第4 讲 分子空间结构与中心原子杂化
考点一 价层电子对互斥模型(VSEPR 模型)
1.理论要点
(1)价层电子对在空间上彼此相距最远时,排斥力最小,体系的能量最低。
(2)孤电子对的排斥力较大,孤电子对越多,排斥力越强,键角越小。
2.用价层电子对互斥模型推测分子的空间结构
(1)价层电子对数的计算
其中:a 是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数),b 是与中心原子结合
的原子最多能接受的电子数,x 是与中心原子结合的原子数。
(2)价层电子对数与VSEPR 模型的关系
价层电子对数
2
3
4
VSEPR 模型
直线形
平面三角形
四面体形
(3)典例分析
SOCl2的空间结构分析
小题对点过
(1)下列说法中错误的是 。
①价层电子对就是σ 键电子对
②孤电子对数由分子式来确定
③孤电子对数等于π 键数
④分子的空间结构是价层电子对互斥的结果
(2)用价层电子对互斥理论完成下列问题(点“·”的原子为中心原子)
分子或
离子
σ 键电
子对数
孤电子
对数
价层电
子对数
VSEPR
模型
空间
结构
H2Se
BCl3
PCl3
SO2
SO4
2−
答案 (1)①②③
(2)2 1
2×(6-2×1)=2 4 四面体形 V 形 3 1
2×(3-3×1)=0 3 平面三角形 平面三角形 3 1
2
×(5-3×1)=1 4 四面体形 三角锥形 2 1
2×(6-2×2)=1 3 平面三角形 V 形 4 1
2×(6+2-
4×2)=0 4 四面体形 正四面体形
1.下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的是( )
A.H2O
B.HCl
C.NH 4
+
D.PCl3
答案 A
解析 A 项,氧原子有两对未成键的价电子对;B 项,HCl 分子属于AB 型分子,没有中心原子;C 项,N
H 4
+的中心原子的价电子全部参与成键;D 项,磷原子有一对未成键的价电子对。
2.(2025·八省联考陕西卷)下列化学用语表示正确的是( )
A.氯化氢的电子式:H+[︰Cl
‥
‥
︰]-
B.CO2和SO2的VSEPR 模型均为
C.基态Cr 原子价层电子的轨道表示式:
D.中子数为20 的氯原子的核素符号:17
37Cl
答案 D
解析 A.氯化氢是共价化合物,其电子式为H︰Cl
‥
‥
︰,A 错误;B.二氧化碳的价层电子对是2,没有孤电
子对,则其VSEPR 模型是直线型,B 错误;C.Cr 是24 号元素,价电子排布式为3d54s1,价层电子的轨道
表示式为
,C 错误;D.中子数为20 的氯原子的质量数为37,可表示为
:17
37
Cl,D 正确。
3.(2024·厦门高三模拟)用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构,有时
也能用来推测键角大小,下列判断错误的是( )
A.SO2、CS2、HI 都是直线形的分子
B.BF3键角为120°
C.BF3、SO3都是平面三角形的分子
D.PCl3、NH3都是三角锥形的分子
答案 A
解析 SO2 中心原子价层电子对数=2+1
2×(6-2×2)=3 且含有1 个孤电子对,所以SO2 为V 形结构,
CS2、HI 为直线形结构,故A 错误;BF3中心原子价层电子对数=3+1
2×(3-3×1)=3,为平面三角形结构,所
以BF3键角为120°,故B 正确;BF3、SO3中中心原子价层电子对数都是3 且不含孤电子对,所以这两
种分子都是平面三角形结构,故C 正确;PCl3、NH3中心原子价层电子对数=3+1
2×(5-3×1)=4,且含有1
个孤电子对,所以PCl3、NH3均为三角锥形结构,故D 正确。
4. 实验室中利用NaClO3 、Na2SO3 和稀硫酸反应制备ClO2:2NaClO3+Na2SO3+H2SO4
2Na2SO4+2ClO2↑+H2O。
(1)ClO3
−中心Cl 原子价层电子对数为 ,其VSEPR 模型名称为 。
(2)SO3
2−中心S 原子价层电子对数为 ,其空间结构为 。
答案 (1)4 四面体形 (2)4 三角锥形
考点二 杂化轨道理论
1.理论要点
(1)当原子成键时,原子中能量相近的价电子轨道发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,得到与原轨道
数目相等、方向不同的一组新的能量相同的杂化轨道。
(2)杂化轨道数不同,轨道间的夹角不同,形成分子的空间结构也不同。
2.常考的三种杂化轨道类型
3.杂化轨道数目的计算
杂化轨道总数=σ 键数+孤电子对数=中心原子的价层电子对数。
小题对点过
(1)下列说法中正确的是 。
①原子形成分子时,通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是中心原子
②原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生,孤立的原子是不可能发生杂化的
③只有能量相近的原子轨道才能杂化(如2s、2p)
④杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),且杂化轨道的能量
相同
⑤杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变,但杂化轨道的形状完全相同
(2)根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论填写下表。
序
号
分子或
离子
中心原
子上的
孤电子
对数
中心原
子上的
价层电
子对数
VSEPR
模型
名称
分子或
离子的
空间
结构
中心原
子的杂
化轨道
类型
①
CS2
②
HCHO
③
NCl3
④
SO4
2−
⑤
H3O+
答案 (1)①②③④⑤
(2)①0 2 直线形 直线形 sp
②0 3 平面三角形 平面三角形 sp2
③1 4 正四面体形 三角锥形 sp3
④0 4 正四面体形 正四面体形 sp3
⑤1 4 正四面体形 三角锥形 sp3
4.杂化类型的判断
(1)依据杂化轨道总数判断
杂化轨道总数
2
3
4
……
杂化类型
sp
sp2
sp3
……
(2)依据中心原子成键形式判断
①第ⅡA 族Be 形成2 个共价键,采取sp 杂化;第ⅢA 族B、Al、Ga 等形成3 个共价键,采取sp2杂化;
第Ⅳ族C、Si 等形成4 个共价键,则采取sp3杂化。
②第ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA 族元素,一般情况下,只形成单键时采取sp3杂化,形成1 个双键时采取
sp2杂化,形成1 个三键则采取sp 杂化。
小题对点过
(1)某有机化合物M 的结构简式如图,其中1、2、3 号原子的杂化方式分别为 。
(2)判断下列物质中心原子的杂化方式。
①PCl3分子中,P 的杂化方式为 。
②HOCH2CN 分子中碳原子的杂化轨道类型是 。
③丙烯腈分子(H2C
CH—C≡N)中碳原子杂化轨道类型为 。
答案 (1)sp3 sp3 sp2
(2)①sp3 ②sp3、sp ③sp2、sp
5.等电子原理
原子总数相同,价电子总数相同的分子或离子具有相似的化学键特征和空间结构。如N2与CO、O3
与SO2、CS2与CO2、NH 4
+与CH4等互为等电子体。
小题对点过
(1)写出火山气体成分中与N2互为等电子体的气体的电子式 。
(2)与NH 2
−互为等电子体的一种分子为 (填化学式)。
(3)与NO3
−互为等电子体的分子或离子为 。
(4)与SO4
2−互为等电子体的分子为 。
答案 (1)·
·C ︙︙O·
· (2)H2O (3)SO3或CO3
2− (4)CCl4、SiCl4、CF4
1.(2024·长沙高三模拟)下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是( )
选项
粒子
空间结构
解释
A
氨基负离子(NH 2
−)
直线形
N 原子采取sp 杂化
B
二氧化硫(SO2)
V 形
S 原子采取sp3杂化
C
碳酸根离子(CO3
2−)
三角锥形C 原子采取sp3杂化
D
乙炔(C2H2)
直线形
C 原子采取sp 杂化且C 原子的价
电子均参与成键
答案 D
解析 NH 2
−中N 原子采取sp3杂化,且孤电子对数为2,离子的空间结构为V 形,A 项错误;SO2中S 原
子的价层电子对数=σ 键个数+孤电子对数=2+1
2×(6-2×2)=3,杂化轨道数为3,采取sp2杂化,孤电子对
数为1,分子的空间结构为V 形,B 项错误;CO3
2−中C 原子的价层电子对数=3+ 1
2×(4+2-3×2)=3,不含
孤电子对,杂化轨道数为3,采取sp2杂化,离子空间结构为平面三角形,C 项错误;C2H2中C 原子采取sp
杂化,且C 原子的价电子均参与成键,所以分子的空间结构为直线形,D 项正确。
2.我国医学典籍《本草衍义》中记载了有关砒霜(As2O3)的制备、性质和药用等。As2O3是两性氧化
物,其二聚分子的结构如图所示,溶于盐酸生成AsCl3,AsCl3被LiAlH4还原生成AsH3。
(1)As2O3二聚体中,As 原子采取 杂化,O 原子采取 杂化。
(2)AsCl3中心As 原子采取 杂化,其分子的空间结构为 。
(3)LiAlH4中阴离子为AlH 4
−,中心Al 原子采取 杂化,其离子的空间结构为 。
答案 (1)sp3 sp3 (2)sp3 三角锥形 (3)sp3 正四面体形
3.回答下列问题。
(1)磷酸根离子的空间结构为 ,其中P 的价层电子对数为 ,杂化轨道类型为
。
(2)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间结构是 ,中心原子的杂化轨
道类型为 。LiAlH4中存在 (填标号)。
A.离子键
B.σ 键
C.π 键
D.氢键
答案 (1)正四面体形 4 sp3 (2)正四面体形 sp3 AB
解析 (1)PO4
3−的中心P 原子不含孤电子对,成键电子对数为4,价层电子对数为4,因此其空间结构为
正四面体形,磷原子是采用sp3杂化方式形成4 个sp3杂化轨道。(2)LiAlH4中的阴离子是AlH 4
−,中心
铝原子含有的价层电子对数=σ 键电子对数+孤电子对数=4+0=4,所以空间结构是正四面体形,中心
原子的杂化轨道类型是sp3杂化。阴离子、阳离子间存在离子键,Al 与H 之间还有共价单键(即σ
键),不存在π 键和氢键。
1.(2024·湖北卷)基本概念和理论是化学思维的基石。下列叙述错误的是( )
A.VSEPR 理论认为VSEPR 模型与分子的空间结构相同
B.元素性质随着原子序数递增而呈周期性变化的规律称为元素周期律
C.泡利原理认为一个原子轨道内最多只能容纳两个自旋相反的电子
D.sp3杂化轨道由1 个s 轨道和3 个p 轨道混杂而成
答案 A
解析 中心原子含有孤电子对的分子,其空间结构与VSEPR 模型不同,A 错误。
2.(2024·河北卷)从微观视角探析物质结构及性质是学习化学的有效方法。下列实例与解释不符的
是( )
选项
实例
解释
A
原子光谱是不连续的线状谱线
原子的能级是量子化的
B
CO2、CH2O、CCl4键角依次减小
孤电子对与成键电子对的斥力
大于成键电子对之间的斥力
C
CsCl 晶体中Cs+与8 个Cl-配位,而
NaCl 晶体中Na+与6 个Cl-配位
Cs+比Na+的半径大
D
逐个断开CH4中的C—H,每步所需
能量不同
各步中的C—H 所处化学环境
不同
答案 B
解析 CO2、CH2O 和CCl4中碳原子上的孤电子对数均为0,故不能用孤电子对与成键电子对的斥力
大于成键电子对之间的斥力来解释三者键角依次减小,故B 符合题意。
3.(1)(全国甲卷节选)SiCl4是生产高纯硅的前驱体,其中Si 采取的杂化类型为 。SiCl4可发生
水解反应,机理如下:
含s、p、d 轨道的杂化类型有:①dsp2、②sp3d、③sp3d2,中间体SiCl4(H2O)中Si 采取的杂化类型为
(填标号)。
(2)(全国乙卷节选)PH3中P 的杂化类型是 。
(3)(湖南卷节选)N-甲基咪唑(
)分子中碳原子的杂化轨道类型为 。
答案 (1)sp3 ② (2)sp3 (3)sp2、sp3
解析 (1)SiCl4的中心原子硅原子周围有4 对成键电子对,则Si 采取sp3杂化。由中间体SiCl4(H2O)
的结构可知,Si 原子周围有5 对成键电子对,故该杂化轨道含1 个s 杂化轨道、3 个p 杂化轨道和1
个d 杂化轨道,则Si 采取的杂化类型为sp3d。(2)PH3的中心原子P 形成3 个σ 键电子对和1 个孤电
子对,则其杂化方式为sp3。(3)
中甲基碳原子为饱和碳原子,是sp3杂化,碳碳双键中的碳原子
为sp2杂化。
4.(2022·河北卷)SnCl3
−的空间结构为 ,其中心离子杂化方式为 。
答案 三角锥形 sp3
5.(2022· 北京卷) 比较SO4
2−和H2O 分子中的键角大小并给出相应解释:
。
答案 SO4
2−的键角大于H2O 分子的键角,SO4
2−中S 原子的价层电子对数为4、孤电子对数为0,离子
的空间结构为正四面体形,H2O 分子中O 原子的价层电子对数为4、孤电子对数为2,分子的空间结
构为V 形
6.(山东卷)Xe 是第五周期的稀有气体元素,与F 形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电
子对数为 ,下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是 (填标号)。
A.sp
B.sp2
C.sp3
D.sp3d
答案 5 D
解析 XeF2易升华,所以是分子晶体,其中心原子的价层电子对数为2+8−1×2
2
=5,其中心原子的杂
化方式应为 sp3d。
基础落实
选择题只有1 个选项符合题意
1.(2024·北京三模)下列化学用语或图示表达正确的是( )
A.HCl 的电子式:H+[︰Cl
‥
‥
︰]-
B.SO3的VSEPR 模型:
C.CO2分子的结构模型:
D.乙烯中σ 键与π 键的数量比为4∶1
答案 C
解析 A.HCl 为共价化合物,电子式:H︰Cl
‥
‥
︰,A 错误;B.SO3的中心原子S 原子的价层电子对数为3+
6−2×3
2
=3,为sp2杂化,是平面三角形结构,B 错误;C.CO2分子中存在碳氧双键,结构模型:
,
C 正确;D.乙烯结构式为
,单键均为σ 键,双键中含有1 个σ 键1 个π 键,乙烯中σ 键与π
键的数量比为5∶1,D 错误。
2.(2024·江西模拟预测)下列关于N、O、F 及其相关微粒的说法错误的是( )
A.NO2
+、OF2、NF3
N
的键角大小顺序为O2
+>NF3>OF2
B.基态N3-、O2-、F-核外电子空间运动状态均为5 种
C.N、O、F 三种元素形成的单质分子均为非极性分子
D.NO3
−、N O2
−的VSEPR 模型相同,均为平面三角形
答案 C
解析 A.NO2
+、OF2、NF3 中心原子杂化方式分别为sp、sp3、sp3,NO2
+是直线形分子,键角是
180°;sp3、sp3的VSEPR 模型是四面体形,但NF3分子中的中心N 原子有1 个孤电子对,OF2中的中心
O 原子上有2 个孤电子对,由于孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对的排斥作用,导致
键角减小,故键角由大到小的顺序为NO2
+>NF3>OF2,A 正确;B.N3-、O2-、F-三种离子均为10 电子微粒,
电子排布式为1s22s22p6,故基态离子的核外电子空间运动状态均为5 种,B 正确;C.O3为由非极性键构
成的极性分子,C 错误;D.NO3
−和N O2
−中N 原子杂化方式均为sp2,VSEPR 模型相同,均为平面三角形,
D 正确。
3.(2024·山东威海二模)关于二氟化合物CF2、SiF2和GeF2的结构和性质,下列说法错误的是
A.键角:CF2<SiF2<GeF2
B.沸点:CF2<SiF2<GeF2
C.均为sp2杂化(中心原子)的V(角)形结构
D.均为含极性键的极性分子
答案 A
解析 已知CF2、SiF2 和GeF2 中中心原子周围的价层电子对数为2+1
2×(4-2×1)=3,且电负性
C>Si>Ge,则排斥力的大小为CF2>SiF2>GeF2,则键角:CF2>SiF2>GeF2,A 错误;已知CF2、SiF2 和GeF2
均为分子晶体, 且相对分子质量CF2<SiF2<GeF2, 则分子间作用力CF2<SiF2<GeF2, 沸点:
CF2<SiF2<GeF2,B 正确;已知CF2、SiF2和GeF2中中心原子周围的价层电子对数为2+1
2×(4-2×1)=3,均
有1 个孤电子对,根据杂化轨道理论和价层电子对互斥理论可知,均为sp2杂化(中心原子)的角形即V
形结构,C 正确;均为含C—F、Si—F 和Ge—F 极性键,分子中正、负电荷中心均不重合,均为极性分
子,D 正确。
4.(2024·山东聊城二模)价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是(
)
A.H2O2是平面结构的分子
B.P4和O3均为非极性分子
C.SO3和NO3
−的空间结构均为平面三角形
D.BH3和H2S 的VSEPR 模型均为四面体形
答案 C
解析 A.过氧化氢的空间结构是二面角结构,也叫半开书页型结构,在这种结构中,两个氧原子位于
书轴上,两个氢原子分别与两个氧原子相连,但不在同一平面上,A 错误;B.P4为正四面体结构,属于非
极性分子,O3空间结构与水分子相似,属于极性分子,B 错误;C.SO3中心原子S 价层电子对数:3+1
2(6-
3×2)=3,无孤电子对,空间结构为平面三角形,NO3
−中心原子N 价层电子对数:3+1
2(6-3×2)=3,无孤电子
对,空间结构为平面三角形,C 正确;D.BH3中心原子B 价层电子对数:3+1
2(3-3×1)=3,VSEPR 模型为平
面三角形,D 错误。
5.根据如图所示的反应判断,下列说法中错误的是( )
A.该反应是一个吸热反应
B.CO3
2−和CO2中碳原子的杂化类型相同
C.该反应中既有离子键断裂,又有共价键断裂
D.CO2的分子立体构型是直线形
答案 B
解析 A.根据图示,碳酸钙分解吸收外界能量,是吸热反应,故A 正确;B.CO3
2−中C 原子价层电子对数
是3,杂化类型是sp2,CO2中C 原子价层电子对数是2,杂化类型是sp,故B 错误; C.碳酸钙是离子化合
物,碳酸钙分解生成氧化钙和二氧化碳,该反应中既有离子键断裂,又有共价键断裂,故C 正确;D.CO2
中C 原子价层电子对数是2,无孤电子对,所以CO2的分子立体构型是直线形,故D 正确。
6.元素H、C、N 可组成多种杂环化合物,例如
(吡啶)、
(吡咯),下列说法错误的是( )
A.电负性:H<C<N
B.
中,N 为sp2杂化
C.
、
都难溶于水
D.
、
都含有π 键
答案 C
解析 A.由元素周期律可知同周期从左到右,电负性增大,从上到下电负性减小,电负性:H<C<N,故A
正确;B.
中N 原子有两个σ 键,由
1
2(a-bx)可知N 孤电子对为1,N 的价层电子对为3 是sp2杂化,故
B 正确;C.
能形成氢键,具有亲水性,故C 错误;D.双键中有一个σ 键和一个π 键,
和
都有双
键,故D 正确。
7.CH 3
+、—CH3、CH 3
−都是重要的有机反应中间体,下列有关它们的说法错误的是( )
A.碳原子依次采取sp2杂化、sp3杂化、sp3杂化
B.CH 3
−与NH3、H3O+立体构型均为三角锥形
C.CH 3
+中碳原子采取sp2杂化,所有原子均共面
D.CH 3
+与OH-形成的化合物中含有离子键
答案 D
解析 A 项,CH 3
+中C 原子采取sp2杂化,—CH3中C 原子采取sp3杂化,CH 3
−中C 原子采取sp3杂化,正
确;B 项,三者均为三角锥形结构,正确;C 项,CH 3
+中C 的价层电子对数为3,为sp2杂化,微粒立体构型为
平面三角形,所有原子共平面,正确;D 项,CH3OH 中不含离子键,错误。
8.(2024·安徽安庆模拟预测)已知反应:NH4NO2+NH4HSO3+SO2+2H2O===[NH3OH]+HSO4
−+
(NH4)2SO4。下列有关说法错误的是( )
A.H2O 很稳定是因为分子间含有氢键
B.SO2的空间结构为V 形
C.NH2OH 的H—N—H 键角小于NH 4
+中H—N—H 键角
D.H2O、NH 4
+
S
与O4
2−的VSEPR 模型相同
答案 A
解析 A.H2O 是共价化合物,其性质稳定,是因为O—H 的键能较大,与分子间含有氢键无关,A 错误;
B.SO2分子中S 原子的价层电子对数为2+1
2(6-2×2)=3,VSEPR 模型为平面三角形,含有1 个孤电子对,
则SO2的空间结构为V 形,B 正确;C.NH2OH 分子与NH 4
+中N 的价层电子对数都是4,VSEPR 模型均
为四面体,NH 4
+中H—N—H 的键角为109°28',但NH2OH 分子中N 原子含有1 个孤电子对,对成键电
子对的排斥作用较大,导致H—N—H 的键角小于109°28',C 正确;D.H2O 分子中O 原子的价层电子
对
数
为
2+1
2(6-2×1)=4
、
NH 4
+中N 的价层电子对数为4+ 1
2(5-1-4×1)=4,S
O4
2−中S 的价层电子对数为4 + 1
2(6+2-4×2)=4,则它们的VSEPR 模型相同,都是四面体,D 正确。
9.(2024·河北唐山二模)含氮化合物应用广泛,下列说法正确的是( )
A.NH3的价层电子对互斥模型为三角锥形
B.NO3
−的空间构型为平面三角形
C.每个[Ag(NH3)2]+中有6 个σ 键
D.(CH3)2NNH2中C、N 的杂化方式不同
答案 B
解析 A.NH3中心原子价层电子对数为3+1
2(5-1×3)=3+1=4,其价层电子对互斥模型为四面体形,故A
错误;B.NO3
−中心原子价层电子对数为3+ 1
2(5+1-2×3)=3+0=3,其空间构型为平面三角形,故B 正确;C.
配位键为σ 键,因此每个[Ag(NH3)2]+中有8 个σ 键,故C 错误;D.(CH3)2NNH2中C 有四个价键,没有孤
对电子,其杂化方式为sp3,N 有三个价键,还有1 个孤对电子,其杂化方式为sp3,故D 错误。
10.回答下列问题。
(1)①根据价层电子对互斥模型,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 。
②气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的空间结构为
形,其中共价键的类型有
种;固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子,该分子中硫原子的杂化轨道类型为 。
(2)《中华本草》等中医典籍中,记载了炉甘石(ZnCO3)入药,可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。
ZnCO3中,阴离子空间结构为 ,碳原子的杂化轨道类型为 。
答案 (1)①H2S ②平面三角 2 sp3
(2)平面三角形 sp2
解析 (1)①根据价层电子对互斥模型分析,H2S 分子中硫原子有2 个成键电子对和2 个孤电子对,价
层电子对数为4;SO2分子中硫原子有2 个成键电子对和1 个孤电子对,价层电子对数为3;SO3分子中
硫原子有3 个成键电子对,不含孤电子对,价层电子对数为3。②气态SO3分子中硫原子周围有3 个
成键电子对,不含孤电子对,则硫原子采取sp2杂化,分子的空间结构为平面三角形;三氧化硫分子中所
含共价键有两种,分别为σ 键和π 键。由固体三氧化硫的三聚分子结构可知,每个硫原子形成4 个σ
键,则硫原子采取sp3杂化。(2)CO3
2−中碳原子的价层电子对数为3,故碳原子采取sp2杂化,且无孤电
子对,故CO3
2−的空间结构为平面三角形。
能力提升
11.(2024·南昌开学考试)我国某科学团队利用二维氮化硼陶瓷片在特定方向上具有超高热导的性质
造出一款新型热界面材料。以天然硼砂为起始物,可制备得到BF3和BN,如图所示。下列叙述错误
的是( )
A.硼酸分子间存在氢键
B.NH3与BF3都具有极性键,但前者为极性分子后者为非极性分子
C.平面二维氮化硼BN 中,B、N 都为sp2杂化
D.NH3分子与NF3分子的键角,后者大于前者
答案 D
解析 A.硼酸分子之间能自发形成分子间氢键,也能形成类似分子内氢键的结构,故A 正确;B.NH3
是由极性键构成的极性分子,中心N 原子上有一对孤电子对,BF3是由极性键构成的非极性分子,其中
心B 原子上没有孤电子对,电荷分布均匀,故B 正确;C.平面二维氮化硼BN 与石墨结构相似,采取sp2
杂化,故C 正确;D.NH3的空间构型是三角锥形,NF3的空间构型也是三角锥形,但电负性F>H,成键电
子对更靠近于F,故NH3的键角大于NF3的键角,故D 错误。
12.(2024·湖北三模)分析微粒结构,下列说法正确的是( )
A.CH4和P4的空间构型都是正四面体形,键角也相同
B.OF2与H2O 的价层电子对情况和空间构型相同,但OF2的极性较小
C.Al2Cl6(
)中Al 为sp3杂化,与AlCl3中Al 的杂化方式相同
D.PCl3和BCl3中心原子的杂化方式不同,但所有原子都满足8 电子结构
答案 B
解析 A.CH4和P4的空间构型都是正四面体形,但甲烷分子键角为109°28',白磷分子键角为60°,故A
错误;B.OF2与H2O 的价层电子对数都是4,空间构型都是V 型,O 和F 的电负性差值小,所以OF2的极
性较小,故B 正确;C.从图可知Al2Cl6中Al 为sp3杂化,AlCl3中Al 为sp2杂化,两者Al 的杂化方式不相
同,故C 错误;D.PCl3中心原子的杂化方式为sp3杂化,BCl3中心原子的杂化方式为sp2杂化,PCl3所有
原子满足8 电子结构,但BCl3中的B 不满足8 电子结构,故D 错误。
13.氯元素有多种化合价,可形成Cl-、ClO-、ClO2
−、ClO3
−、ClO4
−等离子。下列说法错误的是( )
A.基态Cl 原子核外电子的空间运动状态有9 种
B.键角:ClO2
−>ClO3
−>ClO4
−
C.Cl-提供孤电子对与Cu2+可形成CuCl4
2−
D.ClO2
−、ClO3
−、ClO4
−中Cl 的杂化方式相同
答案 B
解析 A.已知基态Cl 原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,故基态Cl 原子核外电子的空间运动状
态
有
1+1+3+1+3=9
种
,A
正
确
;B.
已
知
Cl
O2
−、ClO3
−、ClO4
−中中心Cl 原子周围的价层电子对数为2+ 1
2(7+1-2×2)=4 、3+1
2(7+1-3×2)=4 、4+
1
2(7+1-4×2)=4,孤电子对数分别为2、1、0,由于孤电子对对孤电子对的排斥作用>孤电子对对成键
电子对的排斥作用>成键电子对对成键电子对的排斥作用,故键角:ClO2
−<ClO3
−<ClO4
−,B 错误;C.Cl-中
含有孤电子对,Cu2+有空轨道,故Cl-提供孤电子对与Cu2+可形成CuCl4
2−,C 正确;D.由B 项分析可知,Cl
O2
−、ClO3
−、ClO4
−中Cl 周围的价层电子对数均为4,故三者的杂化方式相同,均为sp3杂化,D 正确。
14.(2024·南充零诊)白磷(P4)是磷的单质之一,与卤素单质反应生成卤化磷。卤化磷通常有三卤化磷
和五卤化磷(PCl5分子结构如图所示,其中Cl 原子有两种不同位置)。回答下列问题:
(1)基态P 原子的价电子排布式为 。P、S、Cl 的第一电离能由小到大顺序为 。
(2)PCl5水解产生一种无色油状中间产物POCl3,该分子的空间结构为 。
(3)PCl5中P 的轨道杂化类型为 (填字母标号)。
A.sp3
B.sp3d
C.d2sp3
D.dsp2
答案 (1)3s23p3 S<P<Cl (2)四面体形
(3)B
解析 (1)P 元素位于第三周期第ⅤA 族,所以基态P 原子的价电子排布式为3s23p3;同周期主族元素
的第一电离能从左到右逐渐增大,但是第ⅤA 族第一电离能大于第ⅥA 族第一电离能,所以P、S、
Cl 的第一电离能由小到大顺序为S<P<Cl;(2)POCl3的孤电子对数为5−2−1×3
2
=0,价层电子对数为
0+4=4,所以该分子的空间结构为四面体形;(3)PCl5的价层电子对数为5−1×5
2
+5=5,所以P 的轨道杂
化类型为sp3d。
15.咪唑(IMI)的结构简式为
,可以由HCHO、OHC—CHO 及(NH4)2SO4等为原料合成。
(1)咪唑中碳原子的杂化方式是 。
(2)OHC—CHO 分子中σ 键与π 键的数目之比为 。
(3)分子中的大π 键可用符号Π
n
m表示,其中m 代表参与形成大π 键的原子数,n 代表参与形成大π 键
的电子数(如苯分子中的大π 键可表示为Π 6
6
),则
中形成的大π 键的电子数为 。
答案 (1)sp2 (2)5∶2 (3)6
16.(2024·四川眉山模拟预测)铁元素在地壳中含量丰富,应用广泛。回答下列问题:
(1)原子核外运动的电子有两种相反的自旋状态,若有一种自旋状态用+1/2,则与之相反的用-1/2,称为
电子的自旋磁量子数,基态Fe 原子核外电子自旋磁量子数的代数和为 。
(2)FeCl3水溶液中Fe3+可水解生成双核阳离子[Fe2(H2O)8(OH)2]4+,结构如图所示。该双核阳离子中H
—O—H 键角 (填“大于”“小于”或“等于”)H2O 中的H—O—H 键角;若对FeCl3水溶
液进行加热,该双核阳离子内部首先断开的是 键(填“a”或“b”)。
(3)三硝酸六尿素合铁[Fe(H2NCONH2)6](NO3)3是一种重要的配合物,用作有机铁肥,简称铁氮肥。该
配合物中所含非金属元素的第一电离能从大到小的顺序为 ,NO3
−的空间构型是 ;尿
素晶体的熔点为132.7 ℃,比相同摩尔质量的乙酸熔点(16.7 ℃)高116 ℃,主要原因是
。
答案 (1)+2 或-2
(2)大于 a
(3)N>O>H>C 平面三角形 都能形成分子间氢键,尿素形成的氢键数目更多
解析 (1)基态Fe 原子核外价层电子排布式为3d64s2;3d 轨道有4 个单电子,自旋方向相同,则自旋磁
量子数的代数和为+2 或-2;(2)由结构简式可知中心Fe3+与H2O 之间形成配位键,因此该离子中H2O
的孤电子对数为1,而H2O 的孤电子对数为2,价层电子对数相同时,孤电子对数越多键角越小,则该双
核阳离子中H—O—H 键角大于H2O 中的H—O—H 键角;水分子不带电,OH-带负电,与Fe3+成键时,
OH-与Fe3+距离更近,键能更大,所以b 键的键能大于a 键,若对水溶液进行加热,该双核阳离子内部首
先断开的是a 键;(3)同一周期元素,第一电离能从左到右有增大趋势,但第ⅡA、ⅤA 族反常,且C 的
第一电离能小于H, 则所含非金属元素的第一电离能由大到小的顺序是N>O>H>C;N
O3
−中N 原子价层电子对数5+1
2 =3,不含孤电子对,其空间构型为平面三角形;尿素晶体、乙酸晶体
均为分子晶体,都能形成分子间氢键,但尿素晶体的熔点高,是因为尿素分子之间存在更多的氢键。
