第二章 第二节 第2课时 杂化轨道理论（讲义及解析）-2024-2025学年高二化学选择性必修2（人教版2019）

选修二.物质结构与性质(周星星·化学） 第2课时 杂化轨道理论 杂化轨道理论的提出--用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成 CH4分子呈正四面体形，4个C－H的键长相同，H－C－H的键角为109°28′。碳原子的价电子排布图为，根据共价键的饱和性，碳原子只有2个未成对电子，只能形成2个共价键，而实际上碳原子都是形成了4个共价键，只能是2s2上面的1个电子激发到2p2上面，形成了，此时有4个未成对电子，满足形成4个共价键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。为解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，它的要点是：当碳原子与4个氢原子形成CH4分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到4个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角为109°28′，称为sp3杂化轨道，表示这4个轨道由1s轨道和3个p轨道杂化形成的。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C－Hσ键，因此呈正四面体的空间结构 一、杂化轨道理论简介——杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的立体构型提出的 1．杂化轨道的含义 在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道 2．杂化轨道理论要点 (1)能量相近：原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道 如：2s轨道与3p轨道不能形成sp3杂化轨道，因为2s与3p不在同一能级，能量相差较大 (2)数目不变：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)成键能力增强：杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更牢固 (4)排斥力最小：杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同 注意 ①双原子分子中，不存在杂化过程 ②杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对 ③未参与杂化的p轨道可用于形成π键 ④杂化轨道呈“对称”分布，确保相互间斥力最小 【对点训练1】 1．正误判断 (1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子(　　) (2)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(　　) (3)只有能量相近的轨道才能杂化(　　) (4)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键(　　) (5)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成π键(　　) 2．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．杂化轨道都用来成键 3．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、最小排斥原理[来源:学科网ZXXK] D．杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对 二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系 1．杂化轨道的类型 (1)sp3杂化轨道——正四面体形 ①sp3杂化：sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有s和p的成分，sp3杂化轨道间的夹角为109°28′，空间结构为正四面体形(如CH4、CF4、CCl4)。如下图所示 ②CH4分子的形成 CH4化学键的形成 sp3杂化轨道示意图 CH4分子的立体构型 C、H原子形成CH4时，C原子2s上的1个电子激发到空的2p轨道上，2s 轨道与3个2p轨道发生sp3杂化，形成了4个能量相等、相互夹角为109°28′的4个相同的杂化轨道(每个轨道上一个单电子)，4个H原子的s轨道与这4个sp3杂化轨道发生轨道重叠形成4个完全等同的σ键，在空间对称分布。因而CH4是正四面体形的分子 (2)sp2杂化轨道——平面三角形 ①sp2杂化：sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有s和p成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形，如下图所示 ②BF3分子的形成 BF3化学键的形成 sp2杂化轨道示意图 BF3分子的立体构型 B、F原子间形成BF3时，B原子的2s的1个电子激发到一个空的2p轨道上，2s和2个有单电子的2p轨道发生sp2杂化，形成三个能量相等、相互间夹角为120°的三个相同的杂化轨道(每个轨道上一个单电子)，3个F原子的2p轨道与这3个sp2杂化轨道发生轨道重叠形成3个完全等同的σ键，在空间对称分布，因而BF3是平面三角形分子 ③sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键，如：乙烯分子中的C==C键的形成 (3)sp杂化——直线形 ①sp杂化：sp杂化轨道是由1个ns轨道和1个np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有s和p的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如下图所示 ②BeCl2分子的形成 BeCl2化学键的形成 BeCl2分子的形成 Be、Cl原子间形成BeCl2时，Be原子的2s的1个电子激发到一个空的2p轨道上，2s和1个有单电子的2p轨道发生sp杂化，形成2个能量相等、相互间夹角为180°的2个相同的杂化轨道(每个轨道上一个单电子)，2个Cl原子的3p轨道与这2个sp杂化轨道发生轨道重叠形成2个完全等同的σ键，在空间对称分布，因而BeCl2是直线形分子 ③sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键，如：乙炔分子中的C≡C键的形成 2．判断中心原子杂化轨道类型的方法 (1)根据杂化轨道数目判断：杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：杂化轨道数目＝价层电子对数目＝σ键电子对数目＋中心原子的孤电子对数目，再由杂化轨道数目确定杂化类型 价层电子对数 杂化轨道数目 杂化类型 4 4 sp3杂化 3 3 sp2杂化 2 2 sp杂化 (2)有多个中心原子时，则根据：“杂化轨道数==价层电子对数==σ键电子对数＋孤电子对数”来判断 如：三聚氰胺分子的结构简式如图所示，分析氮原子、碳原子的杂化类型 杂化 类型 价层电 子对数 σ键电 子对数 孤电 子对数 孤电子对数确定方法 ①号氮原子 sp3 4 3 1 氮原子最外层有5个电子，形成了3对共用电子对，则有一对孤对电子 ②号氮原子 sp2 3 2 1 ③号碳原子 sp2 3 3 0 碳原子最外层4个电子，形成了4对共用电子对，所以碳上无孤对电子 (3)根据杂化轨道的空间分布判断 ①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化 ②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化 ③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化 (4)根据杂化轨道之间的夹角判断 ①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化 ②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化 ③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化 (5)根据分子或离子中有无π键及π键数目判断 没有π键为sp3杂化，含一个π键为sp2杂化，含两个π键为sp杂化 (6)有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法 饱和碳原子均采取sp3杂化；连接双键的碳原子均采取sp2杂化；连接三键的碳原子均采取sp杂化 3．VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 VSEPR模型 VSEPR模型名称 直线形 平面三角形 平面三角形 四面体形 四面体形 正四面体形 中心原子的杂化轨道类型 sp sp2 sp2 sp3 sp3 sp3 典例 CO2 SO2 SO3 H2O NH3 CH4 4．杂化轨道类型与分子空间结构的关系 (1)当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道示意图 实例 BeCl2 BF3 CH4 分子结构示意图 分子空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形 (2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同 ABn型分子 中心原子 杂化类型 中心原子孤电子对数 空间结构 实例 AB2 sp2 1 V形 SO2 AB3 sp3 1 三角锥形 NH3、PCl3、NF3、H3O＋ AB2或(B2A) 2 V形 H2S、NH 【对点训练2】 1．下列有关杂化轨道的说法不正确的是(　　) A．杂化轨道全部参加形成化学键 B．sp3、sp2、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sp3杂化轨道解释 D．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变 2．下列分子中的中心原子的杂化方式为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．BF3 3．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、SO2 C．SO2、CH4 D．NF3、CH2O 4．氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间结构和中心原子(S)采取何种杂化方式的说法正确的是(　　) A．三角锥形、sp3 B．平面三角形、sp2 C．平面三角形、sp3 D．三角锥形、sp2 5．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[] 6．已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是(　　) A．X原子一定是sp2杂化 B．X原子一定为sp3杂化 C．X原子上一定存在孤电子对 D．VSEPR模型一定是平面三角形 7．徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是(　　) A．H2O2分子中的O为sp2杂化 B．CO2 分子中C原子为sp杂化 C．BF3分子中的B原子sp3杂化 D．CH3COOH分子中C原子均为sp2杂化 8．如图在乙烯分子中有5个σ键、一个π键，它们分别是(　　) A．sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键 B．sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键 C．C—H之间是sp2形成的σ键，C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 D．C—C之间是sp2形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 9．下列说法正确的是(　　) ①S8分子中S原子采用的杂化轨道类型为sp3 ②C2H4分子中只有以s轨道与sp2杂化轨道“头碰头”方式重叠而成的σ键 ③SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角<120° ④H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H－O－H的键角大 A．①② B．③④ C．①②③ D．①③④ 1．下列关于杂化轨道的说法中，错误的是(　　) A．ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道 B．杂化轨道既可能形成σ键，也可能形成π键 C．s轨道和p轨道杂化不可能有sp4杂化轨道出现 D．孤电子对有可能参加杂化 2．下列关于杂化轨道的叙述正确的是(　　) A．杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键 B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对 C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的1个s轨道杂化而成的 D．在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—H σ键 3．氨气分子空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为(　　) A．两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为sp2型杂化，而CH4是sp3型杂化 B．NH3分子中N原子形成三个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道 C．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 D．氨气的相对分子质量大于甲烷 4．下列说法中正确的是(　　) A．PCl3分子是三角锥形，这是因为磷原子是sp2杂化的结果 B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道 C．中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形或V形 D．AB3型的分子空间结构必为平面三角形 5．下列关于氨气和甲烷的说法不正确的是(　　) A．两种分子的VSEPR模型相同 B．NH3分子中N原子形成四个不等性杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个等性杂化轨道 C．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，而甲烷分子中没有孤电子对，两分子的空间结构不同 D．NH3分子可以与H＋结合生成NH，这个过程N原子的杂化类型发生改变 6．根据价层电子对互斥模型及杂化轨道理论判断NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式均正确的是(　　) A．直线形　sp杂化 B．三角形　sp2杂化 C．三角锥形　sp2杂化 D．三角锥形　sp3杂化 7．CH、—CH3、CH都是重要的有机反应中间体，有关它们的说法正确的是(　　) A．三者电子总数相等，碳原子均采取sp2杂化 B．CH与NH3、H3O＋中心原子均为sp3杂化，几何构型均为三角锥形 C．CH中的碳原子采取sp2杂化，所有原子共平面 D．CH中的碳原子采取sp3杂化，所有原子均共面 8．下列说法中正确的是(　　) A．NCl3分子呈三角锥形，这是氮原子采取sp2杂化的结果 B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道 C．中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形或V形 D．AB3型的分子空间结构必为平面三角形 9．下列图形属于sp杂化轨道的是(　　) 10．在分子中，碳原子成键时所采取的杂化方式为(　　) A．sp2杂化；sp2杂化 B．sp3杂化；sp3杂化 C．sp2杂化；sp3杂化 D．sp杂化；sp3杂化 11．下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是(　　) 选项 粒子 空间结构 杂化方式 A SO3 平面三角形 S原子采取sp杂化 B SO2 V形 S原子采取sp3杂化 C CO 三角锥形 C原子采取sp2杂化 D C2H2 直线形 C原子采取sp杂化 12．下列中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构不正确的是(　　) A．NO中N原子sp2杂化，为V形 B．NH中N原子sp3杂化，为正四面体形 C．NF3中N原子sp2杂化，为平面三角形 D．SO2中S原子sp2杂化，为V形 13．下列描述中正确的是(　　) A．CO2分子的空间结构为V形 B．ClO的空间结构为平面三角形 C．SF6中每个原子均满足最外层8电子稳定结构 D．SiF4和SO的中心原子均为sp3杂化 14．下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳1对孤电子对的是(　　) A．CH4、NH3、H2O B．CO2、BBr3、SO C．C2H4、SO2、BeCl2 D．NH3、PCl3、H3O＋ 15．下列中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构不正确的是(　　) A．PCl3中P原子sp3杂化，为三角锥形 B．BCl3中B原子sp2杂化，为平面三角形 C．H2S中S原子为sp杂化，为直线形 D．CS2中C原子sp杂化，为直线形 16．甲醛(HCHO)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醛、甲醇分子内C原子的杂化方式分别为(　　) A．sp2　sp2 B．sp3　sp2 C．sp2　sp3 D．sp　sp3 17．下列有关二氯化锡(SnCl2)分子的说法正确的是(　　) A．有一个σ键、一个π键 B．是直线形分子 C．中心原子Sn是sp2杂化 D．键角等于120° 18．下列说法正确的是(　　) A．CH2Cl2分子的空间结构为正四面体形 B．H2O分子中氧原子的杂化轨道类型为sp2，分子的立体构型为V形 C．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp，分子的立体构型为直线形 D．SO的空间结构为平面三角形 19．已知Zn2＋的4s轨道和4p轨道可以形成sp3型杂化轨道，那么[ZnCl4]2－的空间结构为(　　) A．直线形 B．平面正方形 C．正四面体形 D．正八面体形 20．如图为某硅氧离子的空间结构示意图(虚线不表示共价键)。通过观察分析，下列叙述正确的是(　　) A．键角为120° B．化学组成为SiO C．Si原子采用sp2杂化 D．化学组成为SiO 21．已知下列微粒：①CH4　②CH2==CH2　③CH≡CH　④NH3　⑤NH　⑥BF3　⑦H2O　⑧H2O2。试回答下列问题 (1)分子空间构型为正四面体形的是________(填序号，下同) (2)中心原子为sp3杂化的是________，中心原子为sp2杂化的是________，中心原子为sp杂化的是________ (3)所有原子共平面(含共直线)的是________，共直线的是________ 22．回答下列问题 (1)图(a)为S8的结构，其硫原子的杂化轨道类型为　　　　　　 (2)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的空间结构为　　　　　　　　；固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为　　　　 (3)COCl2分子中所有原子均满足8电子结构，COCl2分子中σ键和π键的个数比为　　　　，中心原子的杂化轨道类型为　　　　 (4)As4O6的分子结构如图所示，其中As原子的杂化轨道类型为　　　　 (5)AlH中，Al原子的杂化轨道类型为　　　　 (6)N－甲基咪唑()中碳原子的杂化轨道类型为________ (7)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是______、______ (8)HOCH2CN分子中碳原子的杂化轨道类型是________ (9)丙烯腈分子(H2C==CH—C≡N)中碳原子杂化轨道类型为________ (10)SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为________，SiCl4可发生水解反应，机理如下，含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为________(填标号) 23．已知：①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5，氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。②PCl5分子中，P原子的1个3s轨道、3个3p轨道和1个3d轨道发生杂化形成5个sp3d杂化轨道，PCl5分子呈三角双锥形() (1)NH3、PCl3和PCl5分子中，所有原子的最外层电子数都是8个的是_______(填分子式)，该分子的形状是______ (2)下列关于PCl5分子的说法正确的有________(填字母)。 A．PCl5分子中磷原子没有孤电子对 B．PCl5分子中没有形成π键 C．PCl5分子中所有的Cl—P—Cl键角都相等 (3)N、P是同一族元素，P能形成PCl3、PCl5两种氯化物，而N只能形成一种氯化物NCl3，而不能形成NCl5，原因是_________________　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　__________ (4)有同学认为，NH5与PCl5类似，N原子的1个2s轨道、3个2p轨道和1个2d轨道可能发生sp3d杂化。请你对该同学的观点进行评价：____________________________　　　　　　　　　　　　　　　　_ (5)经测定，NH5中存在离子键，N原子最外层电子数是8，所有氢原子的最外层电子数都是2，则NH5中H元素的化合价为________和________；该化合物中N原子的杂化方式________ 24．“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)写出基态碳原子的电子排布式 。 (2)氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂化轨道类型分别是________、________、________。 (3)一个三聚氰胺分子中有________个σ键。 (4)三聚氰胺与三聚氰酸()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，每个碳氧原子之间的共价键是________(填字母)。 A．2个σ键 B．2个π键 C．1个σ键，1个π键 答案及解析 【对点训练1】 1．　(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√ 2．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成键，也可以容纳孤电子对(如NH3、H2O的形成)，故D项错误。 3．B。解析：原子轨道形成杂化轨道前后，轨道数目不变化，用于形成杂化轨道的原子轨道的能量相近，并满足最大重叠程度。 【对点训练2】 1．A。解析：杂化轨道可以部分参加形成化学键，例如NH3中N发生了sp3杂化，形成了4个sp3杂化轨道，但是只有3个参与形成化学键，故A错误；sp3、sp2、sp杂化轨道其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°，故B正确；四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释，如甲烷、氨气分子、水分子等分子的中心原子均属于sp3杂化，故C正确；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，故D正确。 2．C。解析：CH≡CH中含有三键，所以有π键，不符合题意，故A不选；CO2的结构式为O==C==O，分子中含有碳氧双键，含有π键，不符合题意，故B不选；氯化铍分子中，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，中心原子以sp杂化轨道成键，分子中不含π键，故C选；BF3中B原子含有3个共价单键，所以价层电子对数是3，中心原子以sp2杂化轨道成键，故D不选。 3．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＝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＝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，D项不符合题意。 4．A。解析：根据VSEPR模型，SOCl2的中心原子S原子的价层电子对数为3＋＝4，中心原子采用sp3杂化，其中S原子含有一对孤对电子，空间构型为三角锥形。 5．A。解析：甲基上C为sp3杂化，—CHO上C为sp2杂化，A项正确；碳碳双键上C为sp2杂化，—CN上C为sp杂化，B项错误；—CHO上C为sp2杂化，C项错误；甲基上C为sp3杂化，碳碳三键上C为sp杂化，D项错误。 6．C 解析　若X原子无孤电子对，则它一定是直线形分子，若X有一对孤电子对或两对孤电子对，则XY2一定为V形分子，此种情况下X的原子轨道可能为sp2杂化，也可能是sp3杂化，A、B项错误，C项正确；若X有两对孤电子对，则该分子的VSEPR模型为四面体形，D项错误。 7．B。解析：H2O2分子中氧原子形成2个σ键，含有2对孤电子对，采取sp3杂化，故A错误；CO2分子中C原子形成2个σ键，没有孤电子对，采取sp杂化，故B正确；BF3分子中的B原子的最外层电子数3，形成3个σ键，没有孤电子对，采取sp2杂化，故C错误；CH3COOH分子中有2个碳原子，其中甲基上的碳原子形成4个σ键，没有孤对电子，采取sp3杂化，故D错误。 8．A。解析：CH2==CH2中含有5个σ键：其中4个是在C—H之间，另一个是在C—C之间；且在C—C之间还有一个未杂化的2p轨道形成π键。 9．D。解析：①S8是一个环形分子，每个S与另外两个S原子相连，S原子形成2个孤电子对，2个σ键，所以S是sp3杂化，正确；②碳碳双键中一个是σ键，还有一个是π键，错误；③SnBr2分子中，Sn原子的价层电子对数是×(4－2×1)＋2＝3，含有1个孤电子对，SnBr2的空间结构为V形，根据价层电子对互斥模型可以判断其键角小于120°，正确；④H3O＋和H2O中氧原子均采取sp3杂化，H2O中O原子有2个孤电子对，H3O＋中O原子有1个孤电子对，导致H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大，正确。 1．B。解析：ⅠA族元素如果是碱金属，易失电子，如果是H，一个电子在1s能级上，不可能杂化；杂化轨道只能形成σ键，不可能形成π键；p能级只有3个p轨道，不可能有sp4杂化。 2．B。解析：杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能用来形成π键，选项A不正确、B正确；NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的，选项C不正确；在乙烯分子中，1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的s轨道重叠形成2个C—H σ键，剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个C—C σ键，选项D不正确。 3．C。解析：本题考查分子空间结构的判断。NH3中N原子形成3个σ键，有一对未成键的孤电子对，杂化轨道数为4，采取sp3型杂化，孤电子对对成键电子的排斥作用较强，N—H之间的键角小于109°28′，所以氨气分子空间结构是三角锥形；CH4分子中C原子采取sp3型杂化，杂化轨道全部用于成键，碳原子连接4个相同的原子，C—H之间的键角相等为109°28′，故CH4为正四面体形，故A、B、D错误，C正确。 4．C。解析：PCl3中P原子形成3个σ键，P上还有一对孤电子对，P为sp3杂化，PCl3分子是三角锥形，A项错误；sp3杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道，B项错误；中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形(如CH3Cl)或三角锥形(如NH3)或V形(如H2O)，C项正确；AB3型的分子空间结构可能为平面三角形(如BF3)或三角锥形(如NH3)，D项错误。 5．D。解析：氨气分子中氮原子杂化轨道数为1＋3＝4，属于sp3杂化；甲烷分子中的碳原子杂化轨道数为0＋4＝4，属于sp3杂化，类型相同，A正确；NH3分子中N原子有孤电子对，所以氮原子杂化轨道数为1＋3＝4，形成四个不等性杂化轨道；甲烷分子中的碳原子无孤电子对，杂化轨道数为0＋4＝4，形成4个等性杂化轨道，B正确；NH3中N原子形成3个σ键，有一对未成键的孤电子对，杂化轨道数为4，采取sp3杂化，孤电子对对成键电子的排斥作用较强，N—H之间的键角小于109°28′，所以氨气分子空间结构是三角锥形；CH4分子中C原子采取sp3杂化，杂化轨道全部用于成键，碳原子连接4个相同的原子，C—H之间的键角相等为109°28′，故CH4为正四面体形，C正确；NH3分子可以与H＋结合生成NH，这个过程N原子的杂化类型并未发生改变，仍是sp3杂化，正确选项D。 6．D。解析：判断分子的杂化方式要依据中心原子的孤电子对数以及与中心原子相连的原子个数。在NF3分子中，N原子的孤电子对数为1，与其相连的原子数为3，可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化，NF3分子的空间结构为三角锥形。 7．C。解析：A项，CH、—CH3、CH中电子总数不等，错误；B项，CH中心原子sp2杂化，NH3、H3O+中心原子为sp3杂化，错误；C项，CH中碳原子价层电子对数是3且不含孤电子对，所以碳原子采取sp2杂化，为平面三角形，所有原子共平面，C项正确，D项错误。 8．C。解析：A.NCl3分子中心氮原子上的价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝3＋＝4，因此NCl3分子中氮原子以sp3杂化，选项A错误；B.sp3杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道“混杂”起来，形成能量相等、成分相同的4个轨道，选项B错误；C.一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的空间结构为四面体形，如甲烷分子，但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据，则空间结构发生变化，选项C正确；D.AB3型的分子如NH3、PCl3分子是三角锥形，选项D错误。 9．D。解析：sp杂化轨道的夹角是180°，C项属于未杂化的p轨道。 10．C。解析：羰基上的碳原子共形成3个σ键，为sp2杂化，两侧甲基中的碳原子共形成4个σ键，为sp3杂化。 11．D 12．C。解析：NF3分子中，N原子形成3个σ键，孤电子对数为＝1，则为sp3杂化，为三角锥形，C错误。 13．D。解析：CO2分子中C原子形成2个σ键，孤电子对数为0，为直线形分子；ClO中Cl原子形成3个σ键，孤电子对数为＝1，为三角锥形离子；SF6中S原子最外层电子数为6×2＝12；SiF4分子中Si原子形成4个σ键，孤电子对数为0，为sp3杂化，SO中S原子形成3个σ键，孤电子对数为＝1，为sp3杂化，D正确。 14．D。解析：A.CH4、NH3、H2O的中心原子价层电子对数都是4，都采用sp3杂化，CH4、NH3、H2O的中心原子上的孤电子对数分别是0、1、2，A不符合题意；B.CO2、BBr3、SO中的中心原子价层电子对数分别是2、3、4，且CO2、BBr3、SO中孤电子对数分别是0、0、1，B不符合题意；C.C2H4、SO2、BeCl2中的中心原子价层电子对数分别是3、3、2，且C2H4、SO2、BeCl2中孤电子对数分别是0、1、0，C不符合题意；D.NH3、PCl3、H3O＋的中心原子价层电子对数都是4，采用sp3杂化，中心原子上的孤电子对数都是1, D符合题意。 15．C。解析：PCl3中P原子形成3个σ键，孤电子对数为＝1，则为sp3杂化，为三角锥形，故A正确；BCl3中B原子形成3个σ键，孤电子对数为＝0，则为sp2杂化，为平面三角形，故B正确；H2S分子中S原子形成2个σ键，孤电子对数为＝2，则为sp3杂化，为V形，故C错误；CS2中C原子形成2个σ键，孤电子对数为＝0，则为sp杂化，为直线形，故D正确。 16．C。解析：HCHO分子中中心原子上的价层电子对数为：3＋(4－2－2×1)＝3，故该C原子采用sp2杂化，CH3OH分子中中心原子C原子上的价层电子对数为：4＋[4－3×1－(2－1)]＝4，故该碳原子采用sp3杂化。 17．C。解析：氯原子只能形成单键，而单键只能是σ键，A项错误；由于中心原子Sn形成了两个σ键、还有一对孤电子对，故它是sp2杂化，SnCl2为V形结构，受孤电子对的影响，键角小于120°，B、D项错误，C项正确。 18．C。解析：CH4中4个共价键完全相同，为正四面体形，CH2Cl2分子的4个共价键不完全相同，所以分子的空间结构不是正四面体形，A错误；H2O分子中O原子的价层电子对数＝2＋×(6－1×2)＝4，为sp3杂化，含有2个孤电子对，分子的空间结构为V形，B错误；CO2中C原子的价层电子对数＝2＋×(4－2×2)＝2，为sp杂化，分子的空间结构为直线形，C正确；SO中S原子的价层电子对数＝3＋×(6＋2－3×2)＝4，为sp3杂化，含1对孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，D错误。 19．C。解析：根据杂化轨道理论知，Zn2＋的4s轨道和4p轨道形成的sp3杂化轨道为正四面体形，Zn2＋再结合4个Cl－形成[ZnCl4]2－，其中Zn2＋的孤电子对数为0，所以[ZnCl4]2－的空间结构为正四面体形。 20．D。解析：由结构示意图可知，4个O原子构成正四面体，Si位于正四面体的中心，键角为109°28′，A项错误；Si原子形成4个Si—O键，Si的化合价为＋4价，O的化合价为－2价，则该离子的化学组成为SiO，B项错误，D项正确；Si原子形成4个Si—O σ键，Si原子上没有孤电子对，则中心Si原子采取sp3杂化，C项错误。 21．(1)①⑤ (2)①④⑤⑦⑧　②⑥　③ (3)②③⑥⑦　③ 解析：①CH4中C原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝4＋0＝4，所以C原子采取sp3杂化，CH4的空间构型为正四面体形；②CH2==CH2中C原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋0＝3，所以C原子采取sp2杂化，CH2==CH2中所有原子共平面；③CH≡CH中C原子采取sp杂化，CH≡CH的空间构型为直线形；④NH3中N原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋1＝4，所以N原子采取sp3杂化，NH3的空间构型为三角锥形；⑤NH中N原子采取sp3杂化，NH的空间构型为正四面体形；⑥BF3中B原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋0＝3，所以B原子采取sp2杂化，BF3的空间构型为平面三角形。 22．(1)sp3　 (2)平面三角形　sp3　 (3)3∶1　sp2　 (4)sp3　 (5)sp3 (6)sp3、sp2 (7)sp3　sp3　 (8)sp3和sp　 (9)sp2、sp (10)sp3　②　 解析：(1)S8中硫原子形成2个S—S键，还有2对孤电子对，杂化方式为sp3；(2)气态SO3的中心原子的价层电子对数为3，孤电子对数为0，故其空间结构为平面三角形；三聚分子中，中心S原子的价层电子对数为4，杂化轨道类型为sp3； (3)COCl2的结构式为，σ键数为3，π键数为1，中心C原子的价层电子对数为3，杂化类型为sp2；(4)由As4O6的结构可知，中心原子As的价层电子对数为4，(其中σ键数3，孤电子对数1)，sp3杂化； (5)AlH的价层电子对数为4，(其中σ键数4，孤电子对数0)，Al原子的杂化轨道类型为sp3。 (6)N-甲基咪唑分子中含有甲基和碳碳双键，则该分子中碳原子的杂化轨道类型为sp3、sp2。 23．(1)PCl3　三角锥形　 (2)AB　 (3)N原子最外层无d轨道，不能发生sp3d杂化，故无NCl5　 (4)不对，因为N原子没有2d轨道　 (5)＋1　－1　sp3 24．(1)1s22s22p2 (2)sp　sp2　sp3 (3)15 (4)sp2　C 解析　(2)—C≡N中的N原子、环上的N原子、—NH2中的N原子分别形成1、2、3个σ键且均有一对未成键电子，所以分别采取sp、sp2、sp3杂化。(3)除每个双键上有1个π键外，其余均为σ键，共15个。 (4)由于该分子中C与O形成双键，则应采取sp2方式成键，sp2杂化的C原子与氧原子间有1个σ键、1个π键。 2 1 学科网（北京）股份有限公司 $$