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2.2.1分子结构的测定和多样性、价层电子对互斥模型—高二化学人教版（2019）选修二课前导学
一、分子结构的测定
早年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，现代科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法，如_________、__________________等。
1．红外光谱在测定分子结构中的应用
分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些_________键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现_________。通过和已有_________比对，或通过_________计算，可以得知各吸收峰是由哪种_________、哪种________方式引起的，综合这些信息，可分析分子中含有何种_________或_________的信息。
2．质谱法在测定分子相对分子质量中的应用
现代化学常利用质谱仪测定分子的相对分子质量。它的基本原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带_________的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的离子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场得以分离，在记录仪上呈现一系列峰，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的相对分子质量。
二、多样的分子空间结构
单原子分子(稀有气体分子)、双原子分子不存在空间结构，多原子分子中存在原子的几何学关系和形状，即所谓“分子的空间结构”。
1．三原子分子
化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称
CO2 O==C==O _________ _________
H2O _________ _________
2.四原子分子
化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称
CH2O 约120° _________
NH3 _________ _________
3．五原子分子
化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称
CH4 _________ _________
CCl4 _________ _________
4.其他多原子分子的空间结构
三、价层电子对互斥模型
1．价层电子对互斥模型(VSEPR model)：对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的σ_________和未成键的_________)之间由于存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对_________最弱的那种结构，以使彼此之间_________最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定。
2．价层电子对的计算
(1)中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。
(2) σ键电子对数的计算
由化学式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。如H2O分子中， O有____对σ键电子对。NH3分子中， N有____对σ键电子对。
(3)中心原子上的孤电子对数的计算
中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)
①a表示中心原子的价电子数；
对主族元素：a＝__________________；
对于阳离子：a＝____________________________________；
对于阴离子：a＝____________________________________。
②x表示与_________结合的原子数。
③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子＝___________________________。
3．价层电子对的空间结构(即VSEPR模型)
　 　　
价层电子对数目：2　　　　　3　　　　　　4
VSEPR模型：_________　_________　　_________
4．VSEPR模型的应用——预测分子空间结构
由价层电子对的相互排斥，得到含有孤电子对的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的_________，便可得到分子的空间结构。
(1)中心原子不含孤电子对
分子或离子 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型及名称 分子(或离子)的空间结构及名称
CO2 ____ ____ 直线形 直线形
CO ____ ____ 平面三角形 平面三角形
CH4 ____ ____ 正四面体形 正四面体形
(2)中心原子含孤电子对
分子或离子 价层电子对数 孤电子对数 VSEPR模型及名称 分子的空间结构及名称
NH3 ____ ____ 四面体形 三角锥形
H2O ____ ____ 四面体形 V形
SO2 ____ ____ 平面三角形 V形
(3)若ABn型分子中，A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成，则价层电子对互斥模型把双键或三键作为一对电子对看待。
(4)由于孤电子对有较大斥力，含孤电子对的分子的实测键角几乎都小于VSEPR模型的预测值。
价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对－孤电子对＞孤电子对－成键电子对＞成键电子对－成键电子对。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减小，键角也减小。
(5)价层电子对互斥模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。
5.分子空间结构的确定思路
中心原子价层电子对数n


分子的空间结构——略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间
【答案】
一、化学性质 红外光谱 晶体X射线衍射
1.化学键 吸收峰 谱图库 量子化学 化学键 振动 化学键 官能团
2.正电荷
二、1. 180° 直线形 105° V形
2.平面三角形 107° 三角锥形
3.109°28′ 正四面体形 109°28′ 正四面体形
三、1.σ键电子对 孤电子对 相互排斥 斥力
（2）2 3 （3）①最外层电子数 价电子数－离子所带电荷数 价电子数＋离子所带电荷数 ② 中心原子 ③ 8－该原子的价电子数
直线形　 平面三角形　　正四面体形
孤电子对 （1）2 0 3 0 4 0 （2）4 1 4 2 3 1
(1)四原子分子一定都是平面三角形或三角锥形(　　)
(2)正四面体形的键角均为109°28′(　　)
(3)SiCl4、SiH4、NH、CH3Cl均为正四面体结构(　　)
(4)SF6分子的空间结构为正八面体形(　　)
(5)椅式C6H12比船式C6H12稳定(　　)
(6)分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构是相同的(　　)
(7)所有的三原子分子都是直线形结构(　　)
(8)SO2与CO2的分子组成相似，故它们分子的空间结构相同(　　)
(9)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的键角小于180°(　　)
(10)根据价层电子对互斥模型可以判断H3O＋与NH3的分子(或离子)的空间结构一致(　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√ (6)×　(7)×　(8)×　(9)√　(10)√
1．价层电子对的VSEPR模型与分子的空间结构一定一致吗？什么时候一致？
【答案】不一定一致，中心原子有孤电子对时，二者结构不一致；当中心原子无孤电子对时，二者结构一致。
2．试解释CH4键角(109°28′)、NH3键角(107°)、H2O键角(105°)依次减小的原因。
【答案】CH4分子中的C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1个孤电子对，H2O分子中O原子上有2个孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角依次减小。
3．乙醇和乙酸可以用“价层电子对相互排斥而尽量远离”的原则快速地判断它们的分子结构。
(1)根据上述图示，结合价层电子对互斥模型，分析判断乙醇分子中C—O—H的空间结构是什么？
【答案】乙醇分子结构中，羟基上的氧原子有2个成键电子对和2个孤电子对(见图中乙醇结构的①、②、③、④)，价层电子对数是4，共有4个空间取向，中心氧原子上的价电子对相互排斥而远离，呈四面体形，略去中心原子(氧原子)上的孤电子对可得C—O—H呈V形。
(2)根据上述图示，结合价层电子对互斥模型分析判断乙酸分子结构中的空间结构是什么？
【答案】在乙酸分子中，中心原子是羰基()上的碳原子，中心碳原子(羰基碳)上有3个成键电子对(见图中乙酸结构中的①、②、③)，孤电子对数为0；上的成键电子对仅有一个空间取向，因此，中心碳原子的价电子对共有3个空间取向，相互排斥而远离，因此，呈平面三角形。
(3)根据上述图示，结合价层电子对互斥模型分析乙醇、乙酸分子中的空间结构是什么？
【答案】在乙醇、乙酸分子结构中，甲基碳()是中心原子，中心碳原子上的价层电子对数是4，孤电子对数是0，中心碳原子上的4对成键电子对共有4个空间取向，相互排斥而远离，故呈四面体结构。
1．下列分子或离子中,含有孤电子对最多的是( )
A.H2S B.NH3 C.H3O+ D.
2．下列分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是( )
A. B. C. D.
3．下列分子的空间构型为平面三角形的是( )
A. B. C. D.
4．下列分子或离子中，键角由大到小排列正确的是( )
①
②
③
④
⑤
A.⑤④①②③ B.⑤①④②③ C.④①②⑤③ D.③②④①⑤
5．用价层电子对互斥理论预测H2O和BF3的立体结构，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；平面正三角形
6．若ABn的中心原子A上没有孤电子对，运用价层电子对互斥模型下列说法正确的是( )
A.若n＝2，则分子的立体构型为V形 B.若n＝3，则分子的立体构型为三角锥型
C.若n＝4，则分子的立体构型为正四面体型 D.以上说法都不正确
7．下列化学用语使用正确的是( )
A.甲胺的电子式：
B.某烷烃名称为2，5-二甲基戊烷
C.中子数为7的碳原子：
D.的价层电子对互斥模型：
8．下列正确的组合是( )
编号 化学式 价层电子对互斥模型 空间结构
① 直线形 直线形
② HCHO 平面三角形 三角锥形
③ 正四面体形 平面三角形
④ 正四面体形 正四面体形
A.①② B.②③ C.②④ D.①④
答案以及解析
1．答案：A
解析：A.硫化氢分子中孤电子对个数=(6-2×1)=2;
B.氨气分子中孤电子对个数=(5-3×1)=1;
C.水合氢离子中孤电子对个数=(6-1-3×1)=1;
D.铵根离子中孤电子对个数=(5-1-4×1)=0;
所以孤电子对个数最多的是硫化氢,
故选A.
2．答案：A
解析：A.中氮原子最外层电子数=5+3=8，氯原子最外层电子数，所以所有原子都满足最外层8电子结构，故A正确； B.中硫原子最外层电子数=6+6=12，所以S原子不满足8电子结构，故B错误； C.中氢原子最外层电子数=1+1=2，所以H原子不满足8电子结构，故C错误； D.中B原子最外层电子数=3+3=6，所以B原子不满足8电子结构，故D错误；故选A.
3．答案：B
解析：A.分子中N原子为杂化，含一对孤电子对，空间构型为三角锥形，A不符合题意；
B.中B原子价层电子对数为，不含孤电子对，空间构型为平面三角形，B符合题意；
C.中N原子价层电子对数为，含一对孤电子对，空间构型为三角锥形，C不符合题意；
D.中两个C原子均为sp杂化，不含孤电子对，空间构型为直线形，D不符合题意；
综上所述答案为B。
4．答案：A
5．答案：D
6．答案：B
7．答案：D
解析：A.甲胺中N为8电子结构，电子式：，A错误；
B.有机物系统命名法选主链：选最长碳链为主链；应该为2-甲基己烷，B错误；
C.核素的表示方法为：元素符号左下角为质子数，左上角为质量数；中子数为7的碳原子可表示为：，C错误；
D.的中心原子S原子的价层电子对数为，价层电子对互斥模型为平面三角形，D正确；
故选D。
8．答案：D
解析：甲醛分子的中心C原子的价层电子对数为3，价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，分子的空间结构为平面三角形，②错误；分子的价层电子对数为3，价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，分子的空间结构为平面三角形，③错误；故选D。2.2.2杂化轨道理论—高二化学人教版（2019）选修二课前导学
1．杂化轨道的含义
在外界条件影响下，原子内部__________的原子轨道重新组合形成_______________的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做______________，简称__________。
2．杂化轨道理论要点
(1)原子在成键时，同一原子中__________的原子轨道可重新组合成杂化轨道。
(2)杂化前后原子轨道数目_________(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道的能量_________。
(3)杂化改变了原子轨道的________、________。杂化使原子的成键能力________。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更牢固。
(4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间取________夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全________。
3．杂化轨道的类型
(1)sp3杂化轨道——正四面体形
sp3杂化轨道是由________ns轨道和________np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有s和p的成分，sp3杂化轨道间的夹角为________，空间结构为正四面体形。如下图所示。
(2)sp2杂化轨道——平面三角形
sp2杂化轨道是由________ns轨道和________np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有s和p成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形，如下图所示。
(3)sp杂化——直线形
sp杂化轨道是由________ns轨道和________np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有s和p的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如下图所示。
4．杂化轨道类型与分子空间结构的关系
(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道夹角 180° 120° 109°28′
杂化轨道示意图
实例 BeCl2 BF3 CH4
分子结构示意图
分子空间结构 ________ ________ ________
(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。
ABn型分子 中心原子杂化类型 中心原子孤电子对数 空间结构 实例
AB2 sp2 1 ________ SO2
AB3 sp3 1 ________ NH3、PCl3、NF3、H3O＋
AB2或(B2A) 2 ________ H2S、NH
5. 判断中心原子杂化轨道类型的三种方法
(1)根据杂化轨道数目判断
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：杂化轨道数目＝价层电子对数目＝σ键电子对数目＋中心原子的孤电子对数目，再由杂化轨道数目确定杂化类型。
杂化轨道数目 2 3 4
杂化类型 sp sp2 sp3
(2)根据杂化轨道的空间分布判断
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化。
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断
①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。
PS：有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法：饱和碳原子均采取sp3杂化；连接双键的碳原子均采取sp2杂化；连接三键的碳原子均采取sp杂化。
【答案】
1.能量相近 新的原子轨道 杂化原子轨道 杂化轨道
2.（1）能量相近 （2）不变 相同 （3）形状 方向 增加 （4）最大 相同
3.（1）1个 3个 109°28′（2）1个 2个（3）1个 1个
4.（1）直线形 平面三角形 正四面体形（2）V形 三角锥形 V形
(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子(　　)
(2)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
(　　)
(3)只有能量相近的轨道才能杂化(　　)
(4)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键(　　)
(5)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成π键(　　)
(6)杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致(　　)
(7)杂化轨道间的夹角与分子内的键角一定相同(　　)
(8)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键分子其空间结构都是正四面体形(　　)
(9)凡AB3型共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键(　　)
(10)NH3分子的空间结构为三角锥形，则氮原子的杂化方式为sp3(　　)
(11)C2H4分子中的键角都约是120°，则碳原子的杂化方式是sp2(　　)
【答案】(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√ (6)√　(7)×　(8)×　(9)×　(10)√　(11)√
如何判断杂化轨道类型？
【答案】判断杂化轨道类型，首先判断杂化轨道数，杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，由杂化轨道数即可判断杂化轨道类型。
2.CH4、NH3、H2O中心原子的杂化轨道类型都是sp3，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小。
【答案】CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。比较键角时，先看中心原子杂化轨道类型，杂化轨道类型不同时，键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化轨道类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。
1．下列微粒中，中心原子的杂化轨道类型与其他三个不相同的是( )
A. B. C. D.
2．图中1、2、3号碳原子的杂化类型分别是( )
A.sp、、 B.、、sp
C.、sp、 D.sp、、
3．2023年10月8日第19届亚运会在杭州圆满闭幕，本届亚运会秉持“绿色、智能、节俭、文明”的办会理念，首次使用废碳再生的绿色甲醇作为主火炬塔燃料。下列说法中正确的是( )
A.甲醇中O-H是键
B.甲醇分子中的碳原子为手性碳原子
C.甲醇的沸点高于乙醇
D.用轨道表示式表示甲醇中C原子的杂化：
4．含氮化合物应用广泛，下列说法正确的是( )
A.的价层电子对互斥模型为三角锥形
B.的空间构型为平面三角形
C.每个中有6个σ键
D.中的杂化方式不同
5．下列叙述中正确的是( )。
A.为V形的极性分子,形成分子晶体
B.Cl的空间结构为平面三角形
C.氯化硼()的熔点为-107℃,氯化硼液态时能导电而固态时不导电
D.和S的中心原子均为杂化,呈正四面体,S呈三角锥形
6．下列分子或离子空间结构和中心原子的杂化方式有错误的是( )
选项 分子或离子 空间结构 杂化方式
A 苯 平面正六边形
B 正四面体形
C 平面三角形
D 直线形
A.A B.B C.C D.D
7．下列分子或离子的空间结构和中心原子的杂化方式均正确的是( )
A.、平面三角形、杂化 B.、平面三角形、杂化
C.、V形、杂化 D.、三角锥形、杂化
8．下列有关杂化轨道理论的说法中正确的是( )
A.分子呈三角锥形，这是氮原子采取杂化的结果
B.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个杂化轨道
C.中心原子采取杂化的分子，其空间结构一定是四面体形
D.型的分子空间结构必为平面三角形
答案以及解析
1．答案：B
2．答案：C
解析：双键含有1个键,1个键,分子中存在C=C,双键C价层电子对个数=键个数孤电子对个数=30=3,不含孤对电子,所以图中1、2，键为3,C原子采用杂化;-COOH中,碳原子价层电子对个数=30=3,形成3个键,无孤对电子,杂化方式为杂化,所以图中3,键为3,C原子采用杂化,故选D.
3．答案：D
4．答案：B
解析：A.中心原子价层电子对数为，其价层电子对互斥模型为四面体形，故A错误；
B.中心原子价层电子对数为，其空间构型为平面三角形，故B正确；
C.配位键为σ键，因此每个中有8个σ键，故C错误；
D.中C有四个价键，没有孤对电子，其杂化方式为，N有三个价键，还有1对孤对电子，其杂化方式为，故D错误。
综上所述，答案为B。
5．答案：D
6．答案：D
解析：D.中心原子S原子价层电子对数，杂化方式为，价层电子对数互斥模型为平面三角形，有1孤电子对，所以分子的立体构型为V形，故D错误。
7．答案：C
解析：A.中心原子的价层电子对数=，As的杂化方式为，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，选项A错误；
B.的中心原子的价层电子对数，O的杂化方式为，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，选项B错误；
C.中心原子的价层电子对数，Se的杂化方式为，含有两对孤电子对，分子的立体构型为V形，选项C正确；
D.中心原子的价层电子对数，C的杂化方式为，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，选项D错误；
答案选C。
8．答案：B

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