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专题突破 (二)分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论
第二章 分子结构与性质
判断分子(或离子)的空间结构和键角时，要能够正确计算价层电子对数：一是运用计算式推导出价层电子对数；二是看σ键电子对数。
1．利用价层电子对互斥模型判断杂化轨道类型和分子(或离子)的空间
结构
(1)解题思路
①利用价层电子对互斥模型计算中心原子的价层电子对数
②确定VSEPR模型
③推断中心原子的杂化轨道类型
④根据中心原子上是否有孤电子对确定分子(离子)的空间结构
方法整合
(2)ABm型分子(或离子)的空间结构判断方法
2.分子空间结构与杂化轨道的关系
(1)全部为σ键的分子空间结构与杂化类型
中心原子的杂化类型 杂化
轨道数 杂化轨道空间结构 成键电
子对数 孤电子
对数 分子的空
间结构 实　例
分子式 结构式
sp 2 直线形 2 0 直线形 BeCl2 Cl—Be—Cl
sp2 3 平面
三角形 3 0 平面
三角形 BF3
2 1 V形 — —
中心原
子的杂
化类型 杂化
轨道数 杂化轨道空间结构 成键电
子对数 孤电子
对数 分子的空
间结构 实　例
分子式 结构式
sp3 4 正四
面体形 4 0 正四
面体形 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
(2)含σ键和π键的分子空间结构与杂化类型
物质 结构式 杂化轨
道类型 键角 分子的空
间结构
甲醛 sp2 约120° 平面
三角形
乙烯 120° 平面形
氢化氰 H—C≡N sp 180° 直线形
乙炔 H—C≡C—H 180° 直线形
1．下列分子或离子中，VSEPR模型与粒子的空间结构一致的是
A．SO2 B．HCHO
C．NCl3 D．H3O＋
应用体验
当中心原子没有孤电子对时，VSEPR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
①CS2为V形分子
②ClO 的空间结构为平面三角形
③SF6中有6个完全相同的成键电子对
④SiF4和SO 的中心原子均采取sp3杂化
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
√
3．(1)在较低温度下，CuFeS2与浓硫酸作用时，有少量臭鸡蛋气味的气体X产生。X分子的空间结构是________，中心原子的杂化轨道类型为______。
在较低温度下，CuFeS2与浓硫酸作用时，有少量臭鸡蛋气味的气体X产生，则X是H2S，中心原子S原子形成2个σ键，且含2个孤电子对，则S原子采取sp3杂化，H2S分子的空间结构是V形。
V形
sp3
V形
sp3
(3)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化轨道类型分别为____和______。
CO2中C原子形成2个σ键且无孤电子对，采取sp杂化；CH3OH中C原子形成4个σ键且无孤电子对，采取sp3杂化。
sp
sp3
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二、键角的大小比较
方法整合
1．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
应用体验
√
微粒 中心原子上孤电子对数 中心原子上价层电子对数 VSEPR模型名称 杂化轨道类型 空间
结构 键角
①BCl3 ×(3－3×1)＝0 3 平面三角形 sp2 平面
三角形 120°
②NH3 ×(5－3×1)＝1 4 四面体形 sp3 三角
锥形 107°
③H2O ×(6－2×1)＝2 4 四面体形 sp3 V形 105°
微粒 中心原子上孤电子对数 中心原子上价层电子对数 VSEPR模型名称 杂化轨道类型 空间
结构 键角
④PCl ×(5－1－4×1)＝0 4 正四面体形 sp3 正四
面体形 109°28′
⑤BeCl2 ×(2－2×1)＝0 2 直线形 sp 直线形 180°
键角由大到小的顺序为⑤①④②③。
2．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。
＞
＞
＞
＜
＞
3．(1)BF3中键角________(填“大于”或“小于”)CCl4中键角。
BF3分子的空间结构为平面三角形，键角为120°；CCl4分子的空间结构为正四面体形，键角为109°28′。
大于
(2)乙酸分子( )中键角1______(填“大于”、“等于”或“小于”)
键角2，原因是_________________________________________________。
由于双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力，故乙酸分子结构中键角1大于键角2。
大于
C===O键对C—C键的斥力大于C—O键对C—C键的斥力
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随堂演练
1．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
√
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是正四面体形结构，C项不符合题意；NF3中N原子采取sp3杂化，NF3是三角锥形结构，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。
2．氨分子的空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为
A．两种分子的中心原子杂化类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化
B．NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道
C．NH3分子中有一个未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强
D．NH3分子中氮元素的电负性比CH4分子中碳元素的电负性大
√
NH3价层电子对数为3＋1＝4，杂化类型为sp3杂化，而CH4价层电子对数为4＋0＝4，杂化类型为sp3杂化，故A不符合题意；根据A选项分析NH3杂化类型为sp3杂化，分子中氮原子形成4个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道，故B不符合题意；NH3分子中有一个未成键的孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥力比成键电子对对成键电子对的排斥力强，因而形成三角锥形，故C符合题意；氮元素的电负性比碳元素的电负性大，但与空间结构无关，故D不符合题意。
3．如图是甲醛分子的空间结构模型，根据该图和所学化学知识回答下列问题：
(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是________，作出该判断的主要理由是________________________________。
原子的杂化轨道类型不同，分子的空间结构也不同。由图可知，甲醛分子为平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。
sp2
甲醛分子的空间结构为平面三角形
(2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是________(填序号)。
①单键；②双键；③σ键；④π键；⑤σ键和π键
醛类分子中都含有C===O，所以甲醛分子中的碳氧键是双键。一般来说，双键是σ键和π键的组合。
②⑤
(3)甲醛分子中C—H与C—H间的夹角________(填“＝”、“>”或“<”)120°，出现该现象的主要原因是_____________________________
________________。
由于碳氧双键中存在π键，它对C—H的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H与C—H间的夹角小于120°。
<
碳氧双键中存在π键，它对C—H
的排斥作用较强
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课时测评
题点一　杂化方式判断
1．有机物CH3CH===CH—C≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依
次为
A．sp、sp2、sp3 B．sp3、sp2、sp
C．sp2、sp、sp3 D．sp3、sp、sp2
√
甲基上C原子采取sp3杂化；碳碳双键上碳原子采取sp2杂化；碳碳三键的C原子采取sp杂化。
·
·
·
2．BF3是典型的平面三角形分子，它溶于氢氟酸或NaF溶液中都形成BF ，则BF3和BF 中B原子的杂化轨道类型分别是
A．sp2、sp2 B．sp3、sp3
C．sp2、sp3 D．sp、sp2
√
BF3中B原子的价层电子对数为3，所以为sp2杂化，BF 中B原子的价层电子对数为4，所以为sp3杂化。
3．下列物质，中心原子的“杂化方式”及“分子空间结构”与CH2O(甲醛)相同的是
A．H2S B．NH3
C．CH2Br2 D．BF3
√
CH2O和BF3均为平面三角形分子，两者的中心原子均采取sp2杂化；H2S和H2O相似，CH2Br2可看作CH4中的两个H被Br取代得到，H2S、NH3、CH2Br2的中心原子均采取sp3杂化。
题点二　分子空间结构
4．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 mol氨基乙酸钠分子中所含σ键为10 mol
D．氮原子和与其成键的另外三个原子可能在同一平面内
√
氨基乙酸钠分子中氮原子是sp3杂化而碳原子是sp3、sp2杂化，A错误；氨基乙酸钠中存在2个N—H键、1个C—N键，N原子上含有1个孤电子对，价层电子对数＝共价键单键数＋孤电子对数，则N原子的价层电子对数为4，B正确；1 mol氨基乙酸钠分子中有1个碳氧双键，有8个σ键，C错误；由于氮原子为sp3杂化，故相应的四个原子形成的是三角锥形结构，不可能共平面，D错误。
√
题点三　键角大小判断
6．推理是学习化学知识的一种重要方法。下列推理合理的是
A．SO2中硫原子采取sp2杂化，则CO2中碳原子也采取sp2杂化
B．NH3分子的空间结构是三角锥形，则NCl3分子的空间结构也是三角
锥形
C．H2O分子的键角是105°，则H2S分子的键角也是105°
D．PCl3分子中每个原子最外层达到8电子稳定结构，则BF3分子中每个原子最外层也能达到8电子稳定结构
√
一个二氧化碳分子中含有2个σ键且中心原子不含孤电子对，所以碳原子采取sp杂化而不是sp2杂化，A错误；NH3、NCl3中N原子都采取sp3杂化，有1个孤电子对，所以分子的空间结构都是三角锥形，B正确；S的电负性比O小，而且原子半径大，所以S—H上的电子对偏向S，并没有H2O中O—H上的电子对偏向O那么严重，所以排斥力也相应比较小，键角也稍小，C错误；BF3分子中B元素化合价为＋3价，B原子最外层未达到8电子稳定结构，D错误。
7．第ⅤA族元素的原子(以R表示)与A原子结合形成RA3气态分子，其空间结构为三角锥形。PCl5在气态和液态时，分子结构如图所示，下列关于PCl5分子的说法中不正确的是
A．每个原子都达到最外层8电子稳定结构
B．Cl—P—Cl的键角有120°、90°、180°三种
C．PCl5受热后会分解生成分子空间结构呈三角锥形的PCl3
D．分子中5个P—Cl的键能不都相同
√
P原子的最外层有5个电子，形成5个共用电子对，所以
PCl5中P的最外层不满足8电子稳定结构，A错误；由图
可知，三角双锥上下两个顶点Cl原子与中心P原子形成
的Cl—P—Cl的键角为180°，中间为平面三角形，其中
两个顶点Cl原子与中心P原子形成的Cl—P—Cl的键角
为120°，通过中间的三角形所在的平面将三角双锥截为两个完全相同的三角锥，在上面的三角锥中Cl—P—Cl的键角为90°，所以Cl—P—Cl的键角有90°、120°、180°三种，B正确；PCl5 PCl3＋Cl2↑，则PCl5受热后会分解生成分子空间结构呈三角锥形的PCl3，C正确；键长越短，键能越大，因分子中P—Cl的键长不都相同，所以键能不都相同，D正确。
8．下列说法正确的是
A．CH2Cl2分子的空间结构为正四面体形
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
√
9．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)的球棍模型如图所示，则在Xm－中，2号硼原子的杂化类型为_____；m＝____(填数字)。
根据图示可知，2号B原子的价层电子对数为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。
sp2
2
(2)BN中B的化合价为_____，请解释原因：________________________。
由于电负性：N>B，所以BN中B显＋3价。
＋3
N的电负性大于B的电负性
(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____________________。
BF 的空间结构为正四面体形，NaBF4的电子式为 。
正四面体形
10．已知：①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5，氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。
②PCl5分子中，P原子的1个3s轨道、3个3p轨道和1个3d轨道发生杂化形成5个sp3d杂化轨道，PCl5分子呈三角双锥形( )。
(1)NH3、PCl3和PCl5分子中，所有原子的最外层电子数都是8个的是________(填分子式)，该分子的空间结构是__________。
满足所有原子都是8电子的是PCl3，根据VSEPR模型可得分子的空间结构是三角锥形。
PCl3
三角锥形
(2)经测定，NH5中存在离子键，N原子最外层电子数是8，所有氢原子的最外层电子数都是2，则NH5中H元素的化合价为________和________；该化合物中N原子的杂化方式为_______。
根据题意，NH5的电子式为 。
＋1
－1
sp3
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