2.2.4 杂化轨道类型和分子空间结构的判断方法 学案 2024-2025学年高二下学期化学鲁科版（2019） 选择性必修2

微专题三　杂化轨道类型和分子空间结构的判断方法 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、杂化轨道类型的判断方法 1.由杂化轨道数目判断 杂化轨道数 2 3 4 杂化轨道类型 sp sp2 sp3 杂化轨道数=中心原子孤电子对数+中心原子结合的原子数=价电子对数。 2.根据杂化轨道之间的夹角判断 内容 夹角 杂化轨道类型 不同的杂化方式，其杂化轨道之间的夹角不同，所以可根据杂化轨道间的夹角判断分子或离子中中心原子的杂化轨道类型 109°28' sp3 120° sp2 180° sp 3.根据杂化轨道的空间结构判断 杂化轨道的空间结构 杂化轨道类型 正四面体形 sp3 平面三角形 sp2 直线形 sp 4.根据分子或离子的空间结构判断 分子或离子的空间结构 杂化轨道类型 四面体形、三角锥形 sp3 平面三角形 sp2 角形 sp3或sp2 直线形 sp 5.有机物中碳原子的杂化方式可根据成键情况判断 若碳原子形成的全部为单键，则为sp3杂化；若有一个双键，则为sp2杂化；若有三键，则为sp杂化。 例1　下列描述错误的是(　　) A.BF3和B的中心原子杂化方式不同 B.C和具有相同的空间结构 C.CH2CH—CHCH2分子中所有碳原子均采取sp2杂化成键 D.三氧化硫的三聚分子()中S原子的杂化轨道类型为sp3杂化 1.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)采取杂化方式的说法正确的是(　　) A.三角锥形、sp3 B.平面三角形、sp3 C.平面三角形、sp2 D.三角锥形、sp2 2.在BrCHCHBr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 3.下列分子或离子的中心原子均为sp3杂化，且杂化轨道容纳一对孤电子对的是(　　) A.CH4、NH3、H2O B.CO2、BBr3、 C.C2H4、SO2、BeCl2 D.NH3、PCl3、H3O+ 4.(1)［2023·山东，16(2)节选］ClO2中心原子为Cl，Cl2O中心原子为O，二者均为V形结构，但ClO2中存在大π键()。ClO2中Cl原子的轨道杂化方式　　　　。  (2)［2023·浙江1月选考，17(1)节选］Si分子的空间结构(以Si为中心)名称为　　　　，分子中氮原子的杂化轨道类型是　　　　。  (3)［2022·湖南，18(3)①］科学家近期合成了一种固氮酶模型配合物，该物质可以在温和条件下直接活化H2，将N3-转化为N，反应过程如图所示： 产物中N原子的杂化轨道类型为　　　　。  二、分子(离子)空间结构的判断 1.利用价电子对互斥理论判断 价电 子对数 杂化 类型 σ键电 子对数 孤电子 对数 VSEPR 模型名称 分子或离子 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 角形 SnBr2 4 sp3 4 0 四面体形 正四面体形 CH4 3 1 三角锥形 NH3 2 2 角形 H2O 2.根据等电子原理判断 通常情况下，等电子体的空间结构相同，如SO2与O3均为角形结构，CH4与N均为正四面体形结构。 例2　下列各组分子的空间结构相同的是(　　) A.SnCl2、BeCl2 B.BF3、NH3 C.CCl4、SiF4 D.CS2、OF2 5.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+ 6.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，分子的空间结构为角形 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.S的空间结构为平面三角形 7.下列说法正确的是(　　) ①CS2为角形分子　②Cl的空间结构为平面三角形　③SF6中有6对完全相同的成键电子对　④SiF4和S的中心原子均采取sp3杂化 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 8.As2O3(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示)，溶于盐酸生成AsCl3，AsCl3用LiAlH4还原生成AsH3。下列说法正确的是(　　) A.As2O3分子中As原子的杂化方式为sp B.LiAlH4为共价化合物 C.AsCl3的空间结构为平面三角形 D.AsH3分子的键角小于109°28' 9.硼砂是含结晶水的四硼酸钠。以硼砂为原料，可以得到BF3、BN和硼酸等重要化合物，请回答下列问题： (1)硼砂中阴离子Xm-(含B、O、H三种元素)的空间结构模型如图所示，则在Xm-中，2号硼原子的杂化类型为　　　　　；m=　　　　　(填数字)。  (2)BN中B的化合价为　　　　　，请解释原因：　　　　 　　　　。  (3)BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，B的空间结构为　　　　　　　；NaBF4的电子式为　　　　。  三、键角大小判断的一般步骤 1.首先看中心原子杂化轨道类型 中心原子杂化轨道类型是决定键角大小的最根本的原因，如下表： 中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化类型的，它们对应的键角会依次增大。 2.看中心原子的孤电子对数 对于中心原子杂化轨道类型相同的分子，中心原子所含孤电子对数目越多，键角越小。 如键角：CH4>NH3>H2O。 3.看电负性 对于中心原子杂化轨道类型、孤电子对数相同的分子，可以比较原子的电负性。 (1)若中心原子相同，则配位原子电负性越大，键角越小。 (2)若配位原子相同，则中心原子电负性越大，键角越大。 如H2O、H2S中，中心原子均为sp3杂化，分子空间结构均为角形，由于电负性：O>S，吸引电子的能力：O>S，且键长：O—H键<S—H键，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>H2S。 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。 例3　填空： (1)CH4、BF3、CO2键角由大到小的顺序为　　　　　　　　　　　。  (2)H2O与H3O+键角由大到小的顺序为　　　　　　　　　　　。  (3)NH3、PH3、AsH3键角由大到小的顺序为　　　　　　　　　　。  (4)NF3与NH3键角由大到小的顺序为　　　　　　　　　　。  10.在SO2分子中，分子的空间结构为角形，S原子采用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° 11.如图是甲醛分子的模型，根据图示和所学化学知识回答下列问题： (1)甲醛分子中碳原子的杂化轨道类型是　　　　　　　　，作出该判断的主要理由是　　　　。  (2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是　　　　　(填序号)。  ①单键　②双键　③σ键　④π键 ⑤σ键和π键 (3)乙酸结构中()键角大小关系为∠1　　　　(填“>”“<”或“=”)∠2，原因是　　　　 　　　　。  答案精析 一、 例1　B　［BF3形成3个σ键，没有孤电子对，中心原子是sp2杂化，B形成4个σ键，没有孤电子对，中心原子是sp3杂化，故A正确；C形成3个σ键，没有孤电子对，是平面三角形，Cl形成3个σ键，有一对孤电子对，是三角锥形，故B错误；CH2CH—CHCH2分子中所有碳原子的价电子对数均为3，均采取sp2杂化，故C正确；三氧化硫的三聚分子()中S原子均形成4个σ键，没有孤电子对，杂化轨道类型为sp3杂化，故D正确。］ 跟踪训练 1.A　［SOCl2分子中S原子形成2个S—Cl键、1个SO键，价电子对数=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，由于中心S原子含1对孤电子对，则其分子的空间结构为三角锥形，A项正确。］ 2.C　［BrCHCHBr分子为平面结构，CC键中的C原子为sp2杂化，与Br原子的4p轨道上的单电子成键，所成C—Br键采用的成键轨道为sp2⁃p。］ 3.D　［CH4、NH3、H2O的中心原子价电子对数都是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，故A错误；CO2、BBr3、中的中心原子价电子对数分别是2、3、4，且CO2、BBr3、中孤电子对数分别是0、0、1，故B错误；C2H4、SO2、BeCl2中的中心原子价电子对数分别是3、3、2，且C2H4、SO2、BeCl2中孤电子对数分别是0、1、0，故C错误；NH3、PCl3、H3O+的中心原子价电子对数都是4，采用sp3杂化，中心原子上的孤电子对数都是1，故D正确。］ 4.(1)sp2　(2)四面体　sp3　(3)sp3 解析　(1)由ClO2中存在可以推断，其中Cl原子提供1个电子，O原子各提供1对电子，这5个电子处于互相平行的p轨道中形成大π键，Cl的价电子对数为3，则Cl原子的轨道杂化方式为sp2。(2)Si(NH2)4分子可视为SiH4分子中的4个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的，所以Si(NH2)4分子中Si原子轨道的杂化类型是sp3，分子的空间结构(以Si为中心)名称为四面体；氨基(—NH2)氮原子形成3个σ键，含有1对孤电子对，N原子杂化轨道数目为4，杂化类型是sp3。(3)由结构简式可知，产物中氮原子的价电子对数为4，不含孤电子对，杂化方式为sp3。 二、 例2　C　［其中A、D项中分子的分析如下表： σ键电 子对数 中心原子上的 孤电子对数 价电子 对数 空间 结构 SnCl2 2 ×(4-2×1)=1 3 角形 BeCl2 2 ×(2-2×1)=0 2 直线形 CS2 2 ×(4-2×2)=0 2 直线形 OF2 2 ×(6-2×1)=2 4 角形 B项中BF3、NH3的空间结构分别为平面三角形、三角锥形；C项中CCl4与SiF4的空间结构均为正四面体形。］ 跟踪训练 5.B　［当中心原子没有孤电子对时，VSEPR模型与粒子的空间结构一致，SO2、NCl3、H3O+的中心原子均有孤电子对，A、C、D项错误。］ 6.C　［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原子的价电子对数为2+×(6-1×2)=4，为sp3杂化，含有2对孤电子对，分子的空间结构为角形，B错误；CO2中C原子的价电子对数为2+×(4-2×2)=2，为sp杂化，分子的空间结构为直线形，C正确；S中S原子的价电子对数为3+×(6+2-3×2)=4，为sp3杂化，含1对孤电子对，空间结构为三角锥形，D错误。］ 7.C　［①CS2和CO2的分子结构相同，为直线形分子，错误；②Cl中Cl原子的价电子对数为3+×(7+1-2×3)=4，含有1对孤电子对，则Cl的空间结构为三角锥形，错误；③SF6中含有6个S—F键，每个S—F键含有1对成键电子对，则SF6分子中有6对完全相同的成键电子对，正确；④SiF4中Si的价电子对数为4+×(4-1×4)=4，S中S原子的价电子对数为3+×(6+2-2×3)=4，则SiF4和S的中心原子均采取sp3杂化，正确。］ 8.D　［由题图可知，As2O3分子中每个As原子与O原子形成3个As—O键，As原子上还有一对孤电子对，As原子的杂化轨道数目为4，则As原子的杂化方式为sp3，故A错误；LiAlH4是由Li+和［AlH4］-构成的，为离子化合物，故B错误；AsCl3中As原子的价电子对数为3+=4，含有一对孤电子对，则AsCl3的空间结构为三角锥形，故C错误；AsH3中As原子的价电子对数为3+=4，含1对孤电子对，则AsH3的空间结构为三角锥形，其键角小于109°28'，故D正确。］ 9.(1)sp2　2 (2)+3　N的电负性大于B的电负性 (3)正四面体形　 解析　(1)根据图示可知，2号B原子的价电子对数为3，且无孤电子对，故采取sp2杂化；该阴离子的化学式为［H4B4O9］m-，其中H显+1价、B显+3价、O显-2价，所以m=2。 三、 例3　(1)CO2>BF3>CH4 　(2)H3O+>H2O (3)NH3>PH3>AsH3　(4)NH3>NF3 解析　(1)CH4、BF3、CO2的中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化，它们对应的键角分别为109°28'、120°、180°，键角依次增大。(2)H2O、H3O+的中心原子采取的都是sp3杂化，孤电子对数目分别为2、1，在H2O分子中，键角要受2对孤电子对的排斥，键角更小。(4)NF3与NH3比较，中心原子都是N原子且都为sp3杂化，但因为F原子的电负性大于H原子，使成键电子离N原子更远，N—F键间的斥力减小，可以靠得更近，所以其键角更小。 跟踪训练 10.C　［由于SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，理论上键角应为120°，S原子有一对孤电子对，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°。］ 11.(1)sp2杂化　甲醛分子的空间结构为平面三角形　(2)②⑤　(3)>　CO键对C—C键的斥力大于C—O键对C—C键的斥力 学科网（北京）股份有限公司 $$