2.2.3分子的空间结构（3）知识点+专题突破+专项训练模式导学案-2024-2025学年高二化学上学期同步课件+导学案 （人教版2019选择性必修2）

分子的空间结构（3）导学学案 课程内容：杂化轨道理论 1.学习目标 ⑴理解杂化轨道理论的基本概念，包括杂化轨道的形成、类型及特点。 ⑵掌握常见的sp、sp2、sp3杂化轨道的形成过程及对应的分子空间构型。 ⑶学会运用杂化轨道理论解释一些简单分子的空间构型及成键情况。 ⑷通过对杂化轨道理论的学习，培养学生的空间想象能力和逻辑思维能力。 ⑸通过分析分子的空间构型与杂化轨道类型的关系，提高学生对抽象概念的理解和应用能力。 2.重 点 ⑴杂化轨道的概念、类型及特点。 ⑵常见的sp、sp2、sp3杂化轨道的形成过程及对应的分子空间构型。 ⑶运用杂化轨道理论解释分子的空间构型及成键情况。 3.难 点 ⑴理解杂化轨道的形成过程及本质。 ⑵正确判断中心原子的杂化轨道类型，尤其是对于存在孤电子对或复杂分子的情况。 ⑶区分σ键和π键的形成与杂化轨道的关系，以及它们在分子结构中的作用。 4.核心素养 ⑴宏观辨识与微观探析：通过杂化轨道理论，从微观角度理解分子的空间构型，建立起宏观性质与微观结构之间的联系，能根据分子的空间构型推测中心原子的杂化类型，从微观结构解释分子的性质。 ⑵证据推理与模型认知：运用杂化轨道理论模型，解释分子的成键情况和空间构型，通过对具体分子的分析推理，培养证据意识，建立解决问题的思维模型，提高逻辑推理能力。 ⑶科学探究与创新意识：在学习杂化轨道理论的过程中，培养学生对未知分子空间结构的探究兴趣，鼓励学生运用所学理论进行创新思考，尝试解释更多分子的结构和性质。 ⑷科学态度与社会责任：让学生体会化学理论在科学研究和生产生活中的重要作用，培养严谨的科学态度，增强学生运用化学知识解决实际问题的责任感和使命感。 第一部分：课业知识精讲 1.杂化轨道理论提出背景 为了解释分子的 与 的关系，鲍林提出了杂化轨道理论。分子中原子的成键轨道并非纯粹的原子轨道，而是经过重新组合杂化形成的新轨道，这些杂化轨道有利于原子间形成更 的化学键，从而解释了一些分子的空间构型无法仅用原子轨道简单解释的现象。 2.杂化轨道的概念 在形成多原子分子的过程中， 原子的若干能量 的原子轨道（如同一能级组的s轨道、p轨道、d轨道等）会相互混杂，重新组合成一组新的轨道，这组新轨道就称为 轨道。杂化轨道在角度分布上比单纯的s轨道或p轨道在某些方向上更集中，能与其他原子轨道更好地重叠成键，使成键能力 。 3.常见的杂化类型及特点 ⑴sp杂化 ①轨道组成：由中心原子的一个 轨道和一个 轨道杂化形成两个 杂化轨道。 ②空间构型： 形；两个sp杂化轨道呈 夹角。例如BeCl2分子，Be原子进行 杂化，两个sp杂化轨道分别与两个Cl原子的 轨道重叠形成共价键，分子呈 形。 ⑵sp2杂化 ①轨道组成：由 个s轨道和 个p轨道杂化产生 个sp2杂化轨道。 ②空间构型： 形；三个sp2杂化轨道在同一 内，夹角约为 。以BF3为例，B原子进行 杂化，三个sp2杂化轨道分别与三个F原子的 轨道成键，分子呈 形。 ⑶sp3杂化 ①轨道组成：一个 轨道和 个p轨道杂化形成四个 杂化轨道。 ②空间构型： 形；四个sp3杂化轨道伸向 的四个顶点，轨道间夹角约为 。像CH4分子，C原子采用 杂化， 个sp3杂化轨道分别与 个H原子的 轨道形成共价键，分子构型为 。 4.杂化轨道与分子空间构型的关系 ⑴中心原子的杂化类型决定了分子的 。当中心原子的价层电子对数与 数相等时：若中心原子进行sp杂化，分子一般为 形；进行sp2杂化，分子常呈 形；进行sp3杂化，分子多为 形，存在孤电子对时，构型为 变形。 ⑵孤电子对会影响分子的 空间构型。例如NH3分子，N原子价层电子对数为 ，采用 杂化，但有 对孤电子对，所以分子空间构型为 形而非正四面体形；H2O分子，O原子价层电子对数为 ， 杂化，有 对孤电子对，分子呈 形。 5.杂化轨道的成键特点 ⑴杂化轨道用于形成 键或容纳 。 ⑵如果有未参与杂化的p轨道，可用于形成 键。例如在乙烯C2H4分子中，C原子采用 杂化， 个sp2杂化轨道分别用于形成 σ键和 σ键，未参与杂化的p轨道则侧面重叠形成 键，从而构成碳碳 。 6.判断中心原子杂化类型的方法 ⑴公式法：根据中心原子的 来判断杂化类型，价层电子对数与 数相等。价层电子对数= 。例如SO2分子，S原子价层电子对数计算式为： ，所以S原子采用 杂化。 ⑵结构推断法：根据分子的空间构型来推断 原子的杂化类型。如直线形分子，中心原子一般为 杂化；平面三角形分子，中心原子通常是 杂化；正四面体形分子，中心原子多为 杂化等。但需注意，对于一些复杂分子或离子，可能需要综合考虑多种因素进行判断。 分子 价电子对数 中心原子的杂化轨道类型 VSEPR模型名称 孤电子对数 分子的空间构型 BeCl2、CO2 SO2 SO3 H2O NH3 CH4、CCl4 7.等电子体原理与杂化轨道 等电子体具有相似的 特征和 。通过等电子体原理，可以根据已知分子的杂化方式和空间构型来推断与其等电子的其他分子的 和 。 第二部分：重点专题突破 专题一：判断中心原子杂化类型 ①下列分子中，中心原子的杂化轨道类型为sp3杂化的是（ ） A. BeCl2 B. BF3 C. CH4 D. CO2 ②在下列分子或离子中，中心原子采用sp2杂化的是（ ） A. H2O B. SO3 C. NH3 D. CCl4 ③下列分子中，中心原子的杂化轨道类型相同的是（ ） A. CO2和 SO2 B. CH₄和 NH₃ C. BeCl2和 BF₃ D. C2H2和 C2H₄ 专题二：根据杂化类型判断分子空间构型 ①已知某分子中心原子采取sp2杂化，则该分子的空间构型可能是（ ） A. 直线形 B. 平面三角形 C. 正四面体形 D. 三角锥形 ②若某分子中心原子为sp杂化，则该分子的空间构型是（ ） A. 正四面体 B. 平面三角形 C. 直线形 D. V 形 ③若某分子的中心原子采用 sp3杂化，则该分子的空间构型不可能是（ ） A. 正四面体 B. 三角锥形 C. 平面三角形 D. V 形 ④下列分子的空间构型可用 sp²杂化轨道来解释的是（ ） ①BF₃ ②CH₂ = CH₂ ③苯 ④CH≡CH ⑤NH₃ A. ①②③ B. ①⑤ C. ②③④ D. ③④⑤ 专题三：杂化轨道理论解释分子性质 ①试用杂化轨道理论解释NH3分子的空间构型及键角特点。 ②已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是CH4>NH3>H2O，试用杂化轨道理论解释其原因。 专题四：杂化轨道与成键情况分析 ①乙烯(C2H4)分子中，碳原子的杂化轨道类型是（ ），碳碳之间形成的化学键类型有（ ）。 ②已知 HCN 分子中，C 原子形成 2 个 σ 键和 2 个 π 键，则 C 原子的杂化轨道类型是__________，HCN 的空间结构是__________。 专题五：杂化类型与键角关系 ①下列分子中键角最大的是（ ） A. CH₄ B. NH₃ C. H₂O D. CO₂ ②下列分子中，键角最小的是（ ） A. BF₃ B. NH₃ C. H₂O D. CH₄ 专题六：判断等电子体的杂化类型及构型 ①BF3和SO3是等电子体，试判断SO3中S原子的杂化类型及SO3的空间构型。 ②下列分子或离子中，与 C₂H₂是等电子体的是（ ） A. N₂ B. HCN C. CO₂ D. NO₂⁺ ③下列等电子体中，中心原子杂化类型不同的是（ ） A. CO 和 N₂ B. BF₃和 SO₃ C. CH₄和 NH₄⁺ D. CO2 和 H₂S 专题七：根据空间构型反推中心原子的杂化类型 ①已知某分子空间构型为三角锥形，如 PCl₃，确定中心原子杂化类型。 ②若 AB₄型分子的空间构型为正四面体，则 A 原子的杂化方式为（ ） A. sp B. sp² C. sp³ D. dsp² 专题八：综合应用 ①对于 sp³杂化轨道，下列说法正确的是（ ） A. 它是由 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道线性组合而成 B. 它的空间构型是平面正方形 C. 它的夹角为 90° D. 它在空间均匀分布，指向正四面体的四个顶点 ②对于 CH₄、C2H₄、C2H2三种分子，下列说法正确的是（ ） A. C 原子的杂化类型不同 B. 分子的空间结构相同 C. π 键数目相同 D. 碳氢键的键角相同 ③水分子（H2O）中氧原子采用______杂化，其空间结构是______形，键角约为______，水分子中存在______个σ键。 第三部分：课后专项训练 一、选择题 1. 下列分子的中心原子采用 sp 杂化的是（ ） A. H₂O B. CO₂ C. BF₃ D. CH₄ 2. 中心原子采取 sp²杂化的分子是（ ） A. NH₃ B. H₂S C. BeCl₂ D. SO₂ 3. 已知某分子中心原子的价层电子对数为 4，且有 1 对孤电子对，该分子的空间构型是（ ） A. 正四面体 B. 三角锥形 C. 平面三角形 D. V 形 4. 下列关于杂化轨道的说法错误的是（ ） A. 杂化轨道是由原子的能量相近的原子轨道重新组合而成 B. 杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相同 C. 杂化轨道只能用于形成 σ 键 D. sp³杂化轨道是由 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道杂化而成 5. 乙烯分子中碳原子的杂化类型是（ ） A. sp B. sp² C. sp³ D. sp³d 6. 下列分子或离子中，空间构型为平面三角形的是（ ） A. H₃O⁺ B. NH₄⁺ C. NO₃⁻ D. SO₄²⁻ 7. 下列分子或离子的中心原子杂化轨道类型相同的是（ ） A. SO3²⁻与 SO₄²⁻ B. H2O 与 NH3 C. NCl3与 BF3 D. SO2与 CO2 8. 中心原子的价层电子对数为 4，且有 1 个孤电子对的分子是（ ） A. BCl₃ B. PCl₃ C. CO₂ D. SO₃ 9. 下列分子中，中心原子的杂化轨道类型为 sp³杂化的是（ ） A. BeCl₂ B. BF₃ C. SiH₄ D. CO₂ 10. 中心原子采取 sp²杂化且分子空间构型为 V 形的是（ ） A. SO₂ B. NO₂⁺ C. H₂O D. BeCl₂ 11. 若某分子的空间构型为三角锥形，则其中心原子的杂化方式可能是（ ） A. sp B. sp² C. sp³ D. sp³d 12. 以下关于杂化轨道的描述，错误的是（ ） A. 杂化轨道成键时要满足原子轨道最大重叠原理 B. 不同类型的杂化轨道在空间的伸展方向不同 C. 杂化轨道可用于形成 π 键 D. 杂化过程中原子轨道的能量相近 13. 苯分子中碳原子的杂化类型是（ ） A.sp B. sp² C. sp³ D. sp³d 14. 下列离子中，中心原子杂化类型与其他稍有不同的是（ ） A. NH₄⁺ B. SO₄²⁻ C. PO₄³⁻ D. ClO₃⁻ 15. 对于 sp 杂化轨道，其特点不包括（ ） A. 由 1 个 s 轨道和 1 个 p 轨道杂化而成 B. 空间构型为直线形 C. 杂化轨道间夹角为 120° D. 在成键时能更有效地重叠 16. 中心原子价层电子对数为 5，且有1 对孤电子对的分子是（ ） A. SF₄ B. PCl₅ C. ClF₃ D. XeF₂ 17. 某分子的中心原子以 sp 杂化轨道成键，下列关于该分子的空间结构的说法正确的是（ ） A. 一定是直线形 B. 一定是平面三角形 C. 可能是 V 形 D. 可能是四面体 18. 下列分子中，中心原子的杂化轨道类型与其他三个不同的是（ ） A. BeCl₂ B. HCN C. CH₄ D. CO₂ 分子的空间结构（3） 班级： 姓名： 总分： . 选择题答题卡 选择题分数： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 二、填空题 1. 已知 NH₃中 N 原子的价层电子对数为 4，则 N 原子的杂化方式为______________， BF₃和NH₄⁺中心原子的杂化轨道类型分别为________________、________________。 2. 乙烯（C2H₄）分子中碳原子采用______杂化，分子中碳碳双键是由一个______键和一个______键组成，分子的空间结构是____________形。 3. 乙炔（C2H2）分子中碳原子采用______杂化，分子中碳碳三键是由一个______键和两个______键组成，其空间结构是____________形。 4. 已知某分子的空间结构为正八面体，其中心原子的杂化方式可能是___________杂化。 5. 二硫化碳（CS2）分子中碳原子采用______杂化，其空间结构是____________形，分子的极性为____________（填“极性”或“非极性”）。 6. 氨分子（NH₃）中氮原子采用______杂化，其空间结构是____________形，有______对孤电子对，键角约为____________。 7. 甲烷（CH₄）分子中碳原子采用______杂化，其空间结构是____________体，键角为______，分子中含有______个σ键。 8. 甲醛（HCHO）分子中碳原子采用______杂化，其空间结构是____________形，分子中含有______个σ键和______个π键。 9. 苯（C6H6）分子中碳原子采用______杂化，所有原子在______平面上，分子中碳碳键是一种介于______键和______键之间的特殊共价键。 10. 白磷（P₄）分子的空间结构是___________体，每个磷原子与其他______个磷原子形成共价键，分子中共有______个共价键。 11. 四氯化碳（CCl₄）分子中碳原子采用______杂化，其空间结构与______分子相似，分子的极性为____________（填“极性”或“非极性”）。 12. 已知某分子的化学式为 AB₃，其中心原子 A 上有一对孤电子对，则该分子的空间结构是____________形，A 原子的杂化方式是______杂化。 13. 若某分子的空间结构是平面正方形，则其中心原子的杂化方式可能是______杂化，该分子中键角可能为______。 14. 三氟化硼（BF₃）分子中硼原子采用______杂化，其空间结构是____________形，分子的极性为____________（填“极性”或“非极性”）。 15. 硫化氢（H2S）分子中硫原子采用______杂化，其空间结构与______分子相似，由于硫原子半径比氧原子大，其键角比______分子略小。 16. 二硫化碳（CS2）分子中碳原子采用______杂化，其空间结构是____________形，分子的极性为____________（填“极性”或“非极性”）。 第 1 页 共 23 页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 分子的空间结构（3）导学学案 课程内容：杂化轨道理论 1.学习目标 ⑴理解杂化轨道理论的基本概念，包括杂化轨道的形成、类型及特点。 ⑵掌握常见的sp、sp2、sp3杂化轨道的形成过程及对应的分子空间构型。 ⑶学会运用杂化轨道理论解释一些简单分子的空间构型及成键情况。 ⑷通过对杂化轨道理论的学习，培养学生的空间想象能力和逻辑思维能力。 ⑸通过分析分子的空间构型与杂化轨道类型的关系，提高学生对抽象概念的理解和应用能力。 2.重 点 ⑴杂化轨道的概念、类型及特点。 ⑵常见的sp、sp2、sp3杂化轨道的形成过程及对应的分子空间构型。 ⑶运用杂化轨道理论解释分子的空间构型及成键情况。 3.难 点 ⑴理解杂化轨道的形成过程及本质。 ⑵正确判断中心原子的杂化轨道类型，尤其是对于存在孤电子对或复杂分子的情况。 ⑶区分σ键和π键的形成与杂化轨道的关系，以及它们在分子结构中的作用。 4.核心素养 ⑴宏观辨识与微观探析：通过杂化轨道理论，从微观角度理解分子的空间构型，建立起宏观性质与微观结构之间的联系，能根据分子的空间构型推测中心原子的杂化类型，从微观结构解释分子的性质。 ⑵证据推理与模型认知：运用杂化轨道理论模型，解释分子的成键情况和空间构型，通过对具体分子的分析推理，培养证据意识，建立解决问题的思维模型，提高逻辑推理能力。 ⑶科学探究与创新意识：在学习杂化轨道理论的过程中，培养学生对未知分子空间结构的探究兴趣，鼓励学生运用所学理论进行创新思考，尝试解释更多分子的结构和性质。 ⑷科学态度与社会责任：让学生体会化学理论在科学研究和生产生活中的重要作用，培养严谨的科学态度，增强学生运用化学知识解决实际问题的责任感和使命感。 第一部分：课业知识精讲 1.杂化轨道理论提出背景 为了解释分子的空间结构与原子轨道的关系，鲍林提出了杂化轨道理论。分子中原子的成键轨道并非纯粹的原子轨道，而是经过重新组合杂化形成的新轨道，这些杂化轨道有利于原子间形成更稳定的化学键，从而解释了一些分子的空间构型无法仅用原子轨道简单解释的现象。 2.杂化轨道的概念 在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道（如同一能级组的s轨道、p轨道、d轨道等）会相互混杂，重新组合成一组新的轨道，这组新轨道就称为杂化轨道。杂化轨道在角度分布上比单纯的s轨道或p轨道在某些方向上更集中，能与其他原子轨道更好地重叠成键，使成键能力增强。 3.常见的杂化类型及特点 ⑴sp杂化 ①轨道组成：由中心原子的一个s轨道和一个p轨道杂化形成两个sp杂化轨道。 ②空间构型：直线形；两个sp杂化轨道呈180°夹角。例如BeCl2分子，Be原子进行sp杂化，两个sp杂化轨道分别与两个Cl原子的p轨道重叠形成共价键，分子呈直线形。 ⑵sp2杂化 ①轨道组成：由一个s轨道和两个p轨道杂化产生三个sp2杂化轨道。 ②空间构型：平面三角形；三个sp2杂化轨道在同一平面内，夹角约为120°。以BF3为例，B原子进行sp2杂化，三个sp2杂化轨道分别与三个F原子的p轨道成键，分子呈平面三角形。 ⑶sp3杂化 ①轨道组成：一个s轨道和三个p轨道杂化形成四个sp3杂化轨道。 ②空间构型：正四面体形；四个sp3杂化轨道伸向正四面体的四个顶点，轨道间夹角约为109°28'。像CH4分子，C原子采用sp3杂化，四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的s轨道形成共价键，分子构型为正四面体。 4.杂化轨道与分子空间构型的关系 ⑴中心原子的杂化类型决定了分子的基本空间构型。当中心原子的价层电子对数与杂化轨道数相等时：若中心原子进行sp杂化，分子一般为直线形；进行sp2杂化，分子常呈平面三角形；进行sp3杂化，分子多为正四面体形，存在孤电子对时，构型为四面体变形。 ⑵孤电子对会影响分子的实际空间构型。例如NH3分子，N原子价层电子对数为4，采用sp3杂化，但有一对孤电子对，所以分子空间构型为三角锥形而非正四面体形；H2O分子，O原子价层电子对数为4，sp3杂化，有两对孤电子对，分子呈V形。 5.杂化轨道的成键特点 ⑴杂化轨道用于形成σ键或容纳孤电子对。 ⑵如果有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。例如在乙烯C2H4分子中，C原子采用sp2杂化，三个sp2杂化轨道分别用于形成C - Hσ键和C - Cσ键，未参与杂化的p轨道则侧面重叠形成π键，从而构成碳碳双键。 6.判断中心原子杂化类型的方法 ⑴公式法：根据中心原子的价层电子对数来判断杂化类型，价层电子对数与杂化轨道数相等。价层电子对数=成键电子对数+孤电子对数。例如SO2分子，S原子价层电子对数计算式为： 1 + 2= 3，所以S原子采用sp2杂化。 ⑵结构推断法：根据分子的空间构型来推断中心原子的杂化类型。如直线形分子，中心原子一般为sp杂化；平面三角形分子，中心原子通常是sp2杂化；正四面体形分子，中心原子多为sp3杂化等。但需注意，对于一些复杂分子或离子，可能需要综合考虑多种因素进行判断。 分子 价电子对数 中心原子的杂化轨道类型 VSEPR模型名称 孤电子对数 分子的空间构型 BeCl2、CO2 2 sp 直线形 0 直线形 SO2 3 sp2 平面三角形 0 V形 SO3 3 sp2 1 平面三角形 H2O 4 sp3 正四面体形 0 V形 NH3 4 sp3 1 三角锥形 CH4、CCl4 4 sp3 2 正四面体形 7.等电子体原理与杂化轨道 等电子体具有相似的化学键特征和空间构型。通过等电子体原理，可以根据已知分子的杂化方式和空间构型来推断与其等电子的其他分子的杂化方式和空间构型。 第二部分：重点专题突破 专题一：判断中心原子杂化类型 ①下列分子中，中心原子的杂化轨道类型为sp3杂化的是（ ） A. BeCl2 B. BF3 C. CH4 D. CO2 答案：C 解析：BeCl2中Be原子的价层电子对数为2，采取sp杂化，A错误；BF3中B原子的价层电子对数为3，采取sp2杂化，B错误；CH4中C原子的价层电子对数为4，采取sp3杂化，C正确；CO2中C原子的价层电子对数为2，采取sp杂化，D错误。 ②在下列分子或离子中，中心原子采用sp2杂化的是（ ） A. H2O B. SO3 C. NH3 D. CCl4 答案：B 解析：对于H2O，中心原子O的价层电子对数=2+2=4，采用sp3杂化。SO3中，中心原子S的价层电子对数=0+3=3，采用sp2杂化。NH3中心原子N的价层电子对数=1+ 3=4，采用sp3杂化。CCl4中心原子C的价层电子对数=0+ 4=4，采用sp3杂化。 ③下列分子中，中心原子的杂化轨道类型相同的是（ ） A. CO2和 SO2 B. CH₄和 NH₃ C. BeCl2和 BF₃ D. C2H2和 C2H₄ 答案：B 解析：CH₄中碳原子是 sp³杂化，NH₃中氮原子是 sp³杂化；CO2中碳原子是 sp 杂化，SO2中硫原子是 sp²杂化；BeCl2中铍原子是 sp 杂化，BF₃中硼原子是 sp²杂化；C2H2中碳原子是 sp 杂化，C2H₄中碳原子是 sp²杂化，B 正确。 专题二：根据杂化类型判断分子空间构型 ①已知某分子中心原子采取sp2杂化，则该分子的空间构型可能是（ ） A. 直线形 B. 平面三角形 C. 正四面体形 D. 三角锥形 答案：B 解析：中心原子采取sp2杂化的分子，其空间构型通常为平面三角形，如BF3等。 ②若某分子中心原子为sp杂化，则该分子的空间构型是（ ） A. 正四面体 B. 平面三角形 C. 直线形 D. V 形 答案：C 解析：中心原子采用sp杂化时，会形成两个杂化轨道，成键后分子呈直线形，如BeCl2等，所以答案是 C。 ③若某分子的中心原子采用 sp3杂化，则该分子的空间构型不可能是（ ） A. 正四面体 B. 三角锥形 C. 平面三角形 D. V 形 答案：C 解析：中心原子采用 sp3杂化，孤电子对为0，可能为正四面体；孤电子对为1，可能为三角锥形；孤电子对为2，可能为V 形。 ④下列分子的空间构型可用 sp²杂化轨道来解释的是（ ） ①BF₃ ②CH₂ = CH₂ ③苯 ④CH≡CH ⑤NH₃ A. ①②③ B. ①⑤ C. ②③④ D. ③④⑤ 答案：A 解析：BF₃中 B 原子采用 sp²杂化，空间构型为平面三角形；CH₂ = CH₂中 C 原子采用 sp²杂化，空间构型为平面形；苯中 C 原子采用 sp²杂化，空间构型为平面六边形；CH≡CH 中 C 原子采用 sp 杂化；NH₃中 N 原子采用 sp³杂化，空间构型为三角锥形。 专题三：杂化轨道理论解释分子性质 ①试用杂化轨道理论解释NH3分子的空间构型及键角特点。 答案：NH3分子中N原子的价层电子对数为4，采取sp3杂化，其中有1个杂化轨道被孤电子对占据，另外3个杂化轨道与H原子的1s轨道形成σ键。由于孤电子对与成键电子对之间的排斥作用大于成键电子对之间的排斥作用，所以NH3分子的空间构型为三角锥形，键角为107°，略小于sp3杂化轨道的理想键角109°28'。 ②已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是CH4>NH3>H2O，试用杂化轨道理论解释其原因。 答案：CH4中C原子采取sp3杂化，没有孤电子对，四个C-H键的键长和键能相同，键角为109°28'；NH3中N原子采取sp3杂化，有1个孤电子对，孤电子对与成键电子对之间的排斥作用大于成键电子对之间的排斥作用，使键角变小，为107°；H2O中O原子采取sp3杂化，有2个孤电子对，孤电子对之间的排斥作用以及孤电子对与成键电子对之间的排斥作用更大，导致键角进一步变小，为104.5°。所以键角由大到小的顺序是CH4>NH3>H2O。 专题四：杂化轨道与成键情况分析 ①乙烯(C2H4)分子中，碳原子的杂化轨道类型是（ ），碳碳之间形成的化学键类型有（ ）。 答案：sp2杂化；σ键和π键 解析 ：乙烯分子中每个碳原子的价层电子对数=0+ 3=3，采用sp2杂化。碳原子用sp2杂化轨道与氢原子形成σ键，两个碳原子之间用sp2杂化轨道形成一个σ键，未参与杂化的p轨道“肩并肩”重叠形成一个π键。 ②已知 HCN 分子中，C 原子形成 2 个 σ 键和 2 个 π 键，则 C 原子的杂化轨道类型是__________，HCN 的空间结构是__________。 答案：sp；直线形 解析：C 原子形成 2 个 σ 键和 2 个 π 键，价层电子对数为 2，杂化轨道类型为 sp，空间结构为直线形。 专题五：杂化类型与键角关系 ①下列分子中键角最大的是（ ） A. CH₄ B. NH₃ C. H₂O D. CO₂ 答案：D 解析：CO₂中 C 原子采用 sp 杂化，键角为 180°。CH₄中键角约为 109°28′；NH₃中键角约为 107°；H₂O 中键角约为 104.5°。 ②下列分子中，键角最小的是（ ） A. BF₃ B. NH₃ C. H₂O D. CH₄ 答案：C 解析：BF₃中 B 原子采用 sp²杂化，键角约为 120°；NH₃中 N 原子采用 sp³杂化，键角约为 107°；H₂O 中 O 原子采用 sp³杂化，键角约为 104.5°；CH₄中 C 原子采用 sp³杂化，键角约为 109°28′，所以键角最小的是 H₂O。 专题六：判断等电子体的杂化类型及构型 ①BF3和SO3是等电子体，试判断SO3中S原子的杂化类型及SO3的空间构型。 答案：sp2杂化；平面三角形 解析：因为BF3中B原子采用sp2杂化，空间构型为平面三角形，BF3和SO3是等电子体，等电子体具有相似的化学键特征和空间构型，所以SO3中S原子也采用sp2杂化，空间构型为平面三角形。 ②下列分子或离子中，与 C₂H₂是等电子体的是（ ） A. N₂ B. HCN C. CO₂ D. NO₂⁺ 答案：B 解析：C₂H₂分子中含有 10 个价电子。HCN 也含有 10 个价电子，是等电子体。N₂有 10 个价电子，但与 C₂H₂结构不同；CO₂有 16 个价电子；NO₂⁺有 16 个价电子。 ③下列等电子体中，中心原子杂化类型不同的是（ ） A. CO 和 N₂ B. BF₃和 SO₃ C. CH₄和 NH₄⁺ D. CO2 和 H₂S 答案：D 解析：CO2中C 原子为sp杂化， H₂S 中 S 原子均为 sp³杂化且有 2 对孤电子对。CO 和 N₂均无中心原子杂化；BF₃和 SO₃均为 sp²杂化；CH₄和 NH₄⁺均为 sp³杂化。 专题七：根据空间构型反推中心原子的杂化类型 ①已知某分子空间构型为三角锥形，如 PCl₃，确定中心原子杂化类型。 答案：sp³杂化 解析：因为 PCl₃ 空间构型为三角锥形，中心原子 P 的价层电子对数为 4（计算：(5 + 3×1)÷2 = 4），价层电子对数为 4 的中心原子一般采用 sp³杂化。 ②若 AB₄型分子的空间构型为正四面体，则 A 原子的杂化方式为（ ） A. sp B. sp² C. sp³ D. dsp² 答案：C 解析：AB₄型分子空间构型为正四面体，中心原子 A 的价层电子对数为 4，其杂化方式为 sp³杂化，如甲烷中 C 原子就是 sp³杂化形成正四面体构型，所以选 C。 专题八：综合应用 ①对于 sp³杂化轨道，下列说法正确的是（ ） A. 它是由 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道线性组合而成 B. 它的空间构型是平面正方形 C. 它的夹角为 90° D. 它在空间均匀分布，指向正四面体的四个顶点 答案：D 解析：sp³杂化轨道是由 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道杂化而成，空间构型为正四面体，夹角约为 109°28′，在空间均匀分布指向正四面体四个顶点。 ②对于 CH₄、C2H₄、C2H2三种分子，下列说法正确的是（ ） A. C 原子的杂化类型不同 B. 分子的空间结构相同 C. π 键数目相同 D. 碳氢键的键角相同 答案：A 解析：CH₄中 C 原子是 sp³杂化，C2H₄中 C 原子是 sp²杂化，C2H2中 C 原子是 sp 杂化；CH₄是正四面体结构，C2H₄是平面结构，C2H2是直线形结构；CH₄没有 π 键，C2H₄有一个 π 键，C2H2有两个 π 键；碳氢键的键角也不同。 ③水分子（H2O）中氧原子采用______杂化，其空间结构是______形，键角约为______，水分子中存在______个σ键。 答案：sp³；V；104.5°；2 解析：氧原子最外层 6 个电子，与 2 个氢原子形成 2 个σ键，还有 2 对孤电子对，所以采用 sp³杂化，分子呈 V 形，由于孤电子对的排斥作用，键角约为 104.5°。 第三部分：课后专项训练 一、选择题 1. 下列分子的中心原子采用 sp 杂化的是（ ） A. H₂O B. CO₂ C. BF₃ D. CH₄ 答案：B 解析：CO₂中 C 原子的价层电子对数为 2，采用 sp 杂化。H₂O 中 O 原子价层电子对数为 4，采用 sp³杂化；BF₃中 B 原子价层电子对数为 3，采用 sp²杂化；CH₄中 C 原子价层电子对数为 4，采用 sp³杂化。 2. 中心原子采取 sp²杂化的分子是（ ） A. NH₃ B. H₂S C. BeCl₂ D. SO₂ 答案：D 解析：SO₂中 S 原子价层电子对数为 3，采取 sp²杂化。NH₃中 N 原子价层电子对数为 4，采取 sp³杂化；H₂S 中 S 原子价层电子对数为 4，采取 sp³杂化；BeCl₂中 Be 原子价层电子对数为 2，采取 sp 杂化。 3. 已知某分子中心原子的价层电子对数为 4，且有 1 对孤电子对，该分子的空间构型是（ ） A. 正四面体 B. 三角锥形 C. 平面三角形 D. V 形 答案：B 解析：中心原子价层电子对数为 4 且有 1 对孤电子对时，分子空间构型为三角锥形，如NH₃。 4. 下列关于杂化轨道的说法错误的是（ ） A. 杂化轨道是由原子的能量相近的原子轨道重新组合而成 B. 杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相同 C. 杂化轨道只能用于形成 σ 键 D. sp³杂化轨道是由 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道杂化而成 答案：C 解析：杂化轨道可用于形成 σ 键或容纳孤电子对，C 错误。 5. 乙烯分子中碳原子的杂化类型是（ ） A. sp B. sp² C. sp³ D. sp³d 答案：B 解析：乙烯分子中每个碳原子价层电子对数为 3，采取 sp²杂化。 6. 下列分子或离子中，空间构型为平面三角形的是（ ） A. H₃O⁺ B. NH₄⁺ C. NO₃⁻ D. SO₄²⁻ 答案：C 解析：NO₃⁻中 N 原子价层电子对数为 3，无孤电子对，空间构型为平面三角形。H₃O⁺为三角锥形；NH₄⁺为正四面体；SO₄²⁻为正四面体。 7. 下列分子或离子的中心原子杂化轨道类型相同的是（ ） A. SO3²⁻与 SO₄²⁻ B. H2O 与 NH3 C. NCl3与 BF3 D. SO2与 CO2 答案：B 解析：H2O 中 O 原子和 NH3中 N 原子都是 sp³杂化；SO3²⁻中 S 原子是 sp³杂化，SO₄²⁻中 S 原子是 sp³杂化；NCl3中 N 原子是 sp³杂化，BF3中 B 原子是 sp²杂化；SO2中 S 原子是 sp²杂化，CO2中 C 原子是 sp 杂化。 8. 中心原子的价层电子对数为 4，且有 1 个孤电子对的分子是（ ） A. BCl₃ B. PCl₃ C. CO₂ D. SO₃ 答案：B 解析：PCl₃中 P 原子价层电子对数为 4，有 1 个孤电子对。BCl₃中 B 原子价层电子对数为 3，无孤电子对；CO₂中 C 原子价层电子对数为 2，无孤电子对；SO₃中 S 原子价层电子对数为 3，无孤电子对。 9. 下列分子中，中心原子的杂化轨道类型为 sp³杂化的是（ ） A. BeCl₂ B. BF₃ C. SiH₄ D. CO₂ 答案：C 解析：SiH₄中 Si 原子的价层电子对数为0+ 4=4，采用 sp³杂化。BeCl₂中 Be 原子价层电子对数为 2，采用 sp 杂化；BF₃中 B 原子价层电子对数为 3，采用 sp²杂化；CO₂中 C 原子价层电子对数为 2，采用 sp 杂化。 10. 中心原子采取 sp²杂化且分子空间构型为 V 形的是（ ） A. SO₂ B. NO₂⁺ C. H₂O D. BeCl₂ 答案：A 解析：SO₂中 S 原子价层电子对数为 3，采取 sp²杂化，有 1 对孤电子对，分子空间构型为 V 形。NO₂⁺中 N 原子价层电子对数为 2，采取 sp 杂化，空间构型为直线形；H₂O 中 O 原子价层电子对数为 4，采取 sp³杂化，空间构型为 V 形；BeCl₂中 Be 原子价层电子对数为 2，采取 sp 杂化，空间构型为直线形。 11. 若某分子的空间构型为三角锥形，则其中心原子的杂化方式可能是（ ） A. sp B. sp² C. sp³ D. sp³d 答案：C 解析：三角锥形分子的中心原子价层电子对数为 4，且有 1 对孤电子对，一般采用 sp³杂化，如 NH₃。 12. 以下关于杂化轨道的描述，错误的是（ ） A. 杂化轨道成键时要满足原子轨道最大重叠原理 B. 不同类型的杂化轨道在空间的伸展方向不同 C. 杂化轨道可用于形成 π 键 D. 杂化过程中原子轨道的能量相近 答案：C 解析：杂化轨道主要用于形成 σ 键，未参与杂化的 p 轨道等可用于形成 π 键，C 错误。 13. 苯分子中碳原子的杂化类型是（ ） A.sp B. sp² C. sp³ D. sp³d 答案：B 解析：苯分子中每个碳原子形成 3 个 σ 键和 1 个大 π 键，价层电子对数为 3，采用 sp²杂化。 14. 下列离子中，中心原子杂化类型与其他稍有不同的是（ ） A. NH₄⁺ B. SO₄²⁻ C. PO₄³⁻ D. ClO₃⁻ 答案：D 解析：NH₄⁺、SO₄²⁻、PO₄³⁻中中心原子价层电子对数均为 4，采用 sp³杂化且无孤电子对，空间构型为正四面体。ClO₃⁻中 Cl 原子价层电子对数为 4，采用 sp³杂化但有 1 对孤电子对，空间构型为三角锥形。 15. 对于 sp 杂化轨道，其特点不包括（ ） A. 由 1 个 s 轨道和 1 个 p 轨道杂化而成 B. 空间构型为直线形 C. 杂化轨道间夹角为 120° D. 在成键时能更有效地重叠 答案：C 解析：sp 杂化轨道由 1 个 s 轨道和 1 个 p 轨道杂化而成，空间构型为直线形，夹角为 180°，成键时能更有效地重叠，C 错误。 16. 中心原子价层电子对数为 5，且有1 对孤电子对的分子是（ ） A. SF₄ B. PCl₅ C. ClF₃ D. XeF₂ 答案：A 解析：SF₄中 S 原子价层电子对数为 5，有 1 对孤电子对。PCl₅中 P 原子价层电子对数为 5，无孤电子对；ClF₃中 Cl 原子价层电子对数为 5，有 2 对孤电子对；XeF₂中 Xe 原子价层电子对数为 5，有 3 对孤电子对。 17. 某分子的中心原子以 sp 杂化轨道成键，下列关于该分子的空间结构的说法正确的是（ ） A. 一定是直线形 B. 一定是平面三角形 C. 可能是 V 形 D. 可能是四面体 答案：A 解析：中心原子以 sp 杂化轨道成键，分子的空间结构一定是直线形。 18. 下列分子中，中心原子的杂化轨道类型与其他三个不同的是（ ） A. BeCl₂ B. HCN C. CH₄ D. CO₂ 答案：C 解析：BeCl₂中心原子 Be 的价层电子对数 = 2+(2 - 2×1)/2 = 2，sp 杂化；HCN中心原子 B 的价层电子对数 = 0+2 = 2，sp杂化；CH₄中心原子 C 的价层电子对数 = 4+(4 - 4×1)/2 = 4，sp³杂化；CO₂中心原子 C 的价层电子对数 = 2+(4 - 2×2)/2 = 2，sp 杂化。所以杂化轨道类型与其他三个不同的是 C。 二、填空题 1. 已知 NH₃中 N 原子的价层电子对数为 4，则 N 原子的杂化方式为______________， BF₃和NH₄⁺中心原子的杂化轨道类型分别为________________、________________。 答案：sp³杂化；sp²杂化 ；sp³杂化 解析：价层电子对数为 4 的中心原子一般采用 sp³杂化方式，NH₃分子中 N 原子价层电子对数为 4，所以是 sp³杂化；BF₃中硼原子价层电子对数为 3，杂化轨道类型为 sp²；NH₄⁺中氮原子价层电子对数为 4，杂化轨道类型为 sp³。 2. 乙烯（C2H₄）分子中碳原子采用______杂化，分子中碳碳双键是由一个______键和一个______键组成，分子的空间结构是____________形。 答案：sp²；σ；π；平面 解析：乙烯分子中每个碳原子与 2 个氢原子和 1 个碳原子相连，采用 sp²杂化，碳碳双键由一个σ键和一个π键组成，分子呈平面结构。 3. 乙炔（C2H2）分子中碳原子采用______杂化，分子中碳碳三键是由一个______键和两个______键组成，其空间结构是____________形。 答案：sp；σ；π；直线 解析：乙炔分子中碳原子与 1 个氢原子和另一个碳原子形成三键，采用 sp 杂化，碳碳三键由一个σ键和两个π键组成，分子呈直线形。 4. 已知某分子的空间结构为正八面体，其中心原子的杂化方式可能是___________杂化。 答案：sp³d² 解析：正八面体结构的分子，中心原子通常采用 sp³d²杂化。 5. 二硫化碳（CS2）分子中碳原子采用______杂化，其空间结构是____________形，分子的极性为____________（填“极性”或“非极性”）。 答案：sp；直线；非极性 解析：CS2 与 CO2 结构相似，中心碳原子采用 sp 杂化，分子呈直线形，结构对称，是非极性分子。 6. 氨分子（NH₃）中氮原子采用______杂化，其空间结构是____________形，有______对孤电子对，键角约为____________。 答案：sp³；三角锥；1；107.3° 解析：氮原子最外层 5 个电子，与 3 个氢原子形成 3 个σ键，还有 1 对孤电子对，采用 sp³杂化，分子呈三角锥形状，孤电子对使键角略小于正四面体的键角，约为 107.3°。 7. 甲烷（CH₄）分子中碳原子采用______杂化，其空间结构是____________体，键角为______，分子中含有______个σ键。 答案：sp³；正四面；109°28′；4 解析：碳原子最外层 4 个电子，与 4 个氢原子形成 4 个σ键，采用 sp³杂化，形成正四面体结构，键角为 109°28′。 8. 甲醛（HCHO）分子中碳原子采用______杂化，其空间结构是____________形，分子中含有______个σ键和______个π键。 答案：sp²；平面三角；3；1 解析：碳原子与 2 个氢原子和 1 个氧原子相连，采用 sp²杂化，分子呈平面三角形。碳氧双键中有 1 个σ键和 1 个π键，加上碳氢单键的 2 个σ键，共 3 个σ键和 1 个π键。 9. 苯（C6H6）分子中碳原子采用______杂化，所有原子在______平面上，分子中碳碳键是一种介于______键和______键之间的特殊共价键。 答案：sp²；同一；单；双 解析：苯分子中每个碳原子与周围原子形成 3 个σ键，采用 sp²杂化，所有原子共平面。苯环中的碳碳键不是单纯的单键或双键，而是一种特殊的介于单键和双键之间的键。 10. 白磷（P₄）分子的空间结构是___________体，每个磷原子与其他______个磷原子形成共价键，分子中共有______个共价键。 答案：正四面体；3；6 解析：白磷分子是正四面体结构，每个磷原子与另外 3 个磷原子相连形成共价键，一个白磷分子中共有 6 个共价键（4 个磷原子，每个磷原子形成 3 个键，但每个键被两个原子共用，所以 4×3÷2 = 6）。 11. 四氯化碳（CCl₄）分子中碳原子采用______杂化，其空间结构与______分子相似，分子的极性为____________（填“极性”或“非极性”）。 答案：sp³；甲烷；非极性 解析：CCl₄ 中碳原子与 4 个氯原子形成 4 个σ键，采用 sp³杂化，空间结构与甲烷相似，呈正四面体。由于分子结构对称，正负电荷中心重合，所以是非极性分子。 12. 已知某分子的化学式为 AB₃，其中心原子 A 上有一对孤电子对，则该分子的空间结构是____________形，A 原子的杂化方式是______杂化。 答案：三角锥；sp³ 解析：中心原子 A 有一对孤电子对，与 3 个 B 原子形成 3 个σ键，共 4 个价层电子对，采用 sp³杂化，分子呈三角锥形状。 13. 若某分子的空间结构是平面正方形，则其中心原子的杂化方式可能是______杂化，该分子中键角可能为______。 答案：sp3d2；90° 解析：平面正方形结构的分子，中心原子通常采用 sp3d2杂化，键角为 90°。 14. 三氟化硼（BF₃）分子中硼原子采用______杂化，其空间结构是____________形，分子的极性为____________（填“极性”或“非极性”）。 答案：sp²；平面三角；非极性 解析：硼原子最外层 3 个电子，与 3 个氟原子形成 3 个σ键，采用 sp²杂化，分子呈平面三角形，结构对称，是非极性分子。 15. 硫化氢（H2S）分子中硫原子采用______杂化，其空间结构与______分子相似，由于硫原子半径比氧原子大，其键角比______分子略小。 答案：sp³；H2O；；H2O 解析：硫原子与氧原子同主族，H2S 中硫原子与 2 个氢原子形成 2 个σ键，还有 2 对孤电子对，采用 sp³杂化，空间结构与 H2O 相似。但硫原子半径大，孤电子对的排斥作用相对较小，所以键角比 H2O 略小。 第 1 页 共 23 页 学科网（北京）股份有限公司 $$