2020届高考化学一轮复习微粒的空间构型与中心原子杂化类型的判断学案

2020届高考化学一轮复习微粒的空间构型与中心原子杂化类型的判断学案

微粒的空间构型与中心原子杂化类型的判断 考情剖析 考查“物质结构与性质”的试题中关于微粒的空间构型与中心原子杂化类型的判断是必考问题。如果是考生熟悉的微粒还问题不大,如2018全国卷Ⅲ,判断ZnCO3中阴离子的空间构型和中心原子的杂化类型。还有一类是给出结构或知道结构的物质中的某微粒的杂化类型判断,难度不大。对陌生的微粒考生就往往无从下手了,如2017全国卷Ⅰ,判断I‎3‎‎+‎的空间构型和中心原子的杂化类型。本微课就带同学们探究突破微粒的空间构型与中心原子杂化类型的判断。‎ 年份 ‎2018‎ ‎2017‎ ‎2016‎ ‎2015‎ 题号 全国Ⅰ35(5);全国Ⅱ35(5)‎ 全国Ⅰ35(4)(5);全国Ⅱ35(4)‎ 全国Ⅰ37(3)(6);全国Ⅱ37(4)‎ 全国Ⅰ37(5);全国Ⅱ37(2)(5)‎ 增分点一　价层电子对互斥理论判断法 ‎【解题策略】 遇到陌生微粒的空间构型与中心原子杂化类型的判断的问题,首先看能否直接用VSEPR进行判断。如果不能就借用等电子体的途径进行判断。‎ 例1 ⅥA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态,含ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题:‎ 图Z15-1‎ ‎(1)S单质的常见形式为S8,其环状结构如图Z15-1所示,S原子采用的轨道杂化方式是　　　　。 ‎ ‎(2)原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量,O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为　　　　。 ‎ ‎(3)Se原子序数为　　　　,其核外M层电子的排布式为　　　　。 ‎ ‎ (4)H2Se的酸性比H2S　　　　(填“强”或“弱”)。气态SeO3分子的立体构型为　　　　　　,SO‎3‎‎2-‎的立体构型为　　　　。 ‎ 变式题 氧是地壳中含量最多的元素。‎ ‎(1)氧元素基态原子核外未成对电子数为　　　　。 ‎ ‎(2)H2O分子内的O—H键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为　　　　　。的沸点比高,原因是　　　　　　　。 ‎ ‎(3)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,原因是　  　。 ‎ 增分点二　利用结构结合VSEPR判断 例2 [2018·安徽皖北协作区高三年级联考] 已知N、S、Cl元素可形成多种物质,在工业生产上有着广泛的应用。回答下列问题:‎ 已知S4O‎6‎‎2-‎的结构为,其中S原子的杂化方式是　　　　。 N、P可分别形成多种三角锥形分子,已知NH3的键角大于PH3,原因是　   　。 ‎ 变式题 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如图Z15-2所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为　　　　。 ‎ 图Z15-2‎ 增分点三　借助等电子体判断 ‎【解题策略】 本案例是不能直接用理论判断的题目,可以借用等电子体进行判断。‎ 例3 [2017·全国卷Ⅰ节选] X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在I‎3‎‎+‎离子。I‎3‎‎+‎离子的几何构型为　　　　　　,中心原子的杂化形式为　　　　　　　　。 ‎ 变式题 半导体材料磷化硼(BP)可由BBr3和PBr3在高温下合成。一定温度下PBr5能形成阴、阳离子个数比为1∶1的导电熔体,阴阳离子均带一个单位电荷,经测定其中P—Br键键长均相等。写出该导电熔体中阳离子的电子式:　　　　　　　　　,其中P原子的杂化轨道类型是　　　　。 ‎ ‎1.[2017·江苏卷节选] 铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。‎ 丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是　　　　,1 mol丙酮分子中含有σ键的数目为　　　　。 ‎ ‎2.[2017·全国卷Ⅲ节选] 研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2CH3OH+H2O)中,Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。回答下列问题:‎ ‎(1)Co基态原子核外电子排布式为　　　　。元素Mn与O中,第一电离能较大的是　　　　,基态原子核外未成对电子数较多的是　　　　。 ‎ ‎(2)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为　　和　　　　。 ‎ ‎3.元素X 位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p 轨道上有4个电子。元素Z 的原子最外层电子数是其内层的3倍。‎ 图Z15-3‎ ‎(1)X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图Z15-3所示。‎ ‎①在1个晶胞中,X离子的数目为　　　　。 ‎ ‎②该化合物的化学式为　　　　。 ‎ ‎(2)在Y的氢化物(H2Y)分子中,Y原子轨道的杂化类型是　　　　。 ‎ ‎(3)Z的氢化物(H2Z)在乙醇中的溶解度大于H2Y,其原因是　　　。 ‎ ‎(4)Y与Z可形成YZ‎4‎‎2-‎ ‎①YZ‎4‎‎2-‎的空间构型为　　　　　　(用文字描述)。 ‎ ‎②写出一种与YZ‎4‎‎2-‎互为等电子体的分子的化学式:　　　　　　。 ‎ ‎4.氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图Z15-4所示。‎ 图Z15-4‎ ‎(1)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为　　　　,其结构与石墨相似却不导电,原因是　。 ‎ ‎(2)立方相氮化硼晶体中,硼原子的杂化轨道类型为　　　。 ‎ ‎5.新制的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸,而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为　　,1 mol 乙醛分子中含有的σ键的数目为　　　　。 ‎ ‎6.[2018·宁德普通高中毕业班质量检测] 科学的进步离不开技术的突破。原子光谱、核磁共振、X射线衍射、量子计算等技术的发展与应用都推进了结构的研究。如过渡元素原子结构、超分子结构、晶体结构研究等。‎ ‎(1)过渡元素Ni原子的基态电子排布式为　　　　　　　　　　,Ni的核外电子由基态跃迁至激发态时产生的光谱是　　　　(填“吸收”或“发射”)光谱。 ‎ 图Z15-5‎ ‎(2)胍离子[C(NH2‎)‎‎3‎‎+‎]可以与甲基磺酸根离子(CH3SO‎3‎‎-‎)形成超分子晶体,其局部结构如图Z15-5所示。‎ ‎①组成该晶体的元素中第一电离能最大的是　　　　,其中C的杂化类型有　　　　。 ‎ ‎②元素C、N、S的简单氢化物在水中的溶解度从大到小的顺序为　　　　　　　　,原因是　 　 ‎ 图Z15-6‎ ‎(3)近年研究人员通过量子化学计算预测并合成了化合物Na2He,经X射线衍射分析其晶胞结构如图Z15-6所示。‎ ‎①晶胞中Na堆积形成　　　　(填形状)空隙,He占据一半空隙,另一半由e-占据。已知Na2He晶体不能导电,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎②已知晶胞边长为a nm,晶胞中Na的半径为b nm,则He的半径为　　　　nm(列出计算式即可)。 ‎ ‎【增分典例探究】‎ 例1　(1)sp3‎ ‎(2)O>S>Se ‎(3)34　3s23p63d10‎ ‎(4)强　平面三角形　三角锥形 ‎[解析] (1)硫原子最外层有6个电子,由S8结构可知一个硫原子与另外两个硫原子形成2个σ键,硫原子还余4个电子形成2对孤电子对,所以为sp3杂化。(2)同一主族元素从上至下第一电离能逐渐减小。(3)Se属于第四周期第ⅥA族元素,原子序数比S大18,M层电子已经排满,排布式为3s23p63d10。(4)H与Se形成的共价键键能小于H与S形成的共价键键能,所以在水溶液中,H2Se比H2S容易电离,H2Se的酸性更强;SeO3中,Se原子孤电子对数为0,σ键电子对数为3,所以Se原子为sp2杂化,SeO3为平面三角形;SO‎3‎‎2-‎中S原子孤电子数为1,σ键电子对数为3,所以S原子为sp3杂化,SO‎3‎‎2-‎为三角锥形。‎ 变式题　(1)2‎ ‎(2)O—H键、氢键、范德华力　邻羟基苯甲醛形成分子内氢键,而对羟基苯甲醛形成分子间氢键,分子间氢键使分子间作用力增大 ‎(3)sp3　H2O中氧原子有2对孤电子对,H3O+只有1对孤电子对,排斥力较小 ‎[解析] (1)氧元素原子核外有8个电子,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p4,所以氧元素基态原子核外未成对电子数为2。‎ ‎(2)O—H键属于共价键,键能大;分子间的范德华力和氢键均属于分子 间作用力的范畴,但氢键要强于分子间的范德华力,所以它们从强到弱的顺序依次为O—H键、氢键、范德华力;氢键不仅存在于分子之间,有时也存在于分子内,邻羟基苯甲醛在分子内形成氢键,对羟基苯甲醛在分子间形成氢键,分子间氢键使分子间作用力增强,所以对羟基苯甲醛的沸点比邻羟基苯甲醛的高。‎ ‎(3)H3O+中O上的孤电子对数为1,由于中心O的价层电子对数共有3+1=4对,因此H3O+中氧原子采用的是sp3杂化;H2O中氧原子上的孤电子对数为2,因此排斥力较大,H2O中H—O—H键角较小。‎ 例2　sp3　由于电负性N>P>H,且N原子半径小于P原子半径,NH3中成键电子对彼此相距更近,斥力更大,所以键角NH3>PH3‎ ‎[解析] S4O‎6‎‎2-‎的结构中两边的S原子均形成4个σ键且无孤电子对,所以均为sp3杂化;中间的两个S原子均形成两个单键,且均有两对孤电子对,所以均为sp3杂化。NH3和PH3均是三角锥形结构,都有一对孤电子对的斥力影响,由于电负性N>P>H,且N原子半径小于P原子半径,NH3中成键电子对彼此相离更近,斥力更大,所以键角NH3>PH3。‎ 变式题　平面三角　2　sp3‎ ‎[解析] 气态三氧化硫以单分子形式存在,中心原子的成键电子对数是3,且不存在孤电子对,所以其分子的立体构型为平面三角形。分子中存在氧硫双键,因此其中共价键的类型有2种,即σ键、π键;固体三氧化硫中存在题图所示的三聚分子结构,该分子中S原子形成4个σ键,因此其杂化轨道类型为sp3。‎ 例3　V形　sp3‎ ‎[解析] 在I‎3‎‎+‎中中心原子I的价层电子对数为4(其中2个σ键、2个孤电子对),因此其轨道杂化类型为sp3杂化,但离子的空间几何构型同水分子一样为V形。‎ 变式题　　sp3‎ ‎[解析] PBr5能形成阴、阳离子个数比为1∶1的导电熔体,阴阳离子均带一个单位电荷,说明分别形成PBr‎4‎‎+‎和PBr‎6‎‎-‎。PBr‎4‎‎+‎的结构应该与NH‎4‎‎+‎相似。‎ ‎【提分强化训练】‎ ‎1.sp2和sp3　9 mol ‎[解析] 一个丙酮分子中有两个甲基和一个羰基,甲基中碳原子为sp3杂化,羰基中碳原子为sp2杂化;一个丙酮分子中有6个碳氢键、2个碳碳单键和1个碳氧双键(1个σ键和一个π键) ,所以1 mol丙酮分子中含有9 mol σ键。‎ ‎2.(1)[Ar]3d74s2　O　Mn　(2)sp　sp3‎ ‎[解析] (1)Co为27号元素,基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。Mn是活泼金属,第一电离能较小,而O是非金属性较强的非金属元素,第一电离能较大,故第一电离能大小MnH2S>CH4　CH4为非极性分子,NH3、H2S均为极性分子,且NH3能与水形成氢键 ‎(3)①立方体　没有自由移动的离子和电子 ‎②‎3‎‎4‎a-b