專項(xiàng)39-雜化與空間結(jié)構(gòu)(新高考專用)(原卷版)

第六篇物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)專項(xiàng)39雜化與空間結(jié)構(gòu)在選擇性必修二《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》中，ABn型物質(zhì)中心原子的雜化方式、分子或離子的空間構(gòu)型是高考熱點(diǎn)題型之一，要求運(yùn)用雜化軌道理論和價(jià)層電子對(duì)互斥模型進(jìn)行解釋和預(yù)測(cè)分子空間結(jié)構(gòu)。通過雜化軌道理論對(duì)分子空間結(jié)構(gòu)及原子間成鍵情況解釋的探究學(xué)習(xí)，強(qiáng)化宏觀辨識(shí)與微觀探析素養(yǎng)，借助價(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)，建立分子空間結(jié)構(gòu)分析的思維模型，強(qiáng)化模型意識(shí)。在形成多原子分子的過程中，中心原子的若干能量相近的原子軌道重新組合，形成一組新的軌道，這個(gè)過程叫做軌道的雜化，產(chǎn)生的新軌道叫雜化軌道。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，從而使它與其它原子的原子軌道重疊的程度更大，形成的共價(jià)鍵更牢固。中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)、雜化軌道類型與粒子的立體構(gòu)型(ABnm±價(jià)層電子對(duì)數(shù)(雜化軌道數(shù))234雜化軌道類型spsp2sp3價(jià)層電子對(duì)模型(VSEPR)直線形三角形四面體形粒子組成形式與構(gòu)型AB2：直線形AB2：V形AB3：三角形AB2：V形AB3：三角錐形AB4：(正)四面體形規(guī)律當(dāng)中心原子無孤電子對(duì)時(shí)，分子構(gòu)型與價(jià)層電子對(duì)模型一致；當(dāng)有孤電子對(duì)時(shí)，分子的構(gòu)型為去掉孤電子對(duì)后剩余部分的立體構(gòu)型，且孤電子對(duì)會(huì)對(duì)分子構(gòu)型產(chǎn)生“擠壓”效果，使鍵角變小1．(2022?遼寧省選擇性考試)理論化學(xué)模擬得到一種N13+離子，結(jié)構(gòu)如圖。下列關(guān)于該離子的說法錯(cuò)誤的是()A．所有原子均滿足8電子結(jié)構(gòu) B．N原子的雜化方式有2種C．空間結(jié)構(gòu)為四面體形 D．常溫下不穩(wěn)定【答案】B【解析】A項(xiàng)，由N13+的結(jié)構(gòu)式可知，所有N原子均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，A正確；B項(xiàng)，中心N原子為sp3雜化，與中心N原子直接相連的N原子為sp2雜化，與端位N原子直接相連的N原子為sp雜化，端位N原子為sp2雜化，則N原子的雜化方式有3種，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，中心N原子為sp3雜化，則其空間結(jié)構(gòu)為四面體形，C正確；D項(xiàng)，N13+中含疊氨結(jié)構(gòu)()，常溫下不穩(wěn)定，D正確；故選B。2．(2021?海南選擇性考試)SF6可用作高壓發(fā)電系統(tǒng)的絕緣氣體，分子呈正八面體結(jié)構(gòu)，如圖所示。有關(guān)SF6的說法正確的是()A．是非極性分子 B．鍵角都等于90°C．與之間共用電子對(duì)偏向S D．原子滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)【答案】A【解析】A項(xiàng)，結(jié)構(gòu)對(duì)稱、正負(fù)電荷重心重合的分子為非極性分子，SF6分子呈正八面體結(jié)構(gòu)，S

原子位于正八面體的中心，該分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱、正負(fù)電荷重心重合，所以為非極性分子，A正確；B項(xiàng)，SF6是結(jié)構(gòu)對(duì)稱、正負(fù)電荷重心重合的分子，故鍵角不都等于90°，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，由于F的電負(fù)性比S的大，S與F之間共用電子對(duì)偏向F，C錯(cuò)誤；D項(xiàng)，中心元素價(jià)電子數(shù)+化合價(jià)的絕對(duì)值=8時(shí)該分子中所有原子都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，但氫化物除外，該化合物中S元素化合價(jià)+價(jià)電子數(shù)=6+6=12，則S原子不是8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，D錯(cuò)誤；故選A。3．(2022?山東卷節(jié)選)吡啶()替代苯也可形成類似的籠形包合物。已知吡啶中含有與苯類似的π66大π鍵、則吡啶中N原子的價(jià)層孤電子對(duì)占據(jù)_______(填標(biāo)號(hào))。A．2s軌道 B．2p軌道 C．sp雜化軌道 D．sp2雜化軌道【答案】D【解析】吡啶()替代苯也可形成類似的籠形包合物。已知吡啶中含有與苯類似的π66大π鍵，則說明吡啶中N原子也是采用sp2雜化，雜化軌道只用于形成σ鍵和存在孤電子對(duì)，則吡啶中N原子的價(jià)層孤電子對(duì)占據(jù)sp2雜化軌道，故選D。4．(2022?北京卷節(jié)選)比較SO42-和H2O分子中的鍵角大小并給出相應(yīng)解釋：___________?！敬鸢浮縎O42-的鍵角大于H2O，SO42-中S原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4、孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為0，離子的空間構(gòu)型為正四面體形，H2O分子中O原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4、孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為2，分子的空間構(gòu)型為V形【解析】硫酸根離子中硫原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4、孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為0，離子的空間型為正四面體形，水分子中氧原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4、孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為2，分子的空間構(gòu)型為V形，所以硫酸根離子的鍵角大于水分子。5．(2022?河北省選擇性考試節(jié)選)SnCl3-的幾何構(gòu)型為_______，其中心離子雜化方式為_______?！敬鸢浮咳清F形

sp3雜化【解析】Sn是ⅣA族元素，SnCl3-的中心離子Sn2+價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+，有1對(duì)孤電子對(duì)，中心離子是sp3雜化，SnCl3-的幾何構(gòu)型是三角錐形。6．(2021?全國甲卷節(jié)選)太陽能電池板主要材料為單晶硅或多晶硅。Si的價(jià)電子層的電子排式為________；單晶硅的晶體類型為_________。SiCl4是生產(chǎn)高純硅的前驅(qū)體，其中Si采取的雜化類型為_______。SiCl4可發(fā)生水解反應(yīng)，機(jī)理如下：含s、p、d軌道的雜化類型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中間體SiCl4(H2O)中Si采取的雜化類型為________(填標(biāo)號(hào))。【答案】(1)3s23p2原子晶體(共價(jià)晶體)sp3②【解析】(1)基態(tài)Si原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2，因此Si的價(jià)電子層的電子排式為3s23p2；晶體硅中Si原子與Si原子之間通過共價(jià)鍵相互結(jié)合，整塊晶體是一個(gè)三維的共價(jià)鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此晶體硅為原子晶體；SiCl4中Si原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4+=4，因此Si原子采取sp3雜化；由圖可知，SiCl4(H2O)中Si原子的δ鍵數(shù)為5，說明Si原子的雜化軌道數(shù)為5，由此可知Si原子的雜化類型為sp3d。7．(2021?全國乙卷節(jié)選)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配體分子NH3、H2O以及分子PH3的空間結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的鍵角如圖所示。PH3中P的雜化類型是_______。NH3的沸點(diǎn)比PH3的_______，原因是_______，H2O的鍵角小于NH3的，分析原因_______?！敬鸢浮縮p3高NH3存在分子間氫鍵NH3含有一對(duì)孤對(duì)電子，而H2O含有兩對(duì)孤對(duì)電子，H2O中的孤對(duì)電子對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用較大【解析】PH3的價(jià)層電子對(duì)為3+1=4，故PH3中P的雜化類型是sp3；N原子電負(fù)性較強(qiáng)，NH3分子之間存在分子間氫鍵，因此NH3的沸點(diǎn)比PH3的高；H2O的鍵角小于NH3的，原因是：NH3含有一對(duì)孤對(duì)電子，而H2O含有兩對(duì)孤對(duì)電子，H2O中的孤對(duì)電子對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用較大。1．判斷分子中中心原子的雜化軌道類型的方法(1)根據(jù)分子或離子中有無π鍵及π鍵數(shù)目判斷。沒有π鍵的為sp3雜化，如CH4中的C原子；含1個(gè)π鍵的為sp2雜化，如HCHO中的C原子；含2個(gè)π鍵的為sp雜化，如二氧化碳分子和乙炔分子中的碳原子。(2)根據(jù)VSEPR模型、中盡原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)判斷。如ABn型中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，中心原子的雜化軌道類型為sp3雜化；價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，中心原子的雜化軌道類型為sp2雜化；價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2，中心原子的雜化軌道類型為sp雜化；2．分子的立體結(jié)構(gòu)的判斷(1)三種雜化軌道的軌道形狀，sp雜化夾角為180°的直線型雜化軌道，例如BeCl2、C2H2；sp2雜化軌道為120°的平面三角形，例如BF3、C2H4；sp3雜化軌道為109°28′的正四面體構(gòu)型，例如CH4、CCl4。(2)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定中心原子雜化類型，價(jià)層電子對(duì)數(shù)n＝，(氧族元素原子做中心原子提供6個(gè)價(jià)電子，做配位原子不提供價(jià)電子，鹵族元素原子做中心原子提供7個(gè)價(jià)電子，做配位原子提供1個(gè)價(jià)電子)，一般n＝2，采取sp雜化，n＝3采取sp2雜化，n＝4采取sp3雜化，據(jù)此判斷。3．預(yù)測(cè)分子或離子空間結(jié)構(gòu)的步驟。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)(若為離子則應(yīng)加上或減去相應(yīng)的電荷數(shù))，x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)，b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)。如NH4+的中心原子為N，a=5-1=4，b=1，x=4，所以中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)=12(a-xb)=12第二步：確定價(jià)層電子對(duì)的VSEPR模型由于價(jià)層電子對(duì)之間的相互排斥作用，它們趨向于盡可能地相互遠(yuǎn)離，這樣已知價(jià)層電子對(duì)的數(shù)目，就可以確定價(jià)層電子對(duì)的VSEPR模型。第三步：分子空間結(jié)構(gòu)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)定的分子空間結(jié)構(gòu)。注意：(1)若ABn型分子中，A與B之間通過兩對(duì)或三對(duì)電子(即通過雙鍵或三鍵)結(jié)合而成，則價(jià)層電子對(duì)互斥理論把雙鍵或三鍵作為一對(duì)電子對(duì)看待。(2)價(jià)層電子對(duì)之間相互排斥作用大小的一般規(guī)律：孤電子對(duì)-孤電子對(duì)>孤電子對(duì)-成鍵電子對(duì)>成鍵電子對(duì)-成鍵電子對(duì)。隨著孤電子對(duì)數(shù)目的增多，斥力增大，鍵角減小。如CH4、NH3和H2O分子中的鍵角依次減小。4．比較鍵角大小的思維模型1．(2023屆·北京市第十一中學(xué)高三摸底考試)下列粒子的空間構(gòu)型不同于其他三個(gè)的是()A．氣態(tài)SeO3 B．氣態(tài)SO3 C．SO32- D．NO3-2．推理是學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的一種重要方法。下列推理合理的是()A．SO2中硫原子采取sp2雜化，則CO2中碳原子也采取sp2雜化B．NH3分子的空間結(jié)構(gòu)是三角錐形，則NCl3分子的空間結(jié)構(gòu)也是三角錐形C．H2O分子的鍵角是105°，則H2S分子的鍵角也是105°D．PCl3分子中每個(gè)原子最外層達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則BF3分子中每個(gè)原子最外層也能達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)3．下列中心原子的雜化軌道類型和分子幾何構(gòu)型不正確的是()A．PCl3中P原子sp3雜化，為三角錐形B．BCl3中B原子sp2雜化，為平面三角形C．CS2中C原子sp雜化，為直線形D．H2S分子中，S為sp雜化，為直線形4．(2022·江蘇省木瀆蘇苑高三聯(lián)合適應(yīng)性檢測(cè))下列有關(guān)SO2、SO3、SO32-和SO42-的說法正確的是()A．SO32-中S原子的雜化方式為sp2B．SO42-的空間構(gòu)型為平面正方形C．SO2分子中的鍵角小于SO3分子中的鍵角D．SO3分子是極性分子5．(2022·江蘇省泰州市第四次調(diào)研測(cè)試)催化劑作用下，SO2與Cl2反應(yīng)生成SO2Cl2；對(duì)SO2水溶液的光譜分析可以檢測(cè)到HSO3-、S2O32-和痕量的SO32-，三氧化硫在液態(tài)時(shí)有單分子SO3和三聚的(SO3)3(結(jié)構(gòu)如下圖所示)兩種形式，在高溫時(shí)能將HBr氧化為Br2。關(guān)于說法正確的是()A．SO2、SO3都是非極性分子B．SO2Cl2為正四面體結(jié)構(gòu)C．SO3、SO32-中S原子都是sp2雜化D．1mol(SO3)3分子中含有12molσ鍵6．(2022·江蘇省平潮高級(jí)中學(xué)等五校臨門一腳)氨是一種重要的化工原料，主要用于化肥工業(yè)，也廣泛用于硝酸、純堿、制藥等工業(yè)；合成氨反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1。實(shí)驗(yàn)室用加熱NH4Cl和Ca(OH)2固體混合物的方法制取少量氨氣；侯氏制堿法用氨氣、二氧化碳，與飽和食鹽水制備純堿碳酸鈉。下列有關(guān)NH3、NF3、NH4+、NO2-、NO3-等含氮粒子的說法正確的是()A．NH3中N-H鍵角比NH4+中N-H鍵角大B．NH3極易溶于水，主要原因是NH3分子間能形成氫鍵C．NH3的水溶液能導(dǎo)電，但一水合氨不能完全電離，因此NH3屬于弱電解質(zhì)D．NH3、NF3的空間構(gòu)型都是三角錐型，NO2-、NO3-中的N都是sp2雜化7．有幾種陰離子的信息如下：陰離子ClO4-ClO3-MClO-中心元素化合價(jià)+5+3+1中心原子雜化類型sp3sp3下列推斷不正確的是()A．ClO3-和CO32-的價(jià)電子總數(shù)相同 B．M的化學(xué)式為ClO2-C．ClO3-、ClO-中氯原子的雜化類型都為sp3 D．M的空間結(jié)構(gòu)為V形8．短周期元素X、Y、Z原子序數(shù)依次增大，X元素基態(tài)原子有2個(gè)未成對(duì)電子，Y元素基態(tài)原子的核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少1個(gè)，Z的一種“超原子”(Z13-)具有40個(gè)價(jià)電子，下列說法錯(cuò)誤的是()A．簡單離子半徑：YZ B．XO32-的空間構(gòu)型為平面三角形C．YO3-中心原子的雜化方式為sp2雜化 D．X、Y、Z的電負(fù)性：YXZ9．根據(jù)雜化軌道理論和價(jià)層電子對(duì)互斥模型，判斷下列分子或離子的空間結(jié)構(gòu)正確的是()選項(xiàng)分子或離子中心原子雜化方式價(jià)層電子對(duì)互斥模型分子或離子的空間結(jié)構(gòu)ASO2sp直線形直線形BHCHOsp2平面三角形三角錐形CNF3sp2四面體形平面三角形DNHsp3正四面體形正四面體形10．(2022·四川省內(nèi)江市高三模擬節(jié)選)鋰離子電池的電解液一般為溶有LiPF6的碳酸酯類有機(jī)溶劑，LiPF6遇水反應(yīng)生成PF3和POF3+，PF6-中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為_______，POF3的空間構(gòu)型為_______。下列對(duì)PF5中心原子雜化方式的推斷合理的是_______(填字母)。A．sp2B．sp3C．sp3dD．sp3d211．氮是一種典型的非金屬元素，其單質(zhì)及化合物在生活和生產(chǎn)中具有廣泛的用途?；卮鹣铝袉栴}：(1)磷元素與氮元素同主族，基態(tài)磷原子有________個(gè)未成對(duì)電子，白磷的分子式為P4，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示?？茖W(xué)家目前合成了N4分子，N4分子中氮原子的雜化軌道類型是________，N—N—N鍵角為________；N4分解后能產(chǎn)生N2并釋放出大量能量，推測(cè)其用