微專題3分子(或離子)空間結構與雜化軌道理論專題闡釋1.分子(或離子)空間結構的判斷判斷分子(或離子)的空間結構時,要能夠正確計算價層電子對數:一是運用計算式推導出孤電子對數;二是看σ鍵電子對數。如下表:價層電子對數雜化類型σ鍵電子對數孤電子對數VSEPR模型名稱分子空間結構實例2sp20直線形直線形BeCl23sp230平面三角形平面三角形BF321V形SnBr24sp340四面體形正四面體形CH431三角錐形NH322V形H2O例1

(1)利用VSEPR模型推斷分子或離子的空間結構。

(2)四硫氰基二氨絡鉻酸銨的結構如圖所示。①陽離子的空間結構為

;NH3的空間結構為

。②SCN-中碳原子的雜化方式為

。

正四面體形平面三角形正四面體形三角錐形sp(3)BF3和NF3都是四原子分子,BF3的中心原子是

(填元素符號,下同),NF3的中心原子是

;BF3分子的空間結構是平面三角形而NF3分子的空間結構是三角錐形,其原因是

。

BF3分子中B原子的3個價電子都與F原子形成共價鍵,無孤電子對,呈平面三角形,而NF3分子中N原子的3個價電子與F原子形成共價鍵,還有1個未成鍵的孤電子對,占據了N原子周圍的空間,參與相互排斥,形成三角錐形結構BN(3)BF3分子的中心原子為B原子,其中B原子的3個價電子都與F原子形成共價鍵,無孤電子對,呈平面三角形;而NF3分子的中心原子N的3個價電子與F原子形成共價鍵,還有1個未成鍵的孤電子對,占據了N原子周圍的空間,參與相互排斥,形成三角錐形結構。2.鍵角的判斷與比較含有共價鍵的物質中相鄰兩鍵之間的夾角稱為鍵角。鍵角是決定物質分子空間結構的主要因素之一。在高中階段學習中,影響鍵角大小的因素主要有三:一是中心原子的雜化軌道類型;二是中心原子的孤電子對數;三是中心原子的電負性大小。(1)一般情況下,應該先從中心原子的雜化軌道類型入手。中心原子雜化軌道類型不同的粒子,鍵角大小為sp雜化>sp2雜化>sp3雜化,如鍵角:CH≡CH>CH2═CH2>CH4。(2)中心原子雜化方式相同的粒子,由于斥力: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,孤電子對數越多,對成鍵電子對的斥力越大,鍵角越小。如鍵角:CH4>NH3>H2O。(3)中心原子雜化方式相同且孤電子對數目也相同,利用中心原子的電負性大小比較鍵角大小。如H2O、H2S中,中心原子均為sp3雜化,分子空間結構均為V形,由于電負性:O>S,吸引電子的能力:O>S,且鍵長:O—H<S—H,使得H2O、H2S中成鍵電子對間的斥力逐漸減弱,鍵角減小,即鍵角:H2O(105°)>H2S(92.3°)。(4)同一粒子中不同共價鍵的鍵角,由于斥力:雙鍵間>雙鍵與單鍵間>單鍵間,則鍵角大小不同。如甲醛中:,鍵角:α>β。例2請回答下列問題。(1)BF3中鍵角

(填“大于”或“小于”)CCl4中鍵角。

(2)H+可與H2O形成H3O+,H3O+中H—O—H的鍵角比H2O中H—O—H的鍵角大,原因是

。

H2O中氧原子上有2個孤電子對,H3O+中氧原子上有1個孤電子對,H2O中孤電子對對成鍵電子對的排斥力大于H3O+中孤電子對對成鍵電子對的排斥力(3)乙酸分子()中的鍵角1

(填“大于”“等于”或“小于”)鍵角2,原因是

。

大于大于C═O對C—C的斥力大于C—O對C—C的斥力

解析

(1)BF3分子的空間結構為平面三角形,鍵角為120°;CCl4分子的空間結構為正四面體形,鍵角為109°28'。(2)H3O+、H2O的中心原子的雜化軌道類型均為sp3,H2O中O原子上有2個孤電子對,H3O+中O原子上有1個孤電子對,因為孤電子對間的排斥力>孤電子對與成鍵電子對間的排斥力>成鍵電子對間的排斥力,故H3O+中H—O—H的鍵角比H2O中H—O—H的鍵角大。(3)由于雙鍵對單鍵的斥力大于單鍵對單鍵的斥力,故乙酸分子中的鍵角1大于鍵角2。3.spd雜化(高考延伸)(1)簡介有些元素原子在形成化合物時,除了ns、np軌道發生雜化外,能量相近的(n-1)d、nd軌道也參與雜化。常見的雜化方式有dsp2、sp3d、sp3d2等,通常存在于過渡元素形成的化合物中。(2)判斷方法先計算出中心原子的價層電子對數,若大于4,一般有d軌道參與雜化,并有相應的空間結構:價層電子對數456雜化類型dsp2sp3dsp3d2VSEPR模型平面四邊形三角雙錐形八面體形注意

不是所有的元素原子均能發生d軌道參與的雜化,例如,由于第二周期元素原子的第二能層不存在d軌道,N與Cl只能通過sp3雜化形成NCl3;而P與Cl既可以通過sp3雜化形成PCl3,也可以通過sp3d雜化形成PCl5。例3

(1)(2021·全國甲卷)SiCl4是生產高純硅的前驅體,其中Si采取的雜化類型為

。SiCl4可發生水解反應,機理如下:

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

(填序號)。

sp3②(2)(2021·山東卷)O、F、Cl電負性由大到小的順序為

;OF2分子的空間結構為

;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中心原子的價層電子對數為

,下列對XeF2中心原子雜化方式推斷合理的是

(填字母)。

A.sp

B.sp2

C.sp3

D.sp3dF>O>ClV形5D解析

(1)由SiCl4的結構式可知,Si的價層電子對數為4,故Si采取sp3雜化;由SiCl4(H2O)的結構式可知,Si的價層電子對數為5,故SiCl4(H2O)中Si采取sp3d雜化。(2)電負性一定程度上相當于得電子能力,半徑越小,得電子能力越強,電負性越大,半徑由小到大的順序為F、O、Cl,所以電負性大小順序為F>O>Cl;專題精練1.寫出符合下列條件的相應的分子或離子的化學式。(1)氧原子以sp3雜化軌道形成兩個σ鍵

。

(2)氧原子形成一個π鍵

。

(3)硼原子以sp2雜化軌道形成三個σ鍵

。

(4)氮原子形成四個σ鍵

;氮原子形成兩個π鍵

。

H2OO2BF3N2解析

形成π鍵時可以有雙鍵或三鍵,σ鍵全為單鍵;sp3雜化構型為四面體形,sp2雜化構型為平面三角形。根據以上兩點可解此題,答案合理即可。2.(1)P4S3可用于制造火柴,其分子結構如圖所示。①電負性:磷

(填“>”“<”或“=”)硫。

②P4S3分子中硫原子的雜化軌道類型為

。

③1molP4S3分子中孤電子對的數目為__________

(設NA為阿伏加德羅常數的值)。

④∠S—P—S

(填“>”“<”或“=”)109°28'。

(2)氣態SO3分子的空間結構為

;將純液態SO3冷卻到289.8K時凝固得到一種螺旋狀單鏈結構的固體,其結構如圖,此固態SO3中S原子的雜化軌道類型是

。

<sp310NA<平面三角形sp3解析

(1)①同周期元素的電負性從左往右增強,故電負性:磷<硫;②從P4S3分子結構圖中得知,硫原子有2個σ鍵和2個孤電子對,其雜化軌道類型為sp3雜化;③從P4S3分子結構圖中得知,每個S原子有2個孤電子對,每個P原子有1個孤電子對,則1

mol

P4S3分子中孤電子對的數目為10NA;④從P4S3分子結構圖中得知,P原子有1個孤電子對,孤電子對與成鍵電子對之間的排斥力大于成鍵電子對與成鍵電子對之間的排斥力,故∠S—P—S小于正四面體的夾角,即∠S—P—S<109°28'。(2)SO3中價層電子對數為3,沒有孤電子對,空間結構為平面三角形;圖中固態SO3中S原子形成4個共價單鍵,其雜化軌道類型是sp3雜化。3.已知:①紅磷在氯氣中燃燒可以生成兩種化合物:PCl3和PCl5;氮與氫也可形成兩種化合物:NH3和NH5。②PCl5分子中,P原子的1個3s軌道、3個3p軌道和1個3d軌道發生雜化形成5個sp3d雜化軌道;PCl5分子呈三角雙錐形()。(1)NH3、PCl3和PCl5分子中,所有原子的最外層電子數都是8的是

(填分子式),該分子的空間結構是

。

(2)有同學認為,NH5與PCl5類似,N原子的1個2s軌道、3個2p軌道和1個2d軌道可能發生sp3d雜化。請你對該同學的觀點進行評價:

。

PCl3三角錐形不對,因為N原子沒有2d軌道(3)經測定,NH5中存在離子鍵,N原子的最外層電子數是8,所有氫原子的最外層電子數都是2,則NH5的電子式是

。

4.回答下列問題:(1)下列微粒中按鍵角由大到小的順序排列為

(用編號填寫)。

①HCN

②SiF4

③SCl2

④

⑤H3O+(2)在BF3分子中,F—B—F的鍵角是

。

(3)肼(N2H4)分子可視為NH3分子中的一個氫原子被—NH2(氨基)取代形成的另一種氮的氫化物。N2H4分子中的六個原子

(填“在”或“不在”)同一個平面上。

①④②⑤③120°不在解析

(1)①HCN中的C原子采取sp雜化,鍵角為180°;②SiF4中Si原子雜化軌道數為4,采取sp3雜化,鍵角為109°28';③SCl2中S原子雜化軌道數為4,采取sp3雜化,含有2個孤電子對,分子為V形結構,鍵角約為105°;④

中C原子的雜化軌道數為3,所以C原子采取sp2雜化,分子為平面三角形結構,鍵角為120°;⑤H3O+中O原子的雜化軌道數為4,所以O原子采取sp3雜化,O原子上含有1個孤電子對,分子為三角錐形結構,鍵角約為107°。所以各微粒按鍵角由大到小的順序排列為①④②⑤③。(2)在BF3分子中,中心原子B原子價層電子對數為3,是sp2雜化,分子呈平面三角形結構,F—B—F的鍵角度數是120°。(3)N2H4分子中,每個N原子形成3個σ鍵,N原子上有1個孤電子對,故N原子采取sp3雜化,1個N原子和與其相連的2個H原子及另外1個N原子形成類似NH3的三角錐形結構,故六個原子不可能共面。5.(1)釩(V)固氮酶種類眾多,其中一種結構如圖甲所示:甲①配體CH3CN中碳的雜化類型為

,所