2.2分子的空間結(jié)構(gòu)高二化學(xué)講義課時(shí)作業(yè)（人教版2019選擇性必修2）（原卷版）

第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)1.了解常見的分子結(jié)構(gòu)測(cè)定方法。2.認(rèn)識(shí)共價(jià)分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性。3.學(xué)會(huì)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型來判斷分子的空間結(jié)構(gòu)。4.了解雜化軌道理論的基本內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)一分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定和多樣的分子空間結(jié)構(gòu)。知識(shí)點(diǎn)二價(jià)層電子對(duì)互斥模型。知識(shí)點(diǎn)三雜化軌道理論。知識(shí)點(diǎn)一分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定和多樣的分子空間結(jié)構(gòu)一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定1.紅外光譜儀：通過紅外光譜儀測(cè)得某未知物的紅外光譜圖，分析出分子中含有的化學(xué)鍵或官能團(tuán)。（1）測(cè)定原理：分子中的原子不是固定不動(dòng)的，而是不斷地振動(dòng)著的。當(dāng)一束紅外線透過分子時(shí)，分子會(huì)吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。（2）測(cè)定過程：紅外光譜圖分析吸收峰與譜圖庫(kù)對(duì)比推斷分子所含的官能團(tuán)和化學(xué)鍵（3）紅外光譜圖：表明有機(jī)物分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)。（4）用途：確定官能團(tuán)和化學(xué)鍵的類型。2.質(zhì)譜儀：現(xiàn)代化學(xué)常利用質(zhì)譜儀測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量。（1）原理：在質(zhì)譜儀中使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等粒子。由于生成的離子具有不同的相對(duì)質(zhì)量，它們?cè)诟邏弘妶?chǎng)加速后，通過狹縫進(jìn)入磁場(chǎng)得以分離，在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰，化學(xué)家對(duì)這些峰進(jìn)行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對(duì)分子質(zhì)量。（2）測(cè)定過程：待測(cè)物分子離子、碎片離子電場(chǎng)加速磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜圖（3）質(zhì)荷比：分子離子、碎片離子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷的比值。（4）質(zhì)譜法應(yīng)用：測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量，即：由于相對(duì)質(zhì)量越大的分子離子的質(zhì)荷比越大，達(dá)到檢測(cè)器需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因此譜圖中的質(zhì)荷比最大（最右邊）的就是未知物的相對(duì)分子質(zhì)量，注意：當(dāng)“質(zhì)”為該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量，“荷”為一個(gè)單位電荷時(shí)，質(zhì)荷比的最大值即為該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量——質(zhì)譜圖中最右邊的數(shù)據(jù)?！練w納總結(jié)】1.用紅外光譜儀測(cè)定化學(xué)鍵或官能團(tuán)信息，大多數(shù)已知化合物的紅外譜圖已建成數(shù)據(jù)庫(kù)，通過對(duì)比便可得到確認(rèn)。2.用質(zhì)譜法測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量，在質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比最大的數(shù)據(jù)（最右邊的數(shù)據(jù)）代表所測(cè)物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量。二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)1.三原子分子的空間結(jié)構(gòu)——直線型和V形（又稱角形）(AB2型)化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)模型空間結(jié)構(gòu)名稱CO2O=C=O180o直線型H2O105oV形2.四原子分子常見的空間結(jié)構(gòu)——平面三角形和三角錐形(AB3型)化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)模型空間結(jié)構(gòu)名稱CH2O約120o平面三角形NH3107o三角錐形3.五原子分子常見的空間結(jié)構(gòu)——四面體形(AB4型)化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)模型空間結(jié)構(gòu)名稱CH4109o28′正四面體形4.其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)【歸納總結(jié)】1.四原子分子的空間結(jié)構(gòu)大多數(shù)為平面三角形和三角錐形，也有的為直線形(如C2H2)、正四面體形(如P4)等。2.常見直線形分子：雙原子分子、CO2(O=C=O)、HCN(H—C≡N)、乙炔(H—C≡C—H)。3.AB4型分子或離子：CX4(X為鹵素原子或氫原子)、SiCl4、SiH4、NH4+、SO24為正四面體形?！纠?】2013年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家馬丁·卡普拉斯、邁克爾·萊維特、阿里耶·瓦謝勒，以表彰他們“在開發(fā)多尺度復(fù)雜化學(xué)系統(tǒng)模型方面所做的貢獻(xiàn)”。這種用電腦取代木棒作試驗(yàn)?zāi)Ｐ停呱爽F(xiàn)代化學(xué)研究手段的一次新飛躍。下列不屬于現(xiàn)代化學(xué)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的手段的是()A．X射線B．天平C．質(zhì)譜 D．核磁共振【例2】下列有關(guān)鍵角與分子空間結(jié)構(gòu)的說法不正確的是()A．鍵角為180°的分子，空間結(jié)構(gòu)是直線形B．鍵角為120°的分子，空間結(jié)構(gòu)不一定是平面三角形C．空間結(jié)構(gòu)是正四面體形，鍵角一定是109°28′D．鍵角在90°～109°28′的分子，空間結(jié)構(gòu)可能是V形【變式1】現(xiàn)代化學(xué)常用的測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量的方法是A．質(zhì)譜法B．晶體X射線衍射法C．核磁共振氫譜法 D．紅外光譜法【變式2】下列分子或離子中，空間結(jié)構(gòu)是平面三角形的是()A.CH4B．NHeq\o\al(＋,4)C．HCHOD．CO2知識(shí)點(diǎn)二價(jià)層電子對(duì)互斥模型一、內(nèi)容價(jià)層電子對(duì)互斥模型認(rèn)為，分子的空間結(jié)構(gòu)是中心原子周圍的“”相互排斥的結(jié)果。價(jià)層電子對(duì)是指分子中的與結(jié)合原子間的和中心原子上的。多重鍵只計(jì)其中的σ鍵電子對(duì)，不計(jì)π鍵電子對(duì)。1.當(dāng)中心原子的價(jià)電子全部參與成鍵時(shí)，為使價(jià)電子斥力最小，就要求盡可能采取對(duì)稱結(jié)構(gòu)。2.當(dāng)中心原子的價(jià)電子部分參與成鍵時(shí)，未參與成鍵的孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間及孤電子對(duì)之間、成鍵電子對(duì)之間的斥力不同，從而影響分子的空間結(jié)構(gòu)。3.電子對(duì)之間的夾角越大，相互之間的斥力越小。4.成鍵電子對(duì)之間斥力由大到小的順序：三鍵三鍵>三鍵雙鍵>雙鍵雙鍵>雙鍵單鍵>單鍵單鍵。5.含孤電子對(duì)的斥力由大到小的順序：孤電子對(duì)孤電子對(duì)>孤電子對(duì)單鍵>單鍵單鍵。二、價(jià)層電子對(duì)數(shù)的確定中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ鍵電子對(duì)數(shù)+中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)。σ鍵電子對(duì)數(shù)可由化學(xué)式確定。而中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)，確定方法如下：中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)。公式中各字母的含義：a中心原子的價(jià)層電子數(shù)中心原子的價(jià)電子數(shù)陽(yáng)離子=中心原子的價(jià)層電子數(shù)離子的電荷數(shù)陰離子=中心原子的價(jià)層電子數(shù)+︱離子的電荷數(shù)︱x與中心原子結(jié)合的原子數(shù)b與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)H=1其他原子=8該原子的價(jià)層電子數(shù)三、VSEPR模型和分子的空間結(jié)構(gòu)1.如H2O的中心原子上有2個(gè)孤電子對(duì)和2個(gè)σ鍵電子對(duì)，中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，它們相互排斥形成四面體形的VSEPR模型。略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對(duì)，因而H2O的空間結(jié)構(gòu)為V形。根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷分子或離子的空間結(jié)構(gòu)：在確定了分子中中心原子上的σ鍵電子對(duì)數(shù)和孤電子對(duì)數(shù)后，可以依據(jù)下面的方法確定相應(yīng)的較穩(wěn)定的分子空間結(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)eq\o(→,\s\up17(價(jià)層電子對(duì)相互排斥))VSEPR模型eq\o(→,\s\up17(略去孤電子對(duì)))分子的空間結(jié)構(gòu)2.常見分子的VSEPR模型和分子的空間結(jié)構(gòu)如下表所示：分子或離子中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)σ鍵電子對(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、BeCl2002直線形直線形CO32—、BF3033平面三角形平面三角形SO2、PbCl212V形CH4、CCl4044正四面體形正四面體形NH3、NF313四面體形三角錐形H2O、H2S22V形【歸納總結(jié)】1.計(jì)算中心原子上價(jià)層電子對(duì)數(shù)的另一種方法對(duì)ABm型分子或離子，其中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)(n)的判斷方法：n＝eq\f(1,2)(中心A原子的價(jià)電子數(shù)＋每個(gè)B原子提供的價(jià)電子數(shù)×m±電荷數(shù))。需要注意：①作為與中心原子結(jié)合的原子，鹵素原子和氫原子提供1個(gè)電子，第ⅥA族元素的原子不提供電子；②若為分子，電荷數(shù)為0；③若為陽(yáng)離子，則減去電荷數(shù)，如NHeq\o\al(＋,4)，n＝eq\f(5＋1×4－1,2)＝4；④若為陰離子，則加上電荷數(shù)，如SOeq\o\al(2－,4)，n＝eq\f(6＋0＋2,2)＝4；⑤若價(jià)電子數(shù)出現(xiàn)奇數(shù)時(shí)，可把這個(gè)單電子當(dāng)作電子對(duì)看待。2.使用價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷分子空間結(jié)構(gòu)時(shí)需注意：價(jià)層電子對(duì)互斥模型是價(jià)層電子對(duì)的空間結(jié)構(gòu)，而分子的空間結(jié)構(gòu)指的是成鍵電子對(duì)的空間結(jié)構(gòu)，不包括孤電子對(duì)。兩者是否一致取決于中心原子上有無孤電子對(duì)(未用于形成共價(jià)鍵的電子對(duì))，當(dāng)中心原子上無孤電子對(duì)時(shí)，兩者的結(jié)構(gòu)一致；當(dāng)中心原子上有孤電子對(duì)時(shí)，兩者的結(jié)構(gòu)不一致。【例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【例2】?jī)r(jià)電子對(duì)互斥模型(模型)可有效解釋和預(yù)測(cè)分子的空間構(gòu)型，下列解釋均正確的是選項(xiàng)分子中心原子上價(jià)層電子對(duì)數(shù)分子的空間結(jié)構(gòu)ANH34平面正三角形BPCl4+4正四面體形CBeCl22直線形DBF33三角錐形A．A B．B C．C D．D【變式1】用模型可以判斷許多分子或離子的空間結(jié)構(gòu)，有時(shí)也能用來推測(cè)鍵角大小，下列判斷正確的是A．PCl3分子中三個(gè)共價(jià)鍵的鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角都相等B．NH3、PH3、AsH3鍵角由大到小的順序?yàn)锳sH3>PH3>NH3C．CO2分子的鍵角是120°D．PCl3、PCl5都是三角錐形的分子【變式2】用價(jià)層電子對(duì)互斥理論預(yù)測(cè)H2O和BF3的立體結(jié)構(gòu)，兩個(gè)結(jié)論都正確的是()A.直線形；三角錐形B．V形；三角錐形C.直線形；平面三角形 D．V形；平面三角形知識(shí)點(diǎn)三雜化軌道理論一、軌道的雜化與雜化軌道：雜化軌道理論是一種價(jià)鍵理論，是鮑林為了解釋分子的空間結(jié)構(gòu)提出的。1.軌道的雜化：在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程。2.雜化軌道：原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡(jiǎn)稱雜化軌道。3.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，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。(3)只有能量相近的原子軌道才能雜化(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)雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。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，例如s軌道與p軌道雜化后形成的雜化軌道一頭大一頭小，如圖，成鍵時(shí)根據(jù)最大重疊原理，使它的大頭與其他原子軌道重疊，重疊程度更大，形成的共價(jià)鍵更牢固。(6)雜化軌道用于形成σ鍵或者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。分子的空間結(jié)構(gòu)主要取決于原子軌道的雜化類型。(7)雜化軌道成鍵時(shí)仍具有共價(jià)鍵的特征——方向性和飽和性(8)雜化軌道數(shù)=中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)+與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。(9)為使相互間的排斥力最小，雜化軌道在空間取最大夾角分布。同一組雜化軌道的伸展方向不同，但形狀完全相同。二、雜化軌道類型與分子的空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系1.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)。當(dāng)沒有孤電子對(duì)時(shí)，能量相同的雜化軌道彼此遠(yuǎn)離，形成的分子為對(duì)稱結(jié)構(gòu)；當(dāng)有孤電子對(duì)時(shí)，孤電子對(duì)占據(jù)一定空間且對(duì)成鍵電子對(duì)產(chǎn)生排斥，形成的分子的空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。2.雜化軌道與分子的空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系(1)sp3雜化軌道——正四面體形sp3雜化軌道是由1個(gè)ns軌道和3個(gè)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109°28′，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1個(gè)ns軌道和2個(gè)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1個(gè)ns軌道和1個(gè)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。（2）當(dāng)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對(duì)時(shí)由于孤電子對(duì)參與互相排斥，會(huì)使分子的構(gòu)型與雜化軌道的形狀有所區(qū)別。如水分子中氧原子的sp3雜化軌道有2個(gè)雜化軌道由孤電子對(duì)占據(jù)，其分子不呈正四面體形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3雜化軌道有1個(gè)雜化軌道由孤電子對(duì)占據(jù)，氨分子不呈正四面體形，而呈三角錐形。3.VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型的關(guān)系雜化軌道理論解釋了價(jià)層電子對(duì)互斥模型所推測(cè)的分子空間結(jié)構(gòu)，但分析具體分子中的中心原子的雜化軌道類型時(shí)，應(yīng)先確定分子或離子的VSEPR模型，再確定中心原子的雜化軌道類型。VSEPR模型及其中心原子對(duì)應(yīng)的雜化軌道類型如表所示：【例】下列說法正確的是()A．CHCl3呈正四面體形B．H2O分子中O原子采取sp2雜化，其分子空間結(jié)構(gòu)為V形C．CO2分子中C原子采取sp雜化，為直線形分子D．NHeq\o\al(＋,4)呈三角錐形【變式1】下列圖形表示sp2雜化軌道的電子云輪廓圖的是()【變式2】下列關(guān)于雜化軌道的說法正確的是()A．凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子，其空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形B．CH4中的sp3雜化軌道是由4個(gè)氫原子的1s軌道和碳原子的2p軌道混合起來形成的C．sp3雜化軌道是由同一個(gè)原子中能量相近的s軌道和p軌道混合起來形成的一組能量相同的新軌道D．凡AB3型的共價(jià)化合物，其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵1．下列有關(guān)化學(xué)用語(yǔ)正確的是A．的電子式為B．的VSEPR模型為四面體形C．分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形D．基態(tài)Cu原子的價(jià)電子排布圖：2.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．NHeq\o\al(＋,4)為正四面體形B．CS2為V形C．HCN為V形D．PCl3為平面三角形3.下列化學(xué)用語(yǔ)表示不正確的是A．H2O的VSEPR模型： B．Cr3+的最外層電子排布式：3s23p63d3C．HCl中σ鍵的電子云圖： D．HClO的電子式：4．下列關(guān)于價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR模型)的敘述中錯(cuò)誤的是()A．VSEPR模型可用來預(yù)測(cè)分子的立體結(jié)構(gòu)B．分子中價(jià)電子對(duì)相互排斥決定了分子的空間結(jié)構(gòu)C．中心原子上的孤電子對(duì)不參與互相排斥D．分子中鍵角越大，價(jià)電子對(duì)相互排斥力越小，分子越穩(wěn)定5．下列物質(zhì)的分子中，鍵角最小的是()A．CH2CH2B．H2OC．NH3 D．CH46.下列分子中鍵角最小的是A． B． C． D．7．已知一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一個(gè)sp2雜化軌道與Cl的3px軌道形成C－Clσ鍵，并且Cl的3pz軌道與C的2pz軌道形成3中心4電子的大π鍵(π)。下列粒子中，含有π鍵的是A．CO B．NO C．O3 D．SO8．下列分子的中心原子含有一個(gè)孤電子對(duì)的是()A．H2OB．BeCl2C．CH4 D．PCl39.氨氣分子空間結(jié)構(gòu)是三角錐形，而甲烷是正四面體形，這是因?yàn)?)A．兩種分子的中心原子雜化軌道類型不同，NH3為sp2雜化，而CH4是sp3雜化B．NH3分子中N原子形成三個(gè)雜化軌道，CH4分子中C原子形成4個(gè)雜化軌道C．NH3分子中有一個(gè)孤電子對(duì)，而CH4中沒有D．氨氣中N的非金屬性大于甲烷中C的非金屬性10.以下有關(guān)雜化軌道的說法中，錯(cuò)誤的是()A．ⅠA族元素成鍵時(shí)一般不能形成雜化軌道B．雜化軌道既可形成σ鍵，也可能形成π鍵C．孤電子對(duì)有可能占據(jù)雜化軌道D．s軌道和p軌道雜化不可能有sp4雜化11.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(jiǎn)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(duì)數(shù)的計(jì)算式為，該分子的空間結(jié)構(gòu)為。(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。(3)X與Z形成的最簡(jiǎn)單化合物的化學(xué)式是，該分子中的鍵角是。(4)D、E的最簡(jiǎn)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)?填序號(hào))。a．兩種分子的中心原子的價(jià)層電子對(duì)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對(duì)孤電子對(duì)，而D的氫化物分子中沒有12．(1)利用VSEPR模型推斷分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。POeq\o\al(3－,4)形；AlBr3(共價(jià)分子)形。(2)為了解釋和預(yù)測(cè)分子的空間結(jié)構(gòu)，科學(xué)家在歸納了許多已知的分子空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種十分簡(jiǎn)單的理論模型——價(jià)層電子對(duì)互斥模型。這種模型把分子分成兩類：一類是；另一類是。BF3和