2024年人教版高二化學(xué)寒假提升第04講 分子的空間結(jié)構(gòu)（原卷版）

第04講分子的空間結(jié)構(gòu)目錄新知導(dǎo)航：熟悉課程內(nèi)容、掌握知識(shí)脈絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)：知識(shí)點(diǎn)全面梳理，掌握必備重點(diǎn)記憶：關(guān)鍵點(diǎn)快速記憶，提升能力小試牛刀：考點(diǎn)剖析+過關(guān)檢測(cè)，合理應(yīng)用課時(shí)1分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定多樣的分子空間結(jié)構(gòu)價(jià)層電子對(duì)互斥模型一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定早年科學(xué)家主要靠對(duì)物質(zhì)的_________進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后進(jìn)行推測(cè)，現(xiàn)代科學(xué)家應(yīng)用了許多測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器和方法，如__________、__________等。1．紅外光譜工作原理(1)原理：紅外線透過分子時(shí)，分子會(huì)吸收跟它的某些化學(xué)鍵_________相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)_________。通過和已有譜圖庫比對(duì)，或通過量子化學(xué)計(jì)算，可以得知分子中含有何種_________或官能團(tuán)的信息。(2)紅外光譜儀原理示意圖2．質(zhì)譜法：相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定用高能電子流轟擊樣品分子，使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子。分子離子和碎片離子各自具有不同的相對(duì)質(zhì)量，它們?cè)诖艌?chǎng)的作用下到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間因相對(duì)質(zhì)量而先后有別，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。如甲苯分子的質(zhì)譜圖：讀譜：相對(duì)分子質(zhì)量＝最大質(zhì)荷比，甲苯的相對(duì)分子質(zhì)量為92。二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)單原子分子(稀有氣體分子)、雙原子分子不存在空間結(jié)構(gòu)，多原子分子中存在原子的幾何學(xué)關(guān)系和形狀，即所謂“分子的空間結(jié)構(gòu)”。1．三原子分子化學(xué)式CO2H2O電子式結(jié)構(gòu)式O=C=O鍵角__________________空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱__________________2．四原子分子化學(xué)式CH2ONH3電子式結(jié)構(gòu)式鍵角約120°_________空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱__________________3．五原子分子化學(xué)式CH4CCl4電子式結(jié)構(gòu)式鍵角__________________空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱__________________4．其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)正誤判斷1．所有的三原子分子都是直線形結(jié)構(gòu)。()2．所有的四原子分子都是平面三角形結(jié)構(gòu)。()3．五原子分子的空間結(jié)構(gòu)都是正四面體。()4．正四面體形的鍵角均為109°28′。()5．SiCl4、SiH4、NHeq\o\al(＋,4)、CH3Cl均為正四面體結(jié)構(gòu)。()6．SF6分子的空間結(jié)構(gòu)為正八面體形。()7．椅式C6H12比船式C6H12穩(wěn)定。()三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型1．價(jià)層電子對(duì)互斥模型(theory)：對(duì)ABn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____________和未成鍵的____________)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)__________最弱的那種結(jié)構(gòu)，以使彼此之間__________最小，分子或離子的體系能量最低，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)＝σ鍵電子對(duì)數(shù)＋孤電子對(duì)數(shù)。(2)σ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)σ鍵，就有幾對(duì)σ鍵電子對(duì)。如H2O分子中，O有__對(duì)σ鍵電子對(duì)。NH3分子中，N有_________對(duì)σ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)＝eq\f(1,2)(a－xb)①a表示中心原子的價(jià)電子數(shù)；對(duì)主族元素：a＝__________________；對(duì)于陽離子：a＝__________________；對(duì)于陰離子：a＝__________________。②x表示與___________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電子數(shù)，氫為1，其他原子＝____________________。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：234VSEPR模型：___________________________4.VSEPR模型與分子或離子的空間結(jié)構(gòu)σ鍵電子對(duì)數(shù)＋孤電子對(duì)數(shù)＝價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。分子或離子孤電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型名稱分子或離子的空間結(jié)構(gòu)名稱CO202直線形_________SO213平面三角形_________COeq\o\al(2－,3)03平面三角形_________H2O24四面體形_________NH314四面體形_________CH404正四面體形_________5.常見分子或離子的空間結(jié)構(gòu)的推測(cè)分子或離子中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型VSEPR模型名稱空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CO2、BeCl2__________________直線形_________CO32—、BF3__________________平面三角形_________SO2、PbCl2__________________CH4、CCl4__________________正四面體形_________NH3、NF3_________四面體形_________H2O、H2S__________________注：①價(jià)層電子對(duì)互斥模型對(duì)分子空間結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)少有失誤，但它不能用于預(yù)測(cè)以過渡金屬為中心原子的分子。②氨氣與水的VSEPR模型一致，但空間構(gòu)型不同的原因是：孤電子對(duì)之間的斥力>孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間的斥力>成鍵電子對(duì)之間的斥力正誤判斷1．分子的VSEPR模型和相應(yīng)分子的空間結(jié)構(gòu)是相同的。()2．SO2與CO2的分子組成相似，故它們分子的空間結(jié)構(gòu)相同。()3．由價(jià)層電子對(duì)互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的鍵角小于180°。()4．根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型可以判斷H3O＋與NH3的分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)一致。()課時(shí)2雜化軌道理論簡介一、雜化軌道及其類型1．雜化軌道的含義在外界條件影響下，原子內(nèi)部___________________________重新組合形成新的原子軌道的過程叫做原子軌道的雜化。重新組合后的新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。2．用雜化軌道理論解釋甲烷分子的形成在形成CH4分子時(shí)，碳原子的2s軌道和3個(gè)2p軌道發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，得到4個(gè)新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正四面體的4個(gè)頂角，夾角109°28′，稱為sp3雜化軌道，碳原子以4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)H原子的1s軌道重疊形成4個(gè)C—Hσ鍵，呈現(xiàn)正四面體的空間結(jié)構(gòu)。3．雜化軌道的形成及其特點(diǎn)4．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_________ns軌道和_________np軌道雜化而成，每個(gè)sp3雜化軌道都含有eq\f(1,4)s和eq\f(3,4)p的成分，sp3雜化軌道間的夾角為_________，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。如下圖所示。(2)sp2雜化軌道——平面三角形sp2雜化軌道是由__________ns軌道和___________np軌道雜化而成的，每個(gè)sp2雜化軌道含有eq\f(1,3)s和eq\f(2,3)p成分，sp2雜化軌道間的夾角都是120°，呈平面三角形，如下圖所示。(3)sp雜化——直線形sp雜化軌道是由___________ns軌道和___________np軌道雜化而成的，每個(gè)sp雜化軌道含有eq\f(1,2)s和eq\f(1,2)p的成分，sp雜化軌道間的夾角為180°，呈直線形，如下圖所示。正誤判斷1．發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子。()2．原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會(huì)發(fā)生，孤立的原子時(shí)不可能發(fā)生雜化。()3．只有能量相近的軌道才能雜化。()4．雜化軌道能量更集中，有利于牢固成鍵。()5．雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)，未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。()6．2s軌道和3p軌道能形成sp2雜化軌道。()二、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σ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°28′雜化軌道示意圖實(shí)例BeCl2BF3CH4分子結(jié)構(gòu)示意圖分子空間結(jié)構(gòu)___________________________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。ABn型分子中心原子雜化類型中心原子孤電子對(duì)數(shù)空間結(jié)構(gòu)實(shí)例AB2sp21_________SO2AB3sp31_________NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2或(B2A)2_________H2S、NHeq\o\al(－,2)3．中心原子軌道雜化類型的判斷(1)利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論、雜化軌道理論判斷分子構(gòu)型的思路價(jià)層電子對(duì)VSEPR模型雜化軌道構(gòu)型。(2)根據(jù)VSEPR模型判斷價(jià)層電子對(duì)數(shù)432VSEPR模型四面體形三角形直線形雜化類型sp3sp2sp(3)有機(jī)物中碳原子雜化類型的判斷：飽和碳原子采取sp3雜化，連接雙鍵的碳原子采取sp2雜化，連接三鍵的碳原子采取sp雜化。4．等電子原理：原子總數(shù)相同、價(jià)電子總數(shù)相同的分子，具有相似的化學(xué)鍵特征，它們的許多性質(zhì)是相近的。滿足等電子原理的分子稱為等電子體。例如CO和N2具有相同的原子總數(shù)和相同的價(jià)電子總數(shù)，屬于等電子體。正誤判斷1．雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)與分子的空間結(jié)構(gòu)不一定一致。()2．雜化軌道間的夾角與分子內(nèi)的鍵角一定相同。()3．NH3分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，則氮原子的雜化方式為sp3。()4．C2H4分子中的鍵角都約是120°，則碳原子的雜化方式是sp2。()一、雜化軌道理論的要點(diǎn)①原子形成分子時(shí)，通常存在激發(fā)、雜化和軌道重疊等過程。發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子。②原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會(huì)發(fā)生，孤立的原子是不可能發(fā)生雜化的。③只有能量相近的軌道才能雜化(如2s、2p)。④雜化前后原子軌道數(shù)目不變(參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目)，且雜化軌道的能量相同。⑤雜化軌道成鍵時(shí)要滿足化學(xué)鍵間最小排斥原理，使軌道在空間取得最大夾角分布，故雜化后軌道的伸展方向、形狀發(fā)生改變，但雜化軌道的形狀完全相同。⑥雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)，未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。(2)以碳原子為中心原子的分子中碳原子的雜化軌道類型①?zèng)]有形成π鍵，采取sp3雜化，如CH4、CCl4等；②形成一個(gè)π鍵，采取sp2雜化，如CH2=CH2等；③形成兩個(gè)π鍵，采取sp雜化，如CH≡CH、CO2等。二、雜化軌道類型的判斷方法(1)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷中心原子的雜化類型、空間結(jié)構(gòu)。在確定了分子或離子的中心原子上的成鍵電子對(duì)數(shù)和孤電子對(duì)數(shù)后，可以依據(jù)下面的方法確定其中心原子的雜化軌道類型：σ鍵電子對(duì)數(shù)(成鍵電子對(duì)數(shù))+孤電子對(duì)數(shù)=價(jià)電子對(duì)數(shù)=雜化軌道數(shù)根據(jù)雜化類型及孤電子對(duì)數(shù)即可判斷分子或離子的空間結(jié)構(gòu)，列表如下：價(jià)層電子對(duì)數(shù)雜化軌道類型成鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)雜化軌道數(shù)分子空間結(jié)構(gòu)實(shí)例2sp202直線形BeCl2、CO2、HCN3sp2303平面三角形BF3、SO3、CO32—21V形SnBr2、SO2、NO2—4sp3404四面體形CHCl3、SiCl4、PO43—31三角錐形NH3、PCl3、SO32—22V形OF2、H2O、NH2—(2)根據(jù)雜化軌道間的夾角判斷雜化軌道間的夾角雜化軌道類型109o28′sp3120osp2180osp(3)根據(jù)分子或離子的空間結(jié)構(gòu)判斷分子或離子的空間結(jié)構(gòu)雜化軌道類型正四面體形sp3平面三角形sp2直線形sp(4)根據(jù)共價(jià)鍵類型判斷由雜化軌道理論可知，原子之間成鍵時(shí)，未參與雜化的軌道用于形成π鍵，雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。對(duì)于能明確結(jié)構(gòu)式的分子、離子，其中心原子的雜化軌道數(shù)n=中心原子形成的σ鍵數(shù)+中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)，即可將結(jié)構(gòu)式和電子式相結(jié)合，從而判斷中心原子形成的σ鍵數(shù)和中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)，進(jìn)而判斷雜化軌道數(shù)。例如：①在SiF4分子中，基態(tài)硅原子有4個(gè)價(jià)電子，與4個(gè)氟原子形成4個(gè)σ鍵，沒有孤電子對(duì)，n=4,則SiF4分子中硅原子采用sp3雜化。②在HCHO分子中，基態(tài)碳原子有4個(gè)價(jià)電子，與2個(gè)氫原子形成2個(gè)σ鍵，與氧原子形成C=O,C=O中有1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵，沒有孤電子對(duì)，n=3,則HCHO分子中碳原子采用sp2雜化。(5)以碳原子為中心原子的分子中碳原子的雜化類型①?zèng)]有形成π鍵，為sp3雜化：CH4、CCl4、②形成一個(gè)π鍵，為sp2雜化：CH2=CH2、苯(大π鍵)、、③形成兩個(gè)π鍵，為sp雜化：CH≡CH、O=C=O(CO2)、S=C=S(CS2)三、判斷分子或離子立體構(gòu)型“三步曲”第一步：確定中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)a為中心原子的價(jià)電子數(shù)加減離子的電荷數(shù)，b為配位原子提供的價(jià)電子數(shù)，x為非中心原子的原子個(gè)數(shù)。如NHeq\o\al(＋,4)的中心原子為N，a＝5－1，b＝1，x＝4，所以中心原子孤電子對(duì)數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)＝eq\f(1,2)×(4－4×1)＝0。第二步：確定價(jià)層電子對(duì)的立體構(gòu)型由于價(jià)層電子對(duì)之間的相互排斥作用，它們趨向于盡可能的相互遠(yuǎn)離，這樣已知價(jià)層電子對(duì)的數(shù)目，就可以確定它們的立體構(gòu)型。第三步：分子立體構(gòu)型的確定價(jià)層電子對(duì)有成鍵電子對(duì)和孤電子對(duì)之分，價(jià)層電子對(duì)的總數(shù)減去成鍵電子對(duì)數(shù)，得孤電子對(duì)數(shù)。根據(jù)成鍵電子對(duì)數(shù)和孤電子對(duì)數(shù)，可以確定相應(yīng)的較穩(wěn)定的分子立體構(gòu)型。考點(diǎn)剖析考點(diǎn)一：價(jià)層電子對(duì)互斥理論與雜化軌道理論1．下列分子的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是3的是A． B． C． D．2．下列微粒中，不含孤電子對(duì)的是A． B． C．HF D．3．下列分子的中心原子是雜化的是A． B． C． D．4．下列關(guān)于雜化軌道的說法錯(cuò)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5．下列有機(jī)物分子中的碳原子既有sp3雜化又有sp雜化的是A．CH3CH2CH3 B．CH3—CCH C．CH3CHO D．CHCH6．（2022·湖南·邵東創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)學(xué)校高二期中）下列輪廓圖或模型中錯(cuò)誤的是A．p—pσ鍵電子云輪廓圖 B．py—pyπ鍵電子云輪廓圖C．CH4分子的球模模型 D．NH3分子的VSEPR模型7．（2022·山西運(yùn)城·高二期末）經(jīng)過X射線衍射實(shí)驗(yàn)等發(fā)現(xiàn)，中存在離子，下列粒子的VSEPR模型與空間結(jié)構(gòu)都與相同的是A． B． C． D．8．下列分子的中心原子采用雜化，但分子的空間結(jié)構(gòu)不同的一組是①；②；③；④；⑤；⑥A．①②③ B．①⑤⑥ C．②③④ D．③⑤⑥9．（2022·河南·平頂山市龍河實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué)高二期中）計(jì)算H2O、NH3、SO3、NH、CO分子的孤電子對(duì)數(shù)。分子或離子中心原子axb中心原子數(shù)的孤電子對(duì)數(shù)H2O____________________NH3____________________SO3____________________NH____________________CO____________________考點(diǎn)二：分子的空間結(jié)構(gòu)10．根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，下列微粒的VSEPR模型屬于平面三角形的是A． B． C． D．11．下列離子的VSEPR模型與其空間結(jié)構(gòu)一致的是A． B． C． D．12．用VSEPR模型預(yù)測(cè)下列分子或離子的立體結(jié)構(gòu)，其中正確的是A．CH4與CH2Cl2均為正四面體 B．BeCl2與SO2為直線形C．BF3與PCl3為三角錐形 D．NO與CO為平面三角形13．價(jià)層電子對(duì)互斥理論和雜化軌道理論都可以判斷、解釋分子或離子的空間構(gòu)型，下列說法正確的是A．和的鍵角相同 B．、的中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)相同C．、中S原子的雜化方式相同 D．、都是直線形的分子14．下列分子或離子中心原子的雜化方式和空間結(jié)構(gòu)均判斷錯(cuò)誤的是A．、直線形 B．、V形C．、三角錐形 D．、平面形15．（2022·吉林·撫松縣第一中學(xué)高二開學(xué)考試）在分子中(1)的價(jià)層電子對(duì)的空間構(gòu)型為___________(2)以極性鍵相結(jié)合，具有正四面體結(jié)構(gòu)的分子是___________(3)以極性鍵相結(jié)合，具有三角錐型結(jié)構(gòu)的分子是___________(4)以極性鍵相結(jié)合，具有V型結(jié)構(gòu)的分子是___________(5)以極性鍵相結(jié)合，而且共價(jià)鍵的極性最大的是___________過關(guān)檢測(cè)1．關(guān)于價(jià)層電子對(duì)互斥理論說法錯(cuò)誤的是A．價(jià)層電子對(duì)包括σ鍵電子對(duì)和中心原子上的孤電子對(duì)B．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C．用該理論預(yù)測(cè)H2S和BF3的空間結(jié)構(gòu)為V形和平面三角形D．該理論一定能預(yù)測(cè)出多中心原子的分子、離子或原子團(tuán)的空間構(gòu)型2．下列各組粒子的空間結(jié)構(gòu)相同的是①NH3和H2O；②NH和H3O+；③NH3和H3O+；④O3和SO2；⑤CO2和BeCl2。A．全部 B．①②③⑤ C．③④⑤ D．②⑤3．化學(xué)與生活密切相關(guān)。下列化學(xué)用語或描述表達(dá)正確的是①基態(tài)硫原子的軌道表示式：②H2S的電子式：③SO3的VSEPR模型：④SO2的分子的空間結(jié)構(gòu)模型A．①② B．③④ C．③ D．①④4．用價(jià)電子對(duì)互斥理論(VSEPR)可以預(yù)測(cè)許多分子或離子的空間構(gòu)型，也可推測(cè)鍵角大小，下列判斷正確的是A．是V形分子 B．鍵角大于C．是三角錐形分子 D．和的空間結(jié)構(gòu)相同5．X、Y、Z、Q、E五種元素中，X原子的基態(tài)價(jià)電子排布式為，Y位于元素周期表第二周期第ⅢA族，