4.1 分子的空间结构（第1课时 杂化轨道理论）-【帮课堂】2024-2025学年高二化学同步学与练（苏教版2019选择性必修2）

专题4 分子的空间结构与物质性质 第一单元 分子的空间结构 第1课时 杂化轨道理论 1．了解杂化轨道理论的基本内容。 2．能根据杂化轨道理论解释简单分子的空间结构。 3．结合杂化轨道理论认识常见共价分子的空间结构。 重点：杂化轨道理论；常见分子的空间结构。 难点：结合杂化轨道理论认识常见共价分子的空间结构。 一、杂化轨道理论 为了解释_______等分子的空间构型，美国化学家_______于1931年提出了杂化轨道理论。 1．sp3杂化与CH4分子的空间构型 (1)杂化轨道的形成 碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，_____个2s轨道和_____个2p轨道“混合”，形成_______相等、_______相同的_____个sp3杂化轨道。 基态原子轨道 激发态原子轨道 杂化轨道 sp3杂化轨道的空间构型 4个sp3杂化轨道在空间呈______________，轨道之间的夹角为_______，每个轨道上都有一个未成对电子。 (2)共价键的形成 碳原子的4个_______轨道分别与4个氢原子的_______轨道重叠，形成4个相同的_______键。 (3)CH4分子的空间构型 CH4分子为空间___________结构，分子中C—H键之间的夹角都是_______。 (4)正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、 NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。 2．sp2杂化与BF3分子的空间构型 (1)sp2杂化轨道的形成 硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。_____个2s轨道和_____个2p轨道发生杂化，形成_______相等、_______相同的______个sp2杂化轨道。 硼原子的3个sp2杂化轨道呈______________，3个sp2杂化轨道间的夹角为_______。 (2)共价键的形成 硼原子的3个__________轨道分别与3个氟原子的1个_______轨道重叠，形成3个相同的_______键。 (3)BF3分子的空间构型 BF3分子的空间构型为______________，键角为_______。 3．sp杂化与BeCl2分子的空间构型 (1)杂化轨道的形成 Be原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道，_____个2s轨道和_____个2p轨道发生杂化，形成_______相等、_______相同的_____个sp杂化轨道。 Be原子的sp杂化轨道呈__________，其夹角为_______。 (2)共价键的形成 Be原子的2个__________轨道分别与2个Cl原子的1个_______轨道重叠形成2个相同的_______键。 (3)BeCl2分子的空间构型 BeCl2分子为空间构型为__________，分子中Be—Cl键之间的夹角为_______。 【名师点拨】杂化轨道理论的要点 (1)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。 (2)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。 (3)只有能量相近的轨道才能杂化(如2s和2p)。 (4)杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布。故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。 (5)杂化轨道所形成的化学键全部为σ键。 二、用杂化轨道理论分析乙烷、乙烯、乙炔分子的成键情况 1．乙烷分子的成键情况 (1)碳原子的杂化方式： 碳原子为_______杂化，形成4个_______杂化轨道。 (2)成键情况及空间结构 每个碳原子的_______杂化轨道分别与3个氢原子的_______轨道形成3个C-H _______键（sp3—s），与另一个碳原子_______轨道形成1个C-C_______键（sp3—sp3）。 每个C原子与3个H原子和1个C原子形成__________结构。 2．乙烯分子的成键情况 (1) 碳原子的杂化方式： 碳原子为_______杂化，形成3个_______杂化轨道。 (2)成键方式和空间构型： 每个碳原子的_______杂化轨道分别与2个氢原子的_______轨道形成2个C-H_______键（sp2—s），与另一个碳原子的_______杂化轨道形成C-C_______键（sp2—sp2）。 2个碳原子未杂化的2p轨道形成1个_______键。 乙烯分子的空间构型为_______结构。 (3)C=C、C=O、石墨、苯环中的碳原子，都是sp2杂化。 3．乙炔分子的成键情况 (1) 碳原子的杂化方式： 碳原子为_______杂化，形成2个_______杂化轨道。 (2)成键方式和空间构型： 每个碳原子的_______杂化轨道分别与1个氢原子的_______轨道形成2个C-H_______键（sp—s），与另一个碳原子的_______杂化轨道形成C-C_______键（sp—sp）。 碳原子未杂化的2p轨道两两形成2个_______键。 乙炔分子的空间构型为_______形。 (3) C≡C、C≡N、CO2中的碳原子，都是sp杂化。 【名师点拨】C2H6、C2H4、C2H2碳原子的杂化方式和成键情况 分子结构 碳原子杂化方式 成键情况 sp3 C—Hσ键 C—Cσ键 sp3—s sp3—sp3 sp2 C—Hσ键 C—Cσ键 π键 sp2—s sp2—sp2 两个碳原子各以1个未杂化的2p轨道发生重叠形成 sp C—Hσ键 C—Cσ键 π键 sp—s sp—sp 两个碳原子各以2个未杂化的2p轨道发生重叠形成 三、用杂化轨道理论解释H2O和NH3分子的空间构型 1．H2O分子的空间构型 H2O中O原子的sp3杂化轨道 H2O的空间构型 (1)杂化轨道类型： O原子上的1个2s轨道与3个2p轨道混合，形成4个_______化轨道，杂化轨道的空间构型是______________。 (2)成键情况： O原子的2个_______杂化轨道分别与H原子的_______轨道重叠，形成2个_______键，_______对孤电子对没有参加成键。 (3)空间构型： 由于孤电子对—成键电子对的排斥作用_______成键电子对—成键电子对作用，使键角小于109°28'。 H2O分子的空间构型为_______，键角为104°30'。 2．NH3的空间构型 NH3中N原子的sp3杂化轨道 NH3的空间构型 (1)杂化轨道类型： N原子上的1个2s轨道与3个2p轨道混合，形成4个_______杂化轨道，该杂化轨道的空间构型是______________。 (2)成键情况： N原子的3个_______杂化轨道分别与H原子的_______轨道重叠，形成3个_______键，1对孤电子对没有参加成键。 (3)空间构型： NH3分子的空间构型为______________，键角为107°18'。 3．CH4、NH3、H2O的杂化方式和空间结构比较 CH4 NH3 H2O 中心原子的杂化方式 分子空间构型 中心原子孤电子对数 键角 109°28' 107°18' 104°30' 当中心原子的杂化轨道数上存在___________时，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型不同。 三个分子的中心原子的杂化方式_______，中心原子上的孤电子对数越多，键角_______。 【名师点拨】杂化轨道及成键规律 (1)当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是σ键，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致。 (2)当杂化轨道数目大于成键轨道数目时，分子中存在孤电子对，对成键电子对产生排斥作用，使键角增大，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型不同。 (3)若未杂化的轨道上有成单电子，则形成π键。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同(　 　) (2)杂化轨道的键角与分子内的键角不一定相同(　 　) (3)只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化(　√　) (4)杂化方式相同的分子，空间结构一定相同(　 　) (5)碳原子的1个2s和3个2p轨道杂化形成3个sp3杂化轨道(　×　) (6)同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化(　 　) (7)sp3杂化轨道间的夹角为109°28′(　 　) (8)sp2杂化轨道由同一电子层上的s轨道与p轨道杂化而成(　 　) (9)sp2杂化轨道共有3个能量相同的杂化轨道(　 　) (10)sp2杂化轨道间的夹角为180°( ) (11)sp杂化轨道是由一个1s轨道和一个2p轨道组合而成(　 　) (12)sp杂化轨道可与其他原子轨道形成σ键和π键(　 　) 2．填写下表 CH4 NH3 H2O CO2 分子空间构型 杂化轨道类型 杂化轨道 空间构型 中心原子 孤电子对数 成键类型及个数 同类分子 AB4型分子或离子 NCl3、PCl3等 H2S、SCl2等 CS2 3．指出下列分子的空间构型、指定共价键的成键轨道和成键类型： (1)CH3Cl 空间构型：_________ C-H_________ C-Cl__________ (2)NF3 空间构型：_________ N-F_________ (3)CH2=CH2 空间构型：_________ C-H_________ C=C______________ 4．填空： (1)CO2中的C为　　　　杂化，分子的结构式为　　　　，空间构型为____________。 (2)BCl3中的B为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为__________。 (3)AsH3中的As为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为__________。 5．已知苯的结构如图所示，苯分子是平面结构，苯环中的碳碳键由6个σ键形成正六边形，6个碳原子的2p轨道上的一个电子形成大π键。苯分子中碳原子的杂化方式为__________，碳碳键的成键轨道有________和_______，C-H的成键轨道是___________。 ►问题一 杂化轨道理论 【典例1】下列关于杂化轨道的说法错误的是(　　) A．所有原子轨道都参与杂化形成杂化轨道 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．杂化轨道中不一定只有一个电子 【解题必备】 (1)杂化轨道数目与成键数目相同时分子的空间构型 当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是σ键，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致。 实例 BeCl2 BF3 CH4 杂化类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原子轨道及数目 1个s轨道 1个p轨道 1个s轨道 2个p轨道 1个s轨道 3个p轨道 杂化轨道的数目 2 3 4 杂化轨道间的夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道空间构型 直线形 平面三角形 正四面体 分子的空间构型 直线形 平面三角形 正四面体 (2)常见分子的空间构型 杂化类型 分子类型 空间构型 举例 sp3 AB4 正四面体 CH4、CCl4、NH4+、金刚石等 AB3C 四面体 CH3Cl、CH3CH3等 AB3 三角锥 NH3、NF3等 AB2 V形 H2O、H2S sp2 AB3 平面三角形 BF3、AlCl3、、苯环等 sp AB2 直线形 CO2、CS2、等 【变式1-1】下列有关杂化轨道的说法不正确的是(　　) A．原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新轨道 B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等 C．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原理 D．CH4分子中任意两个C—H键的夹角均为109°28′ 【变式1-2】下列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．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180° C．杂化轨道既可形成σ键，又可形成π键 D．已知CO2为直线形分子，其分子结构可以用sp杂化轨道解释 ►问题二 碳原子的杂化方式及成键情况 【典例2】有机物H3CH==H—≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为(　　) A．sp、sp2、sp3 B．sp3、sp2、sp C．sp2、sp、sp3 D．sp3、sp、sp2 【解题必备】碳原子的杂化轨道及成键规律 碳原子的杂化轨道有sp3、sp2和sp三种，其中，以sp2和sp进行杂化时，在未杂化的轨道上有成单电子，形成π键。 (1)碳原子与其他原子形成4个单键，C原子的sp3杂化轨道与其他原子形成σ键，空间构型为四面体。 甲烷和其他烷烃中的C原子、NH4+中的N、金刚石中的Ｃ原子、晶体硅和二氧化硅中的Si原子等，都是sp3杂化。 (2)碳原子与其他原子形成2个单键和一个双键，C原子的sp2杂化轨道与其他原子形成σ键，未杂化的p轨道与其他原子形成π键，空间构型为平面结构。 存在碳碳双键（C=C）和碳氧双键（C=O）的分子、石墨和苯环中的碳原子，都是sp2杂化。 (3)碳原子与其他原子形成1个单键和一个叁键（或2个π键），C原子的sp杂化轨道与其他原子形成σ键，未杂化的2个p轨道与其他原子形成2个π键，空间构型为直线形。 存在碳碳叁键（C≡C）和碳氮三键（C≡N）、CO2中的碳原子，都是sp杂化。 【变式2-1】指出下列分子中划线原子的杂化轨道类型： 【变式2-2】氯仿（CHCl3）常因保存不慎而被氧化，产生剧毒物光气（COCl2，结构式为）：2CHCl3+O2→2HCl+2 COCl2。下列说法不正确的有（   ） A．CHCl3分子的空间构型为正四面体 B．COCl2分子中存在σ键、π键 C．COCl2分子中所有原子的最外层电子都满足8电子稳定结构 D．氯仿转化为光气的变化中，中心原子轨道杂化类型发生了变化 1．下列说法错误的是(　　) A．ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道 B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和1个C原子的2p轨道混合起来而形成的 C．孤电子对有可能参加杂化 D．s轨道和p轨道杂化不可能出现sp4杂化 2．下列分子中键角最大的是　(　　) A．CO2 B．NH3 C．H2O D．CH2＝CH2 3．下列分子中，各原子均处于同一平面上的是　(　　) A．NH3　　　 B．CCl4　 C．H2O 　　D．P4 4．下列分子中的碳原子采用sp2杂化的是(　　) A．C2H2 B．CS2 C．HCHO D．C3H8 5．甲烷中的碳原子是sp3杂化，下列用*表示的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子杂化类型一致的是(　　) A．CH≡CH3 B.H2==CHCH3 C．CH2==HCH3 D．CH2==CHH3 6．在BrCH==CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是(　　) A．sp-p B．sp2-s C．sp2-p D．sp3-p 7．下列分子中的中心原子为sp杂化，分子的空间结构为直线形，且分子中没有形成π键的是(　　) A．CH≡CH B．CO2 C．BeCl2 D．BBr3 8．形成下列分子时，中心原子采用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是(　　) ①PF3　②CF4　③NH3　④H2O A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 9．下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是(　　) ①CO　②CH2=CH2　③苯　④CH≡CH ⑤NH3　⑥CH4 A．①②③　　B．①⑤⑥　　C．②③④　　D．③⑤⑥ 10．下列推断正确的是 (　　) A．BF3为三角锥型分子 B．NH的电子式为，呈平面正方形结构 C．CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的s­pσ键 D．乙炔分子为直线形，有2个π键相互垂直且垂直于直线 1．氮的最高价氧化物为无色晶体，它由NO和NO构成，已知其阴离子结构为平面三角形，阳离子中氮的杂化方式为sp，则其阳离子的结构和阴离子中氮的杂化方式为(　　) A．直线形　sp2 B．V形　sp C．平面三角形　sp2 D．平面三角形　sp3 2．下列分子所含原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是(　　) A．乙醛 B．丙烯腈 C．甲醛 D．丙炔 3．化合物A是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式如图所示：，下列说法正确的是(　　) A．碳、氮原子的杂化类型相同 B．氮原子与碳原子分别为sp3杂化与sp2杂化 C．1 mol A分子中所含σ键的数目为10NA D．编号为a的氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内 4．“三鹿奶粉事件”在社会上引起了人们对食品质量的恐慌，三鹿奶粉中被掺杂了被称为“蛋白精”的工业原料三聚氰胺。已知三聚氰胺的结构简式如图所示。三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体，请回答下列问题： (1)三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子的杂化轨道类型分别是_________、_________。 (2)一个三聚氰胺分子中有______个σ键。 (3)三聚氰胺与三聚氰酸(如图所示)分子相互之间通过氢键结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中C原子采取_______杂化。该分子的结构简式中，碳氧原子之间的共价键是________(填选项)。 A．2个σ键 B．2个π键 C．1个σ键，1个π键 5．氯吡苯脲是一种常用的膨大剂，其结构简式为 它是经国家批准使用的植物生长调节剂。 (1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为__________________。  (2)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型有__________，羰基碳原子的杂化轨道类型为________。  (3)已知，可用异氰酸苯酯与2-氯-4-氨基吡啶反应生成氯吡苯脲： 反应过程中，每生成1 mol氯吡苯脲，断裂______mol σ键，断裂________mol π键。  (4)膨大剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有H2O、NH3、CO2等。 ①请用共价键的相关知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因： ___________________________________________________。  ②H2O、NH3、CO2分子的空间构型分别是_______________________________，中心原子的杂化类型分别是_____________________。  原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题4 分子的空间结构与物质性质 第一单元 分子的空间结构 第1课时 杂化轨道理论 1．了解杂化轨道理论的基本内容。 2．能根据杂化轨道理论解释简单分子的空间结构。 3．结合杂化轨道理论认识常见共价分子的空间结构。 重点：杂化轨道理论；常见分子的空间结构。 难点：结合杂化轨道理论认识常见共价分子的空间结构。 一、杂化轨道理论 为了解释CH4等分子的空间构型，美国化学家鲍林于1931年提出了杂化轨道理论。 1．sp3杂化与CH4分子的空间构型 (1)杂化轨道的形成 碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。 基态原子轨道 激发态原子轨道 杂化轨道 sp3杂化轨道的空间构型 4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体形，轨道之间的夹角为109°28'，每个轨道上都有一个未成对电子。 (2)共价键的形成 碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个相同的σ键。 (3)CH4分子的空间构型 CH4分子为空间正四面体结构，分子中C—H键之间的夹角都是109°28′。 (4)正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、 NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。 2．sp2杂化与BF3分子的空间构型 (1)sp2杂化轨道的形成 硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的3个sp2杂化轨道。 硼原子的3个sp2杂化轨道呈平面三角形，3个sp2杂化轨道间的夹角为120°。 (2)共价键的形成 硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的1个2p轨道重叠，形成3个相同的σ键。 (3)BF3分子的空间构型 BF3分子的空间构型为平面三角形，键角为120°。 3．sp杂化与BeCl2分子的空间构型 (1)杂化轨道的形成 Be原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道，1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。 Be原子的sp杂化轨道呈直线形，其夹角为180°。 (2)共价键的形成 Be原子的2个sp杂化轨道分别与2个Cl原子的1个3p轨道重叠形成2个相同的σ键。 (3)BeCl2分子的空间构型 BeCl2分子为空间构型为直线形，分子中Be—Cl键之间的夹角为180°。 【名师点拨】杂化轨道理论的要点 (1)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。 (2)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。 (3)只有能量相近的轨道才能杂化(如2s和2p)。 (4)杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布。故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。 (5)杂化轨道所形成的化学键全部为σ键。 二、用杂化轨道理论分析乙烷、乙烯、乙炔分子的成键情况 1．乙烷分子的成键情况 (1)碳原子的杂化方式： 碳原子为sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道。 (2)成键情况及空间结构 每个碳原子的sp3杂化轨道分别与3个氢原子的1s轨道形成3个C-H σ键（sp3—s），与另一个碳原子sp3轨道形成1个C-Cσ键（sp3—sp3）。 每个C原子与3个H原子和1个C原子形成四面体结构。 2．乙烯分子的成键情况 (1) 碳原子的杂化方式： 碳原子为sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道。 (2)成键方式和空间构型： 每个碳原子的sp2杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道形成2个C-Hσ键（sp2—s），与另一个碳原子的sp2杂化轨道形成C-Cσ键（sp2—sp2）。 2个碳原子未杂化的2p轨道形成1个π键。 乙烯分子的空间构型为平面结构。 (3)C=C、C=O、石墨、苯环中的碳原子，都是sp2杂化。 3．乙炔分子的成键情况 (1) 碳原子的杂化方式： 碳原子为sp杂化，形成2个sp杂化轨道。 (2)成键方式和空间构型： 每个碳原子的sp杂化轨道分别与1个氢原子的1s轨道形成2个C-Hσ键（sp—s），与另一个碳原子的sp杂化轨道形成C-Cσ键（sp—sp）。 碳原子未杂化的2p轨道两两形成2个π键。 乙炔分子的空间构型为直线形。 (3) C≡C、C≡N、CO2中的碳原子，都是sp杂化。 【名师点拨】C2H6、C2H4、C2H2碳原子的杂化方式和成键情况 分子结构 碳原子杂化方式 成键情况 sp3 C—Hσ键 C—Cσ键 sp3—s sp3—sp3 sp2 C—Hσ键 C—Cσ键 π键 sp2—s sp2—sp2 两个碳原子各以1个未杂化的2p轨道发生重叠形成 sp C—Hσ键 C—Cσ键 π键 sp—s sp—sp 两个碳原子各以2个未杂化的2p轨道发生重叠形成 三、用杂化轨道理论解释H2O和NH3分子的空间构型 1．H2O分子的空间构型 H2O中O原子的sp3杂化轨道 H2O的空间构型 (1)杂化轨道类型： O原子上的1个2s轨道与3个2p轨道混合，形成4个sp3化轨道，杂化轨道的空间构型是正四面体形。 (2)成键情况： O原子的2个sp3杂化轨道分别与H原子的1s轨道重叠，形成2个σ键，2对孤电子对没有参加成键。 (3)空间构型： 由于孤电子对—成键电子对的排斥作用>成键电子对—成键电子对作用，使键角小于109°28'。 H2O分子的空间构型为V形，键角为104°30'。 2．NH3的空间构型 NH3中N原子的sp3杂化轨道 NH3的空间构型 (1)杂化轨道类型： N原子上的1个2s轨道与3个2p轨道混合，形成4个sp3杂化轨道，该杂化轨道的空间构型是正四面体形。 (2)成键情况： N原子的3个sp3杂化轨道分别与H原子的1s轨道重叠，形成3个σ键，1对孤电子对没有参加成键。 (3)空间构型： NH3分子的空间构型为三角锥形，键角为107°18'。 3．CH4、NH3、H2O的杂化方式和空间结构比较 CH4 NH3 H2O 中心原子的杂化方式 sp3 sp3 sp3 分子空间构型 正四面体 三角锥 V形 中心原子孤电子对数 0 1 2 键角 109°28' 107°18' 104°30' 当中心原子的杂化轨道数上存在孤电子对时，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型不同。 三个分子的中心原子的杂化方式相同，中心原子上的孤电子对数越多，键角越小。 【名师点拨】杂化轨道及成键规律 (1)当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是σ键，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致。 (2)当杂化轨道数目大于成键轨道数目时，分子中存在孤电子对，对成键电子对产生排斥作用，使键角增大，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型不同。 (3)若未杂化的轨道上有成单电子，则形成π键。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同(　√　) (2)杂化轨道的键角与分子内的键角不一定相同(　√　) (3)只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化(　√　) (4)杂化方式相同的分子，空间结构一定相同(　×　) (5)碳原子的1个2s和3个2p轨道杂化形成3个sp3杂化轨道(　×　) (6)同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化(　√　) (7)sp3杂化轨道间的夹角为109°28′(　√　) (8)sp2杂化轨道由同一电子层上的s轨道与p轨道杂化而成(　√　) (9)sp2杂化轨道共有3个能量相同的杂化轨道(　√　) (10)sp2杂化轨道间的夹角为180°( × ) (11)sp杂化轨道是由一个1s轨道和一个2p轨道组合而成(　×　) (12)sp杂化轨道可与其他原子轨道形成σ键和π键(　×　) 2．填写下表 CH4 NH3 H2O CO2 分子空间构型 正四面体 三角锥 V形（折线形） 直线形 杂化轨道类型 sp3 sp3 sp3 sp 杂化轨道 空间构型 正四面体 正四面体 正四面体 直线形 中心原子 孤电子对数 0 1 2 0 成键类型及个数 4个σ键 3个σ键 2个σ键 2个σ键，2个π键 同类分子 AB4型分子或离子 NCl3、PCl3等 H2S、SCl2等 CS2 3．指出下列分子的空间构型、指定共价键的成键轨道和成键类型： (1)CH3Cl 空间构型：_________ C-H_________ C-Cl__________ (2)NF3 空间构型：_________ N-F_________ (3)CH2=CH2 空间构型：_________ C-H_________ C=C______________ 答案 (1)四面体 σsp3-s σsp3-p (2)三角锥型 σsp3-p (3)平面结构 σsp2-s σsp2-sp2、πp-p 4．填空： (1)CO2中的C为　　　　杂化，分子的结构式为　　　　，空间构型为____________。 (2)BCl3中的B为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为__________。 (3)AsH3中的As为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为__________。 答案 (1)sp O=C=O 直线形 (2)sp2 平面三角形 (3)sp3 三角锥 5．已知苯的结构如图所示，苯分子是平面结构，苯环中的碳碳键由6个σ键形成正六边形，6个碳原子的2p轨道上的一个电子形成大π键。苯分子中碳原子的杂化方式为__________，碳碳键的成键轨道有________和_______，C-H的成键轨道是___________。 答案 sp2 sp2杂化轨道与sp2杂化轨道 2p和2p sp2杂化轨道和1s ►问题一 杂化轨道理论 【典例1】下列关于杂化轨道的说法错误的是(　　) A．所有原子轨道都参与杂化形成杂化轨道 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．杂化轨道中不一定只有一个电子 答案　A 解析　参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大，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项错误、B项正确；杂化轨道可使电子云重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；杂化轨道中也可以有一对孤电子对(如NH3)，故D项正确。 【解题必备】 (1)杂化轨道数目与成键数目相同时分子的空间构型 当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是σ键，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致。 实例 BeCl2 BF3 CH4 杂化类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原子轨道及数目 1个s轨道 1个p轨道 1个s轨道 2个p轨道 1个s轨道 3个p轨道 杂化轨道的数目 2 3 4 杂化轨道间的夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道空间构型 直线形 平面三角形 正四面体 分子的空间构型 直线形 平面三角形 正四面体 (2)常见分子的空间构型 杂化类型 分子类型 空间构型 举例 sp3 AB4 正四面体 CH4、CCl4、NH4+、金刚石等 AB3C 四面体 CH3Cl、CH3CH3等 AB3 三角锥 NH3、NF3等 AB2 V形 H2O、H2S sp2 AB3 平面三角形 BF3、AlCl3、、苯环等 sp AB2 直线形 CO2、CS2、等 【变式1-1】下列有关杂化轨道的说法不正确的是(　　) A．原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新轨道 B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等 C．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原理 D．CH4分子中任意两个C—H键的夹角均为109°28′ 答案　B 解析　原子轨道形成杂化轨道前后，轨道数目不变，用于形成杂化轨道的原子轨道的能量相近，故选B。 【变式1-2】下列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．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180° C．杂化轨道既可形成σ键，又可形成π键 D．已知CO2为直线形分子，其分子结构可以用sp杂化轨道解释 答案　C 解析　杂化前后的轨道数不变，杂化后，各个轨道尽可能分散、对称分布，导致轨道的形状发生了改变，A正确；sp3、sp2、sp杂化轨道的空间结构分别是正四面体形、平面三角形、直线形，所以其夹角分别为109°28′、120°、180°，B正确；杂化轨道只能形成σ键，C错误；直线形分子的键角为180°，中心原子的杂化方式是sp，D正确。 ►问题二 碳原子的杂化方式及成键情况 【典例2】有机物H3CH==H—≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为(　　) A．sp、sp2、sp3 B．sp3、sp2、sp C．sp2、sp、sp3 D．sp3、sp、sp2 答案　B 【解题必备】碳原子的杂化轨道及成键规律 碳原子的杂化轨道有sp3、sp2和sp三种，其中，以sp2和sp进行杂化时，在未杂化的轨道上有成单电子，形成π键。 (1)碳原子与其他原子形成4个单键，C原子的sp3杂化轨道与其他原子形成σ键，空间构型为四面体。 甲烷和其他烷烃中的C原子、NH4+中的N、金刚石中的Ｃ原子、晶体硅和二氧化硅中的Si原子等，都是sp3杂化。 (2)碳原子与其他原子形成2个单键和一个双键，C原子的sp2杂化轨道与其他原子形成σ键，未杂化的p轨道与其他原子形成π键，空间构型为平面结构。 存在碳碳双键（C=C）和碳氧双键（C=O）的分子、石墨和苯环中的碳原子，都是sp2杂化。 (3)碳原子与其他原子形成1个单键和一个叁键（或2个π键），C原子的sp杂化轨道与其他原子形成σ键，未杂化的2个p轨道与其他原子形成2个π键，空间构型为直线形。 存在碳碳叁键（C≡C）和碳氮三键（C≡N）、CO2中的碳原子，都是sp杂化。 【变式2-1】指出下列分子中划线原子的杂化轨道类型： 答案 sp3 sp2 sp2 sp2 【变式2-2】氯仿（CHCl3）常因保存不慎而被氧化，产生剧毒物光气（COCl2，结构式为）：2CHCl3+O2→2HCl+2 COCl2。下列说法不正确的有（   ） A．CHCl3分子的空间构型为正四面体 B．COCl2分子中存在σ键、π键 C．COCl2分子中所有原子的最外层电子都满足8电子稳定结构 D．氯仿转化为光气的变化中，中心原子轨道杂化类型发生了变化 答案 A 解析 A选项，C原子为sp3杂化，C-H和C-Cl键的键长不等，因此空间构型为四面体。错误；B选项， 根据COCl2的结构式可知，碳原子为sp2杂化，C=O中有1个为σ键，1个为π键，C-Cl键为σ键，正确；C选项，C原子和Cl原子最外层都满足8电子结构，正确；D选项，CHCl3中C原子为sp3杂化，COCl2中C原子为sp2杂化，正确；故选A。 1．下列说法错误的是(　　) A．ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道 B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和1个C原子的2p轨道混合起来而形成的 C．孤电子对有可能参加杂化 D．s轨道和p轨道杂化不可能出现sp4杂化 答案　B 解析　ⅠA族元素的外围电子排布式为ns1，由于只有1个ns电子，因此不可能形成杂化轨道；H2O分子中的氧原子采用sp3杂化，其sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，所以孤电子对有可能参加杂化；由于np能级只有3个原子轨道，所以s轨道和p轨道杂化方式只有sp3、sp2、sp 3种，不可能出现sp4杂化。 2．下列分子中键角最大的是　(　　) A．CO2 B．NH3 C．H2O D．CH2＝CH2 答案 A 解析 CO2为直线形，键角为180°。 3．下列分子中，各原子均处于同一平面上的是　(　　) A．NH3　　　 B．CCl4　 C．H2O 　　D．P4 解析 C 4．下列分子中的碳原子采用sp2杂化的是(　　) A．C2H2 B．CS2 C．HCHO D．C3H8 答案　C 5．甲烷中的碳原子是sp3杂化，下列用*表示的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子杂化类型一致的是(　　) A．CH≡CH3 B.H2==CHCH3 C．CH2==HCH3 D．CH2==CHH3 答案　D 解析　D项中用*表示的碳原子形成了四个σ键，与甲烷类似，其为sp3杂化。 6．在BrCH==CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是(　　) A．sp-p B．sp2-s C．sp2-p D．sp3-p 答案　C 7．下列分子中的中心原子为sp杂化，分子的空间结构为直线形，且分子中没有形成π键的是(　　) A．CH≡CH B．CO2 C．BeCl2 D．BBr3 答案　C 解析　CH≡CH和CO2中的C原子均采取sp杂化，且都含有π键；BeCl2分子中Be采取sp杂化，没有形成π键；BBr3中B原子采取sp2杂化，且没有π键。 8．形成下列分子时，中心原子采用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是(　　) ①PF3　②CF4　③NH3　④H2O A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　A 解析　PF3、CF4、NH3、H2O分子中的P原子、C原子、N原子、O原子都采取sp3杂化， NH3和H2O分子中H原子以1s轨道分别与N和O原子形成σ键，PF3和CF4分子中F原子以2p轨道分别与P和C原子形成σ键。 9．下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是(　　) ①CO　②CH2=CH2　③苯　④CH≡CH ⑤NH3　⑥CH4 A．①②③　　B．①⑤⑥　　C．②③④　　D．③⑤⑥ 答案 A 解析 ①②③中的中心原子是sp2杂化，④中的中心原子是sp杂化，⑤⑥中的中心原子是sp3杂化。 10．下列推断正确的是 (　　) A．BF3为三角锥型分子 B．NH的电子式为，呈平面正方形结构 C．CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的s­pσ键 D．乙炔分子为直线形，有2个π键相互垂直且垂直于直线 答案 D 解析 A选项，BF3为平面三角形，错误；B选项，NH为正四面体结构，错误；C选项，CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的sp3杂化轨道形成的s­sp3σ键，错误。故选D。 1．氮的最高价氧化物为无色晶体，它由NO和NO构成，已知其阴离子结构为平面三角形，阳离子中氮的杂化方式为sp，则其阳离子的结构和阴离子中氮的杂化方式为(　　) A．直线形　sp2 B．V形　sp C．平面三角形　sp2 D．平面三角形　sp3 答案　A 解析　NO结构为平面三角形，其中氮的杂化方式为sp2；NO中氮的杂化方式为sp，则其结构为直线形。 2．下列分子所含原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是(　　) A．乙醛 B．丙烯腈 C．甲醛 D．丙炔 答案　A 解析　甲基中C原子为sp3杂化，—CHO中C原子为sp2杂化，A项正确；碳碳双键中C原子为sp2杂化，—CN中C原子为sp杂化，B项错误；—CHO中C原子为sp2杂化，C项错误；甲基中C原子为sp3杂化，碳碳三键中C原子为sp杂化，D项错误。 3．化合物A是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式如图所示：，下列说法正确的是(　　) A．碳、氮原子的杂化类型相同 B．氮原子与碳原子分别为sp3杂化与sp2杂化 C．1 mol A分子中所含σ键的数目为10NA D．编号为a的氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内 答案　B 解析　A分子中有一个碳氧双键，故有11个σ键，C项错误；氮原子为sp3杂化，相应的四个原子形成的是三角锥形结构，不可能共平面，D项错误。 4．“三鹿奶粉事件”在社会上引起了人们对食品质量的恐慌，三鹿奶粉中被掺杂了被称为“蛋白精”的工业原料三聚氰胺。已知三聚氰胺的结构简式如图所示。三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体，请回答下列问题： (1)三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子的杂化轨道类型分别是_________、_________。 (2)一个三聚氰胺分子中有______个σ键。 (3)三聚氰胺与三聚氰酸(如图所示)分子相互之间通过氢键结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中C原子采取_______杂化。该分子的结构简式中，碳氧原子之间的共价键是________(填选项)。 A．2个σ键 B．2个π键 C．1个σ键，1个π键 答案 (1)sp2 sp3 (2)15 (3)sp2 C 解析 (1)杂化轨道数目=σ键数+孤电子对数，环状结构中的氮原子形成了1个双键和2个单键，有3个σ键，杂化轨道是3，所以是sp2杂化，氨基中氮原子形成了3个单键，还有一对孤电子对，杂化轨道数为4，所以是sp3杂化。 (2)每一个共价键中含一个σ键，故σ键数为15。 (3)碳原子形成了2个单键和1个双键，无孤电子对，所以σ键数为3，为sp2杂化，碳氧原子间的以双键结合，所以含1个σ键，1个π键。选C。 5．氯吡苯脲是一种常用的膨大剂，其结构简式为 它是经国家批准使用的植物生长调节剂。 (1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为__________________。  (2)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型有__________，羰基碳原子的杂化轨道类型为________。  (3)已知，可用异氰酸苯酯与2-氯-4-氨基吡啶反应生成氯吡苯脲： 反应过程中，每生成1 mol氯吡苯脲，断裂______mol σ键，断裂________mol π键。  (4)膨大剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有H2O、NH3、CO2等。 ①请用共价键的相关知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因： ___________________________________________________。  ②H2O、NH3、CO2分子的空间构型分别是_______________________________，中心原子的杂化类型分别是_____________________。  答案 (1)1　 (2)sp2、sp3　sp2　(3)1　1 (4)①H—O键的键能大于H—N键的键能 ②V形、三角锥型、直线形　 sp3、sp3、sp 解析 (1)根据构造原理可知，氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5，所以未成对电子数为1。 (2)根据氯吡苯脲的结构简式可知，有2个氮原子均形成3个单键，孤电子对数为1，采取sp3杂化，剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键，孤电子对数为1，采取sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，采取sp2杂化。 (3)由于σ键比π键稳定，根据反应方程式可知，断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N=C键中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H键。 (4)①O、N属于同周期元素，O的原子半径小于N，H—O键的键能大于H—N键的键能，所以H2O分子比NH3分子稳定。 ②H2O分子中O原子的价层电子对数是4，孤电子对数为2，所以其空间构型为V形，O原子采取sp3杂化；NH3分子中N原子的价层电子对数是4，孤电子对数为1，所以其空间构型为三角锥型，N原子采取sp3杂化；CO2分子中C原子的价层电子对数是2，不含孤电子对，所以其空间构型为直线形，C原子采取sp杂化。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$