1、1第 12 章（物质结构与性质）李仕才第 二 节 分 子 结 构 与 性 质 考点二 分子的立体构型1用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型(1)理论要点价层电子对在空间上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。孤电子对的排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。(2)价层电子对数的确定方法其中：a 是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数)，b 是 1个与中心原子结合的原子提供的价电子数，x 是与中心原子结合的原子数。(3)价层电子对互斥模型与分子立体构型的关系22.用杂化轨道理论推测分子的立体构型(1)杂化轨道概念：在外界条件的影响下，原子内部能量相近的原子轨
2、道重新组合的过程叫原子轨道的杂化，组合后形成的一组新的原子轨道，叫杂化原子轨道，简称杂化轨道。(2)杂化轨道的类型与分子立体构型(3)由杂化轨道数判断中心原子的杂化类型杂化轨道用来形成 键和容纳孤电子对，所以有公式：杂化轨道数中心原子的孤电子对数中心原子的 键个数。代表物 杂化轨道数 中心原子杂化轨道类型CO2 022 spCH2O 033 sp2CH4 044 sp33SO2 123 sp2NH3 134 sp3H2O 224 sp3(4)中心原子杂化类型和分子构型的相互判断3.等电子原理原子总数相同，价电子总数相同的粒子具有相似的化学键特征，它们的许多性质相似，如 CO 和 N2。等电子体
3、的微粒有着相同的分子构型，中心原子也有相同的杂化方式。常见等电子体与空间构型微粒 通式 价电子总数 立体构型CO2、CNS 、NO 、N 2 3 AX2 16e 直线形CO 、NO 、SO 323 3 AX3 24e 平面三角形SO2、O 3、NO 2 AX2 18e V 形SiO 、PO 、SO 、ClO44 34 24 4 AX4 32e 正四面体形PO 、SO 、ClO33 23 3 AX3 26e 三角锥形CO、N 2 AX 10e 直线形CH4、NH 4 AX4 8e 正四面体形判断正误(正确的打“” ，错误的打“”)1杂化轨道只用于形成 键或用于容纳未参与成键的孤电子对。( )42
4、分子中中心原子若通过 sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体结构。( )3NH 3分子为三角锥形，N 原子发生 sp2杂化。( )4只要分子构型为平面三角形，中心原子均为 sp2杂化。( )5中心原子是 sp 杂化的，其分子构型不一定为直线形。( )6价层电子对互斥理论中， 键电子对数不计入中心原子的价层电子对数。( )7中心原子杂化类型相同时，孤电子对数越多，键角越小。( )1杂化轨道只用于形成 键或者用来容纳孤电子对，剩余的 p 轨道可以形成 键，即杂化过程中若还有未参与杂化的 p 轨道，可用于形成 键。2杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同，中心原子杂化类型相同时孤电子对数越多，
5、键角越小。3杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。4价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对空间构型，不包括孤电子对。(1)当中心原子无孤电子对时，两者的构型一致；(2)当中心原子有孤电子对时，两者的构型不一致。5中心原子采取 sp3杂化的，其价层电子对模型为四面体形，其分子构型可以为四面体形(如 CH4)，也可以为三角锥形(如 NH3)，也可以为 V 形(如 H2O)。一、价层电子对互斥理论的应用1下列描述中正确的是( )5CS 2为 V 形的极性分子ClO 的空间构型为平面三角形 3SF 6中有 6 对完全相同的成键电子对SiF 4和 S
6、O 的中心原子均为 sp3杂化23A BC D解析：CS 2的空间构型与 CO2相同，是直线形，错误；ClO 的空间构型是三角锥形， 3错误；SF 6分子是正八面体构型，中心原子 S 原子具有 6 个杂化轨道，每个杂化轨道容纳2 个电子(1 对成键电子对)，形成 6 个 SF 键，所以 SF6分子有 6 对完全相同的成键电子对，正确；SiF 4和 SO 的中心原子都是 sp3杂化(但是前者为正四面体，后者为三角锥23形)，正确。答案：C2用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是( )ASO 2、CS 2、HI 都是直线形的分
7、子BBF 3键角为 120，SnBr 2键角大于 120CCH 2O、BF 3、SO 3都是平面三角形的分子DPCl 3、NH 3、PCl 5都是三角锥形的分子解析：A.SO 2是 V 形分子；CS 2、HI 是直线形的分子，错误；B.BF 3键角为 120，是平面三角形结构；而 Sn 原子价电子是 4，在 SnBr2中两个价电子与 Br 形成共价键，还有一对孤对电子，对成键电子有排斥作用，使键角小于 120，错误；C.CH 2O、BF 3、SO 3都是平面三角形的分子，正确；D.PCl 3、NH 3都是三角锥形的分子，而 PCl5是三角双锥形结构，错误。答案：C3填表，VSEPR 模型和分子
8、(离子)立体模型的确定。6答案：3 1 4 四面体形 直线形 sp 30 2 2 直线形 直线形 sp直线形 sp72 2 4 四面体形 V 形 sp 32 2 4 四面体形 V 形 sp 30 3 3 平面三角形 平面三角形 sp 21 3 4 四面体形 三角锥形 sp 30 4 4 正四面体形 正四面体形 sp 30 3 3 平面三角形 平面三角形 sp 21 3 4 四面体形 三角锥形 sp 30 4 4 正四面体形 正四面体形 sp 31 2 3 平面三角形 V 形 sp 20 3 3 平面三角形 平面三角形 sp 20 3 3 平面三角形 平面三角形 sp 20 3 3 平面三角形
9、平面三角形 sp 21 3 4 四面体形 三角锥形 sp 31 3 4 四面体形 三角锥形 sp 31 3 4 四面体形 三角锥形 sp 30 4 4 正四面体形 正四面体形 sp 30 4 4 正四面体形 正四面体形 sp 3平面形 sp 2平面正六边形 sp 2sp 2，sp 3二、等电子原理4N 2的结构可以表示为 ，CO 的结构可以表示为 ，其中椭圆框表示 键，下列说法中不正确的是( )AN 2分子与 CO 分子中都含有三键BCO 分子中有一个 键是配位键CN 2与 CO 互为等电子体DN 2与 CO 的化学性质相同解析：由题，N 2分子中 N 原子之间、CO 分子中 C、O 原子之间
10、通过 2 个 键，一个 键，即三键结合。其中，CO 分子中 1 个 键由 O 原子单方面提供孤电子对，C 原子提供空轨道通过配位键形成。N 2化学性质相对稳定，CO 具有比较强的还原性，两者化学性质不同。答案：D85下列粒子属于等电子体的是( )ACH 4和 NH BNO 和 O2 4CNO 2和 O3 DHCl 和 H2O解析：只要微粒的原子个数和最外层电子数相等即为等电子体。答案：A6通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是( )ACH 4和 NH 是等电子体，键角均为 60 4BNO 和 CO 是等电子体，均为平面三
11、角形结构 3 23CH 3O 和 PCl3是等电子体，均为三角锥形结构DB 3N3H6和苯是等电子体，B 3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道解析：甲烷是正四面体形结构，键角是 10928，A 错；NO 和 CO 是等电子体， 3 23均为平面三角形结构，B 对；H 3O 和 PCl3的价电子总数不相等，C 错；苯的结构中存在“肩并肩”式的重叠轨道，故 B3N3H6分子中也存在，D 错。答案：B7(1)氧元素与氟元素能形成 OF2分子，该分子的立体构型为_。(2)与 NO 互为等电子体的分子是_，根据等电子体原理在 NO 中氮原子轨道 2 2杂化类型是_；O 与 N2是等电子体，1 m
12、ol O 中含有的 键数目为_22 22个。(3)O3分子是否为极性分子？_(填“是”或“否”)。解析：(1)由价层电子对互斥理论可知，OF 2分子的立体构型为 V 形。(2)价电子数和原子数分别都相等的是等电子体，则与 NO 互为等电子体的是 CO2或 CS2；CO 2是含有双键的 2直线形结构，所以根据等电子原理，在 NO 中氮原子轨道杂化类型是 sp 杂化；与 O 互 2 22为等电子体的是氮气。氮气含有三键，而三键是由 1 个 键和 2 个 键构成的，则 1 mol O 中含有的 键数目为 2NA。(3)根据价层电子对互斥理论分析 SO2分子为 V 形，22是极性分子，SO 2分子与
13、O3分子的结构最相似，故 O3也是极性分子。答案：(1)V 形 (2)CO 2或 CS2 sp 2N A (3)是中心原子杂化类型的判断1 根据杂化轨道数进行推断(1)公式杂化轨道数中心原子孤电子对数(未参与成键)中心原子形成的 键个数(2)中心原子形成 键个数的判断方法9因为两原子之间只能形成一个 键，所以中心原子形成的 键个数中心原子结合的原子数。(3)中心原子孤电子对数的判断方法依据经验公式进行计算，对于通式 AX 中心原子(A)未用于成键的孤电子对数nm；A的 族 序 数 X能 接 受 的 最 多 电 子 数 m n2如 SO 中的孤电子对数 0、NH 中的孤电子对数246 24 22
14、 40、HCN 中的孤电子对数 0。5 4 12 4 1 32根据分子结构式推断出中心原子的孤电子对数。如 HCN：结构简式(HCN)，中心原子 C 形成两个 键，C 原子的四个价电子全部参与成键，无孤电子对；H 2O：结构式(HOH)，中心原子 O 形成两个 键，O 只有两个价电子参与成键，还余四个电子形成两对孤电子对。2 根据分子的空间构型推断杂化方式多原子(3 个或 3 个以上)分子的立体结构与中心杂化方式的对照：分子的立体结构正四面体形三角锥形 V 形平面三角形V 形 直线形杂化类型 sp3 sp2 sp(1)只要分子构型为直线形的，中心原子均为 sp 杂化，同理，只要中心原子是 sp
15、 杂化的，分子构型均为直线形。(2)只要分子构型为平面三角形的，中心原子均为 sp2杂化。(3)只要分子中的原子不在同一平面内的，中心原子均是 sp3杂化。(4)V 形分子的判断需要借助孤电子对数，孤电子对数是 1 的中心原子是 sp2杂化，孤电子对数是 2 的中心原子是 sp3杂化。3 根据杂化轨道之间的夹角判断若杂化轨道之间的夹角为 10928，则分子的中心原子发生 sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为 120，则分子的中心原子发生 sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为 180，则分子的中心原子发生 sp 杂化。4 根据等电子体原理结构相似推断如：CO 2是直线形分子，CNS 、NO 、N 与
16、 CO2是等电子体，所以分子构型均为直线 2 3形，中心原子均采用 sp 杂化。1下列说法正确的是( )10A凡是中心原子采取 sp3杂化的分子，其立体构型都是正四面体形B在 SCl2中，中心原子 S 采取 sp 杂化轨道成键C杂化轨道只用于形成 键或用于容纳未参与成键的孤电子对D凡 AB3型的共价化合物，其中心原子 A 均采用 sp3杂化轨道成键解析：A 项，中心原子采取 sp3杂化的分子，其分子构型可以是正四面体形，也可以是三角锥形或 V 形，A 错误；B 项，SCl 2中 S 原子采取 sp3杂化轨道成键，B 错误；D 项，AB 3型共价化合物，中心原子可采取 sp2杂化，如 SO3等，
17、D 错误。答案：C2氯化亚砜(SOCl 2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的几何构型和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是( )A三角锥形、sp 3 BV 形、sp 2C平面三角形、sp 2 D三角锥形、sp 2解析：首先求出 SOCl2分子中 S 原子的价层电子对数。孤电子对数 (6221)121，配位原子为 3，所以价层电子对数为 4，S 原子采取 sp3杂化，由于孤电子对占据一个杂化轨道，分子构型为三角锥形。答案：A3下列分子的空间构型可以用 sp2杂化轨道来解释的是( )BF 3 CH 2=CH2 HCCH NH 3CH 4A B C D解析：
18、sp 2杂化轨道形成夹角为 120的平面三角形杂化轨道，BF 3为平面三角形且BF 键夹角为 120；C 2H4中 C 原子以 sp2杂化，且未杂化的 2p 轨道形成 键；同相似；乙炔中的 C 原子为 sp 杂化；NH 3中 N 原子为 sp3杂化；CH 4中的碳原子为sp3杂化。答案：A4下列分子中，杂化类型相同，空间构型也相同的是( )AH 2O、SO 2 BBeCl 2、CO 2CH 2O、NH 3 DNH 3、CH 2O解析：各选项中的杂化类型和空间构型分别为：H 2O sp3杂化， “V”形，SO 2 sp2杂化，“V”形；BeCl 2和 CO2都是 sp 杂化，直线形；NH 3 s
19、p3杂化，三角锥形；CH 2O sp2杂化，平面三角形。11答案：B5(1)在硅酸盐中，SiO 四面体(如下图(a)通过共用顶角氧离子可形成岛状、链44状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中 Si原子的杂化形式为_。(2)BCl3和 NCl3中心原子的杂化方式分别为_和_。(3)在 H2S 分子中，S 原子轨道的杂化类型是_。(4)S 单质的常见形式为 S8，其环状结构如下图所示，S 原子采用的轨道杂化方式是_。解析：(1)在硅酸盐中，Si 与 4 个 O 形成 4 个 键，Si 无孤电子对；SiO 为正四44面体结构，所以硅原子的杂化形式为 sp3。(2)根据价层电子对互斥理论可知，BCl 3和 NCl3中心原子含有的孤电子对数分别是(331)20、(531)21，所以前者是平面三角形，B 原子是 sp2杂化；后者是三角锥形，N 原子是 sp3杂化。(3)S 原子与 H 原子形成了 2 个 键，另外还有 2 个孤电子对，所以 S 为 sp3杂化类型。(4)每个 S 原子与另外 2 个 S 原子形成 2 个共价单键，所以 S 原子的杂化轨道数键数孤电子对数224，故 S 原子为 sp3杂化。答案：(1)sp 3 (2)sp 2 sp 3 (3)sp 3 (4)sp 312
