
1.掌握價(jià)層電子對互斥模型和雜化軌道理論的內(nèi)容并能用其推測簡單分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。2.掌握鍵角大小原因并能作出規(guī)范描述。
1.價(jià)層電子對互斥模型(1)理論要點(diǎn)①價(jià)層電子對在空間上彼此相距最遠(yuǎn)時(shí),排斥力最小,體系的能量最低。②孤電子對排斥力較大,孤電子對越多,排斥力越強(qiáng),鍵角越小。(2)價(jià)層電子對互斥模型推測分子(離子)的空間結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵——價(jià)層電子對數(shù)的計(jì)算價(jià)層電子對數(shù)=σ鍵電子對數(shù)+中心原子上的孤電子對數(shù)說明:σ鍵電子對數(shù)=中心原子結(jié)合的原子數(shù);
中心原子上的孤電子對數(shù)= (a-xb),其中①a表示中心原子的_________。對于主族元素:a=___________________。對于陽離子:a=_________________________________。對于陰離子:a=_______________________________________。②x表示_______________________。③b表示與中心原子結(jié)合的原子___________________(氫為__,其他原子=____________________。如氧和氧族元素中的S、Se等均為2,鹵族元素均為1)。
中心原子的價(jià)電子數(shù)-離子的電荷數(shù)
中心原子的價(jià)電子數(shù)+離子的電荷數(shù)(絕對值)
與中心原子結(jié)合的原子數(shù)
例如,SOCl2的空間結(jié)構(gòu)的判斷:SOCl2的中心原子為S,σ鍵電子對數(shù)為3,孤電子對數(shù)為 ×(6-1×2-2×1)=1,價(jià)層電子對數(shù)為4,這些價(jià)層電子對互相排斥,形成四面體形的VSEPR模型,由于中心原子上有1個(gè)孤電子對,則SOCl2的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。
提示 H2SO3的中心原子為S,σ鍵電子對數(shù)為3,孤電子對數(shù)為 ×(6-1×2-2×1)=1,價(jià)層電子對數(shù)為4。這些價(jià)層電子對互相排斥,形成四面體形的VSEPR模型, 由于中心原子上有1 個(gè)孤電子對, 所以H2SO3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。
2.雜化軌道理論(1)雜化軌道理論概述中心原子上若干不同類型(主要是s、p軌道)、能量相近的原子軌道混合起來,重新組合成同等數(shù)目、能量完全相同的新軌道。雜化軌道數(shù)不同,軌道間的夾角就不同,形成分子的空間結(jié)構(gòu)就不同。
(2)雜化軌道三種類型
(3)由雜化軌道數(shù)判斷中心原子的雜化類型雜化軌道用來形成σ鍵和容納孤電子對,所以有公式:雜化軌道數(shù)=_______________________+___________________=_______________________。
中心原子的價(jià)層電子對數(shù)
3.VSEPR模型與微粒空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系完成下列表格
1.價(jià)層電子對互斥模型中,π鍵電子對數(shù)不計(jì)入中心原子的價(jià)層電子對數(shù)( )2.N2分子中N原子沒有雜化,分子中有1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵( )3.只要分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形,中心原子均為sp2雜化( )4.分子中中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時(shí),該分子一定為正四面體結(jié)構(gòu)( )5.SiF4與 的中心原子均為sp3雜化( )
6. 為四角錐結(jié)構(gòu), 中心原子I沒有孤電子對( )7.六氟化硫分子空間結(jié)構(gòu)呈正八面體形,其中心原子的價(jià)層電子對數(shù)為4( )
一、價(jià)層電子對數(shù)及雜化方式的判斷1.下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是A.CO2與SO2 B.CH4與NH3C.BeCl2與BF3 D.C2H6與C2H2
BeCl2中Be形成2個(gè)σ鍵,無孤電子對,為sp雜化,BF3中B形成3個(gè)σ鍵,無孤電子對,為sp2雜化,故C錯(cuò)誤;C2H6中C形成4個(gè)σ鍵,無孤電子對,為sp3雜化,C2H2中形成2個(gè)σ鍵,無孤電子對,為sp雜化,故D錯(cuò)誤。
2.用價(jià)層電子對互斥模型判斷下列微粒中心原子的價(jià)層電子對數(shù)。
3.判斷下列物質(zhì)中心原子的雜化方式。(1)PCl3分子中,P的雜化方式為________。(2)[2019·全國卷Ⅰ,35(2)節(jié)選]乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機(jī)化合物,分子中氮、碳的雜化類型分別是____、____。(3)HOCH2CN分子中碳原子的雜化軌道類型是_______。(4)丙烯腈分子(H2C==CH—C≡N)中碳原子雜化軌道類型為________。
的結(jié)構(gòu)為 。 在該反應(yīng)中,B原子的雜化軌道類型由____變?yōu)開___。
二、分子(離子)空間結(jié)構(gòu)的判斷4.(1)指出下列粒子的空間結(jié)構(gòu)。①H2S_____;②BeF2________;③PF3________;④SO3 ___________。(2)在BF3分子中,F(xiàn)—B—F的鍵角是_____,硼原子的雜化軌道類型為____,BF3和過量NaF作用可生成NaBF4, 的空間結(jié)構(gòu)為____________。(3)肼(N2H4)分子可視為NH3分子中的一個(gè)氫原子被—NH2(氨基)取代形成的另一種氮的氫化物。NH3分子的空間結(jié)構(gòu)是________;N2H4分子中氮原子軌道的雜化類型是___。
NH3分子中σ鍵數(shù)為3,孤電子對數(shù)為1,價(jià)層電子對數(shù)為4,N原子采用sp3雜化,分子空間結(jié)構(gòu)為三角錐形,N2H4中氮原子與NH3中氮原子雜化類型相同,均為sp3雜化。
(4) 的空間結(jié)構(gòu)是___________,其中硫原子的雜化軌道類型是____。
5.V2O5常用作SO2轉(zhuǎn)化為SO3的催化劑。(1)SO2分子中S原子價(jià)層電子對數(shù)是___,分子的空間結(jié)構(gòu)為_____;氣態(tài)SO3為單分子,該分子中S原子的雜化軌道類型為____。(2)SO3的三聚體環(huán)狀結(jié)構(gòu)如圖所示,該結(jié)構(gòu)中S原子的雜化軌道類型為____。
SO3的三聚體環(huán)狀結(jié)構(gòu)中,S原子形成4個(gè)σ鍵,則S原子采取sp3雜化。
1.(2022·遼寧,7)理論化學(xué)模擬得到一種 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
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;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;
中含 ,常溫下不穩(wěn)定,D正確。
2.(1)[2023·北京,15(3)] 的空間結(jié)構(gòu)是_________。(2)[2023·浙江1月選考,17(1)節(jié)選]Si(NH2)4分子的空間結(jié)構(gòu)(以Si為中心)名稱為______,分子中氮原子的雜化軌道類型是____。(3)[2022·福建,14(4)][BrOF2]+的中心原子Br的雜化軌道類型為___。(4)[2021·湖南,18(2)②節(jié)選]N-甲基咪唑( )中碳原子的雜化軌道類型為________。
N-甲基咪唑分子中含有甲基和碳碳雙鍵,則該分子中碳原子的雜化軌道類型為sp3、sp2。
(5)[2021·全國甲卷,35(1)節(jié)選]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)。
根據(jù)SiCl4的結(jié)構(gòu)式可知,Si的價(jià)層電子對數(shù)為4,故Si采取sp3雜化;根據(jù)SiCl4(H2O)的結(jié)構(gòu)式可知Si的價(jià)層電子對數(shù)為5,采取sp3d雜化。
3.[2021·山東,16(3)]Xe是第五周期的稀有氣體元素,與F形成的XeF2室溫下易升華。XeF2中心原子的價(jià)層電子對數(shù)為_____,下列對XeF2中心原子雜化方式推斷合理的是____(填字母)。A.sp D.sp3d
4.(1)[2022·湖南,18(1)③]比較鍵角大?。簹鈶B(tài)SeO3分子____ 離子(填“>”“X>Z,故A正確;碳酸根離子中碳原子的價(jià)層電子對數(shù)為3,孤電子對數(shù)為0,碳酸根離子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形,故B正確;硝酸根離子中氮原子的價(jià)層電子對數(shù)為3,雜化方式為sp2雜化,故C正確;電子層結(jié)構(gòu)相同的離子,核電荷數(shù)越大,離子半徑越小,則氮離子的半徑大于鋁離子,故D錯(cuò)誤。
13.解答下列問題:(1)NH3分子在獨(dú)立存在時(shí),H—N—H鍵角為107°。如圖是[Zn(NH3)6]2+的部分結(jié)構(gòu)以及H—N—H鍵角的測量值。解釋NH3形成如圖配合物后H—N—H鍵角變大的原因:____________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)AsH3分子為三角錐形,鍵角為91.80°,小于氨分子的鍵角107°,AsH3分子鍵角較小的原因是_____________________________________________________________________________。
NH3分子中N原子的孤電子對進(jìn)入Zn2+的空軌道形成配位鍵后,原孤電子對與成鍵電子對間的排斥作用變?yōu)槌涉I電子對間的排斥作用,排斥作用減弱
砷原子的電負(fù)性小于氮原子,其共用電子對離砷核距離較遠(yuǎn),斥力較小,鍵角較小
(3)乙酸分子( )中鍵角1大于鍵角2,其原因?yàn)開__________________________________________。
C==O對C—C的斥力大于
14.(1)Cu2+處于[Cu(NH3)4]2+的中心,若將配離子[Cu(NH3)4]2+中的2個(gè)NH3換為CN-,則有2種結(jié)構(gòu),則Cu2+是否為sp3雜化?____(填“是”或“否”),理由為__________________________________________________________________________________________________________。(2)用價(jià)層電子對互斥模型推斷甲醛中H—C—H的鍵角___(填“>”“<”或“=”)120°。
若是sp3雜化,[Cu(NH3)4]2+的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形,將配離子[Cu(NH3)4]2+中的2個(gè)NH3換為CN-,則只有1種結(jié)構(gòu)
甲醛分子中,碳氧之間為雙鍵,根據(jù)價(jià)層電子對互斥模型可知雙鍵與單鍵之間的斥力大于單鍵與單鍵之間的斥力,所以H—C—H的鍵角小于120°。
(3)SO2Cl2和SO2F2中S==O之間以雙鍵結(jié)合,S—Cl、S—F之間以單鍵結(jié)合。請你預(yù)測SO2Cl2和SO2F2分子的空間結(jié)構(gòu)為________。SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl____SO2F2分子中∠F—S—F(填“<”“>”或“=”)。
當(dāng)中心原子的價(jià)層電子對數(shù)為4時(shí),VSEPR模型為四面體形,硫原子無孤電子對,所以空間結(jié)構(gòu)為四面體形;配位原子得電子能力越弱,其與中心原子形成的共用電子對之間的斥力越強(qiáng),F(xiàn)原子的得電子能力大于氯原子,所以SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl>SO2F2分子中∠F—S—F。
(4)抗壞血酸的分子結(jié)構(gòu)如圖所示,該分子中碳原子的雜化軌道類型為________。
15.短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序數(shù)逐漸增大,它們的最簡單氫化物分子的空間結(jié)構(gòu)依次是正四面體形、三角錐形、正四面體形、V形、直線形?;卮鹣铝袉栴}:(1)Z的氫化物的結(jié)構(gòu)式為_______,HZO分子的中心原子價(jià)層電子對數(shù)的計(jì)算式為_____________________,該分子的空間結(jié)構(gòu)為____。
由題意可推出D、E、X、Y、Z分別為C、N、Si、S、Cl。
(2)Y的價(jià)層電子排布式為_______,Y的最高價(jià)氧化物的VSEPR模型為____________。
SO3中硫原子的價(jià)層電子對數(shù)為3,VSEPR模型為平面三角形。
(3)X與Z形成的最簡單化合物的化學(xué)式是______,該分子中的鍵角是________。
SiCl4是正四面體結(jié)構(gòu),鍵角為109°28′。
(4)D、E的最簡單氫化物的分子空間結(jié)構(gòu)分別是正四面體形與三角錐形,這是因?yàn)開__(填字母)。 a.兩種分子的中心原子的價(jià)層電子對數(shù)不同b.D、E的非金屬性不同c.E的氫化物分子中有一個(gè)孤電子對,而D的氫化物分子中沒有
CH4、NH3的中心原子價(jià)層電子對數(shù)均為4,分子空間結(jié)構(gòu)不同的根本原因是NH3分子中有孤電子對而CH4分子中沒有,分子空間結(jié)構(gòu)與元素的非金屬性強(qiáng)弱無關(guān)。
鍵角大小原因解釋的三種模型
模型1 價(jià)層電子對構(gòu)型(或中心原子雜化方式)不相同,優(yōu)先看雜化方式,鍵角:sp>sp2>sp3例1 Si與C元素位于同一主族,SiO2鍵角小于CO2的原因是____________________________________________________________________________________。
SiO2中中心Si原子采取sp3雜化,鍵角為109°28′;CO2中中心C原子采取sp雜化,鍵角為180°
答題模板:×××中心原子采取×××雜化,鍵角為×××,而×××中心原子采取×××雜化,鍵角為×××。
變式訓(xùn)練1 比較下列分子或離子中的鍵角大小(填“>”“<”或“=”):①H2O__CS2,原因是_________________________________________________________________________________。②SO3___ 。③BF3___NCl3。
H2O中中心O原子采取sp3雜化,鍵角約為105°;CS2中中心C原子采取sp雜化,鍵角為180°
模型2 價(jià)層電子對構(gòu)型(或中心原子雜化方式)相同,看電子對間的斥力(1)電子對排斥力大小順序:孤電子對與孤電子對之間>孤電子對與成鍵電子對之間>成鍵電子對與成鍵電子對之間。例2 已知H2O、NH3、CH4三種分子中,鍵角由大到小的順序是__________________,原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________。
CH4>NH3>H2O
CH4分子中無孤電子對,NH3分子中含有1個(gè)孤電子對,H2O分子中含有2個(gè)孤電子對,孤電子對對成鍵電子對的排斥作用依次增大,故鍵角逐漸減小
答題模板: ×××分子中無孤電子對,×××分子中含有n個(gè)孤電子對,孤電子對對成鍵電子對的排斥作用較大,因而鍵角較小。
變式訓(xùn)練2 比較下列分子或離子中的鍵角大小(填“>”“<”或“=”):①PH3___ ,原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________。
中無孤電子對,PH3分子中含有1個(gè)孤電子對,孤電子對對成鍵電子對的排斥作用較大,因而鍵角較小
(2)三鍵、雙鍵、單鍵之間的排斥力大小順序:三鍵—三鍵>三鍵—雙鍵>雙鍵—雙鍵>雙鍵—單鍵>單鍵—單鍵,舉例:COCl2的雜化軌道角度:120°;排斥力分析:C==O對C—Cl的排斥力大于C—Cl對C—Cl的排斥力;實(shí)際鍵角:形成兩種鍵角分別為124°18′、111°24′。
變式訓(xùn)練3 在 分子中,鍵角∠HCO_____(填“>”“<”或“=”)∠HCH,理由是_____________________。
模型3 空間結(jié)構(gòu)相同,中心原子相同或配位原子相同,看中心原子或配位原子的電負(fù)性(1)中心原子不同,配位原子相同例3 AC3與BC3,若電負(fù)性:A>B,則鍵角:AC3____BC3,原因是__________________________________________________________________________________________________。
中心原子的電負(fù)性A強(qiáng)于B,中心原子的電負(fù)性越大,成鍵電子對離中心原子越近,斥力越大,鍵角也越大
(2)中心原子相同,配位原子不同例4 AB3與AC3,若電負(fù)性:B>A>C,則鍵角:AB3___AC3,原因是____________________________________________________________________________。
電負(fù)性:B>A>C,在AB3中成鍵電子對離中心原子較遠(yuǎn),斥力較小,因而鍵角較小
變式訓(xùn)練4 ①NH3的鍵角___PH3的鍵角,原因是_________________________________________________________________________________________________。②NF3的鍵角____NH3的鍵角,理由是___________________________________________________________________________。
中心原子的電負(fù)性N強(qiáng)于P,中心原子的電負(fù)性越大,成鍵電子對離中心原子越近,斥力越大,鍵角也越大
F的電負(fù)性比H大,NF3中成鍵電子對離中心原子較遠(yuǎn),斥力較小,因而鍵角也較小
1.H3BO3 分子中的O—B—O的鍵角______(填“大于”“等于”或“小于”) 中的H—B—H的鍵角,判斷依據(jù)是__________________________________________________________________________________。
H3BO3分子中的B采取sp2雜化,而 中的B采取sp3雜化,sp2雜化形成的鍵角大于sp3雜化
2.高溫陶瓷材料Si3N4晶體中鍵角N—Si—N___(填“>”“
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