2.2.2杂化轨道理论 讲义 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

Chemistry 不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海 杂化轨道理论 ( 钠及其化合物 ) 一、杂化轨道及其类型 1．杂化轨道的形成及特点 2．杂化轨道理论的要点 (1)原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。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，孤立的原子不可能发生杂化。 (3)只有能量相近的原子轨道才能杂化(如2s、2p)。 (4)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。 (5)为使相互间的排斥力最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但相同杂化形式的杂化轨道形状完全相同。杂化使原子的成键能力增加。形成的共价键更牢固。 (6)杂化轨道用于形成σ键或者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。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。 (7)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征——方向性和饱和性 (8)杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+与中心原子结合的原子数。 3．杂化轨道的类型 (1)sp3杂化轨道 sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化而成的，sp3杂化轨道间的夹角为109°28′，空间结构为正四面体形(如图所示)，如，CH4、CF4、CCl4 (2)sp2杂化轨道 sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形(如图所示)，如，BF3 (3)sp杂化轨道 sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形(如图所示)，如，BeCl2 【特别提醒】 ①sp2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 ②sp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 【课堂小练1】 1.C原子在形成化合物时，可采取多种杂化方式。杂化轨道中s轨道成分越多，C元素的电负性越强，连接在该C原子上的H原子越容易电离。下列化合物中，最有可能在碱性体系中形成阴离子的是(　　) A．CH4 B．CH2==CH2 C．CH≡CH D．苯 2.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、能量最低原则 D．CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109.5° 二、判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法 1．根据杂化轨道的空间分布构型判断 (1)若杂化轨道在空间的分布为正四面体形，则分子的中心原子发生sp3杂化。 (2)若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中心原子发生sp2杂化。 (3)若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生sp杂化。 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′，则分子的中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子发生sp杂化。 3．以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化轨道类型 (1)没有形成π键，采取sp3杂化，如CH4、CCl4等； (2)形成一个π键，采取sp2杂化，如CH2==CH2等； (3)形成两个π键，采取sp杂化，如CH≡CH、CO2等。 【课堂小练2】 3．下列分子的中心原子杂化轨道类型相同的是(　　) A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4 4．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 三、杂化轨道类型与分子空间结构的关系 1．杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。 (1)没有孤电子对：能量相同的杂化轨道彼此远离→形成的分子为对称结构。 (2)有孤电子对：孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥→形成的分子的空间结构发生变化。 2．杂化轨道与分子的空间结构的关系 (1)杂化轨道全部用于形成σ键 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道组成 一个ns和一个np 一个ns和两个np 一个ns和三个np 轨道夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道示意图 实例 BeCl2 BF3 CH4 分子的空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形 (2)杂化轨道中有未参与成键的孤电子对 杂化类型 sp2 sp3 中心原子所在族 第ⅥA族 第ⅤA族 第ⅥA族 中心原子的孤电子对数 1 1 2 分子空间结构 V形 三角锥形 V形 实例 SO2 NH3、PCl3、PH3 H2O、H2S 【课堂小练3】 5.下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是 (　　) 选项 粒子 空间结构 解释 A 氨基负离子(N) 直线形 N原子采取sp杂化 B 二氧化硫(SO2) V形 S原子采取sp3杂化 C 碳酸根离子(CO32-) 三角锥形 C原子采取sp3杂化 D 乙炔(C2H2) 直线形 C原子采取sp杂化且C原子的价电子均参与成键 6．下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是(　　) ①BF3　②CH2==CH2　③　④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4 A．①②③ B．①⑤⑥ C．②③④ D．③⑤⑥ 7．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 四、分子(或离子)空间结构与杂化轨道理论 判断分子(或离子)的空间结构时，要能够正确计算价层电子对数：一是运用计算式推导出价层电子对数；二是看σ键电子对数。如下表： 价层电子对数 杂化类型 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型名称 分子空间结构 实例 2 sp 2 0 直线形 直线形 BeCl2 3 sp2 3 0 平面三角形 平面三角形 BF3 2 1 V形 SnBr2 4 sp3 4 0 四面体形 正四面体形 CH4 3 1 三角锥形 NH3 2 2 V形 H2O 【课堂小练4】 8．下列分子或离子中，VSEPR模型与粒子的空间结构一致的是(　　) A．SO2 B．HCHO C．NCl3 D．H3O＋ 9．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 10．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，分子的空间结构为V形 C．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp，分子的空间结构为直线形 D．SO的空间结构为平面三角形 五、键角的判断与比较 含有共价键的物质中相邻两键之间的夹角称为键角。键角是决定物质分子空间结构的主要因素之一。在高中阶段学习中，影响键角大小的因素主要有三个：一是中心原子的杂化轨道类型；二是中心原子的孤电子对数；三是中心原子的电负性大小。 1．中心原子杂化轨道类型不同的粒子，键角大小为sp杂化＞sp2杂化＞sp3杂化，如键角：CH≡CH＞CH2==CH2＞CH4。 2．中心原子杂化方式相同的粒子，由于斥力：孤电子对与孤电子对之间＞孤电子对与成键电子对之间＞成键电子对与成键电子对之间，孤电子对数越多，对成键电子对的斥力越大，键角越小。如键角：CH4＞NH3＞H2O。 3．中心原子杂化方式相同且孤电子对数目也相同，利用中心原子的电负性大小比较键角大小。如H2O、H2S中，中心原子均为sp3杂化，分子空间结构均为V形，由于电负性：O＞S，吸引电子的能力：O＞S，且键长：O—H<S—H，使得H2O、H2S中成键电子对间的斥力逐渐减弱，键角减小，即键角：H2O(105°)＞H2S(92.1°)。 4．同一粒子中不同共价键的键角，由于斥力：双键间＞双键与单键间＞单键间，则键角大小不同。如甲醛中：，键角：α＞β。 【课堂小练5】 11．在SO2分子中，分子的空间结构为V形，S原子采取sp2杂化，那么SO2的键角(　　) A．等于120° B．大于120° C．小于120° D．等于180° 12．下列分子或离子中键角由大到小排列正确的是(　　) ①BCl3　 ②NH3　 ③H2O　 ④PCl　 ⑤BeCl2 A．⑤④①②③ B．④①②⑤③ C．⑤①④②③ D．③②④①⑤ 【课时对点练习】 题组一　杂化轨道及其类型 1.(2024·北京市第四十中中学高二期中)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、部分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，但轨道的能量、方向和形状发生了改变 2．(2023·长沙南雅中学高二检测)能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为(　　) A. B. C. D. 3.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　) A．CO2和SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H4与C2H2(C2H2的结构简式为CH≡CH) 4．(广东铁一中学高二检测)在乙烯分子中有5个σ键、1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．碳与氢原子之间是sp2杂化轨道形成的σ键，碳与碳原子之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 D．碳与碳原子之间是sp2杂化轨道形成的σ键，碳与氢原子之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 题组二　判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法 5．下列说法正确的是(　　) A．含有四个原子的分子的空间结构不可能为正四面体形 B．分子式为AB2的分子的空间结构一定为V形 C．在SO中硫原子的杂化方式为sp2，是正四面体形结构 D．CO中心碳原子的孤电子对数为0，故其结构为平面三角形 6．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VSEPR模型、分子的空间结构和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是(　　) A．四面体形、三角锥形、sp3 B．平面三角形、V形、sp2 C．平面三角形、平面三角形、sp2 D．四面体形、三角锥形、sp2 7．氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成，已知其阴离子空间结构为平面三角形，则其阳离子的空间结构和阳离子中的氮的杂化方式分别为(　　) A．直线形，sp B．V形，sp2 C．三角锥形，sp3 D．平面三角形，sp2 题组三　杂化轨道类型与分子空间结构的关系 8．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原子为sp3杂化，三角锥形 B．NH中N原子为sp3杂化，正四面体形 C．H2S中S原子为sp杂化，直线形 D．SO2中S原子为sp2杂化，V形 9.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 CO32- 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 10.通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是(　　) A．CH4和NH是等电子体，键角均为60° B．NO和CO是等电子体，均为平面三角形结构 C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构 D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道 11．下列说法正确的是(　　) ①CS2为V形分子　②ClO的空间结构为平面三角形　③SF6中有6个完全相同的成键电子对　④SiF4和SO的中心原子均采取sp3杂化 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 12.．根据价电子对互斥理论及杂化轨道理论判断NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为(　　) A．直线形，sp1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 13．根据杂化轨逆理论和价层电子对互斥模型判断，下列分子的立体构型不正确的是( ) 选项 分子 中心原子杂化方式 VSEPR模型 分子的立体构型 A CO2 sp 直线形 直线形 B HCHO sp2 平面三角形 平面三角形 C PCl3 sp3 四面体形 三角锥形 D SO3 sp2 平面三角形 V形 题组四　键角的判断与比较 14.．下列关于NH、NH3、NH三种微粒的说法不正确的是(　　) A．三种微粒所含有的电子数相等 B．三种微粒中氮原子的杂化方式相同 C．三种微粒的空间结构相同 D．键角大小关系：NH>NH3>NH 15．利用价电子对互斥理论可推测分子结构中键角的大小，下列判断正确的是( ) A．苯的键角为109.5° B．GeBr2的键角为180° C．的键角比H2S的键角大 D．HCOOH分子中，H-C-O的键角为120° 16．比较下列物质中键角的大小(填“＞”“＝”或“＜”)。 (1)CH4______P4。 (2)NH3______PH3______AsH3。 (3)PF3______PCl3。 (4)光气(COCl2)中∠Cl—C==O____∠Cl—C—Cl。 17．回答下列问题： (1)下列微粒中按键角由大到小的顺序排列为　　　　　　(填序号)。  ①HCN　②SiF4　③SCl2　④CO32-　⑤H3O+ (2)ClO-、ClO2-、ClO3-、ClO4-中Cl都是以sp3杂化轨道与O原子成键，将它们的空间结构填入表格中： 离子 ClO- ClO2- ClO3- ClO4- 空间结构 (3)S单质的常见形式为S8，其结构如图所示，S原子采取的杂化方式是　　　　。  (4)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。N2H4分子中氮原子的杂化轨道类型是　　　 　，N2H4分子中的六个原子　　　　(填“在”或“不在”)同一个平面上。  18.“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 19．臭氧(O3)能吸收紫外线，保护人类赖以生存的环境。O3分子的结构如图所示，呈V形，键角为116.5°，中间的一个氧原子与另外两个氧原子分别构成一个非极性共价键。中间氧原子提供2个电子，旁边两个氧原子各提供一个电子，构成一个特殊的化学键(虚线内部分)，分子中三个氧原子共用这4个电子。请回答： (1)O3中的非极性共价键是__________键，特殊的化学键是________键。 (2)分子中的大π键可用符号Π表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Π)，则O3中的大π键应表示为________。 (3)下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是______(填字母)。 A．H2O　　　 　B．CO2 C．SO2 D．BeCl2 (4)分子中某一原子上没有跟其他原子共用的电子对叫孤电子对，O3分子中有________对孤电子对。 20．等电子体的结构相似、物理性质相近，称为等电子原理。如N2和CO为等电子体。下表为部分元素等电子体分类、空间构型表。 等电子体类型 代表物质 空间构型 四原子24电子等电子体 SO3 平面三角形 四原子26电子等电子体 三角锥形 五原子32电子等电子体 CCl4 四面体形 六原子40电子等电子体 PCl5 三角双锥形 七原子48电子等电子体 SF6 八面体形 试回答： (1)下面物质分子或离子的空间构型： BrO3－_________，CO32－________，HClO4__________。 (2)由第一、二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有________。 (3)SF6的空间构型如图1所示，请再按照图1的表示方法在图2中表示OSF4分子中O、S、F原子的空间位置。已知OSF4分子中O、S间为共价双键，S、F间为共价单键。___________ 【参考答案】 【课堂小练1】 1.C原子在形成化合物时，可采取多种杂化方式。杂化轨道中s轨道成分越多，C元素的电负性越强，连接在该C原子上的H原子越容易电离。下列化合物中，最有可能在碱性体系中形成阴离子的是(　　) A．CH4 B．CH2==CH2 C．CH≡CH D．苯 答案　C 解析　CH4、CH2==CH2、CH≡CH和苯中C原子分别为sp3、sp2、sp和sp2杂化，则杂化轨道中s轨道成分最多的物质是CH≡CH，其最有可能在碱性体系中形成阴离子，故选C。 2.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、能量最低原则 D．CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109.5° 【答案】B 【解析】轨道数目杂化前后一定相等。 【课堂小练2】 3．下列分子的中心原子杂化轨道类型相同的是(　　) A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4 答案　B 解析　CO2为sp杂化，SO2为sp2杂化，A项错误；二者均为sp3杂化，B项正确；BeCl2为sp杂化，BF3为sp2杂化，C项错误；C2H2为sp杂化，C2H4为sp2杂化，D项错误。 4．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 答案　C 解析　CH≡CH中含有三键，有π键，故不选A；CO2的结构式为O==C==O，分子中含有碳氧双键，含有π键，故不选B；BeCl2分子中，Be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，故选C；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，故不选D。 【课堂小练3】 5.下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是 (　　) 选项 粒子 空间结构 解释 A 氨基负离子(N) 直线形 N原子采取sp杂化 B 二氧化硫(SO2) V形 S原子采取sp3杂化 C 碳酸根离子(CO32-) 三角锥形 C原子采取sp3杂化 D 乙炔(C2H2) 直线形 C原子采取sp杂化且C原子的价电子均参与成键 【答案】D 【解析】NH2-中N原子采取sp3杂化，且孤电子对数为2，离子的空间结构为V形，A项错误；SO2中S原子的价层电子对数=σ键个数+孤电子对数=2+×(6-2×2)=3，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，孤电子对数为1，分子的空间结构为V形，B项错误； CO32-中C原子的价层电子对数=3+×(4+2-3×2)=3，不含孤电子对，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，离子空间结构为平面三角形，C项错误；C2H2中C原子采取sp杂化，且C原子的价电子均参与成键，所以分子的空间结构为直线形，D项正确。 6．下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是(　　) ①BF3　②CH2==CH2　③　④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4 A．①②③ B．①⑤⑥ C．②③④ D．③⑤⑥ 答案　A 解析　sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；③与②相似；④乙炔中的碳原子为sp杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。 7．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 答案　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1个孤电子对或2个孤电子对，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2个孤电子对，则该分子的VSEPR模型为四面体形，D项错误。 【课堂小练4】 8．下列分子或离子中，VSEPR模型与粒子的空间结构一致的是(　　) A．SO2 B．HCHO C．NCl3 D．H3O＋ 答案　B 解析　当中心原子没有孤电子对时，VSEPR模型与分子的空间结构是一致的，SO2、NCl3、H3O＋的中心原子均有孤电子对，A、C、D项错误。 9．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 答案　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。 10．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，分子的空间结构为V形 C．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp，分子的空间结构为直线形 D．SO的空间结构为平面三角形 答案　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为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为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为3＋×(6＋2－3×2)＝4，为sp3杂化，含1个孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，D错误。 【课堂小练5】 11．在SO2分子中，分子的空间结构为V形，S原子采取sp2杂化，那么SO2的键角(　　) A．等于120° B．大于120° C．小于120° D．等于180° 答案　C 解析　由于SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上讲其键角应为120°，但是由于SO2分子中的S原子有一个孤电子对，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此分子中的键角要小于120°。 12．下列分子或离子中键角由大到小排列正确的是(　　) ①BCl3　 ②NH3　 ③H2O　 ④PCl　 ⑤BeCl2 A．⑤④①②③ B．④①②⑤③ C．⑤①④②③ D．③②④①⑤ 答案　C 解析　 微粒 中心原子上孤电子对数 中心原子上价层电子对数 VSEPR 模型名称 杂化轨道类型 空间结构 键角 ①BCl3 ×(3－3×1)＝0 3 平面三角形 sp2 平面三角形 120° ②NH3 ×(5－3×1)＝1 4 四面体形 sp3 三角锥形 107° ③H2O ×(6－2×1)＝2 4 四面体形 sp3 V形 105° ④PCl ×(5－1－4×1)＝0 4 正四面体形 sp3 正四面体形 109°28′ ⑤BeCl2 ×(2－2×1)＝0 2 直线形 sp 直线形 180° 键角由大到小的顺序为⑤①④②③。 【课时对点练习】 题组一　杂化轨道及其类型 1.(2024·北京市第四十中中学高二期中)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、部分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，但轨道的能量、方向和形状发生了改变 【答案】A 【解析】A项，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个杂化轨道，但是只有3个参与形成化学键，A错误；B项，sp3、sp2、sp杂化轨道其空间理论构型分别是正四面体、平面三角形、直线型，所以其夹角分别为109°28′、120°、180°，B正确；C项，采用sp3杂化的分子根据其含有的孤电子对个数确定其实际空间构型，C正确；D项，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，D正确；故选A。 2．(2023·长沙南雅中学高二检测)能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为(　　) A. B. C. D. 答案　D 解析　碳原子中的2s轨道与2p轨道形成4个等性的杂化轨道，因此碳原子最外层上的4个电子分占在4个sp3杂化轨道上并且自旋状态相同。 3.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　) A．CO2和SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H4与C2H2(C2H2的结构简式为CH≡CH) 【答案】B 【解析】CO2分子中，C原子为sp杂化，SO2分子中的S原子为sp2杂化；CH4分子中C原子为sp3杂化，NH3分子中N原子也为sp3杂化；BeCl2分子中Be原子为sp杂化，BF3分子中B原子为sp2杂化；C2H2分子中C原子为sp杂化，而C2H4分子中C原子为sp2杂化。 4．(广东铁一中学高二检测)在乙烯分子中有5个σ键、1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．碳与氢原子之间是sp2杂化轨道形成的σ键，碳与碳原子之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 D．碳与碳原子之间是sp2杂化轨道形成的σ键，碳与氢原子之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 答案　A 解析　乙烯分子中存在4个C—H和1个C==C，碳原子上没有孤电子对，成键电子对数为3，则C原子采取sp2杂化，碳氢键是sp2杂化轨道形成的σ键，碳碳双键中有1个是sp2杂化轨道形成的σ键，还有1个是未参加杂化的2p轨道形成的π键，A项正确。 题组二　判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法 5．下列说法正确的是(　　) A．含有四个原子的分子的空间结构不可能为正四面体形 B．分子式为AB2的分子的空间结构一定为V形 C．在SO中硫原子的杂化方式为sp2，是正四面体形结构 D．CO中心碳原子的孤电子对数为0，故其结构为平面三角形 答案　D 解析　P4分子的空间结构是正四面体形，A错误；BeCl2中铍原子成键电子对数是2，无孤电子对，是sp杂化，分子是直线形，B错误；在SO中硫原子的孤电子对数是0，与其相连的原子数为4，根据杂化轨道理论可推知硫原子为sp3杂化，SO的空间结构是正四面体形，C错误；CO中心碳原子的成键电子对数为3，孤电子对数为×(4＋2－3×2)＝0，该离子是平面三角形结构，D正确。 6．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VSEPR模型、分子的空间结构和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是(　　) A．四面体形、三角锥形、sp3 B．平面三角形、V形、sp2 C．平面三角形、平面三角形、sp2 D．四面体形、三角锥形、sp2 答案　A 解析　SOCl2分子中S原子形成2个S—Cl、1个S==O，价层电子对数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋×(6－1×2－2)＝4，杂化轨道数是4，故S原子采取sp3杂化，SOCl2分子的VSEPR模型为四面体形，且S原子含1个孤电子对，则其分子的空间结构为三角锥形，A项正确。 7．氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成，已知其阴离子空间结构为平面三角形，则其阳离子的空间结构和阳离子中的氮的杂化方式分别为(　　) A．直线形，sp B．V形，sp2 C．三角锥形，sp3 D．平面三角形，sp2 答案　A 解析　氮的最高价氧化物为N2O5，根据N元素的化合价为＋5和原子组成，可知阴离子为NO、阳离子为NO，NO中N原子价层电子对数为2＋×(5－1－2×2)＝2，因此杂化类型为sp，阳离子空间结构为直线形，A项正确。 题组三　杂化轨道类型与分子空间结构的关系 8．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原子为sp3杂化，三角锥形 B．NH中N原子为sp3杂化，正四面体形 C．H2S中S原子为sp杂化，直线形 D．SO2中S原子为sp2杂化，V形 答案　C 解析　PCl3中P原子价层电子对数＝3＋＝4，含有一个孤电子对，则P原子为sp3杂化，分子空间结构为三角锥形，故A正确；NH中N原子价层电子对数＝4＋＝4，不含孤电子对，则N原子为sp3杂化，分子空间结构为正四面体形，故B正确；H2S中S原子价层电子对数＝2＋＝4，含有两个孤电子对，则S原子为sp3杂化，分子空间结构为V形，故C错误；SO2中S原子价层电子对数＝2＋＝3，含有一个孤电子对，则S原子为sp2杂化，分子空间结构为V形，故D正确。 9.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 CO32- 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 【答案】D 【解析】A项，SO3分子中硫原子的价层电子对数=3+×(6-3×2)=3，不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；B项，SO2分子中硫原子的价层电子对数=2+×(6-2×2)=3，含1个孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为V形，错误；C项， CO32-中碳原子价层电子对数=3+×(4+2-3×2)=3，不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；D项，乙炔(CH≡ CH)分子中每个碳原子均形成2个σ键和2个π键，价层电子对数是2，为sp杂化，空间结构为直线形，正确。 10.通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是(　　) A．CH4和NH是等电子体，键角均为60° B．NO和CO是等电子体，均为平面三角形结构 C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构 D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道 【答案】B 【解析】CH4与NH是正四面体结构，键角是109°28′，A错误；NO和CO是等电子体，均为平面三角形结构，B正确；H3O＋和PCl3的价电子总数不相等，不互为等电子体，C错误；苯分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道，故B3N3H6分子中也存在这种轨道，D错误。 11．下列说法正确的是(　　) ①CS2为V形分子　②ClO的空间结构为平面三角形　③SF6中有6个完全相同的成键电子对　④SiF4和SO的中心原子均采取sp3杂化 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　C 解析　①CS2和CO2分子的空间结构相同，为直线形分子，错误；②ClO中Cl的价层电子对数为3＋×(7＋1－2×3)＝4，含有1个孤电子对，则ClO的空间结构为三角锥形，错误；③SF6中含有6个S—F，每个S—F含有1个成键电子对，则SF6分子中有6个完全相同的成键电子对，正确；④SiF4中Si的价层电子对数为4＋×(4－1×4)＝4，SO中S的价层电子对数为3＋×(6＋2－2×3)＝4，则SiF4和SO的中心原子均采取sp3杂化，正确。 12.．根据价电子对互斥理论及杂化轨道理论判断NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为(　　) A．直线形，sp1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 【答案】D 【解析】在NF3分子中N原子价电子对数为1/2×(5＋3×1)＝4，孤对电子数4－3＝1，与其相连的原子数为3，根据理论可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化，空间构型为三角锥形。 13．根据杂化轨逆理论和价层电子对互斥模型判断，下列分子的立体构型不正确的是( ) 选项 分子 中心原子杂化方式 VSEPR模型 分子的立体构型 A CO2 sp 直线形 直线形 B HCHO sp2 平面三角形 平面三角形 C PCl3 sp3 四面体形 三角锥形 D SO3 sp2 平面三角形 V形 【答案】D 【解析】A项，CO2中心原子杂化方式sp，价层电子对互斥模型为直线型，分子的立体构型直线型，A正确；B项，HCHO分子中心原子杂化方式sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，B正确；C项，PCl3分子中心原子杂化方式sp3，价层电子对互斥模型为四面体形；由于P原子上含有一个孤电子对，因此分子的立体构型为三角锥形，C正确；D项，SO3的中心原子杂化方式sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形；S 原子上没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，而不是V形，D错误；故选D。 题组四　键角的判断与比较 14.．下列关于NH、NH3、NH三种微粒的说法不正确的是(　　) A．三种微粒所含有的电子数相等 B．三种微粒中氮原子的杂化方式相同 C．三种微粒的空间结构相同 D．键角大小关系：NH>NH3>NH 答案　C 解析　NH、NH3、NH中含有的电子数均为10，A正确；NH、NH3、NH三种微粒中氮原子的杂化方式均为sp3杂化，B正确；NH为正四面体形，NH3为三角锥形，NH为V形，C错误；NH、NH3、NH三种微粒的键角大小关系为NH>NH3>NH，D正确。 15．利用价电子对互斥理论可推测分子结构中键角的大小，下列判断正确的是( ) A．苯的键角为109.5° B．GeBr2的键角为180° C．的键角比H2S的键角大 D．HCOOH分子中，H-C-O的键角为120° 【答案】C 【解析】A项，苯中的C均为sp2杂化，为平面六边形结构，键角为120°，A错误；B项，根据价层电子对互斥理论，GeBr2的价层电子对数为2+×(4-2×1)=3，孤电子对数为1，为V形结构，由于孤电子对斥力较大，键角小于120°，B错误；C项，根据价层电子对互斥理论，PH3的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4， H2S的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4，VSEPR模型为四面体形，H2S的孤电子对数为2对，PH3为1对，孤电子对斥力较大，因此H2S的键角较小，C正确；D项，HCOOH中由于C=O双键的存在，C为sp2杂化，为平面三角形，由于羰基O的孤电子对的排斥作用，H-C-O的键角略大于120°，D错误；故选C。 16．比较下列物质中键角的大小(填“＞”“＝”或“＜”)。 (1)CH4______P4。 (2)NH3______PH3______AsH3。 (3)PF3______PCl3。 (4)光气(COCl2)中∠Cl—C==O____∠Cl—C—Cl。 答案　(1)＞　(2)＞　＞　(3)＜　(4)＞ 17．回答下列问题： (1)下列微粒中按键角由大到小的顺序排列为　　　　　　(填序号)。  ①HCN　②SiF4　③SCl2　④CO32-　⑤H3O+ (2)ClO-、ClO2-、ClO3-、ClO4-中Cl都是以sp3杂化轨道与O原子成键，将它们的空间结构填入表格中： 离子 ClO- ClO2- ClO3- ClO4- 空间结构 (3)S单质的常见形式为S8，其结构如图所示，S原子采取的杂化方式是　　　　。  (4)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。N2H4分子中氮原子的杂化轨道类型是　　　 　，N2H4分子中的六个原子　　　　(填“在”或“不在”)同一个平面上。  【答案】(1)①④②⑤③ (2)直线形　V形　三角锥形　正四面体形 (3)sp3 (4)sp3　不在 【解析】(1)①HCN中的C原子采取sp杂化，键角为180°；②SiF4中Si原子杂化轨道数为4，采取sp3杂化，键角为109°28'；③SCl2中S原子杂化轨道数为4，采取sp3杂化，含有2个孤电子对，分子为V形结构，键角约为105°；④CO32-中C原子的杂化轨道数为3，所以C原子采取sp2杂化，分子为平面三角形结构，键角为120°；⑤H3O+中O原子的杂化轨道数为4，所以O原子采取sp3杂化，O原子上含有1个孤电子对，分子为三角锥形结构，键角约为107°。所以各微粒按键角由大到小的顺序排列为①④②⑤③。(2)ClO-中两原子构成直线形结构， ClO2-、ClO3-、ClO4-中Cl采取sp3杂化，孤电子对数分别为2、1、0，所以空间结构分别为V形、三角锥形、正四面体形。(3)由题图结构可知，每个硫原子形成2个共价键，且含有2个孤电子对，S原子的杂化轨道数为4，故硫原子采取sp3杂化。(4)N2H4分子中，每个N原子形成3个σ键，N原子上有1个孤电子对，故N原子采取sp3杂化；1个N原子和与其相连的2个H原子及另外1个N原子形成类似NH3的三角锥形结构，故六个原子不可能共面。 18.“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　(1)1s22s22p2　(2)sp　sp2　sp3　(3)15 (4)sp2　C 解析　(2)氰胺中—C≡N中的N原子、三聚氰胺环上的N原子、—NH2中的N原子分别形成1、2、3个σ键且均有一个孤电子对，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杂化方式成键，sp2杂化的C原子与氧原子间有1个σ键、1个π键。 19．臭氧(O3)能吸收紫外线，保护人类赖以生存的环境。O3分子的结构如图所示，呈V形，键角为116.5°，中间的一个氧原子与另外两个氧原子分别构成一个非极性共价键。中间氧原子提供2个电子，旁边两个氧原子各提供一个电子，构成一个特殊的化学键(虚线内部分)，分子中三个氧原子共用这4个电子。请回答： (1)O3中的非极性共价键是__________键，特殊的化学键是________键。 (2)分子中的大π键可用符号Π表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Π)，则O3中的大π键应表示为________。 (3)下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是______(填字母)。 A．H2O　　　 　B．CO2 C．SO2 D．BeCl2 (4)分子中某一原子上没有跟其他原子共用的电子对叫孤电子对，O3分子中有________对孤电子对。 【答案】(1)σ　π　(2)Π　(3)C　(4)5 【解析】(1)由题意可知，中间的氧原子以2个σ键和1个π键与旁边的2个氧原子连接。(3)H2O分子中氧原子采用sp3杂化；CO2中碳原子采用sp杂化；BeCl2中Be原子采用sp杂化；SO2中硫原子采用sp2杂化，为V形结构，所以SO2和O3的结构类似。 20．等电子体的结构相似、物理性质相近，称为等电子原理。如N2和CO为等电子体。下表为部分元素等电子体分类、空间构型表。 等电子体类型 代表物质 空间构型 四原子24电子等电子体 SO3 平面三角形 四原子26电子等电子体 三角锥形 五原子32电子等电子体 CCl4 四面体形 六原子40电子等电子体 PCl5 三角双锥形 七原子48电子等电子体 SF6 八面体形 试回答： (1)下面物质分子或离子的空间构型： BrO3－_________，CO32－________，HClO4__________。 (2)由第一、二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有________。 (3)SF6的空间构型如图1所示，请再按照图1的表示方法在图2中表示OSF4分子中O、S、F原子的空间位置。已知OSF4分子中O、S间为共价双键，S、F间为共价单键。___________ 【答案】(1)三角锥形 平面三角形 四面体形 (2)O22- (3) 【解析】根据价电子数(最外层电子)和原子数(氢原子不计在内)相同的分子(或离子)互称为等电子体。(1)BrO3－与SO32－互称为等电子体，由表格信息可知二者的空间构型为三角锥形，SO3和CO32－互为等电子体，由表格信息可知二者空间构型为平面三角形，HClO4与CCl4互为等电子体，由表格信息可知二者的空间构型为四面体；(2)根据价电子数(最外层电子)和原子数(氢原子不计在内)相同的分子(或离子)互称为等电子体，F2为双原子14电子体，从第一、二周期元素中，与F2互为等电子体的离子是O22－；(3)SF6为7原子48电子体，空间构型为八面体形，OSF4为6原子40电子体，其空间构型为三角双锥形；S和O间为共价双键，S和F间为共价单键，即表示方法是。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$