2.1 共价分子的空间结构 （专项训练） 化学沪科版选择性必修2

2.1 共价分子的空间结构 题型01 共价键的形成及饱和性和方向性 题型02 共价键的类型及极性和稳定性 题型03 杂化轨道理论 题型04 分子的空间结构 题型05 共价分子空间结构的预测 题型06 等电子体原理及应用 题型01 共价键的形成及饱和性和方向性 共价键的形成： 本质：原子间通过 （电子云有效重叠）形成的化学键，成键原子需满足电子云重叠条件（重叠程度越大，键越 ）。 形成条件：成键原子的电负性差异较小（通常为非金属原子间，或金属与非金属原子电负性差值较小的情况），且原子存在未成对电子。 共价键的饱和性： 定义：一个原子形成共价键的总数受其未成对电子数限制，即原子最多能形成的共价键数目等于 。 本质：成键时每个未成对电子只能与一个异性未成对电子配对，避免电子重复配对，决定分子中原子的成键数量。 共价键的方向性： 定义：共价键的形成具有特定方向，即电子云需沿特定方向重叠（以实现最大重叠程度）。 本质：电子云（尤其是 p、d 等轨道的电子云）具有空间伸展方向，只有沿电子云密度最 的方向重叠，才能形成稳定的共价键，决定分子的空间结构。 【典例1】共价键具有饱和性和方向性，下列有关叙述中，不正确的是 A．共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的 B．共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的 C．共价键的方向性决定了分子的空间结构 D．所有共价键都具有方向性 【变式1-1】下列说法正确的是 A．共价键是通过原子轨道重叠并共用电子对而形成的，所以共价键有饱和性 B．与均为区金属，第二电离能与第一电离能差值更大的是 C．非极性分子中只含有非极性键，所以分子本身没有极性 D．分子晶体中一定存在分子间作用力和共价键 【变式1-2】下列有关化学键、氢键和范德华力的叙述中，不正确的是 A．金属键是金属离子与自由电子之间强烈的相互作用，金属键无方向性和饱和性 B．共价键是吸引电子能力相近的原子之间通过共用电子对形成的化学键，共价键有方向性和饱和性 C．范德华力是分子间存在的一种作用力，分子的极性越大，范德华力越大 D．氢键不是化学键而是一种较弱的作用力，所以氢键只存在于分子与分子之间 【变式1-3】甲醇是重要的化工原料，应用前景广阔。研究表明，二氧化碳与氢气反应可以合成甲醇。在某一密闭容器中，充入一定量的和，发生的反应为，下列说法错误的是 A．第一电离能： B．甲醇在纯中燃烧时，最多可消耗 C．元素不能形成的原因：共价键具有饱和性 D．混合气体的总质量不再发生改变，不能用来判断该反应达到平衡状态 题型02 共价键的类型及极性和稳定性 共价键的类型（按电子云重叠方式分）： σ 键：电子云沿两原子核连线方向（头碰头）重叠形成，重叠程度 ，键能较 ，稳定性 ，可单独存在于共价单键中，也可存在于双键、三键中。 π 键：电子云沿两原子核连线两侧（肩并肩）重叠形成，重叠程度 ，键能较 ，稳定性 ，通常与 σ 键共存于双键、三键中，不能单独存在。 共价键的极性： 判断依据：由成键原子的电负性差值决定，电负性差值为 0 时，为非极性共价键（共用电子对不偏移）；电负性差值 > 0 时，为极性共价键（共用电子对偏向电负性大的原子）。 极性强弱：成键原子电负性差值越大，共价键的极性越 。 共价键的稳定性： 关联因素：主要与键能相关，键能越大，共价键越 ；此外，σ 键因重叠程度大于 π 键，故 σ 键稳定性通常强于 π 键。 影响因素：成键原子的半径（原子半径越小，核对外层电子吸引力越 ，键能 ）、电子云重叠程度（重叠程度越大，键能越大）。 【典例2】下列有关共价键的解释错误的是 A．共价键都具有方向性和饱和性 B．σ键可以绕键轴旋转，而π键不能绕键轴旋转 C．C2H4分子和N2H4分子中都含有5个σ键 D．Cl2分子中p-pσ键的形成： 【变式2-1】下列关于共价键的说法不正确的是 A．分子中共用电子对偏向S，是因为S的电负性比H大 B．分子中有一个键，两个键 C．两个原子形成共价键时只能有一个键 D．共价键都有饱和性和方向性 【变式2-2】次氯酸光照分解反应()，下列说法正确的是 A．断裂离子键，形成极性共价键和非极性共价键 B．断裂极性共价键和离子键，形成极性共价键 C．断裂极性共价键，形成极性共价键和非极性共价键 D．断裂非极性共价键，形成极性共价键和非极性共价键 【变式2-3】下图表示CX4的熔点和沸点(X为F、Cl、Br、I)变化规律，有关说法不正确的是 A．组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔点、沸点通常越高 B．由以上规律可以得出沸点：I2>Br2>Cl2>F2 C．同理NH3、PH3、AsH3的沸点由低到高 D．CF4、CCl4、CBr4、CI4的共价键键长逐渐增大，分子稳定性逐渐减弱 题型03 杂化轨道理论 定义：原子在形成分子时，为增强成键能力、调整键角以适应分子空间结构，其价层部分原子轨道重新组合（混杂）形成新的、能量相同的轨道（杂化轨道）的过程。 杂化轨道的特征： 杂化轨道数目：等于参与杂化的原子轨道数目，且杂化轨道能量相同、空间构型对称。 成键能力：杂化轨道的电子云更集中（一端电子云密度大），成键时重叠程度更大，形成的共价键更稳定。 常见杂化类型及特征： sp 杂化：1 个 ns 轨道与 1 个 np 轨道杂化，形成 2 个 sp 杂化轨道，空间构型为 ，键角 。 sp² 杂化：1 个 ns 轨道与 2 个 np 轨道杂化，形成 3 个 sp² 杂化轨道，空间构型为 ，键角 。 sp³ 杂化：1 个 ns 轨道与 3 个 np 轨道杂化，形成 4 个 sp³ 杂化轨道，空间构型为 ，键角 ；若存在孤电子对，杂化轨道构型不变，但分子空间构型改变。 杂化过程：基态原子→激发（未成对电子进入空轨道）→杂化（轨道重新组合）→成键（杂化轨道与其他原子轨道重叠）。 【典例3】杂化轨道理论可以用来解释分子的空间结构，下列有关该理论的说法正确的是 A．杂化轨道能用来形成σ键和π键 B．原子轨道杂化前后轨道总数不变，但轨道电子云轮廓图发生了改变 C．空间结构为V形的分子，其中心原子一定采取sp2杂化轨道成键 D．sp杂化轨道是由能量相同的1个s轨道和1个p轨道混合形成的 【变式3-1】用Pauling的杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构，下列说法不正确的是（      ） A．C原子的四个杂化轨道的能量一样 B．C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样 C．C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道 D．C原子有1个sp3杂化轨道由孤对电子占据 【变式3-2】某电解质阴离子的结构如图。X、Y、Z、Q、R为原子序数依次增大短周期元素，下列说法错误的是 A．键角： B．电负性： C．最简单氢化物沸点： D．X、Y、R均可与Z组成标况下为气态的化合物 【变式3-3】碳元素具有丰富的化学性质，碳及其化合物有着广泛的应用。 (1)能测定含碳化合物的骨架结构。在基态原子中，核外存在 对自旋相反的电子。 (2)我国科学家利用与等活泼金属反应合成了金刚石，为金刚石的合成提供了重要的研究思路。 ①的第一电离能由大到小的顺序为 (用元素符号表示)。 ②的是由碳的 轨道与氯的轨道重叠形成键。 (3)碳在物质转化中起着重要作用。与较难发生反应：，加碳生成可使反应得以进行。解释加碳后反应更易进行的原因： 。 【答案】(1)2 (2) Cl>Mg>Na sp3杂化 (3)碳和O2生成CO并放热，使反应趋势变大[或碳与O2反应生成CO放出热量，使体系温度升高，同时降低c(O2)，均促进反应正向进行] 题型04 分子的空间结构 影响分子空间结构的因素： 中心原子的杂化类型（决定杂化轨道构型，进而影响分子基本构型）。 中心原子的孤电子对（孤电子对与成键电子对的排斥作用，会压缩成键电子对间的夹角，改变分子实际构型）。 常见分子空间结构及对应特征： 直线形：分子中原子排列在同一直线上，键角 180°，通常对应中心原子 杂化（无孤电子对）。 平面三角形：分子中原子共平面，中心原子与三个配位原子形成的键角 120°，通常对应中心原子 杂化（无孤电子对）。 正四面体：分子中四个配位原子围绕中心原子呈正四面体分布，键角 109°28′，通常对应中心原子 杂化（无孤电子对）。 V 形（角形）：分子呈 “V” 状，键角小于 120° 或 109°28′，通常对应中心原子 或 杂化（含 1-2 对孤电子对）。 三角锥形：分子中三个配位原子围绕中心原子呈三角锥分布，键角小于 109°28′，通常对应中心原子 杂化（含 1 对孤电子对）。 【典例4】下列物质中，分子的空间结构为正六边形的是 A．甲烷 B．乙烯 C．乙炔 D．苯 【变式4-1】下列物质中，分子的空间结构为直线型的是 A．乙烯 B．甲烷 C．氨 D．二氧化碳 【变式4-2】能证明CH4分子的空间结构为正四面体形而非平面正方形的事实是 A．CH4的二氯取代物只有一种结构 B．CH3C1分子只有一种结构 C．C原子距离四个H原子距离一样 D．CH4分子中的四个碳氢键一样 【变式4-3】下列化学用语或图示表述正确的是 A．分子的空间结构模型： B．的电子云轮廓图为，其中的黑点代表核外电子的运动轨迹 C．HCl中键形成的示意图： D．分子的空间结构为，可推测出为非极性分子 题型05 共价分子空间结构的预测 价层电子对互斥理论核心：分子的空间结构由中心原子的价层电子对（成键电子对 + 孤电子对）相互排斥决定，价层电子对倾向于彼此远离，以减小排斥作用，使分子能量最低。 预测步骤： 计算中心原子价层电子对数：价层电子对数 = + ；成键电子对数 = 配位原子数（每个配位原子按提供 1 个电子计算，O、S 等作为配位原子时不提供电子）；孤电子对数 = （中心原子价电子数 - 配位原子提供电子总数 ± 电荷数）/2（阳离子减电荷数，阴离子加电荷数）。 判断价层电子对构型：根据价层电子对数确定构型（2 对： ，3 对： ，4 对： ，5 对： ，6 对： ）。 确定分子空间构型：根据孤电子对数调整价层电子对构型，忽略孤电子对后得到分子实际空间构型（如 4 对价层电子对，1 对孤电子对→三角锥形，2 对孤电子对→V 形）。 排斥作用顺序：孤电子对 - 孤电子对 > 孤电子对 - 成键电子对 > 成键电子对 - 成键电子对（排斥作用越大，键角越小）。 【典例5】（多选）价层电子对互斥()模型是预测分子空间结构的重要方法，下列说法正确的是 A．的模型为平面三角形 B．的空间结构为平面三角形 C．中心原子杂化轨道类型为杂化 D．的键角小于 【变式5-1】下列说法正确的是 A．中每个原子最外电子层都具有8电子稳定结构 B．分子的空间结构是V形 C．离子键的本质是阴阳离子之间的静电吸引 D．与水反应的过程中，既有离子键和共价键的断裂，又有共价键的形成 【变式5-2】由徐光宪院士发起院士学子同创的《分子共和国》科普读物生动形象地戏说了、、、、、等众多“分子共和国”中的明星。下列说法正确的是 A．和都属于非极性分子 B．、分子的空间结构不同 C．和中心原子均采取杂化 D．所有分子都只存在键，不存在键 【变式5-3】某离子液体的阴离子的结构如图所示，其中X、Y、Z、W、R是原子序数依次增大的短周期非金属元素，Y是有机分子的骨架元素。下列说法正确的是 A．的空间结构为正四面体形 B．上述元素中Z原子未成对电子数最多 C．第一电离能： D．分子的键角： 题型06 等电子体原理及应用 等电子体原理： 定义：原子总数相同、价电子总数相同的分子、离子或原子团互为等电子体（等电子体的价电子总数计算需包含离子的电荷数，阳离子减电荷数，阴离子加电荷数）。 核心特征：等电子体具有相似的电子构型和空间结构，因结构相似，其物理性质（如熔沸点、溶解度）和化学性质（如化学键类型、反应活性）也具有一定相似性。 等电子体的判断： 原子总数相同：分子、离子或原子团中含有的 个数相等。 价电子总数相同：计算各原子 之和，结合离子电荷数调整后相等。 应用： 预测分子空间结构：已知一种等电子体的空间结构，可推断其他等电子体的空间结构。 推断化学键类型：根据等电子体的结构相似性，推断未知等电子体的化学键类型（如 σ 键、π 键的存在情况）。 解释物质性质：利用等电子体性质相似性，解释不同物质在熔沸点、反应活性等方面的相似性或差异性。 【典例6】原子数和电子数均相同的两种分子(或离子)互为等电子体。下列与F2互为等电子体的是 A．CO B．N2 C．C D．O 【变式6-1】通常把原子数和电子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，则下列有关说法中错误的是（    ） A．分子各原子均在同一平面上 B．分子中不存在双键 C．和是等电子体，均为三角锥形 D．和是等电子体，均为正四面体结构 【变式6-2】原子数相同、电子总数相同的粒子，互称为等电子体。硼元素可形成三个等电子体阴离子：BO2－、BC2m-和BN2n-，则m、n值为 A．5，3 B．2，4 C．3，1 D．1，2 【变式6-3】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 几面体形 (1)指出下列物质分子或离子的空间构型： ； ； 。 (2)由第一、二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有 ，其电子式是 。 (3)F6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。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.1 共价分子的空间结构 题型01 共价键的形成及饱和性和方向性 题型02 共价键的类型及极性和稳定性 题型03 杂化轨道理论 题型04 分子的空间结构 题型05 共价分子空间结构的预测 题型06 等电子体原理及应用 题型01 共价键的形成及饱和性和方向性 共价键的形成： 本质：原子间通过共用电子对（电子云有效重叠）形成的化学键，成键原子需满足电子云重叠条件（重叠程度越大，键越稳定）。 形成条件：成键原子的电负性差异较小（通常为非金属原子间，或金属与非金属原子电负性差值较小的情况），且原子存在未成对电子。 共价键的饱和性： 定义：一个原子形成共价键的总数受其未成对电子数限制，即原子最多能形成的共价键数目等于其未成对电子数。 本质：成键时每个未成对电子只能与一个异性未成对电子配对，避免电子重复配对，决定分子中原子的成键数量。 共价键的方向性： 定义：共价键的形成具有特定方向，即电子云需沿特定方向重叠（以实现最大重叠程度）。 本质：电子云（尤其是 p、d 等轨道的电子云）具有空间伸展方向，只有沿电子云密度最大的方向重叠，才能形成稳定的共价键，决定分子的空间结构。 【典例1】共价键具有饱和性和方向性，下列有关叙述中，不正确的是 A．共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的 B．共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的 C．共价键的方向性决定了分子的空间结构 D．所有共价键都具有方向性 【答案】D 【详解】A．一般地，原子的未成对电子一旦配对成键，就不再与其他原子的未成对电子配对成键，故成键原子的未成对电子数决定了该原子形成的共价键数量，即饱和性，A项正确； B．形成共价键时，为了达到原子轨道的最大重叠程度，成键的方向与原子轨道的伸展方向就存在着必然的联系，则共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的，B项正确； C．共价键的方向性决定了所形成分子的空间结构，C项正确； D．由于s轨道是球形对称的，故两个s轨道重叠形成的共价键无方向性，D项错误； 故本题选D。 【变式1-1】下列说法正确的是 A．共价键是通过原子轨道重叠并共用电子对而形成的，所以共价键有饱和性 B．与均为区金属，第二电离能与第一电离能差值更大的是 C．非极性分子中只含有非极性键，所以分子本身没有极性 D．分子晶体中一定存在分子间作用力和共价键 【答案】A 【详解】A．共价键是通过原子轨道重叠并共用电子对形成的，取决于成键原子最外层不成对电子数，所以共价键具有饱和性，故A正确； B．Cu第一电离能失去的是4s1的电子，第二电离能失去的是3d10的电子，Zn第一电离能失去的是4s2的电子，第二电离能失去的是4s1的电子，Zn两次失去的是同一能级电子，而Cu两次失去的是不同能层、不同能级的电子，且3d10电子处于全满状态，与4s1电子之间的能量差异更大，Cu的第二电离能与第一电离能差值更大，故B错误； C．非极性分子中也可含有极性键，比如，故C错误； D．稀有气体为分子晶体，其中不存在共价键，故D错误； 故答案为A。 【变式1-2】下列有关化学键、氢键和范德华力的叙述中，不正确的是 A．金属键是金属离子与自由电子之间强烈的相互作用，金属键无方向性和饱和性 B．共价键是吸引电子能力相近的原子之间通过共用电子对形成的化学键，共价键有方向性和饱和性 C．范德华力是分子间存在的一种作用力，分子的极性越大，范德华力越大 D．氢键不是化学键而是一种较弱的作用力，所以氢键只存在于分子与分子之间 【答案】D 【详解】A．金属键是化学键的一种，金属键是存在于金属阳离子和“自由电子”之间的强的相互作用，这些“自由电子”为所有阳离子所共用，金属键无方向性和饱和性，故A正确； B．共价键是原子之间强烈的相互作用，共价键有方向性和饱和性，故B正确； C．范德华力是分子间作用力，相对分子质量越大，分子间作用力越大，极性越大，分子间作用力越强，故C正确； D．氢键是一种分子间作用力，比范德华力强，但是比化学键要弱。氢键既可以存在于分子间(如水、乙醇、甲醇、液氨等)，又可以存在于分子内(如邻羟基苯甲醛)，故D错误； 故选：D。 【变式1-3】甲醇是重要的化工原料，应用前景广阔。研究表明，二氧化碳与氢气反应可以合成甲醇。在某一密闭容器中，充入一定量的和，发生的反应为，下列说法错误的是 A．第一电离能： B．甲醇在纯中燃烧时，最多可消耗 C．元素不能形成的原因：共价键具有饱和性 D．混合气体的总质量不再发生改变，不能用来判断该反应达到平衡状态 【答案】A 【详解】A．第一电离能：H>C，故A错误； B．甲醇燃烧反应为：，则1mol甲醇最多可消耗1.5mol氧气，故B正确； C．H最外层只有一个电子，只能与一个H形成一对共用电子，即满足2电子稳定结构，即共价键有饱和性，因此不能形成，故C正确； D．反应前后气体质量守恒，不能根据气体总质量不变判断反应达到平衡状态，故D正确； 故选：A。 题型02 共价键的类型及极性和稳定性 共价键的类型（按电子云重叠方式分）： σ 键：电子云沿两原子核连线方向（头碰头）重叠形成，重叠程度大，键能较高，稳定性强，可单独存在于共价单键中，也可存在于双键、三键中。 π 键：电子云沿两原子核连线两侧（肩并肩）重叠形成，重叠程度小，键能较低，稳定性弱，通常与 σ 键共存于双键、三键中，不能单独存在。 共价键的极性： 判断依据：由成键原子的电负性差值决定，电负性差值为 0 时，为非极性共价键（共用电子对不偏移）；电负性差值 > 0 时，为极性共价键（共用电子对偏向电负性大的原子）。 极性强弱：成键原子电负性差值越大，共价键的极性越强。 共价键的稳定性： 关联因素：主要与键能相关，键能越大，共价键越稳定；此外，σ 键因重叠程度大于 π 键，故 σ 键稳定性通常强于 π 键。 影响因素：成键原子的半径（原子半径越小，核对外层电子吸引力越强，键能越大）、电子云重叠程度（重叠程度越大，键能越大）。 【典例2】下列有关共价键的解释错误的是 A．共价键都具有方向性和饱和性 B．σ键可以绕键轴旋转，而π键不能绕键轴旋转 C．C2H4分子和N2H4分子中都含有5个σ键 D．Cl2分子中p-pσ键的形成： 【答案】A 【详解】A．不是所有的共价键都有方向性，如s—sσ键不具有方向性，A错误； B．σ键为轴对称，而π键为镜面对称，σ键可以绕键轴旋转，而π键不能绕键轴旋转，B正确； C．乙烯分子中氢原子和碳原子之间存在共价单键C-H，为σ键；碳碳原子之间存在共价双键，一个是σ键和一个是π键，因此1个C2H4分子中有5个σ键和一个π键；在N2H4分子中存在4个N-H共价键是σ键，还有一个N-N单键也是σ键，因此在1个N2H4分子中只有5个单键，即含有5个σ键，C正确； D．Cl2分子中两个Cl原子的2个最外层的3p电子以“头并头”重叠方式形成σ键，可表示为：，D正确； 【变式2-1】下列关于共价键的说法不正确的是 A．分子中共用电子对偏向S，是因为S的电负性比H大 B．分子中有一个键，两个键 C．两个原子形成共价键时只能有一个键 D．共价键都有饱和性和方向性 【答案】D 【详解】A．硫化氢是共价化合物，硫的电负性强于氢，所以共用电子对偏向S，故A正确； B．分子中存在，则有一个键、两个键，故B正确； C．两个原子间只能形成1个键，两个原子之间形成双键时，含有一个键和一个键，两个原子之间形成三键时，含有一个键和2个键，故C正确； D．共价键形成与电子云重叠方向及数目有关，则共价键一般有方向性和饱和性，但键没有方向性，故D错误； 故选：D。 故合理选项是A。 【变式2-2】次氯酸光照分解反应()，下列说法正确的是 A．断裂离子键，形成极性共价键和非极性共价键 B．断裂极性共价键和离子键，形成极性共价键 C．断裂极性共价键，形成极性共价键和非极性共价键 D．断裂非极性共价键，形成极性共价键和非极性共价键 【答案】C 【详解】次氯酸（HClO）分子中H与O、O与Cl均为极性共价键，分解反应中，Cl-O极性共价键断裂，生成HCl和O2，形成H-Cl极性共价键和O-O非极性共价键，则断裂极性键并形成极性与非极性键，故选C。 【变式2-3】下图表示CX4的熔点和沸点(X为F、Cl、Br、I)变化规律，有关说法不正确的是 A．组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔点、沸点通常越高 B．由以上规律可以得出沸点：I2>Br2>Cl2>F2 C．同理NH3、PH3、AsH3的沸点由低到高 D．CF4、CCl4、CBr4、CI4的共价键键长逐渐增大，分子稳定性逐渐减弱 【答案】C 【详解】A．CF4、CCl4、CBr4、CI4组成和结构相似，它们的相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大，熔点、沸点依次升高，A正确； B．F2、Cl2、Br2、I2组成和结构相似，它们的相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大，沸点依次升高，B正确； C．NH3中存在分子间氢键，所以NH3、PH3、AsH3中沸点最高的是NH3，C错误； D．CF4、CCl4、CBr4、CI4的共价键键长逐渐增大，键能逐渐减小，导致分子稳定性逐渐减弱，D正确； 故选C。 题型03 杂化轨道理论 定义：原子在形成分子时，为增强成键能力、调整键角以适应分子空间结构，其价层部分原子轨道重新组合（混杂）形成新的、能量相同的轨道（杂化轨道）的过程。 杂化轨道的特征： 杂化轨道数目：等于参与杂化的原子轨道数目，且杂化轨道能量相同、空间构型对称。 成键能力：杂化轨道的电子云更集中（一端电子云密度大），成键时重叠程度更大，形成的共价键更稳定。 常见杂化类型及特征： sp 杂化：1 个 ns 轨道与 1 个 np 轨道杂化，形成 2 个 sp 杂化轨道，空间构型为直线形，键角 180°。 sp² 杂化：1 个 ns 轨道与 2 个 np 轨道杂化，形成 3 个 sp² 杂化轨道，空间构型为平面三角形，键角 120°。 sp³ 杂化：1 个 ns 轨道与 3 个 np 轨道杂化，形成 4 个 sp³ 杂化轨道，空间构型为正四面体，键角 109°28′；若存在孤电子对，杂化轨道构型不变，但分子空间构型改变。 杂化过程：基态原子→激发（未成对电子进入空轨道）→杂化（轨道重新组合）→成键（杂化轨道与其他原子轨道重叠）。 【典例3】杂化轨道理论可以用来解释分子的空间结构，下列有关该理论的说法正确的是 A．杂化轨道能用来形成σ键和π键 B．原子轨道杂化前后轨道总数不变，但轨道电子云轮廓图发生了改变 C．空间结构为V形的分子，其中心原子一定采取sp2杂化轨道成键 D．sp杂化轨道是由能量相同的1个s轨道和1个p轨道混合形成的 【答案】B 【详解】A．杂化轨道只能用来形成σ键，A错误； B．原子轨道杂化前后轨道总数不变，但轨道电子云轮廓图发生了改变，B正确； C．空间结构为V形的分子，如H2O，O原子为sp3杂化，C错误； D．s轨道和p轨道能量不同，D错误； 故选B。 【变式3-1】用Pauling的杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构，下列说法不正确的是（      ） A．C原子的四个杂化轨道的能量一样 B．C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样 C．C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道 D．C原子有1个sp3杂化轨道由孤对电子占据 【答案】D 【详解】A.杂化前的轨道能量不同，形成杂化轨道后能量就完全一样，A项正确； B.杂化轨道之间的夹角也是一样的，B项正确； C.形成杂化轨道后，碳原子原来的4个价电子将分别占据4个杂化轨道，C项正确； D.形成杂化轨道后，碳原子原来的4个价电子将分别占据4个杂化轨道，D项错误； 答案选D。 【变式3-2】某电解质阴离子的结构如图。X、Y、Z、Q、R为原子序数依次增大短周期元素，下列说法错误的是 A．键角： B．电负性： C．最简单氢化物沸点： D．X、Y、R均可与Z组成标况下为气态的化合物 【答案】A 【分析】X、Y、Z、Q、R为原子序数依次增大短周期元素，由图，X形成4个共价键且原子序数小，X为碳，Z形成2个共价键、R形成6个共价键，则Z为氧、R为硫，那么Y为氮；Q形成1个共价键且原子序数大于氧，则为氟； 【详解】A．二氧化碳中碳的价层电子对数为，为sp杂化，为直线形结构，二氧化硫中硫的价层电子对数为，为sp2杂化，为V形结构，则键角：，A错误；    B．同周期从左到右，金属性减弱，非金属性变强，元素的电负性变强；电负性：，B正确； C．水分子形成氢键数大于氨气分子，则水沸点高于氨气，甲烷不能形成氢键，沸点最低，故最简单氢化物沸点：，C正确； D．一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫均为标况下的气态化合物，D正确； 故选A。 【变式3-3】碳元素具有丰富的化学性质，碳及其化合物有着广泛的应用。 (1)能测定含碳化合物的骨架结构。在基态原子中，核外存在 对自旋相反的电子。 (2)我国科学家利用与等活泼金属反应合成了金刚石，为金刚石的合成提供了重要的研究思路。 ①的第一电离能由大到小的顺序为 (用元素符号表示)。 ②的是由碳的 轨道与氯的轨道重叠形成键。 (3)碳在物质转化中起着重要作用。与较难发生反应：，加碳生成可使反应得以进行。解释加碳后反应更易进行的原因： 。 【答案】(1)2 (2) Cl>Mg>Na sp3杂化 (3)碳和O2生成CO并放热，使反应趋势变大[或碳与O2反应生成CO放出热量，使体系温度升高，同时降低c(O2)，均促进反应正向进行] 【详解】（1） 基态13C原子的轨道表示式为：，核外存在2对自旋相反的电子； （2）①同周期从左往右第一电离能呈增大趋势，Mg的核外电子排布全满，第一电离能大于Na，故的第一电离能由大到小的顺序为：Cl>Mg>Na； ②中C原子价层电子对数为：，C原子的杂化方式为sp3杂化，故的是由碳的sp3杂化轨道与氯的轨道重叠形成键； （3）加碳后碳与氧气反应，消耗氧气且放热，能使反应正向进行，故加碳后反应更易进行的原因为：碳和O2生成CO并放热，使反应趋势变大[或碳与O2反应生成CO放出热量，使体系温度升高，同时降低c(O2)，均促进反应正向进行]。 题型04 分子的空间结构 影响分子空间结构的因素： 中心原子的杂化类型（决定杂化轨道构型，进而影响分子基本构型）。 中心原子的孤电子对（孤电子对与成键电子对的排斥作用，会压缩成键电子对间的夹角，改变分子实际构型）。 常见分子空间结构及对应特征： 直线形：分子中原子排列在同一直线上，键角 180°，通常对应中心原子 sp 杂化（无孤电子对）。 平面三角形：分子中原子共平面，中心原子与三个配位原子形成的键角 120°，通常对应中心原子 sp² 杂化（无孤电子对）。 正四面体：分子中四个配位原子围绕中心原子呈正四面体分布，键角 109°28′，通常对应中心原子 sp³ 杂化（无孤电子对）。 V 形（角形）：分子呈 “V” 状，键角小于 120° 或 109°28′，通常对应中心原子 sp² 或 sp³ 杂化（含 1-2 对孤电子对）。 三角锥形：分子中三个配位原子围绕中心原子呈三角锥分布，键角小于 109°28′，通常对应中心原子 sp³ 杂化（含 1 对孤电子对）。 【典例4】下列物质中，分子的空间结构为正六边形的是 A．甲烷 B．乙烯 C．乙炔 D．苯 【答案】D 【详解】A．A．甲烷分子空间构型是正四面体，故A错误； B．乙烯分子空间构型是平面结构，但不是正六边形，故B错误； C．乙炔分子结构是直线型，故C错误； D．苯的分子结构是正六边形，故D正确； 故答案为D。 【变式4-1】下列物质中，分子的空间结构为直线型的是 A．乙烯 B．甲烷 C．氨 D．二氧化碳 【答案】D 【详解】A．乙烯空间构型为平面型，A错误； B．甲烷的空间构型为正四面体结构，B错误； C．氨的空间构型的三角锥形，C错误； D．二氧化碳为直线型分子，D正确； 故选D。 【变式4-2】能证明CH4分子的空间结构为正四面体形而非平面正方形的事实是 A．CH4的二氯取代物只有一种结构 B．CH3C1分子只有一种结构 C．C原子距离四个H原子距离一样 D．CH4分子中的四个碳氢键一样 【答案】A 【详解】A．若CH4分子的空间结构为平面正方形，二氯代物有2种，CH4的二氯取代物只有一种结构，说明CH4分子的空间结构为正四面体形，故选A； B．无论CH4分子的空间结构为正四面体形还是平面正方形，CH3C1分子都只有一种结构，故不选B； C．无论CH4分子的空间结构为正四面体形还是平面正方形，C原子距离四个H原子距离一样，故不选C；     D．无论CH4分子的空间结构为正四面体形还是平面正方形，CH4分子中的四个碳氢键一样，故不选D； 选A。 【变式4-3】下列化学用语或图示表述正确的是 A．分子的空间结构模型： B．的电子云轮廓图为，其中的黑点代表核外电子的运动轨迹 C．HCl中键形成的示意图： D．分子的空间结构为，可推测出为非极性分子 【答案】C 【详解】A．NH3的中心N原子形成3个键且有1个孤电子对，价层电子对数为4，其空间构型为三角锥形，图示为NH3的VSEPR模型，不是NH3的空间构型，A错误； B．电子云轮廓图中黑点代表电子在核外空间出现的概率密度，而非运动轨迹（电子无固定轨迹），B错误； C．HCl中H的1s轨道（球形）与Cl的3p轨道（哑铃形）沿键轴方向头碰头重叠形成s-p σ键，图示中H的s轨道与Cl的p轨道重叠过程正确，C正确； D．H2O2为二面角形结构，分子结构不对称（两个O-H键不在同一直线，分子无对称中心），正电中心与负电中心不重合，为极性分子，D错误； 故答案选C。 题型05 共价分子空间结构的预测 价层电子对互斥理论核心：分子的空间结构由中心原子的价层电子对（成键电子对 + 孤电子对）相互排斥决定，价层电子对倾向于彼此远离，以减小排斥作用，使分子能量最低。 预测步骤： 计算中心原子价层电子对数：价层电子对数 = 成键电子对数 + 孤电子对数；成键电子对数 = 配位原子数（每个配位原子按提供 1 个电子计算，O、S 等作为配位原子时不提供电子）；孤电子对数 = （中心原子价电子数 - 配位原子提供电子总数 ± 电荷数）/2（阳离子减电荷数，阴离子加电荷数）。 判断价层电子对构型：根据价层电子对数确定构型（2 对：直线形，3 对：平面三角形，4 对：正四面体，5 对：三角双锥形，6 对：正八面体）。 确定分子空间构型：根据孤电子对数调整价层电子对构型，忽略孤电子对后得到分子实际空间构型（如 4 对价层电子对，1 对孤电子对→三角锥形，2 对孤电子对→V 形）。 排斥作用顺序：孤电子对 - 孤电子对 > 孤电子对 - 成键电子对 > 成键电子对 - 成键电子对（排斥作用越大，键角越小）。 【典例5】（多选）价层电子对互斥()模型是预测分子空间结构的重要方法，下列说法正确的是 A．的模型为平面三角形 B．的空间结构为平面三角形 C．中心原子杂化轨道类型为杂化 D．的键角小于 【答案】AD 【详解】A．O3中O原子价层电子对数=2+=3且含有1个孤电子对，模型为平面三角形，故A正确； B．NF3中N原子价电子对数=3+=4，有1个孤电子对，空间结构为三角锥形，故B错误； C．中Cl原子价层电子对数=3+=4且含有1个孤电子对，杂化轨道类型为杂化，故C错误； D．的价层电子对数为3+=4，VSEPR模型为四面体，含有1对孤电子，则的空间结构为三角锥形，键角小于，故D正确； 故选：AD。 【变式5-1】下列说法正确的是 A．中每个原子最外电子层都具有8电子稳定结构 B．分子的空间结构是V形 C．离子键的本质是阴阳离子之间的静电吸引 D．与水反应的过程中，既有离子键和共价键的断裂，又有共价键的形成 【答案】D 【详解】A．NH3中N原子通过三个共价键达到8电子结构，但每个H原子仅通过一个共价键达到2电子结构，并非8电子，A错误； B．CS2类似CO2，分子的空间结构是直线形，而非V形，B错误； C．离子键的本质是阴阳离子之间的静电作用，包括吸引和排斥的平衡，而非仅静电吸引，C错误； D．Na2O2与水反应时，Na2O2中的离子键（Na⁺与之间）和共价键（O-O单键）断裂，同时生成O2（O=O双键）和NaOH（O-H键），涉及共价键的形成，D正确； 故答案选D。 【变式5-2】由徐光宪院士发起院士学子同创的《分子共和国》科普读物生动形象地戏说了、、、、、等众多“分子共和国”中的明星。下列说法正确的是 A．和都属于非极性分子 B．、分子的空间结构不同 C．和中心原子均采取杂化 D．所有分子都只存在键，不存在键 【答案】B 【详解】A．O3为V形结构，正负电中心不重合，属于极性分子；H2S的中心S原子价电子对数为，有2对孤电子对，为V形结构，正负电中心不重合，也属于极性分子，A项错误； B．SOCl2中S原子的价层电子对数为，空间结构为三角锥形；COCl2中C原子的价层电子对数为，空间结构为平面三角形，二者空间结构不同，B项正确； C．NH3中心N原子价层电子对数为，有1对孤电子对，采取sp³杂化，BF3中心B原子价层电子对数为，无孤电子对，采取sp²杂化，C项错误； D．O3含离域π键，CH3COOH含羧基中的π键，SOCl2含S=O中的π键，并非所有分子都只含σ键，D项错误； 故答案选B。 【变式5-3】某离子液体的阴离子的结构如图所示，其中X、Y、Z、W、R是原子序数依次增大的短周期非金属元素，Y是有机分子的骨架元素。下列说法正确的是 A．的空间结构为正四面体形 B．上述元素中Z原子未成对电子数最多 C．第一电离能： D．分子的键角： 【答案】B 【分析】观察阴离子结构可知，X原子形成1个单键且原子序数最小，故X是H元素；Y是有机分子的骨架元素，且能形成4个单键，则Y为C元素；R原子序数大于W，R原子能形成6个键，最外层有6个电子，R为S元素，W只能形成2个键，则W为O元素；最后介于Y和W之间的Z为N元素，据此分析解答。 【详解】A．为，价电子对数为3，无孤电子对，则其空间结构为平面三角形，A错误； B．氮原子（Z）未成对电子数为3，该五种元素中N原子的未成对电子数最多，B正确； C．N原子因2p能级半充满，第一电离能反而比O原子高，所以第一电离能顺序为：N、O、S依次减小，C错误； D．为直线形，键角最大，O的原子半径小于S，分子中成键电子对排斥力大于，故键角：，D错误； 故答案为：B。 题型06 等电子体原理及应用 等电子体原理： 定义：原子总数相同、价电子总数相同的分子、离子或原子团互为等电子体（等电子体的价电子总数计算需包含离子的电荷数，阳离子减电荷数，阴离子加电荷数）。 核心特征：等电子体具有相似的电子构型和空间结构，因结构相似，其物理性质（如熔沸点、溶解度）和化学性质（如化学键类型、反应活性）也具有一定相似性。 等电子体的判断： 原子总数相同：分子、离子或原子团中含有的原子个数相等。 价电子总数相同：计算各原子价电子数之和，结合离子电荷数调整后相等。 应用： 预测分子空间结构：已知一种等电子体的空间结构，可推断其他等电子体的空间结构。 推断化学键类型：根据等电子体的结构相似性，推断未知等电子体的化学键类型（如 σ 键、π 键的存在情况）。 解释物质性质：利用等电子体性质相似性，解释不同物质在熔沸点、反应活性等方面的相似性或差异性。 【典例6】原子数和电子数均相同的两种分子(或离子)互为等电子体。下列与F2互为等电子体的是 A．CO B．N2 C．C D．O 【答案】D 【详解】CO、N2、C、O均为2个原子，电子数分别为：6+8=14，7+7=14，6+6+2=14，8+8+2=18，而F2中含有的电子数为9+9=18，根据题干定义可知，F2与O互为等电子体，故答案为：D。 【变式6-1】通常把原子数和电子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，则下列有关说法中错误的是（    ） A．分子各原子均在同一平面上 B．分子中不存在双键 C．和是等电子体，均为三角锥形 D．和是等电子体，均为正四面体结构 【答案】C 【详解】A.B3N3H6 和苯原子数都是12，价电子数都是30，是等电子体，等电子体结构相似，性质也相似，由于苯分子中所有原子在同一个平面上，所以B3N3H6分子各原子均在同一平面上，A正确； B3N3H6和苯原子数都是12，价电子数都是30，是等电子体，分子中有双键即有π键，B正确； C.和NH4+不是等电子体，NH4+是正四面体形，C错误； D.CH4和NH4+原子数和电子数相同，是等电子体，均为正四面体，D正确； 故合理选项是C。 【变式6-2】原子数相同、电子总数相同的粒子，互称为等电子体。硼元素可形成三个等电子体阴离子：BO2－、BC2m-和BN2n-，则m、n值为 A．5，3 B．2，4 C．3，1 D．1，2 【答案】A 【详解】原子数相同且价电子总数相等的分子或离子为等电子体，BO2－中含有3个原子，价电子数是16，则m=5、n=3时，故A项正确。 【变式6-3】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 几面体形 (1)指出下列物质分子或离子的空间构型： ； ； 。 (2)由第一、二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有 ，其电子式是 。 (3)F6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。 【答案】(1) 三角锥形 平面三角形 四面体形 (2) (3) 【分析】根据题意价电子数(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，按等电子体的结构相似、物理性质相近进行分析。 【详解】（1）与互为等电子体，的空间构型为三角锥形。与互为等电子体，的空间构型为平面三角形。与互为等电子体，的空间构型为四面体形。 （2）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，其电子式为：。 （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： 。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $