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

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：

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．HCHO

C．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、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　⑤BeCl2

A．⑤④①②③   B．④①②⑤③

C．⑤①④②③   D．③②④①⑤

答案　C

解析　

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。