【课堂新坐标】16-17学年高中化学鲁教版选修3教师用书第2章第2节第1课时一些典型分子的空间构型含解析

第2节共价键与分子的空间构型第1课时一些典型分子的空间构型

1．了解典型的分子空间构型，能够制作典型分子的空间模型。

2．了解杂化轨道理论，掌握常见的杂化轨道类型。(重点)

3．能够应用杂化轨道理论解释典型分子的空间构型。(难点)

教材整理1轨道杂化和杂化轨道

1.

2．甲烷中碳原子的杂化类型。

(1)任意能级的s轨道和p轨道都可以形成杂化轨道。(×)

(2)有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道。(√)

(3)杂化轨道用于形成π键。(×)

(4)杂化轨道能量相同。(√)

教材整理2杂化轨道的类型

1个s 轨道和2个p 轨道能否形成sp 1杂化轨道？

【提示】 不能。轨道杂化后形成杂化轨道的数目与杂化之前相同。1个s 轨道和2个p 轨道形成sp 2杂化轨道。

合作·探究]

探究背景]

NH 3、CH 4两分子中，N 、C 原子都采用sp 3杂化，NH 3分子空间构型是三角锥形，CH 4分子是正四面体形。

探究问题]

1．形成sp 3杂化的原子轨道是哪些？杂化轨道夹角是多少？

【提示】 2s 和2p 原子轨道，109.5°。

2．两分子空间构型不同的原因是什么？

【提示】 形成的4个sp 3杂化轨道中，NH 3分子中只有三个轨道中的未成对电子与H 原子的1s 电子成键。另1个轨道中有一对未成键的孤对电子不参加成键，但对成键电子对有较强的排斥作用，使三个N —H 键角变小，成为三角锥形。而CH 4分子中4个杂化轨道都分别与4个H 原子形成共价键，轨道夹角＝共价键键角＝109.5°

，为正四面体形。

核心·突破]

1．杂化轨道的特点

(1)形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。

(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。

(3)杂化前后轨道数目不变。

(4)杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。

(5)只有能量相近的轨道才能杂化(n s 、n p)。

2．分子空间构型的确定

题组1轨道杂化和杂化轨道

1．下列有关杂化轨道的说法不正确的是()

A．原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新轨道B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等

C．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原则

C．CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109.5°

【解析】轨道数目杂化前后一定相等。

【答案】 B

2．下列关于杂化轨道的说法错误的是()

A．所有原子轨道都参与杂化

B．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化

C．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键

D．杂化轨道中不一定有电子

【解析】参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s轨道与2s、2p 轨道能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A项错误，B项正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道，也可以有一对孤电子对(如NH3、H2O的形成)，故D项正确。

【答案】 A

3．能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为()

【解析】碳原子中的2s轨道与2p轨道形成4个等性的杂化轨道，因此碳原子最外层上的4个电子分占在4个sp3杂化轨道上并且自旋方向相同。

【答案】 D

题组2杂化轨道的类型

4．乙炔分子中的碳原子采取的杂化方式是()

A．sp1杂化B．sp2杂化

C．sp3杂化D．无法确定

【解析】乙炔的结构式为H—C≡C—H，其空间构型为直线形，属于sp1杂化。

【答案】 A

5．在中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是()

A．sp2sp2B．sp3sp3

C．sp2sp3D．sp1sp3

【解析】中碳原子形成了3个σ键，无未成键价电子对，需要形成3个杂化轨道，采用的杂化方式是sp2。两边的碳原子各自形成了4个σ键，无未成键电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的是sp3杂化。

【答案】 C

6．(1)对于CH4、NH3、H2O三分子，中心原子都采用________杂化，键角由大到小顺序是________。

(2)对于H2O、BeCl2、BF3、C2H2、C2H4、CH4、C6H6、NH3、CO2等分子，中心原子采用sp1杂化的：________，sp2杂化的：________，sp3杂化的：________。

【答案】(1)sp3CH4＞NH3＞H2O

(2)BeCl2、C2H2、CO2BF3、C2H4、C6H6CH4H2O NH3

【规律方法】杂化轨道类型的判断

(1)对于AB m型分子、中心原子的杂化轨道数可以这样计算。杂化轨道数

n＝中心原子价电子数＋配位原子提供的价电子数

2。

其中配位原子中，卤素原子、氢原子提供1个价电子，硫原子、氧原子不提供价电子，即提供价电子数为0。

例如：

(2)

n＝1

2(中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数)。

教材整理1苯的空间构型

在乙烯分子和苯分子中，成键碳原子都采用sp2杂化方式，为何二者的化学性质有较大差异？

【提示】在苯分子中，6个碳原子中未参与杂化的2p轨道形成π键，使原子轨道的重叠程度比乙烯中大，所以比乙烯中的键能大，性质稳定。

教材整理2苯分子空间构型的解释

每个C原子的两个sp2杂化轨道上的电子分别与邻近的两个C原子的sp2杂化轨道上的电子配对形成σ键，六个碳原子组成一个正六边形的碳环；另外一个sp2杂化轨道上的电子与H原子的1s电子配对形成σ键。同时，六个C原子上剩余的2p轨道，以“肩并肩”的方式形成多原子、多电子的大π键。

(1)苯分子中C原子发生sp2杂化。(√)

(2)苯分子中C—H键是σ键。(√)

(3)苯分子中大π键是6个C原子共同形成的。(√)

(4)苯分子为平面正六边形，键角为120°。(√)

核心·突破]

1．苯分子中C原子均以sp2杂化方式成键，形成夹角为120°的三个sp2杂化轨道，故为正六边形的碳环。

2．苯分子中苯环上的六个碳碳键的键长、键能均相同，不是单、双键交替形成。

3．由分子结构决定分子性质可知，苯分子不具有烯烃分子的某些特征性质，如能使溴水、酸性KMnO4溶液退色。

题组·冲关]

题组1苯分子的结构与性质

1．有关苯分子中的化学键描述不正确的是()

A．每个碳原子的sp2杂化轨道中的其中一个形成大π键

B．每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成大π键

C．碳原子的三个sp2杂化轨道与其他原子形成三个σ键

D．苯分子中六个碳碳键完全相同，键角均为120°

【解析】苯分子中每个碳原子中的三个sp2杂化轨道分别与两个碳原子和一个氢原子形成σ键。同时每个碳原子还有一个未参加杂化的2p轨道，它们均有一个未成对电子。这些2p轨道相互平行，以“肩并肩”方式相互重叠，形成一个多电子的大π键。所以苯分子中6个碳原子和6个氢原子都在同一平面内，6个碳碳键完全相同，键角皆为120°。

【答案】 A

2．下列关于苯分子的性质描述错误的是()

A．苯分子呈平面正六边形，六个碳碳键完全相同，键角皆为120°

B．苯分子中的碳原子采取sp2杂化，6个碳原子中未参与杂化的2p轨道以“肩并肩”形式形成一个大π键

C．苯分子中的碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊类型的键

D．苯能使溴水和酸性KMnO4溶液退色

【解析】苯分子中的碳原子采取sp2杂化，六个碳碳键完全相同，呈平面正六边形结构，键角皆为120°；在苯分子中间形成一个较稳定的六电子大π键，因此苯分子中的碳碳键并不是单、双键交替结构，不能使溴水和酸性KMnO4溶液退色。

【答案】 D

题组2分子空间构型的判断

3．指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间构型。

【导学号：66240015】

(1)CO2分子中的C为_____杂化，分子的结构式为_____，空间构型为___；

(2)CH2O分子中的C为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为________；

(3)CF4分子中的C为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为

________；

(4)H2S分子中的S为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为

________。

【解析】解答本题应首先通过资料或所学知识掌握各分子的杂化轨道类型或分子空间构型，然后再推断其他问题。杂化轨道类型决定了分子(或离子)的空间构型，如sp2杂化轨道的键角为120°，空间构型为平面三角形。因此，也可根据分子的空间构型确定分子(或离子)中杂化轨道的类型，如CO2为直线形分子，因此分子中杂化轨道类型为sp1杂化。

【答案】(1)sp1O===C===O直线形

(2)sp2平面三角形

(3)sp3正四面体形

(4)sp3H—S—H V形

【规律总结】判断分子空间构型的方法

(1)根据杂化轨道类型判断：sp1杂化——直线形、sp2杂化——平面形、sp3杂化轨道全部形成σ键时——正四面体形。

(2)根据价电子对互斥理论判断：sp3杂化轨道部分形成σ键时，结合σ键数目分析。如NH3分子中σ键数目为3，则为三角锥形，H2O分子中σ键数目为2，则为V形。

(3)利用等电子原理判断：如CH4和NH＋4均为正四面体形。

学业分层测评(七) 一些典型的空间构型

(建议用时：45分钟)

学业达标]

1．有关原子杂化的说法正确的是()

A．空间构型是正四面体的分子，中心原子都是以sp3杂化

B．苯分子中的碳原子以sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道也形成σ键C．乙烯分子的碳原子以sp2杂化，其中，C—H之间是以sp2杂化轨道形成的σ键，C—C之间除了以sp2杂化轨道形成σ键外，未参加杂化的2p轨道也形成π键D．只要分子的中心原子的杂化类型相同，分子的键角就一定相同

【解析】A项，比如白磷分子虽然为正四面体，但却不发生杂化；B项，苯分子中的碳原子发生sp2杂化，碳原子之间以sp2杂化轨道形成σ键，每个碳原子上的未杂化的2p轨道重叠形成π键；D项，分子的中心原子的杂化类型相同，比如

都是以sp3杂化的分子，由于中心原子上的孤对电子不同，对杂化轨道的排斥能力不同，导致分子的键角不同。

【答案】 C

2．s轨道和p轨道杂化的类型不可能有()

A．sp1杂化B．sp2杂化

C．sp3杂化D．sp4杂化

【解析】n p轨道有三个：n p x、n p y、n p z，当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：①sp1杂化：即一个s轨道和一个p轨道的杂化；②sp2杂化：即一个s轨道和两个p轨道的杂化；③sp3杂化：即一个s轨道和三个p轨道的杂化。

【答案】 D

3．下列分子的空间构型是正四面体形的是()

①CH4②NH3③CF4④SiH4⑤C2H4⑥CO2

A．①②③B．①③④

C．②④⑤D．①③⑤

【解析】C原子与Si原子的价电子层都是n s2n p2结构，参与成键时都是形成了4个sp3杂化轨道，故它们形成的①CH4，③CF4和④SiH4的空间构型都是正四面体形。而NH3为三角锥形，C2H4为平面形，CO2为直线形。

【答案】 B

4．下列分子中的中心原子的杂化轨道类型相同的是()

A．CO2与SO2B．CH4与NH3

C．BeCl2与BCl3D．C2H4与C2H2

【解析】A选项中CO2中心原子为sp1杂化，SO2中心原子为sp2杂化，A不正确；B选项中，CH4、NH3中心原子均为sp3杂化，B正确；C选项BeCl2中心原子为sp1杂化，BCl3中心原子为sp2杂化，C不正确；D选项C2H2中心原子为sp1杂化，C2H4中心原子为sp2杂化，D不正确。

【答案】 B

5．下列分子的空间构型为平面三角形的是()

A．CO2B．H2O

C．CH2O D．NH3

【答案】 C

6．下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是()

A．CO2B．H2S C．PCl3D．SiCl4

【解析】H2S中S原子与H2O中O原子的成键电子对数和孤电子对数都相同，故分子立体结构相似。

【答案】 B

7．对SO2与CO2说法正确的是()

A．都是直线形结构

B．中心原子都采取sp1杂化

C．硫原子和碳原子上都没有孤对电子

D．SO2为V形结构，CO2为直线形结构

【解析】CO2中碳原子是sp1杂化，是直线形结构，SO2中硫原子是sp2杂化，是V形结构，有1对孤对电子。

【答案】 D

8．已知在CH4中，C—H键间的键角为109.5°，NH3中，N—H键间的键角为107.3°，H2O中O—H键间的键角为104.5°，则下列说法中正确的是() A．孤对电子与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力

B．孤对电子与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力

C．孤对电子与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力

D．题干中的数据不能说明孤对电子与成键电子对间的斥力和成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系

【解析】电子对斥力大小规律：孤对电子与孤对电子>孤对电子与成键电子对>成键电子对与成键电子对。

【答案】 A

9．如图在乙烯分子中有5个σ键、一个π键，它们分别是()

A．sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键

B．sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键

C．C—H之间是sp2形成的σ键，C—C之间是未参加杂化的

2p轨道形成的π键

D．C—C之间是sp2形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键

【解析】乙烯分子中每个碳原子均采取sp2杂化，其中杂化轨道形成5个σ键，未杂化的2p轨道形成π键。

【答案】 A

10．(1)在形成氨气分子时，氮原子中的原子轨道发生sp3杂化形成4个________，形成的4个杂化轨道中，只有________个含有未成对电子，所以只能与________个氢原子形成共价键，又因为4个sp3杂化轨道有一对________，所以氨气分子中的键角与甲烷不同。

(2)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中O原子采用________杂化。H3O＋中H—O—H 键角比H2O中H—O—H键角大，原因为________________________ ______________________________________________________________

______________________________________________________________。

【解析】(1)在形成NH3分子时，氮原子的2p轨道和2s轨道发生sp3杂化，

形成4个杂化轨道，，含有一对孤对电子，3个未成键的单电子，可以与3个氢原子形成3个σ键。

(2)H3O＋中O原子的价电子数为6＋2＝8个，价电子对为4对，所以杂化方式为sp3杂化；H3O＋中只有一对孤对电子，H2O中有两对孤对电子，对所成共价键的排斥力H2O大于H3O＋，使得H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大。

【答案】(1)sp3杂化轨道33孤对电子

(2)sp3H3O＋分子中有一对孤对电子，H2O分子中有两对孤对电子，对形成的H—O的排斥力H2O大于H3O＋，造成H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H 键角大

11．X、Y、Z均为短周期元素，可形成X2Z和YZ2两种化合物。X、Y、Z的原子序数依次增大，X原子的K层的电子数目只有一个，Y位于X的下一周期，它的最外层电子数比K层多2个，而Z原子核外的最外层电子数比次外层电子数少2个。

(1)它们的元素符号分别为X________；Y________；Z________；

(2)用价电子对互斥理论判断：

Y位于X的下一周期，即为第二周期元素，它的最外层电子数比K层多2个，则其原

子结构示意图为，故Y为C元素；Z原子核外的最外层电子数比次外层电子数少2个，且原子序数：Z>Y，则Z为S元素。从而推知X2Z为H2S，YZ2为CS2。

【答案】(1)H C S

(2)

同周期，A、E同主族。A、C能形成两种液态化合物甲和乙，原子个数比分别为2∶1和1∶1。B元素原子有两个未成对电子，D是周期表中电负性最大的元素，F是地壳中含量最多的金属元素。根据以上信息回答下列问题：

【导学号：66240016】

(1)比较C、D对应氢化物的稳定性______________(填分子式)。

(2)甲、乙两分子中含有非极性共价键的是________(填分子式)，它的电子式为________。

(3)C、D、E、F的离子中，半径最小的是________(填离子符号)。

(4)B的氢化物的空间构型是________。

【解析】A、C能形成两种液态化合物甲和乙，则甲和乙为H2O和H2O2，且原子序数A

【答案】(1)H2O

(3)Al3＋(4)正四面体形

能力提升]

13．关于原子杂化轨道的说法正确的是()

A．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体形

B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合而形成的

C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合形成的一组能量相同的新轨道

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】中心原子采取sp3杂化，轨道形状是正四面体，但如果中心原子还有孤对电子，分子的空间结构不是正四面体。CH4分子中的sp3杂化轨道是C原子的一个2s与三个2p轨道杂化而成的。AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2

杂化或sp3杂化。

【答案】 C

14．已知次氯酸分子的结构式为H—O—Cl，下列有关说法正确的是()

A．O原子发生sp1杂化

B．O原子与H、Cl都形成σ键

C．该分子为直线形分子

D．该分子电子式是

【解析】HClO分子的结构式为H—O—Cl，O原子应为sp3杂化，形成4个杂化轨道，其中有2个是孤对电子，另2个杂化轨道分别与H原子和Cl原子各形

成1个σ键。因为O原子是sp3杂化，所以分子构型为V形，其电子式为，故B项正确。

【答案】 B

15．(2016·蚌埠三中质检)了解有机物分子中化学键特征以及成键方式是研究有机物性质的基础。下列关于有机物分子的成键方式的描述不正确的是() A．烷烃分子中碳原子均采用sp3杂化成键

B．炔烃分子中的碳碳叁键由1个σ键、2个π键组成

C．苯分子中所有碳原子均采用sp2杂化成键，苯环中存在6个碳原子共有的大π键

D．甲苯分子中所有碳原子均采用sp2杂化成键

【解析】甲苯分子中，苯环上的碳原子都采用sp2杂化，但甲基上的碳原子采用sp3杂化，D错。

【答案】 D

16．元素X和Y属于同一主族。负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。

(1)确定X、Y两种元素在周期表中的位置分别为________、________。

(2)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中，写出X质量分数为50%的化合物的化学式_______；该分子的中心原子以_______杂化，分子构型为_______。

(3)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式________；该分子的中心原子以________杂化，分子构型为________。

(4)由氢元素与X元素形成的化合物中，含有非极性键的是________(写分子式)，分子构型为V形的是________(写分子式)。

【解析】根据氢化物化学式H2X，知

M（X）

M（X）＋2

×100%＝88.9%，M(X)≈16。

可推知，X的相对原子质量为16，则Y为S，其氧化物分别为SO2、SO3，根据杂化轨道理论易确定其分子构型、极性。X元素为O，与氢元素形成两种化合物H2O 和H2O2，其中H2O的分子构型为V形，H2O2分子中含有非极性键“—O—O—”。

【答案】(1)第2周期ⅥA族第3周期ⅥA族

(2)SO2sp2V形

(3)SO3sp2平面三角形

(4)H2O2H2O