2023年高二化學(xué)寒假復(fù)習(xí)（人教版2019選擇性必修2）第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)（解析版）

第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1.了解分子結(jié)構(gòu)的測定方法。

2.通過對(duì)典型分子空間結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，了解共價(jià)分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性。

3.通過對(duì)價(jià)層電子對(duì)互斥模型的探究，建立解決復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)判斷的思維模型。

1.通過雜化軌道理論的學(xué)習(xí)，能從微觀角度理解中心原子的雜化類型對(duì)分子空間結(jié)構(gòu)的影響。

2.通過雜化軌道理論的學(xué)習(xí)，掌握中心原子雜化軌道類型判斷的方法，建立分子空間結(jié)構(gòu)分

析的思維模型。

【基礎(chǔ)知識(shí)】

一、分子結(jié)構(gòu)的測定

1、早年科學(xué)家主要靠對(duì)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后進(jìn)行推測,現(xiàn)代科學(xué)

家應(yīng)用了許多測定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線衍射等。

2、紅外光譜在測定分子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

分子中的原子不是固定不動(dòng)的,而是不斷地振動(dòng)著的。當(dāng)一束紅外線透過分子時(shí)，分子

會(huì)吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率相同的紅外線,再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。通

過和已有譜圖庫比對(duì),或通過量子化學(xué)計(jì)算,可以得知各吸收峰是由哪種化學(xué)鍵、

哪種振動(dòng)方式引起的,綜合這些信息，可分析分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的

信息。

3、質(zhì)譜法在測定分子相對(duì)分子質(zhì)量中的應(yīng)用

現(xiàn)代化學(xué)常利用質(zhì)譜儀測定分子的相對(duì)分子質(zhì)量?它的基本原理是在質(zhì)譜儀中使分子失

去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等粒子。由于生成的離子具有不同的相對(duì)質(zhì)

量，它們?cè)诟邏弘妶黾铀俸?通過狹縫進(jìn)入磁場得以分離，在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰，

化學(xué)家對(duì)這些峰進(jìn)行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對(duì)分子質(zhì)量。

二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)

1、三原子分子

化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱

CO2()::C：：。o=c=o180。直線形

()

HOH：()：H/\105。V形

2HH

2、四原子分子

化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱

H

:o:/

約1200小平面三角形

CH2O()=C

H：C：H\

H

H

NH/|\107。a三角錐形

3H：N：HHHH

3、五原子分子

化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱

HH

/t\

CH：：109。28'as正四血體形

4HCH

HH4

；ci；Cl

4\

z&

CC14：Cl:C：Cl:Cl4^^CI109。28'正四面體形

；Cl；

Cl也

4、其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)

三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型

1、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPRmodel)：對(duì)AB“型的分子或離子，中心原子A的價(jià)層電子

對(duì)(包括成鍵的。鍵電子對(duì)和未成鍵的孤電子對(duì))之間由于存在排斥力,將使分子的空

間結(jié)構(gòu)總是采取電子對(duì)相互排斥最弱的那種結(jié)構(gòu),以使彼此之間斥力最小,分子或離

子的體系能量最」最穩(wěn)定。

2、價(jià)層電子對(duì)的計(jì)算

(1)中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)=。鍵電子對(duì)數(shù)+孤電子時(shí)數(shù)。

(2)。鍵電子對(duì)數(shù)的計(jì)算

由化學(xué)式確定，即中心原子形成幾個(gè)g鍵，就有幾對(duì)工鍵電子對(duì)。如H2O分子中，O

有2對(duì)。鍵電子對(duì)。NH3分子中，N有3對(duì)。鍵電子對(duì)。

(3)中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)的計(jì)算

中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)=；(“一地)

①〃表示中心原子的價(jià)電子數(shù);

對(duì)主族元素：。=最外層電子數(shù)；

對(duì)于陽離子：a=價(jià)電子數(shù)一離子所帶電荷數(shù)；

對(duì)于陰離子：價(jià)電子數(shù)+離子所帶電荷數(shù)。

②x表示與與心原子結(jié)合的原子數(shù)。

③b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的」Lit，氫為1，其他原子=8-該原子

的價(jià)電子數(shù)。

3、價(jià)層電子對(duì)的空間結(jié)構(gòu)(即VSEPR模型)

價(jià)層電子對(duì)數(shù)目：2、3、4

VSEPR模型：宜線形平面三角形正四面體形

4、VSEPR模型的應(yīng)用——預(yù)測分子空間結(jié)構(gòu)

由價(jià)層電子對(duì)的相互排斥，得到含有孤電子對(duì)的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型

中的中心原子上的孤電子對(duì)，便可得到分子的空間結(jié)構(gòu)。

(1)中心原子不含孤電子對(duì)

分子或。鍵電子

孤電子對(duì)數(shù)VSEPR模型及名稱分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)及名稱

離子對(duì)數(shù)

C0220ooo直線形直線形

COF30平面：.角形平面三角形

4°正四面體形為正四面體形

4

CH40

(2)中心原子含孤電子對(duì)

分子或離子價(jià)層電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)VSEPR模型及名稱分子的空間結(jié)構(gòu)及名稱

4三角錐形

NH341

。四面體形

吸0四面體形

av形

H2O42

0^2平面三角形

Av形

so23]

四、雜化軌道理論簡介

(-)雜化軌道理論要點(diǎn)

1、原子在成鍵時(shí)，同一原子中能量」的原子軌道可重新組合成雜化軌道。

2、雜化前后原子軌道數(shù)目不變，且雜化軌道的能量相同。

3、雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。雜化軌道在角度

分布上比單純的s或p軌道在某一方向上更集中，例如s軌道與p軌道雜化后形成的雜化軌

道一頭大一頭小，如圖成鍵時(shí)根據(jù)最大重疊原理,使它的大頭與其他原

子軌道重疊，重:疊程度更大,形成的共價(jià)鍵更牢固。

4、為使相互間的排斥最小，雜化軌道在空間取最大夾角分布。同一組雜化軌道的伸展

方向不同，但形狀完全相同。

二、雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系

1、雜化軌道的類型

(1)sp3雜化軌道——正四面體形

sp3雜化軌道是由1個(gè)「軌道和3個(gè)如軌道雜化而成，每個(gè)sp3雜化軌道都含有%和

3

力的成分，sp3雜化軌道間的夾角為109。28，,空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。

(2)sp2雜化軌道——平面三角形

SP2雜化軌道是由1個(gè)"S軌道和2個(gè)“D軌道雜化而成的，每個(gè)sp2雜化軌道含有;S和5

p成分，sp2雜化軌道間的夾角都是120。，呈平面三角形。

(3)sp雜化----直線形

sp雜化軌道是由1個(gè)“S軌道和1個(gè)"P軌道雜化而成的，每個(gè)sp雜化軌道含有宏和金

的成分，sp雜化軌道間的夾角為180。，呈直線形。

2、雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系

(1)當(dāng)雜化軌道全部用于形成c鍵時(shí)，分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)相同。

雜化類型spsp2sp3

軌道夾角180°120°109°28r

120°

180°

雜化軌道示意圖

備120內(nèi)^^0。金

實(shí)例

BeCl2BF3CH4

H

/N

分子結(jié)構(gòu)示意圖/即、

H

分子空間結(jié)構(gòu)直線形平面三角形正四面體形

（2）當(dāng)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對(duì)時(shí)，孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用，會(huì)使分

子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的形狀有所不同。

中心原子雜化中心原子孤電

AB〃型分子空間結(jié)構(gòu)實(shí)例

類型子對(duì)數(shù)

sp21V形

AB2so2

三角錐形NH3、P03、NF3、H3O十

AB31

Sp3

AB2或(B2A)2

V形H2S>NH2

【考點(diǎn)剖析】

考點(diǎn)一價(jià)層電子對(duì)互斥模型的理解

1.下列關(guān)于價(jià)層電子對(duì)互斥模型的敘述中不正確的是（）

A.價(jià)層電子對(duì)互斥模型可用來預(yù)測分子的空間結(jié)構(gòu)

B.分子中價(jià)層電子對(duì)相互排斥決定了分子的空間結(jié)構(gòu)

C.中心原子上的孤電子對(duì)不參與互相排斥

D.分子中鍵角越大，價(jià)層電子對(duì)相互排斥力越小，分子越穩(wěn)定

答案C

解析價(jià)層電子對(duì)互斥模型可用來預(yù)測分子的空間結(jié)構(gòu)，注意實(shí)際空間結(jié)構(gòu)要去掉孤電子對(duì),

A正確；空間結(jié)構(gòu)與價(jià)層電子對(duì)相互排斥有關(guān)，所以分子中價(jià)層電子對(duì)相互排斥決定了分子

的空間結(jié)構(gòu)，B正確；中心原子上的孤電子對(duì)也要占據(jù)中心原子周圍的空間并參與互相排斥，

且孤電子對(duì)間排斥力＞孤電子對(duì)和成對(duì)電子對(duì)間的排斥力，C錯(cuò)誤；在多原子分子內(nèi)，兩個(gè)

共價(jià)鍵之間的夾角越大，價(jià)層電子對(duì)相互排斥力越小，分子越穩(wěn)定，D正確。

2.SO?離子的中心原子孤對(duì)電子計(jì)算公式為幺聲中，下列對(duì)應(yīng)的數(shù)值正確的是（）

A.〃=8x=36=2

B.a=6x=3b=2.

C.。=4x=2b=3

D.。=6x--2h~—3

答案A

考點(diǎn)二價(jià)層電子對(duì)互斥模型的應(yīng)用

3.用價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷SCh分子的空間結(jié)構(gòu)為（）

A.正四面體形B.V形

C.三角錐形D.平面三角形

答案D

解析SO3中心原子s的孤電子對(duì)數(shù)=Jx（6-3X2）=0,沒有孤對(duì)電子，只有3對(duì)0鍵電子

對(duì)，故其分子空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。

4.根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型，判斷下列分子或者離子的空間結(jié)構(gòu)不是三角錐形的是（）

A.PC13B.H.Q+

C.HCHOD.PH3

答案C

5—]X3

解析PC13中P原子含有的孤電子對(duì)數(shù)是一2一=1，。鍵電子對(duì)數(shù)為3,P的價(jià)層電子對(duì)

數(shù)為4,VSEPR模型為四面體形，PCb的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，A不選；+中0原子含

有的孤電子對(duì)數(shù)是*3=],。鍵電子對(duì)數(shù)為3,O的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,VSEPR模

型為四面體形，H.Q+的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，B不選；HCHO中碳原子含有的孤電子對(duì)數(shù)

A—1X2—2X1

是-----L—=0,G鍵電子對(duì)數(shù)為3,C的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3,VSEPR模型為平面三角

c—[x3

形，甲醛的空間結(jié)構(gòu)是平面三角形，C選；PH3中P原子含有的孤電子對(duì)數(shù)是一2—=<>

c鍵電子對(duì)數(shù)為3,P的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,VSEPR模型為四面體形，PH3的空間結(jié)構(gòu)為三

角錐形，D不選。

5.下列描述中正確的是（）

A.CS2為V形分子

B.CIO?的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形

C.SF6中有6對(duì)完全相同的成鍵電子對(duì)

D.SiF4和SOT的中心原子均無孤電子對(duì)

答案c

解析CS2為直線形分子；CIO*中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+7+<X3=4,根據(jù)化學(xué)

式知成鍵電子對(duì)數(shù)為3,所以有1對(duì)瓠電子對(duì)，故空間結(jié)構(gòu)為三角錐形；SiF4無孤電子對(duì)，

而SOF有1對(duì)孤電子對(duì)，D錯(cuò)誤。

6.下列分子的VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)相同的是（）

A.CCI4B.SO2

C.NH3D.H2O

答案A

解析CC14中碳原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)=4+3X(4-4Xl)=4,所以VSEPR模型為正四面體結(jié)

構(gòu)，不含有孤電子對(duì)，所以其空間結(jié)構(gòu)為正四面體結(jié)構(gòu)，VSEPR模型與分子空間結(jié)構(gòu)模型

6_2x2

一致，故A正確；S02中孤電子對(duì)數(shù)為-^^=1,c鍵電子對(duì)數(shù)為2,價(jià)層電子對(duì)數(shù)=1

+2=3,VSEPR模型為平面三角形結(jié)構(gòu)，含有1對(duì)孤電子對(duì)，空間結(jié)構(gòu)為V形，VSEPR模

型與分子空間結(jié)構(gòu)模型不一致，故B錯(cuò)誤；氨氣分子中氮原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=G鍵電子對(duì)

數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)=3+1X(5—3X1)=4,VSEPR模型為正四面體結(jié)構(gòu)，含有1對(duì)孤電子對(duì)，

所以其空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，VSEPR模型與分子空間結(jié)構(gòu)模型不一致，故C錯(cuò)誤：水分子

中氧原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=2+：X(6—2X1)=4,VSEPR模型為正四面體結(jié)構(gòu)，含有2對(duì)孤

電子對(duì)，空間結(jié)構(gòu)是V形，VSEPR模型與分子空間結(jié)構(gòu)模型不一致，故D錯(cuò)誤。

7.用價(jià)層電子對(duì)互斥模型分別預(yù)測H2s和BF3的空間結(jié)構(gòu)，兩個(gè)結(jié)論都正確的是()

A.直線形三角錐形B.V形三角錐形

C.直線形平面三角形D.V形平面三角形

答案D

解析根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型，H2s的中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,孤電子對(duì)數(shù)為2,

孤電子對(duì)和。鍵電子對(duì)相互排斥而形成V形結(jié)構(gòu)；BF3的中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3,

孤電子對(duì)數(shù)為0,故為平面三角形結(jié)構(gòu)。

考點(diǎn)三雜化軌道的理解

8.下列關(guān)于雜化軌道的說法中，錯(cuò)誤的是()

A.IA族元素成鍵時(shí)不可能有雜化軌道

B.雜化軌道既可能形成。鍵，也可能形成兀鍵

C.s軌道和p軌道雜化不可能有sp4雜化軌道出現(xiàn)

D.孤電子對(duì)有可能參加雜化

答案B

解析IA族元素如果是堿金屬，易失電子，如果是H,一個(gè)電子在1s能級(jí)上，不可能雜

化；雜化軌道只能再成o鍵，不可能形成兀鍵；p能級(jí)只有3個(gè)p軌道，不可能有sp，雜化。

9.下列關(guān)于原子軌道的說法正確的是()

A.凡中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子其空間結(jié)構(gòu)都是正四面體

B.CH&分子中的sp3雜化軌道是由4個(gè)H原子的1s軌道和1個(gè)C原子的2p軌道混合起來

而形成的

C.sp3雜化軌道是由同一原子中能量相近的S軌道和P軌道混合起來形成的一組能量相等的

新軌道

D.凡AB3型的共價(jià)化合物，其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵

答案C

解析中心原子采取sp3雜化的分子，VSEPR模型是四面體，但其空間結(jié)構(gòu)不一定是四面體，

如：水和氨氣分子中中心原子采取sp3雜化，但H2O是V形，NH3是三角錐形，故A錯(cuò)誤；

CFU中sp3雜化軌道是由中心碳原子的能量相近的一個(gè)2s軌道和3個(gè)2P軌道雜化形成，Is

軌道和2P軌道的能量差別較大，不能形成雜化軌道，故B錯(cuò)誤：同一個(gè)原子中能量相近的

s軌道和p軌道通過雜化可混合起來形成一組能量相同的新軌道，雜化軌道數(shù)=孤電子對(duì)數(shù)

+與之相連的原子數(shù)，故C正確；BF3中B原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3,B原子的雜化類型為

sp2雜化，故D錯(cuò)誤。

10.水分子在特定條件下容易得到一個(gè)H+,形成水合氫離子（H3O+）。下列對(duì)上述過程的描

述不合理的是（）

A.氧原子的雜化類型發(fā)生了改變

B.微粒的形狀發(fā)生了改變

C.微粒的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了改變

D.微粒中的鍵角發(fā)生了改變

答案A

解析水中氧的雜化為sp3,H3O+中氧的雜化為sp3,則屬原子的雜化類型沒有改變，故A

不合理：水分子為V形，H3。+為三角錐形，則微粒的形狀發(fā)生了改變，故B合理；因結(jié)構(gòu)

不同，則性質(zhì)不同，微粒的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了改變，故C合理；水分子為V形，H3O+為三角

錐形，微粒中的鍵角發(fā)生了改變，故D合理。

11.下列說法中正確的是（）

A.PC13分子是三角錐形，這是因?yàn)榱自邮莝p2雜化的結(jié)果

B.sp3雜化軌道是由任意的1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道混合形成的4個(gè)sp3雜化軌道

C.中心原子采取sp3雜化的分子，其空間結(jié)構(gòu)可能是四面體形或三角錐形或V形

D.AB3型的分子空間結(jié)構(gòu)必為平面三角形

答案C

解析PC13中P原子形成3個(gè)O鍵，P上還有一對(duì)孤電子對(duì)，P為sp3雜化，PC13分子是三

角錐形，A項(xiàng)錯(cuò)誤：sp3雜化軌道是由能量相近的1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道混合形成的4個(gè)

sp3雜化軌道，B項(xiàng)錯(cuò)誤；中心原子采取sp3雜化的分子，其空間結(jié)構(gòu)可能是四面體彩（如CH3。）

或三角錐形（如NH3）或V形（如H2O）,C項(xiàng)正確；AB3型的分子空間結(jié)構(gòu)可能為平面三角形（如

BF3）或三角錐形（如NH3）,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

12.氨氣分子空間結(jié)構(gòu)是三角錐形，而甲烷是正四面體形，這是因?yàn)椋ǎ?/p>

A.兩種分子的中心原子雜化軌道類型不同，N%為sp2型雜化，而CH」是sp3型雜化

B.NH3分子中N原子形成三個(gè)雜化軌道，CFU分子中C原子形成4個(gè)雜化軌道

C.NH3分子中有一對(duì)未成鍵的孤電子對(duì)，它對(duì)成鍵電子的排斥作用較強(qiáng)

D.氨氣的相對(duì)分子質(zhì)量大于甲烷

答案C

解析本題考查分子空間結(jié)構(gòu)的判斷。NH3中N原子形成3個(gè)0鍵，有一對(duì)未成鍵的孤電

子對(duì)，雜化軌道數(shù)為4,采取sp3型雜化，孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子的排斥作用較強(qiáng)，N—H之

間的鍵角小于109。28',所以氯氣分子空間結(jié)構(gòu)是三角錐形；CM分子中C原子采取sp3

型雜化，雜化軌道全部用于成鍵，碳原子連接4個(gè)相同的原子，C—H之間的鍵角相等為

109°28',故CH4為正四面體形，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。

13.了解有機(jī)物分子中化學(xué)鍵特征以及成鍵方式是研究有機(jī)物性質(zhì)的基礎(chǔ)。下列關(guān)于有機(jī)物

分子的成鍵方式的描述不正確的是（）

A.烷燒分子中碳原子均采用sp3雜化軌道成鍵

B.煥煌分子中碳碳三鍵由1個(gè)。鍵、2個(gè)￡鍵組成

C.甲苯分子中所有碳原子均采用sp2雜化軌道成鍵

D.苯環(huán)中存在6個(gè)碳原子共有的大兀鍵

答案C

解析烷燒分子中碳原子均形成4個(gè)鍵，雜化軌道數(shù)為4,均采用sp3雜化軌道成鍵。碳碳

三鍵由I個(gè)◎鍵、2個(gè)兀鍵組成；苯■環(huán)中碳原子采用sp2雜化軌道成鍵，6個(gè)碳原子上未參

與成鍵的p電子形成一個(gè)大兀鍵：甲苯分子中一CHj中的C采用sp3雜化。

14.如圖在乙烯分子中有5個(gè)◎鍵、一個(gè)兀鍵，它們分別是（）

淤

A.sp2雜化軌道形成。鍵、未雜化的2P軌道形成兀鍵

B.sp2雜化軌道形成兀鍵、未雜化的2P軌道形成。鍵

C.C—H之間是sp2形成的G鍵，C—C之間是未參加雜化的2P軌道形成的兀鍵

D.C—C之間是sp2形成的。鍵，C—H之間是未參加雜化的2P軌道形成的n鍵

答案A

解析CH2=CH2中含有5個(gè)°鍵：其中4個(gè)是在C—H之間，另一個(gè)是在C—C之間；且

在C—C之間還有一個(gè)未雜化的2P軌道形成兀鍵。

考點(diǎn)四雜化類型的判斷

（）0