2026版高中化学人教版选择性必修2《物质结构与性质》第二章重难突破(二)　分子空间结构的判断与键角大小的比较

重难突破(二)分子空间结构的判断与键角大小的比较一、键角大小的比较在多原子分子中,两个相邻共价键之间的夹角称为键角。键角是决定物质分子空间结构的主要因素之一。在高中阶段学习中,影响键角大小的因素主要有三个:一是中心原子的杂化轨道类型;二是中心原子的孤电子对数;三是中心原子的电负性大小。1.中心原子杂化轨道类型不同的粒子,键角大小为sp杂化>sp2杂化>sp3杂化,如键角:CH≡CH>CH2==CH2>CH4。2.中心原子杂化方式相同的粒子,由于斥力:孤电子对与孤电子对之间>孤电子对与成键电子对之间>成键电子对与成键电子对之间,孤电子对数越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小。如键角:CH4>NH3>H2O。3.中心原子杂化方式相同且孤电子对数目也相同,利用中心原子的电负性大小比较键角大小。如H2O、H2S中,中心原子均为sp3杂化,分子空间结构均为V形,由于电负性:O>S,吸引电子的能力:O>S,且键长:O—H<S—H,使得H2O、H2S中成键电子对间的斥力逐渐减弱,键角减小,即键角:H2O(105°)>H2S(92.1°)。4.同一粒子中不同共价键的键角,由于斥力:双键间>双键与单键间>单键间,则键角大小不同。如甲醛中:,键角:α>β。1.下列分子或离子中键角由大到小排列正确的是()①BCl3②NH3③H2O④PCl4+⑤A.⑤④①②③ B.④①②⑤③C.⑤①④②③ D.③②④①⑤答案C解析分析如下:微粒中心原子上孤电子对数中心原子上价层电子对数VSEPR模型名称杂化轨道类型空间结构键角①BCl3123×1)=03平面三角形sp2平面三角形120°②NH3123×1)=14四面体形sp3三角锥形107°③H2O122×1)=24四面体形sp3V形105°④PCl12-4×1)=04正四面体形sp3正四面体形109°28'⑤BeCl2122×1)=02直线形sp直线形180°键角由大到小的顺序为⑤①④②③。2.比较下列物质中键角的大小(填“>”“=”或“<”)。(1)CH4P4。

(2)PF3PCl3。

(3)光气(COCl2)中∠Cl—C==O

∠Cl—C—Cl。(4)下列物质的分子中:A.H2O、B.BF3、C.H2S、D.CH4,键角从大到小的顺序是。

答案(1)>(2)<(3)>(4)B>D>A>C3.如图是甲醛分子的空间结构模型,根据该图和所学化学知识回答下列问题:(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是,

做出该判断的主要理由是

。

(2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断,其中正确的是(填序号)。

①单键②双键③σ键④π键⑤σ键和π键(3)甲醛分子中C—H与C—H间的夹角

(填“=”“>”或“<”)120°,出现该现象的主要原因是

。

答案(1)sp2甲醛分子的空间结构为平面三角形(2)②⑤(3)<碳氧双键中存在π键,它对C—H的排斥作用较强解析(1)原子的杂化轨道类型不同,分子的空间结构也不同。由图可知,甲醛分子为平面三角形,所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。(2)甲醛分子中的碳氧键是双键,一般来说,双键是σ键和π键的组合。二、分子空间结构的判断首先计算出中心原子的价层电子对数,然后构建对应的VSEPR模型,最后略去孤电子对,得到分子的空间结构。价层电子对数杂化类型σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型分子空间结构实例2sp20直线形直线形BeCl23sp230平面三角形平面三角形BF321V形SnBr24sp340四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O1.下列分子中,中心原子杂化类型相同,分子的空间结构也相同的是()A.BeCl2、CO2 B.H2O、SO2C.SO2、CH4 D.NF3、CH2O答案A解析根据价层电子对互斥模型可知,H2O中O原子的孤电子对数为6-2×12=2,σ键电子对数为2,采取sp3杂化,故H2O为V形结构,SO2中S原子的孤电子对数为6-2×22=1,σ键电子对数为2,采取sp2杂化,故SO2为V形结构,B项不符合题意;同样分析可知,BeCl2中Be原子采取sp杂化,BeCl2是直线形结构,CO2中C原子采取sp杂化,CO2是直线形结构,A项符合题意;SO2中S原子采取sp2杂化,SO2是V形结构,CH4中C原子采取sp3杂化,CH4是正四面体形结构,C项不符合题意;NF3中N原子采取sp3杂化,NF3是三角锥形结构,CH2O中C原子采取sp2杂化,CH2O是平面三角形结构2.X射线衍射测定发现,I3AsF6中存在I3+。该I3+A.直线 B.角形C.四面体形 D.三角锥形答案B解析I3+中以1个碘为中心原子,则中心原子价电子对数为2+7-1-1×22=4,中心原子采用sp3杂化,且含有23.硼砂是含结晶水的四硼酸钠。以硼砂为原料,可以得到BF3、BN和硼酸等重要化合物,请回答下列问题:(1)硼砂中阴离子Xm-(含B、O、H三种元素)的空间结构模型如图所示,则在Xm-中,2号硼原子的杂化类型为;m=(填数字)。

(2)BN中B的化合价为,请解释原因:。

(3)BF3和过量NaF作用可生成NaBF4,BF4-的空间结构为;NaBF4的电子式为答案(1)sp22(2)+3N的电负性大于B的电负性(3)正四面体形Na+[︰F‥‥︰B‥︰F解析(1)根据图示可知,2号B原子的价层电子对数为3,且无孤电子对,故采取sp2杂化;该阴离子的化学式为[H4B4O9]m-,其中H显+1价、B显+3价、O显-2价,所以m=2。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意题组一键角大小的比较1.比较NH3与NF3、SeO3与SO3的键角大小,下列排序正确的是()A.NH3>NF3,SeO3>SO3B.NH3<NF3,SeO3<SO3C.NH3>NF3,SeO3=SO3D.NH3<NF3,SeO3>SO3答案C解析NH3、NF3中心原子杂化方式相同为sp3,都有一个孤对电子,电负性:F>N>H,NH3中共用电子对偏向N,NF3中共用电子对偏向F,因此键角NH3>NF3;SeO3、SO3中心原子杂化方式相同为sp2,分子空间构型都是平面正三角形,键角相同为120°;故选C。2.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,下列判断正确的是()A.SO2、CS2、HCN分子的键角都是180°B.H2O的键角为120°,HgCl2的键角为180°C.PCl3、NH3、GaCl3都是三角锥形分子D.HCHO(甲醛)、BCl3、SO3的空间结构都是平面三角形答案D解析A.二氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为3、孤电子对数为1,分子的空间结构为V形,键角小于180°,故A错误;B.水分子中氧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,键角为105°,故B错误;C.三氯化镓分子中镓原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形分子,不是三角锥形分子,C错误;D.甲醛分子中的碳原子、三氯化硼分子中的硼原子、三氧化硫分子中的硫原子的价层电子对数都为3、孤电子对数都为0,分子的空间结构都为平面三角形分子,故D正确。3.比较SO2、SO32-、SO3和SO42-的键角大小,A.SO42->SO2==SOB.SO2>SO3>SO32-C.SO42->SO3==SOD.SO3>SO2>SO42-答案D解析SO2的中心原子S原子的价层电子对数为2+6-2×22=3,为sp2杂化,存在1个孤电子对;SO3的中心原子S原子的价层电子对数为3+6-2×32=3,为sp2杂化,无孤电子对;孤电子对与成键电子对之间的斥力大于成键电子对之间的斥力,则键角SO3>SO2;SO32-的中心原子S原子的价层电子对数为3+6+2-2×32=4,为sp3杂化,存在1个孤电子对;SO42-的中心原子S原子的价层电子对数为4+6+2-2×42=4,为sp3杂化,无孤电子对;孤电子对与成键电子对之间的斥力大于成键电子对之间的斥力,则键角SO42->SO34.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或推测键角大小,下列判断正确的是()A.SO2的分子结构类似CO2为直线形B.SO3是三角锥形分子C.CO32-D.PCl3是平面三角形分子答案C解析A.SO2中心原子S周围的价层电子对数为2+6-2×22=3,其空间结构为V形,CO2中心原子C周围的价层电子对数为2+4-2×22=2,即其空间结构为直线形,故A错误;B.SO3中心原子S周围的价层电子对数为3+6-2×32=3,空间结构是平面三角形,故B错误;C.CO32-的中心原子C周围的价层电子对数为3+4+2-2×32=3,无孤电子对,是sp2杂化,为平面三角形,键角为120°,故C正确;D.PCl3中心原子P周围的价层电子对数为3+5-1×35.X、Y、Z、W、Q为前20号元素,原子序数依次增大,最外层电子数之和为19。基态Y原子的价层电子排布为nsnnpn,Z和W同族,Z的原子序数是W的一半,Q元素的焰色试验呈砖红色。下列说法错误的是()A.简单氢化物的键角Y>ZB.电负性大小顺序为Z>W>YC.原子半径的大小顺序为Z>Y>XD.Z和Q组成的化合物能与水反应答案C解析X、Y、Z、W、Q为前20号元素,原子序数依次增大,基态Y原子的价电子排布式为nsnnpn,n=2,Y为C;Z和W同族,Z的原子序数是W的一半,Z为O,W为S;Q元素的焰色试验呈砖红色,Q为Ca;X、Y、Z、W、Q为前20号元素,最外层电子数之和为19,X为H或Li。A.Y的简单氢化物为CH4,正四面体结构,Z的简单氢化物为H2O,V形结构,由于孤对电子的斥力较大,则CH4的键角大于H2O的键角,A项正确;B.C与O同周期,电负性逐渐增大,O>C;O和S同主族,电负性逐渐减小,O>S,S的非金属性比C强,电负性C<S,故电负性:O>S>C,即Z>W>Y,B项正确;C.C与O同周期,原子半径逐渐减小,故原子半径C>O,即Y>Z,C项错误;D.Z和Q可形成的化合物为CaO或CaO2,二者均可与水反应,D项正确。题组二分子(或离子)空间结构的判断6.下列物质中,化学键类型和分子空间结构皆相同的是()A.CO2和SO3 B.CH4和SiH4C.BF3和PH3 D.HCl和NH4Cl答案B解析CO2和SO3都含有共价键,但CO2为直线形,SO3为平面三角形,故A错误;CH4和SiH4都含有共价键,且都是正四面体形,故B正确;BF3和PH3都含有共价键,BF3为平面三角形,PH3为三角锥形,故C错误;HCl只含共价键,NH4Cl含有离子键和共价键,故D错误。7.用分子结构知识推测下列说法正确的是()A.SO2与BeCl2分子均呈V形B.HClO2的中心原子采取sp3杂化C.BF3与H3O+的VSEPR模型均呈正四面体形D.C2H4与NH3分子中均含有π键,均能发生加成反应答案B解析BeCl2分子中,中心Be原子采取sp杂化,分子呈直线形,故A错误;BF3的中心B原子价层电子对数为3,VSEPR模型呈平面三角形,H3O+的中心O原子价层电子对数为4,有1个孤电子对,VSEPR模型呈四面体形,故C错误;C2H4的中心C原子形成3个σ键和1个π键,NH3分子的中心原子形成3个σ键,另有1个孤电子对,无π键,故D错误。8.下列描述正确的是()A.ClO4B.SF6的中心原子有6个成键电子对,无孤电子对C.BH3和HCN的中心原子均为sp2杂化D.BeCl2和SnCl2的空间结构均为直线形答案B解析ClO4-中中心Cl原子价层电子对数为4+7+1-4×22=4且不含孤电子对,其空间结构为正四面体形,故A错误;SF6分子中中心S原子价层电子对数为6+6-6×12=6且不含孤电子对,所以SF6的中心原子有6个成键电子对,无孤电子对,故B正确;BH3中B原子价层电子对数为3+3-3×12=3,不含孤电子对,HCN中C原子价层电子对数为2,无孤电子对,故前者是sp2杂化,后者是sp杂化,故C错误;BeCl2和SnCl2分子中,Be原子价层电子对数为2+2-2×12=2,不含孤电子对,Sn原子价层电子对数为2+4-2×12=3,含有1个孤电子对,故前者空间结构是直线形,9.(1)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。NH3分子的空间结构是;N2H4分子中氮原子的杂化轨道类型是。

(2)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中氧原子采用杂化。H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大,原因为。

(3)PO43-的空间结构是,其中磷原子的杂化轨道类型是答案(1)三角锥形sp3(2)sp3H2O中氧原子有2个孤电子对,H3O+中氧原子只有1个孤电子对,排斥力较小(3)正四面体形sp3解析(3)PO43-的中心原子磷的成键电子对数为4,无孤电子对,为正四面体形结构,中心原子采取spB级素养培优练10.下列有关分子空间结构的说法正确的是()A.HClO、BF3、NCl3分子中所有原子的最外层电子都满足8电子稳定结构B.P4和CCl4都是正四面体形分子且键角都为109°28'C.分子中键角的大小:BeCl2>SnCl2>SO3>NH3>CCl4D.BeF2分子中,中心原子Be的价层电子对数等于2,其空间结构为直线形,成键电子对数等于2,没有孤电子对答案D解析HClO分子中的H原子为2电子结构,BF3分子中的B原子不满足8电子结构,A错误;P4分子中的键角为60°,CCl4分子中的键角为109°28',B错误;BeCl2为直线形分子,键角为180°,SnCl2中Sn原子有一个孤电子对,键角<120°,SO3分子为平面三角形结构,键角为120°,NH3为三角锥形,键角为107°,CCl4中C形成4个σ键,无孤电子对,为正四面体形结构,键角为109°28',故C错误;BeF2分子中,铍原子含有两个共价单键,不含孤电子对,所以价层电子对数是2,为直线形结构,故D正确。11.下表中关于各微粒的描述不完全正确的一项是()选项ABCD分子或离子的化学式H2SPCl3NOBH中心原子的杂化轨道类型sp3sp3sp2sp3VSEPR模型名称平面三角形四面体形平面三角形正四面体形分子或离子的空间结构V形三角锥形V形正四面体形答案A解析H2S中S的价层电子对数为2+6-2×12=4,孤电子对数为2,故其VSEPR模型为四面体形,中心原子采用sp3杂化,空间结构为V形,A项错误;PCl3中P的价层电子对数为3+5-3×12=4,孤电子对数为1,故其VSEPR模型为四面体形,中心原子采用sp3杂化,空间结构为三角锥形,B项正确;NO2-中N的价层电子对数为2+5+1-2×22=3,孤电子对数为1,故其VSEPR模型为平面三角形,中心原子采用sp2杂化,空间结构为V形,C项正确;BH4-中B的价层电子对数为4+3+1-4×12=4,无孤电子对,VSEPR模型为四面体形,中心原子采用sp312.下列一组粒子的中心原子杂化类型相同,分子或离子的键角不相等的是()A.CCl4、SiCl4、SiH4 B.H2S、NF3、CH4C.BCl3、NH3、CO2 D.SO3、BF3、H3O+答案B解析A项中粒子中心原子都是sp3杂化,无孤电子对,键角相等;B项中粒子中心原子都是sp3杂化,但S原子有2个孤电子对,N原子有1个孤电子对,C原子无孤电子对,键角不相等;C项中中心原子的杂化方式:BCl3为sp2、NH3为sp3、CO2为sp,键角不相等;D项中SO3中S原子采用sp2杂化,BF3中B原子采用sp2杂化,H3O+中O原子采用sp3杂化,键角不相等。13.(2024·枣庄高二期末)As2O3(砒霜)是两性氧化物,分子结构如图所示,与盐酸反应能生成AsCl3,AsCl3和LiAlH4反应的产物之一为AsH3。下列说法不正确的是()A.As2O3分子中As原子的杂化方式为sp3B.AlH4C.AsCl3的空间结构为平面正三角形,As原子的杂化方式为sp3D.AsH3分子的键角小于109°28'答案C解析由As2O3的分子结构可知,中心原子As上有1个孤电子对和3个成键电子对,则As原子的杂化方式为sp3,A正确;AlH4-中Al原子的价层电子对数是4+12×(3+1-1×4)=4,价层电子对互斥模型是正四面体形,B正确;AsCl3中含1个孤电子对和3个成键电子对,空间结构为三角锥形,C错误;AsH3中含有1个孤电子对和3个成键电子对,空间结构为三角锥形,14.回答下列问题(1)比较下列分子或离子中的键角大小(填“>”“<”或“=”):①BF3NCl3,H2OCS2。

②SO3SO42-③NCl3PCl3。

④NF3NCl3,PCl3PBr3。

(2)在分子中,键角∠HCO(填“>”“<”或“=”)∠HCH。理由是

。

答案(1)①><②>③>④<<(2)>π键斥力大于σ键斥力解析(2)HCHO中C原子杂化方式为sp2杂化,由于π键斥力大于σ键斥力,故键角∠HCO>∠HCH。15.短周期元素A、B、C、D原子序数依次增大,且C元素最高价氧化物对应的水化物在水溶液中能电离出电子数相等的阴、阳离子。A、C位于同一主族,A为非金属元素,B的最外层电子数是次外层电子数的3倍,B、C的最外层电