分子的立体构型(高考总复习)

分子的立体构型写出下列物质分子的电子式和结构式，并根据键角确定其分子构型：分子类型化学式电子式结构式键角分子立体构型三原子分子CO2O==C==O180°直线形H2O105°V形四原子分子CH2O约120°平面三角形NH3107°三角锥形五原子分子CH4109°28′正四面体形(1)分子类型键角立体构型实例AB2180°直线形CO2、BeCl2、CS2<180°V形H2O、H2SAB3120°平面三角形BF3、BCl3<120°三角锥形NH3、H3O＋、PH3AB4109°28′正四面体形CH4、NH＋4、CCl4(2)典型有机物分子的立体结构：C2H4、苯(C6H6)、CH2==CH—CH==CH2(1，3-丁二烯)、CH2==CH—C≡CH(乙烯基乙炔)等都是平面形分子；C2H2为直线形分子。

例1(2017·衡水中学高二调考)下列有关键角与分子立体构型的说法不正确的是()A.键角为180°的分子，立体构型是直线形B.键角为120°的分子，立体构型是平面三角形C.键角为60°的分子，立体构型可能是正四面体形D.键角为90°～109°28′之间的分子，立体构型可能是V形【考点】常见分子的立体构型【题点】键角与分子立体构型的关系答案B解析键角为180°的分子，立体构型是直线形，例如CO2分子是直线形分子，A正确；苯分子的键角为120°，但其立体构型是平面正六边形，B错误；白磷分子的键角为60°，立体构型为正四面体形，C正确；水分子的键角为105°，立体构型为V形，D正确。

例2下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面的是()A.CH4、CS2、BF3B.CO2、H2O、NH3C.C2H4、C2H2、C6H6l4、BeCl2、PH3【考点】常见分子的立体构型【题点】常见分子立体构型的综合判断答案C解析题中的CH4和CCl4为正四面体形分子，NH3和PH3为三角锥形分子，这几种分子的所有原子不可能都在同一平面上。

CS2、CO2、C2H2和BeCl2为直线形分子，C2H4为平面形分子，C6H6为平面正六边形分子，这些分子都是平面形结构。

故选C项。

1.价层电子对互斥理论分子中的价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对，由于价层电子对相互排斥的作用，尽可能趋向彼此远离。

2.价层电子对的计算(1)中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。

(2)σ键电子对数的计算由分子式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。

如H2O分子中，O有2对σ键电子对。

NH3分子中，N有3对σ键电子对。

(3)中心原子上的孤电子对数的计算中心原子上的孤电子对数＝12(a－xb)①a表示中心原子的价电子数；对主族元素：a＝最外层电子数；对于阳离子：a＝价电子数－离子电荷数；对于阴离子：a＝价电子数＋离子电荷数。

②x表示与中心原子结合的原子数。

③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。

实例σ键电子对数孤电子对数价层电子对数电子对的排列方式VSEPR模型分子的立体构型BeCl2、CO2202直线形直线形BF3、BCl3303平面三角形平面三角形SO221V形利用VSEPR模型确定分子或离子的立体构型的注意事项(1)对于AB n型分子，成键电子对数等于配位原子的原子个数。

(2)若AB n型分子中，A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成，则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一对电子对看待。

(3)分子的中心原子的孤电子对数为0时，VSEPR模型与分子立体构型相同，分子均为空间对称性结构。

(4)分子的立体构型与分子类型有关，如AB2型分子只能为直线形或V形结构，AB3型分子只能为平面正三角形或三角锥形结构。

故由分子类型(AB n型)和孤电子对数能很快确定分子的立体构型。

例3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.H2OB.HClC.NH＋4D.PCl3【考点】价层电子对互斥理论【题点】价层电子对数目的计算与判断答案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，NH＋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。

例4用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的立体构型，有时也能用来推测键角大小。

下列判断正确的是()A.SO2、CS2、HI都是直线形的分子B.BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°C.COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子【考点】价层电子对互斥理论【题点】价层电子对互斥理论的应用答案C解析SO2是V形分子，CS2、HI是直线形的分子，A错误；BF3键角为120°，是平面三角形结构，而Sn原子价电子数是4，在SnBr2中两个价电子与Br形成共价键，还有一对孤对电子，对成键电子有排斥作用，使键角小于120°，B错误；COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子，键角是120°，C正确；PCl3、NH3都是三角锥形的分子，而PCl5是三角双锥形结构，D错误。

学习小结：分子立体构型的确定方法中心原子价层电子对数n ＝σ键电子对数＋12(a －xb ) ⇓⇓分子的立体构型——略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间注意 (1)价层电子对互斥构型是价层电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。

两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对(未用于形成共价键的电子对)，当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。

(2)常见的分子立体构型：直线形、V 形、平面三角形、三角锥形、四面体形等。

1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成 在形成CH 4分子时，碳原子的一个2s 轨道和三个2p 轨道发生混杂，形成四个能量相等的sp 3杂化轨道。

四个sp 3杂化轨道分别与四个H 原子的1s 轨道重叠成键形成CH 4分子，所以四个C—H 键是等同的。

碳原子的sp 3杂化可表示如下：2.轨道杂化与杂化轨道3.杂化轨道类型及其立体构型 (1)sp 杂化①sp 杂化：sp 杂化轨道是由一个n s 轨道和一个n p 轨道杂化而得。

sp 杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如BeCl 2分子。

②sp 杂化后，未参与杂化的两个n p 轨道可以用于形成π键，如乙炔分子中的C≡C 键的形成。

(2)sp 2杂化①sp 2杂化：sp 2杂化轨道是由一个n s 轨道和两个n p 轨道杂化而得。

sp 2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形，如BF 3分子。

②sp 2杂化后，未参与杂化的一个n p 轨道可以用于形成π键，如乙烯分子中的C==C 键的形成。

(3)sp3杂化①sp3杂化：sp3杂化轨道是由一个n s轨道和三个n p轨道杂化而得。

sp3杂化轨道的夹角为109°28′，呈空间正四面体形(如CH4、CF4、CCl4)。

②sp3杂化后，所有的n p轨道都形成σ键，不能形成π键。

(1)原子轨道的杂化过程例5下列关于杂化轨道的说法错误的是()A.并不是所有的原子轨道都参与杂化B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化C.杂化轨道能量集中，有利于牢固成键D.杂化轨道中一定有电子【考点】杂化轨道理论【题点】关于杂化轨道理论的理解答案D解析参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p的能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A 、B 项正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C 项正确；并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道，也可以有一对孤电子对(如NH 3、H 2O 的形成)，故D 项错误。

例6 有关杂化轨道的说法不正确的是( )A.杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变B.sp 3、sp 2、sp 杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°C.四面体形、三角锥形、V 形分子的结构可以用sp 3杂化轨道解释D.杂化轨道全部参与形成化学键 【考点】杂化轨道理论【题点】关于杂化轨道理论的理解 答案 D解析 杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对。

1.杂化轨道的用途及其类型的判断(1)用途：杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键。

(2)判断方法：杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂化类型。

2.杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型VSEPR 模型和杂化轨道的立体构型是一致的，略去VSEPR 模型中的孤电子对，就是分子(或离子)的立体构型。

代表物 项目 CO 2 CH 2O CH 4 SO 2 NH 3 H 2O 价层电子对数 2 3 4 3 4 4 杂化轨道数 2 3 4 3 4 4 杂化类型 sp sp 2 sp 3 sp 2 sp 3 sp 3 杂化轨道 立体构型 直线形 平面三角形 正四面体形 平面 三角形 四面体形 四面 体形 VSEPR 模型 直线形 平面 三角形 正四 面体形 平面 三角形 四面 体形 四面 体形 分子构型直线形平面三角形正四面体形V 形三角锥形V 形杂化类型的判断方法(1)利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路： 价层电子对――→判断杂化轨道数――→判断杂化类型――→判断杂化轨道构型。

(2)根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp 3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp 2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。

(3)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取sp3杂化，连接双键的碳原子采取sp2杂化，连接三键的碳原子采取sp杂化。

例7(2018·深州中学期中)下列分子中中心原子的杂化方式和分子的立体构型均正确的是()A.C2H2：sp2、直线形B.SO2－4：sp3、三角锥形C.H3O＋：sp3、V形D. BF3：sp2、平面三角形【考点】分子立体构型的综合【题点】杂化轨道理论的综合应用答案D解析乙炔的结构式为H—C≡C—H，每个碳原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，所以C原子采用sp杂化，为直线形结构；SO2－4中，价层电子对数＝4，孤电子对数为0，采取sp3杂化，为正四面体形；H3O＋离子中价层电子对＝3＋1＝4，所以中心原子原子轨道为sp3杂化，该离子中含有一个孤电子对，所以其立体构型为三角锥形；BF3分子中硼原子价层电子对数＝3＋0＝3，杂化轨道数为3，孤电子对数为0，所以其立体构型为平面三角形。