù)均為4，鍵電子對數(shù)分別為4個、3個、2個，CH4分子中碳原子的價電子全部參與成鍵，無孤電子對，為正四面體結構。NH3分子中氮原子上有一對孤電子對參與互相排斥。H2O分子中氧原子上有兩對孤電子對參與互相排斥，排斥作用更大解析(1)價電子對數(shù)(中心原子價電子數(shù)配位原子提供的價電子總數(shù))。CCl4：4；BeCl2：2；BCl3：3；PCl3：4。(2)孤電子對數(shù)價電子對數(shù)鍵電子對數(shù)。H2S：22；PCl5：50；BF3：30；NH3：31。(3)化學式NHBBr3CHCl3SiF4中心原子的價電子對數(shù)(521)4(33)3(44)4(44)4中心原子的鍵數(shù)2344中心原子含有的孤電子對數(shù)2000分子或離子的空間構型V形平面三角形四面體正四面體化學式NOCOSOSO中心原子的價電子對數(shù)(51)3(42)3(62)4(62)4中心原子的鍵數(shù)3334中心原子含有的孤電子對數(shù)0010分子或離子的空間構型平面三角形平面三角形三角錐型正四面體(4)CH4分子中碳原子4個價電子對全部參與成鍵，無孤電子對，為正四面體結構。NH3分子中氮原子價電子對為4個，孤電子對為1個，孤電子對與成鍵電子對之間的排斥作用大于成鍵電子對之間的排斥作用，因此NH3中HNH鍵角小于CH4分子中HCH之間的鍵角。H2O分子中氧原子價電子對為4個，孤電子對為2個，兩個孤電子對參與互相排斥，排斥作用更大，因此，HOH的鍵角更小。如圖所示：12請回答下列各題：(1)寫出與H2O分子互為等電子體的兩種微粒的化學式_、_。(2)寫出一種與NO互為等電子體的微粒的化學式_。(3)寫出一種由第2周期元素組成的且與CO互為等電子體的陰離子的電子式_。(4)二原子14電子的等電子體的共同特點是物質(zhì)中都具有共價叁鍵，請舉出相應的3例子_、_、_(分子或離子)，每分子或離子中含_個鍵，_個鍵。(5)OCN與CO2互為等電子體，則OCN的結構式為_，CaCN2中陰離子為CN，與CN互為等電子體的分子的化學式為_，可推知CN的空間構型為_形。答案(1)H2SNH(2)CO、BF3、SiO、SO3等(3)CN或CC2(4)N2COCN12(5)N=C=OCO2直線解析(1)用S原子替換H2O中的O原子得等電子體H2S；用N原子替換H2O中的O原子且增加1個負電荷得等電子體NH。(2)用C原子或Si原子替換NO中的N原子，同時需增加1個負電荷得等電子體CO、SiO；用S原子替換NO中的N原子，同時需減掉1個負電荷得等電子體SO3；同理推出BF3與SO3為等電子體。(3)用N原子替換CO中的O原子，需增加1個負電荷得等電子體CN；用C原子替換CO中的O原子，需增加2個負電荷得等電子體C，CO、N2、CN、C互為等電子體，故C、CN的電子式與N2相似，分別為CC2、CN。(4)二原子14電子的等電子體有N2、CO、CN、C等，N2的結構式為NN，分子中有1個鍵和2個鍵，其他分子或離子與N2相同。(5)等電子體的結構相似、空間構型相同、CO2的結構式為O=C=O，故OCN的結構式為N=C=O；用2個O原子替換CN中的2個N原子同時需去掉2個負電荷，得其等電子體CO2；用1個O原子替換CN中的1個C原子，同時需去掉2個負電荷，得其另一等電子體N2O，由于CO2為直線形分子，故CN也是直線形分子。拓展探究13等電子體的結構相似、物理性質(zhì)相近，稱為等電子原理。如N2和CO為等電子體。下表為部分元素等電子體分類、空間構型。等電子體類型代表物質(zhì)空間構型四原子24電子等電子體SO3平面三角形四原子26電子等電子體SO三角錐型五原子32電子等電子體CCl4四面體型六原子40電子等電子體PCl5三角雙錐型七原子48電子等電子體SF6八面體型試回答下列問題：(1)寫出下面物質(zhì)分子或離子的空間構型：BrO_，CO_，ClO_。(2)由第2周期元素組成，與F2互為等電子體的離子有_。(3)SF6的空間構型如圖1所示，請再按照圖1的表示方法在圖2中表示OSF4分子中O、S、F原子的空間位置。已知OSF4分子中O、S間為共價雙鍵，S、F間為共價單鍵。答案(1)三角錐型平面三角形正四面體型 (2)O(3)解析(1)BrO為四原子26電子體，所以其結構與SO一樣為三角錐型；CO為四原子24電子體，與SO3的結構相同，為平面三角形；同理可知ClO為正四面體型。(2)F2為雙原子14電子體，所以由第2周期元素組成，與F2互為等電子體的離子為O。(3)SF6為七原子48電子體，空間構型為八面體型，如圖1；OSF4為六原子40電子體，其空間構型為三角雙錐型。