2.2分子的空間結(jié)構(gòu)-高二化學(xué)教學(xué)講義（人教版2019選擇性必修2）（原卷版）

第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)知識(shí)解讀·必須會(huì)知識(shí)解讀·必須會(huì)知識(shí)點(diǎn)一分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定1.紅外光譜（1）作用根據(jù)紅外光譜圖可以初步判斷有機(jī)物中含有的化學(xué)鍵或官能團(tuán)的種類。（2）原理在有機(jī)物分子中，組成化學(xué)鍵或官能團(tuán)的原子處于不斷振動(dòng)的狀態(tài)，其振動(dòng)頻率與紅外線的振動(dòng)頻率相同。所以當(dāng)用紅外線照射有機(jī)物分子時(shí)，分子中的化學(xué)鍵或官能團(tuán)可發(fā)生振動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同的位置，從而可以獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。例如，從某未知物A(C2H6O）的紅外光譜圖（如圖所示）上發(fā)現(xiàn)有O—H鍵、C—H鍵和C—O鍵的振動(dòng)吸收。因此，可以初步推測(cè)該未知物是含羥基的化合物。2.相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定——質(zhì)譜法（1)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。（2）原理：用高能電子流等轟擊樣品分子，使該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。分子離子和碎片離子各自具有不同的相對(duì)質(zhì)量，它們?cè)诖艌?chǎng)的作用下到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間將因質(zhì)量的不同而先后有別，其結(jié)果被記錄為質(zhì)譜圖。例如，圖甲是乙醇（CH3CH2OH）的質(zhì)譜圖，從圖中可看出乙醇的相對(duì)分子質(zhì)量為46；圖乙是丙酸（CH3CH2COOH）的質(zhì)譜圖，從圖中可看出丙酸的相對(duì)分子質(zhì)量為74。知識(shí)點(diǎn)二多樣的分子空間結(jié)構(gòu)1.常見多原子分子的結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)分子類型化學(xué)式空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)式鍵角空間填充模型球棍模型三原子分子CO2直線形O=C=O180°H2OV形eqo\ac(\s\up14(),\s\do14(H))eq\a(,／)O\a(,＼)eqo\ac(\s\up14(),\s\do14(H))105°四原子分子CH2O平面三角形eq\s\do11(O=C\a(／,＼))eq\o(\o\al(H,\s\do11(),\s\do22(H)))約120°NH3三角錐形eq\s\do4(H)o\ac(\s\up4(N),\s\do7(|),\s\do22(H))＼\s\do4(H)107°五原子分子CH4正四面體形eq\s\do4(H)o\ac(\s\up6(C),\s\up18(|),\s\up28(H),\s\do7(|),\s\do22(H))＼\s\do4(H)109°28′2.其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)多原子分子的空間結(jié)構(gòu)形形色色，異彩紛呈。如P4O6、P4O10、C6H12（環(huán)己烷）、白磷（P4，正四面體形）、S8、SF6（正八面體形）、C60（“足球”狀分子，由平面正五邊形和正六邊形組成）的空間結(jié)構(gòu)如圖所示。知識(shí)點(diǎn)三價(jià)層電子對(duì)互斥模型1.價(jià)層電子對(duì)互斥模型的基本觀點(diǎn)（1）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“價(jià)層電子對(duì)”相互排斥的結(jié)果。價(jià)層電子對(duì)是指分子中的中心原子與結(jié)合原子間的鍵電子對(duì)和中心原子上的孤電子對(duì)（未形成共價(jià)鍵的電子對(duì)）。（2）分子中的價(jià)層電子對(duì)由于排斥力作用而趨向于盡可能遠(yuǎn)離以減小排斥力，分子盡可能采取對(duì)稱的空間結(jié)構(gòu)。電子對(duì)之間的夾角越大，排斥力越小。2.中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)計(jì)算（1）中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝σ鍵電子對(duì)數(shù)＋孤電子對(duì)數(shù)。（2）σ鍵電子對(duì)數(shù)的計(jì)算由化學(xué)式確定，即中心原子形成幾個(gè)σ鍵，就有幾對(duì)σ鍵電子對(duì)。如H2O分子中，O有2對(duì)σ鍵電子對(duì)。NH3分子中，N有3對(duì)σ鍵電子對(duì)。（3）中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)的計(jì)算：中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)①a表示中心原子的價(jià)電子數(shù)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(對(duì)主族元素：a＝最外層電子數(shù)；,對(duì)于陽離子：a＝價(jià)電子數(shù)－離子所帶電荷數(shù)；,對(duì)于陰離子：a＝價(jià)電子數(shù)＋離子所帶電荷數(shù)。))②x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。③b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)，氫為1，其他原子＝8－該原子的價(jià)電子數(shù)。幾種分子或離子的中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)分子或離子中心原子axb中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)SO2S62213H2OO62124NH3N53114NH4+N44104CO32C632033.根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷分子的空間結(jié)構(gòu)（1）對(duì)于ABn型分子，利用VSEPR模型預(yù)測(cè)分子空間結(jié)構(gòu)的思路：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\up6(價(jià)層電子對(duì)),\s\do7(互斥理論))VSEPR模型eq\o(→,\s\up6(略去孤電子對(duì)))分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。常見分子(或離子)的VSEPR模型和分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)如下：分子或離子σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)VSEPR模型及名稱分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)及名稱CO220eq\o(→,\s\up7(直線形eq\o(→)直線形))COeq\o\al(2－,3)30eq\o(――――――――――――→,\s\up7(平面三角形eq\o(―→)平面三角形))CH440eq\o(→,\s\up7(正四面體形eq\o(→)正四面體形))NH331eq\o(→,\s\up7(四面體形eq\o(→)三角錐形))H2O22eq\o(→,\s\up7(四面體形eq\o(→)V形))SO221eq\o(→,\s\up7(平面三角形eq\o(→)V形))（2）對(duì)于ABn型分子的中心原子上的價(jià)電子都用于形成共價(jià)鍵時(shí)（如CO2、CH4分子中的碳原子），它們的空間結(jié)構(gòu)也可用中心原子周圍的原子數(shù)n來預(yù)測(cè)，概括如下：ABn空間結(jié)構(gòu)中心原子雜化軌道類型n=2直線形CO2、BeCl2n=3平面三角形BCl3、BF3n=4正四面體形CH4、CCl4知識(shí)點(diǎn)四雜化軌道理論1.雜化軌道理論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，叫作雜化原子軌道，簡(jiǎn)稱雜化軌道。2.雜化軌道的類型及雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)（1）sp3雜化軌道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。以CH4分子的形成為例，如下圖所示。（2）sp2雜化軌道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°，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。以BF3分子的形成為例，如下圖所示。（3）sp雜化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°，空間結(jié)構(gòu)為直線形。以BeCl2分子的形成為例，如下圖所示。3.雜化軌道類型與分子的空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系（1）雜化軌道只用于形成o鍵或容納孤電子對(duì)，當(dāng)沒有孤電子對(duì)時(shí)，能量相同的雜化軌道在空間彼此遠(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，形成的分子空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。雜化軌道數(shù)＝中心原子的孤電子對(duì)數(shù)＋中心原子的σ鍵個(gè)數(shù)。代表物雜化軌道數(shù)中心原子雜化軌道類型CO20＋2＝2spCH2O0＋3＝3sp2CH40＋4＝4sp3SO21＋2＝3sp2NH31＋3＝4sp3H2O2＋2＝4sp3(2)中心原子雜化類型和分子構(gòu)型的相互判斷分子組成(A為中心原子)中心原子的孤電子對(duì)數(shù)中心原子的雜化方式分子空間構(gòu)型示例AB20sp直線形BeCl21sp2V形SO22sp3V形H2OAB30sp2平面三角形BF31sp3三角錐形NH3AB40sp3正四面體形CH4熱點(diǎn)題型·學(xué)解題熱點(diǎn)題型·學(xué)解題【例1】能用來分析分子中的化學(xué)鍵及官能團(tuán)信息的物理方法是（）A．X射線衍射法 B．紅外光譜法 C．核磁共振法 D．質(zhì)譜法【變式11】某化合物分子由碳、氫、氧三種元素組成，其紅外光譜只有C—H鍵、O—H鍵、C—O鍵的振動(dòng)吸收，該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量是60，則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是（）A．CH3CH2OCH3 B．CH3CH(OH)CH3 C．CH3CH2OH D．CH3COOH【例2】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．晶體射線衍射法C．核磁共振氫譜法 D．紅外光譜法【變式21】2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對(duì)有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量(10－9g左右)的化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化后可得到C2Heq\o\al(＋,6)、C2Heq\o\al(＋,5)、C2Heq\o\al(＋,4)……然后測(cè)定其質(zhì)荷比β。設(shè)H＋的質(zhì)荷比為1，某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如圖(假設(shè)離子均帶一個(gè)單位正電荷，信號(hào)強(qiáng)度與該離子多少有關(guān))，則該有機(jī)物可能()A．CH3OHB．C3H8C．C2H4 D．CH4【例3】下列分子或離子的空間結(jié)構(gòu)判斷不正確的是A．NH為正四面體形 B．BeCl2為直線形C．NF3為V形 D．CO2為直線形【變式31】下列對(duì)分子或離子的立體構(gòu)型判斷不正確的是（）。A．NH4+和CH4都是正四面體形B．CO2和CS2都是直線形C．NCl3和BCl3都是三角錐形D．H2O和H2S都是V形【例4】下列物質(zhì)的分子中，分子空間結(jié)構(gòu)與CH2O(甲醛)相同的是()A.H2S B.NH3 C.CH2Br2 D.BF3【變式41】用VSEPR模型預(yù)測(cè)下列分子或離子的立體結(jié)構(gòu)，其中不正確的是A．NH4+為正四面體形 B．CS2為直線形C．ClO3－的空間構(gòu)型為平面三角形 D．PCl3為三角錐形【例5】用價(jià)層電子對(duì)互斥理論(VSEPR)可以預(yù)測(cè)許多分子或離子的空間構(gòu)型，有時(shí)也能用來推測(cè)鍵角大小，下列判斷正確的是()A．SO2、CS2、HI都是直線形的分子B．BF3鍵角為120°，SnBr2鍵角大于120°C．CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子D.PCl3、NH3、PCl5都是三角錐形的分子【變式51】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.SO2為直線形C．HCN為平面三角形 D.BF3為三角錐形【例6】根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，下列微粒的VSEPR模型屬于平面三角形的是（）A． B． C． D．【變式61】下列分子的VSEPR模型與分子立體結(jié)構(gòu)模型一致的是（）A．NH3 B．CCl4 C．H2O D．PCl3【例7】下列圖形表示sp2雜化軌道的電子云輪廓圖的是()ABCD【變式71】甲醛分子的結(jié)構(gòu)式如圖所示，用2個(gè)Cl取代甲醛分子中的H可得到碳酰氯，下列描述正確的是()eq\o(H\o\al(C,\s\up11(‖),\s\up22(O))H)A．甲醛分子中有4個(gè)σ鍵B．碳酰氯分子中的C原子為sp3雜化C．甲醛分子中的H—C—H鍵角與碳酰氯分子中的Cl—C—Cl鍵角相等D．碳酰氯分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，分子中存在一個(gè)π鍵【例8】甲烷中的碳原子采用sp3雜化，下列用*標(biāo)注的碳原子的雜化類型和甲烷中的碳原子的雜化類型一致的是()A．CHeq\o\al(*,3)CH2CH3 B．*CH2=CHCH3C．CH2=*CHCH2CH3 D．HC≡*CCH3【變式81】如圖所示，在乙烯分子中有5個(gè)鍵、1個(gè)鍵，下列表述正確的是()A．C、H之間是雜化軌道形成的鍵，C、C之間是未參加雜化的軌道形成的鍵B．C、C之間是雜化軌道形成的鍵，C、H之間是未參加雜化的軌道形成的鍵C．雜化軌道形成鍵，未雜化的軌道形成鍵D．雜化軌道形成鍵，未雜化的軌道形成鍵【例9】以下有關(guān)雜化軌道的說法中正確的是()A．sp3雜化軌道中軌道數(shù)為4，且4個(gè)雜化軌道能量相同B．雜化軌道既可能形成σ鍵，也可能形成π鍵C．雜化軌道不能容納孤電子對(duì)D．sp2雜化軌道最多可形成2個(gè)σ鍵【變式91】下列有關(guān)雜化軌道的說法不正確的是()A．原子中能量相近的某些軌道，在成鍵時(shí)能重新組合成能量相等的新軌道B．軌道數(shù)目雜化前后可以相等，也可以不等C．雜化軌道成鍵時(shí)，要滿足原子軌道最大重疊原理、最小排斥原理D．雜化軌道可分為等性雜化軌道和不等性雜化軌道【例10】下表中各粒子對(duì)應(yīng)的空間結(jié)構(gòu)及雜化方式均正確的是 ()選項(xiàng)粒子空間結(jié)構(gòu)雜化方式ASO3平面三角形S原子采取sp雜化BSO2V形S原子采取sp3雜化CC三角錐形C原子采取sp2雜化DC2H2直線形C原子采取sp雜化【變式101】(雙選)化合物A是一種新型鍋爐水除氧劑,其結(jié)構(gòu)式如圖所示:,下列說法正確的是()A.碳、氮原子的雜化類型相同B.氮原子與碳原子分別為sp3雜化與sp2雜化C.1molA分子中所含σ鍵的數(shù)目為11NAD.編號(hào)為a的氮原子和與其成鍵的另外三個(gè)原子在同一平面內(nèi)課后提升·練到位課后提升·練到位1.元素“氦、銣、銫”等是用下列哪種科學(xué)方法發(fā)現(xiàn)的A．紅外光譜B．質(zhì)譜C．原子光譜D．核磁共振譜2.能夠確定有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的方法是()A．紅外光譜 B．質(zhì)譜 C．核磁共振氫譜 D．紫外光譜3.可以準(zhǔn)確判斷有機(jī)物分子中含有哪些官能團(tuán)的分析方法是A．核磁共振氫譜B．質(zhì)譜C．紅外光譜D．紫外光譜4．下列分子或離子的中心原子帶有一對(duì)孤電子對(duì)的是()A．H2OB．BeCl2C．CH4 D．PCl35.下列分子或離子的中心原子上帶有一對(duì)孤電子對(duì)的是 ()①BeCl2②CH4③NH3④CH2O⑤SO2⑥H2S⑦C⑧NA.①②③⑤⑥⑦ B.③⑦⑧C.④⑥⑧ D.③⑤6.已知在CH4分子中C—H間的鍵角為109°28',NH3分子中N—H間的鍵角為107°,H2O分子中O—H間的鍵角為105°,則下列說法正確的是()A.孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力大于成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力B.孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力小于成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力C.孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力等于成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力D.題干中的數(shù)據(jù)不能說明孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力和成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力之間的大小關(guān)系7.下列分子或離子中，VSEPR(價(jià)層電子對(duì)互斥理論)模型名稱與分子或離子的空間構(gòu)型名稱不一致的是A．CO2 B．CO32 C．H2O D．CC148.用價(jià)層電子對(duì)互斥理論預(yù)測(cè)NH3和BF3的空間構(gòu)型，結(jié)論正確的是（）A．直線形；三角錐形 B．V形；三角錐形C．三角錐形；平面三角形 D．直線形；平面三角形9.在BrCHCHBr分子中,C—Br采用的成鍵軌道是 ()A.spp B.sp2sC.sp2p D.sp3p10.在SO2分子中,分子的空間結(jié)構(gòu)為V形,S原子采用sp2雜化,那么SO2的鍵角()A.等于120° B.大于120°C.小于120° D.等于180°11、下列敘述正確的是()A．NH3分子中N原子處在3個(gè)H原子所組成的三角形的中心B．CCl4分子中C原子處在4個(gè)Cl原子所組成的正方形的中心C．H2O分子中O原子處在2個(gè)H原子所組成的直線的中央D．CO2是非極性分子，分子中C原子處在2個(gè)O原子所連接的直線的中央12．下列有關(guān)乙烯和苯分子中的化學(xué)鍵描述正確的是()A．苯分子中每個(gè)碳原子的雜化軌道中的其中一個(gè)形成大鍵B．乙烯分子中鍵是雜化軌道形成的鍵鍵是未參加雜化的軌道形成的鍵C．苯分子中碳碳鍵是雜化軌道形成的鍵，鍵是未參加雜化的軌道形成的鍵D．乙烯和苯分子中每個(gè)碳原子都以雜化軌道形成鍵，未雜化的軌道形成鍵13．下列對(duì)sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角的比較，得出結(jié)論正確的是A．sp雜化軌道的夾角最大B．sp2雜化軌道的夾角最大C．sp3雜化軌道的夾角最大D．sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角相等14．乙烯分子中含有4個(gè)C—H鍵和1個(gè)C=C鍵，6個(gè)原子在同一平面上。下列關(guān)于乙烯分子的成鍵情況分析正確的是()①每個(gè)C原子的2s軌道與2p軌道雜化，形成兩個(gè)sp雜化軌道②每個(gè)C原子的2s軌道與2個(gè)2p軌道雜化，形成3個(gè)sp2雜化軌道③每個(gè)C原子的2s軌道與3個(gè)2p軌道雜化，形成4個(gè)sp3雜化軌道④每個(gè)C原子的3個(gè)價(jià)電子占據(jù)3個(gè)雜化軌道，1個(gè)價(jià)電子占據(jù)1個(gè)2p軌道A．①③B．②④C．①④D．②③15．根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論及原子軌道的雜化理論判斷分子的模型名稱和中心原子的雜化方式為（）A．直線形雜化 B．四面體形雜化C．三角錐形雜化 D．三角形雜化16．下列分子中，各分子的立體構(gòu)型和中心原子的雜化方式均正確的是()A．NH3平面三角形sp3雜化 B．CCl4正四面體sp3雜化C．H2OV形sp2雜化 D．CO32﹣三角錐形sp3雜化17.是有機(jī)合成中常用的還原劑，中的陰離子空間構(gòu)型是_______，中心原子的雜化形式為_______。根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，、、的氣態(tài)分子中，中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)不同于其他分子的是_______。中華本草等中醫(yī)典籍中，記載了爐甘石入藥，可用于治療皮膚炎癥或表面創(chuàng)傷。中，陰離子空間構(gòu)型為_______，C原子的雜化形式為_______。射線衍射測(cè)定等發(fā)現(xiàn)，中存在離子，離子的幾何構(gòu)型為_______，中心原子的雜化形式為_______。18．根據(jù)下列微粒的空間結(jié)構(gòu)，填寫下列空白(填序號(hào)):①CH4②CH2=CH2③CH≡CH④NH3⑤NHeq\o\al(＋,4)⑥BF3⑦P4⑧H2O⑨H2O2