大数据建模高考化学：破解杂化轨道与分子空间构型

【高考化学·考试大纲】微粒间的相互作用与物质的性质:(1)了解杂化轨道理论及简单的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)。(2)能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测简单分子或离子的空间结构。

【课程标准·学业要求】(1)能根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构。(1)能利用相关理论解释简单的共价分子的空间结构。

1.[18 全国I,35]LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是,中心原子的杂化形式为。LiAlH4中,存在[双选](　)

A.离子键　B.σ键　C.π键　D.氢键

2.[18 全国Ⅱ,35]根据价层电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数不同于其他分子的是_________。

3.[18 全国Ⅱ,35]气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的立体构型为________形,其中共价键的类型有__________种;固体三氧化硫中存在的三聚分子该分子中S原子的杂化轨道类型为_______________。

4.[18 全国Ⅲ,35]ZnCO3中,阴离子空间构型为_____________,C原子的杂化形式为_______。

5.[17 全国Ⅰ,35]I3+离子的几何构型为______,中心原子的杂化类型为____。

6.[17 全国Ⅲ,35]CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为______和_______。

7.[16 全国I,37]Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为_______,微粒之间存在的作用力是

________。

8.[16 全国II,37]氨是_____分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为_______。

9.[16 全国III,37]AsCl3分子的立体构型为_________,其中As的杂化轨道类型为____。

10.[15 全国Ⅰ,37]CS2分子中,共价键的类型有_________,C原子的杂化轨道类型是______,写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子

___________。

11.[15 全国Ⅱ,37]P和Cl反应可生成组成比为1∶3的化合物E,E的立体构型为_________,中心原子的杂化轨道类型为________。

12.[14 全国Ⅰ,37]乙醛(CH3CHO)中碳原子的杂化轨道类型为________。

13.[14 全国Ⅱ,37]H和N、O、S元素形成的二元共价化合物中,分子呈三角锥形,该分子的中心原子的杂化方式为_____;分子中既含有极性共价键、又含有非极性共价键的化合物是________________________(填化学式,写出两种)。

一、共价键的极性和分子的极性

键的极性与分子的极性概念不同,不能混淆。

1.极性共价键和非极性共价键

(1)极性键:不同种原子之间形成的共价键,键合原子吸引电子的能力不同,共用电子对发生偏移。

(2)非极性键:同种原子之间形成的共价键,键合原子吸引电子的能力相同,共用电子对不发生偏移。

2.极性分子和非极性分子

(1)极性分子:正电荷中心和负电荷中心不相重合的分子。例如HCl、H2O、CH3Cl等。

(2)非极性分子:正电荷中心和负电荷中心相重合的分子。例如N2、H2、CH4、CO2等。

二、价层电子对互斥(VSEPR)理论确定分子的立体构型

1.确定中心原子的孤电子对数

对于ABn型分子,设中心原子(A)的价电子数为a,与中心原子结合的原子(B)的价电子数为b。

中心原子(A)上的孤电子对数

注意:①当B为H原子时,则用(2-b)。②如果熟悉分子的电子式,可由电子式直接判断其孤电子对数。③对于复杂离子:a=A的价电子数—正离子的电荷数(或+负离子电荷数),即得失的电子算在中心原子的电子数上。

中心原子的孤电子对数，可以理解为中心原子向配位原子单向填充电子至饱和后，剩余的电子为孤电子，除以2即为孤电子对数。

2.推断分子的立体构型

VSEPR模型是“价层电子对”相互排斥在空间的立体构型。中心原子的价层电子对数并不等于中心原子成键后的外层电子数。

分子或离子的立体构型是VSEPR模型中略去中心原子的孤电子对后所形成的构型。

当孤电子对数为0,则分子的立体构型和价层电子对的空间构型相同。常见分子在结构模型中几个概念的比较：

三、杂化轨道理论与分子立体构型的关系

在形成多原子分子的过程中,中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合,形成一组新的轨道,这个过程叫做轨道的杂化,产生的新轨道叫做杂化轨道。

(1)

孤电子对数和σ键都要参与杂化,π键不参与杂化,σ键数等于中心原子结合的原子数。

(2)分子的立体构型与杂化轨道的关系(见上表)。

(3)碳原子的杂化见下表:

碳键合后一般没有孤电子对,所以杂化轨道数等于配位原子数。(www.xing528.com)

四、分子的立体构型和分子极性的关系

注意:正四面体微粒中,有两种不同的结构形式,代表物质分别是CH4和P4,原子晶体中也存在正四面体结构,如金刚石、晶体硅、SiC、SiO2;一般不考平面正方形。

【考型1】杂化轨道理论与分子的立体构型

1-1.[17 全国Ⅱ,35]H3O+和NH+4两种阳离子的相同之处为[双选](　),不同之处为(　)。

A.中心原子的杂化轨道类型

B.中心原子的价层电子对数

C.立体结构

D.共价键类型

1-2.[15 山东,33]OF2分子构型为,其中氧原子的杂化方式为。

【考型2】分子的立体构型与键角

2.[山东高考]甲醛(H2C==O)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醇分子内C原子的杂化方式为______,甲醇分子内的O-C-H键角______(填“大于”“等于”或“小于”)甲醛分子内的O-C-H键角。

【考型3】等电子体

3-1.[江苏高考]根据等电子体原理,CO分子的结构式为________。

3-2.[江苏高考]写出一种与SO42-互为等电子体的分子的化学式________。

【考型4】＊含氧酸或含氧酸根价层电子对的计算

4.[14 全国Ⅱ,37]H、N、O、S元素形成的含氧酸中,分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是________;酸根呈三角锥形结构的酸是________。(填化学式)

一、★判断分子的立体构型与杂化轨道的一般分析思路

1.题型

判断化学式(分子或离子)的“分子的立体构型”、“杂化轨道类型”和“分子的极性”。方法:

注:如果对微粒的“电子式”比较熟悉,直接用电子式判断孤电子对数是一个更为简捷的方法!如H2O中O的孤电子对数为2。

2.分子的极性

(1)分子极性的经验判断:ABn型分子,在下列几种情况下,为非极性分子：

①中心原子高度对称(正四面体,平面三角形,直线形)；②没有孤电子对；③A的|化合价|=最外层电子数。

(2)分子的极性由键的极性和分子的立体构型二者决定。一般只含非极性键的分子一定是非极性分子,而只含极性键的分子不一定是极性分子(极性有相互抵消的情况)。

(3)分子的极性与杂化轨道的关系

对ABn型分子:①非极性分子(一般无孤电子对),杂化轨道为spn-1;②极性分子,杂化轨道一般为spn(有一对孤电子对)或spn+1(有二对孤电子对)。

二、等电子体原理

1.等电子体的概念

原子总数相同,价电子总数(最外层电子总数)相同的微粒,称为等电子体。

互为等电子体的分子之间,空间构型相似,电子式相似,但化学性质不一定相似。考试中,对于用一般的结构难于分析的分子常从等电子体原理进行分析。

2.等电子体及其分析方法

(1)邻位转化:N2→CO(最重要的等电子体);CNO-→

(2)增加同种原子转化:N2和和CO2。

(3)相邻原子加电荷转化:

或NH-2;OH-→HF(HCl);。

(4)同族替换:CO2→CS2;O3→SO2。

三、*拓展知识

1.含氧酸或含氧酸根离子价层电子对的计算

含氧酸分子中,中心原子的价层电子对数与该含氧酸根离子中心原子的价层电子对数相等,计算时以含氧酸根离子中心原子的价层电子对数为准进行分析。

2.孤电子对对键角的影响

当没有孤电子对时,共价键趋于对称性的相互远离,当有孤电子对时,孤电子对对共价键的排斥力增大,会使键角变小。如下列VSEPR为正四面体的模型中:CH4、NH+4(无孤电子对,键角:109°28′)>NH3(孤电子对为1,键角:107°)>H2O(孤电子对为2,键角:105°)。