专题02 杂化轨道理论与分子空间构型推断 （重难点讲义）化学人教版选择性必修2

专题06 杂化轨道理论与分子空间构型推断 1.掌握 “原子轨道杂化→新轨道成键→分子构型确定” 的逻辑链；同时，sp、sp2、sp3三种杂化类型是高中阶段最基础、应用最广泛的内容，需确保学生能精准对应轨道特征、成键分子及空间构型。 2.熟练掌握价层电子对的计算方法（区分主族元素、离子的计算差异），并能通过计算结果直接推断杂化类型，再结合孤电子对数量确定分子实际构型，形成“计算→推断→判断”的完整解题思路。 一、价层电子对互斥模型 1.应用：预测分子的空间结构 2.内容：价层电子对互斥模型认为，分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。 (1)当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。 (2)当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子的空间结构。 (3)电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。 (4)成键电子对之间斥力由大到小的顺序：三键-三键>三键-双键>双键-双键>双键-单键>单键 -单键。 (5)含孤电子对的斥力由大到小的顺序：孤电子对-孤电子对>孤电子对-单键>单键-单键。 二、中心原子上的价层电子对数的计算方法 1.方法I：中心原子上的价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数 (1)σ键电子对数的确定：由化学式确定 (2)中心原子上的孤电子对数的确定：中心原子上的孤电子对数= 公式中各字母的含义： a 中心原子的价层电子数 主族元素 =最外层电子数 阳离子 =中心原子的价层电子数-︱离子的电荷数︱ 阴离子 =中心原子的价层电子数+︱离子的电荷数︱ x 与中心原子结合的原子数 b 与中心原子结合的原子最多能接受的电子数 H =1 其他原子 =8-该原子的价层电子数 【特别说明】VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的孤电子对。多重键只计其中的σ键电子对，不计π键电子对。 2.方法II： 说明：（1）中心原子配位的原子总数是指与中心原子直接结合的原子个数，氧族元素原子作配位原子时，不计算配位原子个数。 （2）粒子的电荷数是离子所带电荷数，阳离子用“-”，阴离子用“+”。 （3）计算结果为中心原子的价层电子对数，根据中心原子的价层电子对数可以确定价层电子对互斥模型。 （4）孤电子对数=价层电子对数-中心原子配位的原子总数。 三、根据价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构 1.判断方法 （1）方法I 根据上述方法I计算出σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数，在确定了σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数后，可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子或离子的空间结构： σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构 以CO2、NH4+、NF3为例： ①CO2：中心C原子的价电子为4，配位原子为氧原子，配位原子数为2，即有2对σ键电子对数，中心C原子上的孤电子对数=[4-2x(8-6)]/2=0，即中心C原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为2的VSEPR模型为直线形，则CO2的实际构型为直线形。 ②NH4+：中心N原子的价电子为5，配位原子为氢原子，配位原子数为4，NH4+带1个正电荷，中心N原子上的孤电子对数=[5-1-4x(2-1)]/2=0，即中心N原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为正面体形，则NH4+的实际构型为正四面体形。 ③NF3：中心N原子的价电子为5，配位原子为氟原子，配位原子数为3，不带电荷，中心N原子上的孤电子对数=[5-3x(8-7)]/2=1，即中心N原子有1孤电子对，VSEPR模型略去1孤电子对才是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为正面体形，则NF3的实际构型为三角锥形。 （2）方法II 根据上述方法II计算出价层电子对总数和中心原子上的孤电子对数，根据价层电子对总数得出VSEPR模型，由VSEPR模型略去孤电子对就可以得出分子的实际构型。 价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构 以CO2、NH4+、NF3为例： ①CO2：中心C原子的价电子为4，配位原子为氧原子，不计算配位原子数，中心C原子的价层电子对数=4/2=2，中心碳原子与两个氧原子结合，故CO2中C原子孤电子对数=2-2=0，即中心C原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为2的VSEPR模型为直线形，则CO2的实际构型为直线形。 ②NH4+：中心N原子的价电子为5，配位原子为氢原子，配位原子数为4，NH4+带1个正电荷，中心N原子的价层电子对数=(5+4-1)/2=4，中心N原子与4个氢原子结合，故NH4+中N原子孤电子对数=4-4=0，即中心N原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为正面体形，则NH4+的实际构型为正四面体形。 ③NF3：中心N原子的价电子为5，配位原子为氟原子，配位原子数为3，不带电荷，中心N原子的价层电子对数=(5+3)/2=4，中心N原子与3个氟原子结合，故NF3中N原子孤电子对数=4-3=1，即中心N原子有1孤电子对，VSEPR模型略去1孤电子对才是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为正面体形，则NF3的实际构型为三角锥形。 【特别说明】①中心原子不含孤电子对的分子(或离子)，VSEPR模型与分子(或离子)的空间结构一致。 ②中心原子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥，则 VSEPR模型与分子的空间结构不一致。推测分子的立体模型必须略去 VSEPR模型中的孤电子对。 2.常见分子或离子的空间结构的推测 分子或离子 方法I 方法II VSEPR模型 VSEPR模型名称 空间结构 空间结构名称 中心原子上的价层电子对数 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 CO2、BeCl2 2 0 0 2 直线形 直线形 CO32—、BF3 3 0 0 3 平面三角形 平面三角形 SO2、PbCl2 1 1 V形 CH4、CCl4 4 0 0 4 正四面体形 正四面体形 NH3、NF3 1 1 四面体形 三角锥形 H2O、H2S 2 2 V形 【特别说明】①价层电子对互斥模型对分子空间结构的预测少有失误，但它不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。 ②氨气与水的VSEPR模型一致，但空间构型不同的原因是：孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力。 四、杂化轨道理论简介 1.杂化轨道的含义 杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。 (1)轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。 (2)杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。 (3)杂化轨道的特点 ①杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数； ②杂化改变了原子轨道的形状和方向； ③杂化使原子的成键能力增强； ④杂化轨道用于构建分子的σ轨道和孤电子对轨道。 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.杂化轨道类型 类型 形成过程 夹角 空间结构 sp3杂化轨道 sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的 109°28′ 正四面体形 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 120° 平面三角形 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 180° 直线形 【特别说明】原子轨道发生sp杂化时，还有2个np轨道未发生杂化，若np轨道上有未成对电子，形成分子时2个np轨道上的电子会形成π键。 1）sp3杂化与CH4分子的空间构型 (1)杂化轨道的形成 碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。 基态原子轨道 激发态原子轨道 杂化轨道 sp3杂化轨道的空间构型 4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体形，轨道之间的夹角为109°28'，每个轨道上都有一个未成对电子。 (2)共价键的形成 碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个相同的σ键。 (3)CH4分子的空间构型 CH4分子为空间正四面体结构，分子中C—H键之间的夹角都是109°28′。 (4)正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、 NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。 2）sp2杂化与BF3分子的空间构型 (1)sp2杂化轨道的形成 硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的3个sp2杂化轨道。 硼原子的3个sp2杂化轨道呈平面三角形，3个sp2杂化轨道间的夹角为120°。 (2)共价键的形成 硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的1个2p轨道重叠，形成3个相同的σ键。 (3)BF3分子的空间构型 BF3分子的空间构型为平面三角形，键角为120°。 3）sp杂化与BeCl2分子的空间构型 (1)杂化轨道的形成 Be原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道，1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。 Be原子的sp杂化轨道呈直线形，其夹角为180°。 (2)共价键的形成 Be原子的2个sp杂化轨道分别与2个Cl原子的1个3p轨道重叠形成2个相同的σ键。 (3)BeCl2分子的空间构型 BeCl2分子为空间构型为直线形，分子中Be—Cl键之间的夹角为180°。 4.杂化轨道类型与分子的空间结构的关系 (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。当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，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也发生变化。 (2)杂化轨道与分子的空间结构的关系 ①当杂化轨道全部用于形成σ键时 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道组成 1个ns和1个np 1个ns和2个np 1个ns和3个np 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 由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个杂化轨道由孤电子对占据，其分子不呈正四面体形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个杂化轨道由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。 5.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系 杂化轨道理论解释了价层电子对互斥模型所推测的分子空间结构，但分析具体分子中的中心原子的杂化轨道类型时，应先确定分子或离子的VSEPR模型，再确定中心原子的杂化轨道类型。 VSEPR模型及其中心原子对应的杂化轨道类型如表所示： 6.杂化轨道类型的判断方法 (1)根据价层电子对互斥模型判断中心原子的杂化类型、空间结构 在确定了分子或离子的中心原子上的成键电子对数和孤电子对数后，可以依据下面的方法确定其中心原子的杂化轨道类型：σ键电子对数(成键电子对数)+孤电子对数=价电子对数=杂化轨道数 根据杂化类型及孤电子对数即可判断分子或离子的空间结构，列表如下： 价层电子对数 杂化轨道类型 成键电子对数 孤电子对数 杂化轨道数 分子空间结构 实例 2 sp 2 0 2 直线形 BeCl2、CO2、HCN 3 sp2 3 0 3 平面三角形 BF3、SO3、CO32— 2 1 V形 SnBr2、SO2、NO2— 4 sp3 4 0 4 四面体形 CHCl3、SiCl4、PO43— 3 1 三角锥形 NH3、PCl3、SO32— 2 2 V形 OF2、H2O、NH2— (2) 根据杂化轨道间的夹角判断 杂化轨道间的夹角 杂化轨道类型 109º28´ sp3 120º sp2 180º sp (3)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 正四面体形 sp3 平面三角形 sp2 直线形 sp (4)根据共价键类型判断 由杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未参与杂化的轨道用于形成π键，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。对于能明确结构式的分子、离子，其中心原子的杂化轨道数n=中心原子形成的σ键数+中心原子上的孤电子对数，即可将结构式和电子式相结合，从而判断中心原子形成的σ键数和中心原子上的孤电子对数，进而判断杂化轨道数。例如： ①在SiF4分子中，基态硅原子有4个价电子，与4个氟原子形成4个σ键，没有孤电子对，n=4,则SiF4分子中硅原子采用sp3杂化。 ②在HCHO分子中，基态碳原子有4个价电子，与2个氢原子形成2个σ键，与氧原子形成C=O,C=O中有1个σ键、1个π键，没有孤电子对，n=3,则HCHO分子中碳原子采用sp2杂化。 (5)以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化类型 ①没有形成π键，为sp3杂化：CH4、CCl4、 ②形成一个π键，为sp2杂化：CH2=CH2、苯(大π键)、、 ③形成两个π键，为sp杂化：CH≡CH、O=C=O(CO2)、S=C=S(CS2) 题型01 考查价层电子对互斥模型的理解 【典例】下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是(　　) A．价层电子对就是σ键电子对 B．孤电子对数由分子式来确定 C．分子的立体构型是价层电子对互斥的结果 D．孤电子对数等于π键数 【答案】C 【解析】价层电子对数是σ键电子对数与孤电子对数之和，孤电子对数是指没有成键的价电子对数，其与中心原子价层电子总数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子数及与中心原子结合的原子数有关，A、B、D项错误。 【变式1】已知在CH4中，C—H键间的键角为109°28′，NH3中，N—H键间的键角为107°，H2O中O—H键间的键角为105°，则下列说法中正确的是(　　) A．孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力 B．孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力 C．孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力 D．题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力同成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系 【答案】A 【解析】CH4中碳原子没有孤电子对，C—H键间的键角为109°28′，NH3中氮原子有1个孤电子对，N—H键间的键角为107°，H2O中氧原子有2个孤电子对，O—H键间的键角为105°，说明孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力。 【变式2】下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)的叙述中不正确的是(　　) A．VSEPR模型可用来预测分子的空间结构 B．分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构 C．中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥 D．分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大，分子越稳定 【答案】D 【解析】VSEPR模型可用来预测分子的空间结构，注意实际空间结构要去掉孤电子对， A正确；空间结构与价电子对相互排斥有关，所以分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构， B正确；中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间的排斥力＞孤电子对和成对电子对间的排斥力， C正确；分子的稳定性与键角没有关系， D不正确，故选D。 题型02 粒子的空间构型的判断 【典例】下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为V形的是( ) A．SO2 B．SO42- C．H3O+ D．OF2 【答案】D 【解析】A项，SO2中S原子价电子对数为，有1个孤电子对，VSEPR模型为平面结构，其空间结构为V形，故不选A；B项，SO42-中S原子价电子对数为，无孤电子对，VSEPR模型为四面体，其空间结构为正四面体，故不选B；C项，H3O+中O原子价电子对数为，有1个孤电子对，VSEPR模型为四面体，其空间结构为三角锥，故不选C；D项，OF2中O原子价电子对数为，有2个孤电子对，VSEPR模型为平四面体，其空间结构为V形，故选D；故选D。 【变式1】用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是 A．SO2、CS2、HCN都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120° C．CH2O、CO、SO3都是平面三角形的粒子 D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子 【答案】C 【解析】A．二氧化硫分子中S原子价层电子对个数=2+=2+1=3，含有1个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断二氧化硫空间结构为V形；二硫化碳结构式为S=C=S，CS2中C原子价层电子对个数=2+=2+0=2，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断CS2为直线形；HCN结构式为，HCN中C原子价层电子对个数=2+=2+0=2，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断HCN为直线形，故A错误；B．BF3中心原子价层电子对个数=3+=3+0=3，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断BF3为平面三角形结构，键角为120°；SnBr2中价层电子对个数=2+=2+1=3，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断SnBr2为V型结构，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以BF3键角为120°，SnBr2键角小于120°，故B错误；C．CH2O中碳形成3个σ键，所以是sp2杂化为平面三角形结构；中C原子价层电子对个数=3+=3+0=3，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断为平面三角形结构；SO3中S原子价层电子对个数=3+=3+0=3，无孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断SO3为平面三角形结构，故C正确；D．PCl3中P原子价层电子对个数=3+=3+1=4，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断PCl3为三角锥形结构；NH3中N原子价层电子对个数=3+=3+1=4，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断NH3为三角锥形结构；PCl5中P原子价层电子对个数=5+=5+0=5，不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断PCl5为三角双锥结构，故D错误；答案为C。 【变式2】下列分子价层电子对互斥理论模型与分子结构模型一致的是( ) A．水 B．甲烷 C．氨 D．二氧化硫 【答案】B 【解析】A项，水的价层电子对数为：，价层电子对模型为正四面体，分子构型为V形，两者不一致，A错误；B项，甲烷的价层电子对数为：，价层电子对模型为正四面体，分子构型为正四面体，两者一致，B正确；C项，氨气的价层电子对数为：，价层电子对模型为正四面体，分子构型为三角锥形，两者不一致，C错误；D项，二氧化硫的价层电子对数为：，价层电子对模型为平面三角形，分子构型为V形，两者不一致，D错误；故选B。 题型03 考查杂化轨道理论与分子的结构的关系 【典例】下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是 A．AsH3　平面三角形　sp3杂化 B．H3O+　 平面三角形　sp2杂化 C．H2Se　V形　sp3杂化 D．CO　三角锥形　    sp3杂化 【答案】C 【解析】A．AsH3中心原子的价层电子对数=3+(5-3×1)=4，As的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，选项A错误；B．的中心原子的价层电子对数=3+ (6-1-3×1)=4，O的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，选项B错误；C．H2Se中心原子的价层电子对数=2+ (6-2×1)=4，Se的杂化方式为sp3，含有两对孤电子对，分子的立体构型为V形，选项C正确； D．中心原子的价层电子对数=3+ (4+2-3×2)=3，C的杂化方式为sp2，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，选项D错误；答案选C。 【变式1】下列说法中正确的是　(　　) A．中心原子采取sp3杂化的分子，其几何构型都是四面体型 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．苯分子的碳原子是sp2杂化，分子的空间构型为平面结构 D．AB3型的分子空间构型必为平面三角形 【答案】C 【解析】A选项，分子的几何构型除了与杂化轨道类型，还与中心原子的成键情况有关，错误；B选项，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，错误；C选项，正确；D选项，AB3型的分子空间构型不一定为平面三角形，也可能是三角锥形。错误。故选C。 【变式2】根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的空间构型正确的是 选项 分子式 中心原子杂化方式 VSEPR模型名称 空间结构 A sp V形 V形 B sp2 平面三角形 三角锥形 C sp2 四面体形 平面三角形 D sp3 正四面体形 正四面体形 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【解析】根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型及中心原子杂化方式，价层电子对个数=配原子个数+孤电子对个数。A．BeCl2分子中心原子杂化方式sp价层电子对互斥模型为直线形，没有孤电子对，分子的立体构型为直线形，故A错误；B．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，故B错误；C．CH3+离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，离子的立体构型为平面三角形，故C错误；D．SO42-离子中心原子杂化方式sp3价层电子对互斥模型为正四面体，没有孤电子对，离子的立体构型为平面三角形，故D正确；故选D。 【巩固训练】 1．（24-25高二下·广东广州·期中）下列微粒的VSEPR模型与其空间结构一致的是 A．BF3 B．NF3 C．SO D．H3O+ 【答案】A 【解析】A ．：B的价层电子对数为，无孤对电子，VSEPR模型和结构均为平面三角形，A符合题意；B． ：N的价层电子对数为，含1对孤电子对，VSEPR模型为四面体，实际结构为三角锥形，B不符合题意；C． ：S的价层电子对数为，含1对孤电子对，VSEPR模型为四面体，实际结构为三角锥形，C不符合题意；D．：O的价层电子对数为，含1对孤电子对，VSEPR模型为四面体，实际结构为三角锥形，D不符合题意；故选A。 2．（24-25高二下·浙江·期中）下列微粒的VSEPR模型与其空间立体构型一致的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．H2O中心O原子价层电子对数为，有两对孤对电子，VSEPR模型为四面体，空间构型为V形，不一致，A不符合题意；B．中心S原子价层电子对数为，有1对孤对电子，VSEPR模型为四面体，空间构型为三角锥形，不一致，B不符合题意；C．中心C原子价层电子对数为，无孤对电子，VSEPR模型和空间构型均为平面三角形，一致，C符合题意；D．中心N原子价层电子对数为，1对孤对电子，VSEPR模型为平面三角形，空间构型为V形，不一致，D不符合题意；故选C。 3．（24-25高二下·四川达州·期中）下列分子或离子的中心原子的价层电子对数不为4的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．中心原子价层电子对数，A不选；B．中心原子价层电子对数，B不选；C．中心原子价层电子对数，C选；D．中心原子价层电子对数，D不选；故选C。 4．（24-25高二下·甘肃白银·期末）下列分子或离子中，VSEPR模型与空间结构相同的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A．的中心原子的价层电子对数为2（无孤电子对），VSEPR模型和空间结构均为直线形，A正确；B．的中心原子的价层电子对数为4（含1对孤电子对），VSEPR模型为四面体，空间结构为三角锥形，B错误；C．的中心原子的价层电子对数为4（含1对孤电子对），VSEPR模型为四面体，空间结构为三角锥形，C错误；D．的中心原子的价层电子对数为3（含1对孤电子对），VSEPR模型为平面三角形，空间结构为V形，D错误；故答案选A。 5．（24-25高二下·浙江丽水·期中）碳酸氢铵是一种常见的食品膨松剂，下列说法不正确的是 A．的空间结构：正四面体形 B．分子的空间填充模型： C．中N原子的杂化方式： D．碳酸氢铵受热分解： 【答案】B 【解析】A．对于，中心N原子的价层电子对数为，且没有孤电子对，根据价层电子对互斥理论，其空间结构为正四面体形，A正确；B．所示的并不是分子的空间填充模型，是直线形分子，该模型不符合的结构特点，B错误；C．在中，N原子的价层电子对数为，根据杂化轨道理论，N原子的杂化方式为，C正确；D．碳酸氢铵受热分解是一个吸热反应，所以，D正确；故答案选B。 6．（24-25高二下·北京·期末）下列微粒的中心原子是杂化的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．中心原子价层电子对，中心原子采取杂化，A错误；B．中心原子价层电子对，中心原子采取杂化，B错误；C．中心原子价层电子对，中心原子采取杂化，C错误；D．中心原子价层电子对，中心原子采取杂化，D正确；故答案选D。 7．（23-24高二上·河北·期末）、、分子的VSEPR模型均为四面体构型，孤电子对的存在会影响到键角，那么三个分子的键角从大到小依次为 A．、、 B．、、 C．、、 D．、、 【答案】B 【解析】氨分子中氮原子的价层电子对数为3+(5-1×3) ×=4、孤对电子对数为(5-1×3) ×=1，水分子中氧原子的价层电子对数为2+(6-1×2) ×=4、孤对电子对数为(6-1×2) ×=2，甲烷分子中碳原子的价层电子对数为4+(4-1×4) ×=4、孤对电子对数为(4-1×4) ×=0，由VSEPR理论可知，分子中中心原子的孤对电子对数越多，对成键电子对的斥力越强，分子的键角越小，则键角的大小顺序为：CH4 > NH3 > H2O，故选B。 8．（24-25高二下·澳门香港·期末）根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论，下列说法不正确的是 A．的VSEPR模型为四面体形 B．与空间构型都是三角锥形 C．分子的中心原子杂化方式为 D．与都属于含极性键的非极性分子 【答案】B 【解析】A．的中心S原子价层电子对数为4（孤对1对，成键3对），VSEPR模型为四面体形，A正确；B．NH3的VSEPR模型为四面体，孤对导致空间构型为三角锥形；BF3的价层电子对数为3，无孤对，空间构型为平面三角形，B错误；C．O3的中心O原子价层电子对数为3（2对成键，1对孤对），杂化方式为sp2，C正确；D．CH4和SiH4均为正四面体结构，含极性键但分子对称，属于非极性分子，D正确；故选B。 9．（24-25高二下·河南南阳·开学考试）价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是 A．CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体 B．S和的空间构型均为平面三角形 C．CF4和SF4的中心原子均无孤电子对 D．XeF2与XeO2的键角相等 【答案】A 【解析】A．甲烷分子的中心原子的价层电子对：，水分子的中心原子价层电子对：，所以它们的VSEPR模型都是四面体，A正确； B．的中心原子S原子的价层电子对数为，为sp3杂化，有一对孤对电子，空间构型为三角锥形；的中心原子C原子的价层电子对数为，为sp2杂化，空间构型为平面三角形，B错误；   C．CF4中心原子周围的价电子对数为：，无孤电子对；SF4中心原子S原子周围的价电子对数为：，有1对孤电子对，C错误；D．XeF2的中心原子的价层电子对：，有3对孤电子对，XeO2的中心原子的价层电子对：，有2对孤电子对，孤电子对不相等，孤电子对越多，排斥力越大，所以键角不等，D错误；故选A。 10．（24-25高二下·新疆喀什·期中）根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构，试根据相关知识填空： (1)分子的空间结构为 ，其中P的杂化轨道类型为 。 (2)中C原子的杂化轨道类型为 。 (3)一种有机化合物的结构简式如下： 该分子中有 个sp2杂化的碳原子； 个sp3杂化的碳原子。 (4)与的结构相同，空间结构呈 形，中心原子都采取 杂化。 (5)、等粒子具有相同的原子个数，它们的价电子总数都是 ，空间结构呈 形，中心原子都采取 杂化。 【答案】(1)三角锥形 (2)、 (3)2 6 (4)直线  sp (5)24 平面三角 【解析】（1）分子中P的价层电子对数为3+=4，有1个孤电子对，空间结构为三角锥形，P原子采用sp3杂化； （2）中饱和C原子采用sp3杂化，羧基上的C原子的杂化轨道类型为sp2； （3）由结构简式知、不饱和碳原子有2个，故sp2杂化碳原子有2个；饱和碳原子有6个，故sp3杂化碳原子有6个； （4）与的互为等电子体，SCN-与的价层电子对数均为2，根据价层电子对互斥理论，两种离子的空间构型为直线型，中心原子杂化方式均为sp杂化； （5）、的价电子总数均为24，依据价层电子对互斥理论，计算出、的价层电子对数均为3，可判断出分子的空间构型为平面三角形，中心原子都采取 sp2杂化。 【强化训练】 1．（24-25高二下·广东广州·期中）下列粒子的VSEPR模型为平面三角形但其空间结构不为平面三角形的是 A．H3O+ B．BF3 C．NO D．SO2 【答案】D 【解析】A．H3O+中心原子O的价层电子对数为4，有一个孤电子对，VSEPR模型为四面体，空间结构为三角锥形，A不符合题意；B．BF3中心原子B的价层电子对数为3，无孤电子对，VSEPR模型和空间结构均为平面三角形，B不符合题意；C．NO中心原子N的价层电子对数为3，无孤电子对，VSEPR模型和空间结构均为平面三角形，C不符合题意；D．SO2中心原子S的价层电子对数为3，有一个孤电子对，VSEPR模型为平面三角形，空间结构为V形，D符合题意；故选D。 2．（24-25高二下·河北邢台·期末）下列说法中，正确的是 A．杂化轨道能用于形成键和键，还能用于形成离子键 B．中心原子采取杂化的分子，空间结构均为平面三角形 C．所有型的共价化合物，中心原子A都采用杂化成键 D．气态的中心原子采取杂化成键 【答案】D 【解析】A．杂化轨道用于形成σ键，而π键由未杂化的p轨道形成；离子键是静电作用，不涉及轨道重叠，因此杂化轨道不能形成离子键，A错误；B．sp2杂化若存在孤对电子（如SO2），则结构为V形而非平面三角形，B错误；C．XeF4为AB4型，但中心原子Xe采用sp3d2杂化，并非sp3杂化，C错误；D．气态BeCl2中Be的价层电子对数为2，采用sp杂化，呈直线型，D正确；故选D。 3．（24-25高二下·四川雅安·期末）下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为三角锥形的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A．SO2的价层电子对数为3（2个σ键+1对孤电子对），VSEPR模型为平面三角形，空间结构为V形，A不符合题意；B．NF3的价层电子对数为4（3个σ键+1对孤电子对），VSEPR模型为四面体，空间结构为三角锥形，B符合题意；C．的价层电子对数为4（4个σ键+0对孤电子对），VSEPR模型为四面体，空间结构为正四面体，C不符合题意；D．OF2的价层电子对数为4（2个σ键+2对孤电子对），VSEPR模型为四面体，空间结构为V形，D不符合题意；故答案选B。 4．（24-25高二下·四川南充·期中）用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间结构，下列判断正确的是 A．的VSEPR模型： B．的键角为，的键角小于。 C．的空间结构为V形 D．中心原子的杂化类型不同 【答案】B 【解析】A．的中心原子价层电子对数4，VSEPR模型为四面体形，A错误；B．BF3的中心原子价层电子对个数=3+=3，所以为平面三角形结构，键角为120°；SO2的中心原子价层电子对个数=2+=3，且含有1个孤电子对，所以SO2为V形结构，键角小于，B正确；C．BeCl2中的Be形成2个σ键，无孤电子对，空间结构为直线形，C错误；D．的中心原子价层电子对个数=2+=4，的中心原子价层电子对个数=3+=4，的中心原子价层电子对个数=4+=4，中心原子的杂化类型相同，D错误；故选B。 5．（24-25高二下·安徽·期中）在化学工业领域制备时，常把通入溶有的溶液中。研究发现，气体是一种三角双锥分子（如图）；固态是一种离子化合物，其组成可表示为，以下对相关分子结构与性质的判断错误的是 A．键角： B．的空间结构：正四面体 C．、中磷原子的杂化方式相同 D．气体分子有两种结构 【答案】C 【解析】A．二种分子的中心原子都有1对孤电子对，价层电子对数均为4，都是sp3杂化，电负性由大到小的顺序为F＞Cl＞P，PCl3中的成键电子云偏向氯的程度小于PF3中的成键电子云偏向氟的程度，即PF3中的成键电子云离磷更远，这样导致PF3中成键电子对之间的斥力减小，使PF3键角更小，A不符合题意；B．的中心原子有0对孤电子对，价层电子对数为4，是sp3杂化，空间结构：正四面体，B不符合题意；C．的中心原子有0对孤电子对，价层电子对数为4，是sp3杂化，的中心原子有0对孤电子对，价层电子对数为6，需使用空的 3d 轨道，杂化方式为，C符合题意；D．气体是一种三角双锥分子，分子内有2种氯原子，则气体分子有两种结构，D不符合题意；故选C。 6．（24-25高二下·福建泉州·期中）下列分子的VSEPR模型与其空间构型不相同的是 A．BeCl2 B．BF3 C．SO2 D．CCl4 【答案】C 【解析】A．BeCl2中Be的价层电子对数为2+=2，无孤对电子，则模型与构型均为直线形，A不合题意；B．BF3中B的价层电子对数为3+=3，无孤对电子，，模型与构型均为平面三角形，B不合题意；C．SO2中S的价层电子对数为2+=3，含1对孤电子对，模型为三角平面，但分子因孤对电子影响呈V形，C符合题意；D．CCl4中C的价层电子对数为4+=4，无孤对电子，模型与构型均为正四面体，D不合题意；故答案为：C。 7．（24-25高二下·北京延庆·期中）下列分子中，中心原子杂化轨道类型为且分子构型为三角锥形的是 A．CH4 B．NH3 C．BF3 D．H2O 【答案】B 【解析】A．CH4的中心原子C原子的价层电子对数为：，则中心原子C为sp3杂化，无孤对电子，分子构型为正四面体形，故A不符合题意；B．NH3的中心原子N原子的价层电子对数为：，则中心原子N为sp3杂化，有1对孤对电子，分子构型为三角锥形，故B符合题意；C．BF3的中心原子B原子的价层电子对数为：，则中心原子B为sp2杂化，无孤对电子，分子构型为平面三角形，故C不符合题意；D．H2O的中心原子O原子的价层电子对数为：，则中心原子O为sp3杂化，有2对孤对电子，分子构型为V形，故D不符合题意；故选B。 8．（24-25高二下·河南郑州·期中）有机反应中会有一些重要的反应中间体，例如甲基碳正离子、甲基碳负离子。下列有关它们的说法正确的是 A．空间构型均为三角锥形 B．碳原子价层电子对数均为3 C．碳原子的杂化方式分别为 D．与结合而形成的是离子化合物 【答案】C 【解析】A．的价层电子对数为3（无孤对电子），为sp2杂化，呈平面三角形；的价层电子对数为4（3个成键电子对+1个孤对电子）为sp3杂化，含孤对电子，呈三角锥形。两者构型不同，A错误；B．的价层电子对数为3（无孤对电子），的价层电子对数为4（3个成键电子对+1个孤对电子），B错误；C．为sp2杂化（平面三角形），为sp3杂化（三角锥形），C正确；D．与结合生成乙烷（CH3CH3），乙烷为共价化合物，而非离子化合物，D错误；答案选C。 9．（24-25高二下·河北衡水·期中）用价层电子对互斥模型(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构，也可推测键角大小与杂化方式。下列判断错误的是 A．的价层电子对互斥模型： B．键角大于 C．中的N原子采取杂化 D．中的阴、阳离子有相同的VSEPR模型和空间结构 【答案】A 【解析】A．NH3中心原子价层电子对数为3+ =4，价层电子对互斥模型为四面体形，故A错误；B．H2O和NH3中心原子都采用sp3杂化，O上有2个孤电子对，N上有1个孤电子对，孤电子对有更大的排斥力，键角变小，故键角：NH3>H2O，故B正确；C．NH3中心原子价层电子对数为3+ =4，故为sp3杂化，故C正确；D．NH4ClO4中阴离子为，阳离子为，中心原子价层电子对数为4+ =4，且没有孤电子对，中心原子价层电子对数为4+ =4，且没有孤电子对，则阴、阳离子有相同的VSEPR模型（四面体形）和空间结构（正四面体形），D正确；答案选A。 10．（24-25高二上·吉林·期末）铜的化合物用途非常广泛。已知下列反应：，。回答下列问题： (1)中中心原子上的孤电子对数为 。 (2)分子的空间结构为 ，其中心原子的杂化类型是 。 (3)分子中碳原子的杂化类型是 ，中含键的数目为 。 (4)相同条件下，与在水中的溶解度较大的是 (填分子式)，中的键角 (填“>”“<”或“=”)中的键角。 【答案】(1)2 (2)三角锥形 (3)sp2和 (4) > 【解析】（1）水分子中氧原子的价层电子对数为4、孤对电子对数为2，故答案为：2； （2）氨分子中氮原子的价层电子对数为4、孤对电子对数为1，原子的杂化方式为sp3杂化、分子的空间构型为三角锥形，故答案为：三角锥形；sp3； （3）乙酸乙烯酯分子中饱和碳原子的杂化方式为sp3杂化、双键碳原子的杂化方式为sp2杂化；分子中单键为σ键，双键中含有1个σ键，则1mol乙酸乙烯酯分子中含有σ键的数目为1mol×11×NAmol—1=11NA，故答案为：sp2和；11NA； （4）二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2、孤对电子对数为0，分子的空间构型为结构对称的直线形，属于非极性分子，二氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为3、孤对电子对数为1，分子的空间构型为结构不对称的V形，属于极性分子，由相似相溶原理可知，二氧化碳在水中的溶解度小于二氧化硫；碳酸根离子中碳原子的价层电子对数为3、孤对电子对数为0，离子的空间构型为平面三角形，亚硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4、孤对电子对数为1，离子的空间构型为三角锥形，则碳酸根离子中的键角大于亚硫酸根离子中的键角，故答案为：；>。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题06 杂化轨道理论与分子空间构型推断 1.掌握 “原子轨道杂化→新轨道成键→分子构型确定” 的逻辑链；同时，sp、sp2、sp3三种杂化类型是高中阶段最基础、应用最广泛的内容，需确保学生能精准对应轨道特征、成键分子及空间构型。 2.熟练掌握价层电子对的计算方法（区分主族元素、离子的计算差异），并能通过计算结果直接推断杂化类型，再结合孤电子对数量确定分子实际构型，形成“计算→推断→判断”的完整解题思路。 一、价层电子对互斥模型 1.内容：价层电子对互斥模型认为，分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。 (1)当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。 (2)当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子的空间结构。 (3)电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。 (4)成键电子对之间斥力由大到小的顺序：三键-三键>三键-双键>双键-双键>双键-单键>单键 -单键。 (5)含孤电子对的斥力由大到小的顺序：孤电子对-孤电子对>孤电子对-单键>单键-单键。 2.应用：预测分子的空间结构 二、中心原子上的价层电子对数的计算方法 1.方法I：中心原子上的价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数 (1)σ键电子对数的确定：由化学式确定 (2)中心原子上的孤电子对数的确定：中心原子上的孤电子对数= 公式中各字母的含义： a 中心原子的价层电子数 主族元素 =最外层电子数 阳离子 =中心原子的价层电子数-︱离子的电荷数︱ 阴离子 =中心原子的价层电子数+︱离子的电荷数︱ x 与中心原子结合的原子数 b 与中心原子结合的原子最多能接受的电子数 H =1 其他原子 =8-该原子的价层电子数 【特别说明】VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的孤电子对。多重键只计其中的σ键电子对，不计π键电子对。 2.方法II： 说明：（1）中心原子配位的原子总数是指与中心原子直接结合的原子个数，氧族元素原子作配位原子时，不计算配位原子个数。 （2）粒子的电荷数是离子所带电荷数，阳离子用“-”，阴离子用“+”。 （3）计算结果为中心原子的价层电子对数，根据中心原子的价层电子对数可以确定价层电子对互斥模型。 （4）孤电子对数=价层电子对数-中心原子配位的原子总数。 三、根据价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构 1.判断方法 （1）方法I 根据上述方法I计算出σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数，在确定了σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数后，可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子或离子的空间结构： σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构 以CO2、NH4+、NF3为例： ①CO2：中心C原子的价电子为4，配位原子为氧原子，配位原子数为2，即有2对σ键电子对数，中心C原子上的孤电子对数=[4-2x(8-6)]/2=0，即中心C原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为2的VSEPR模型为直线形，则CO2的实际构型为直线形。 ②NH4+：中心N原子的价电子为5，配位原子为氢原子，配位原子数为4，NH4+带1个正电荷，中心N原子上的孤电子对数=[5-1-4x(2-1)]/2=0，即中心N原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为正面体形，则NH4+的实际构型为正四面体形。 ③NF3：中心N原子的价电子为5，配位原子为氟原子，配位原子数为3，不带电荷，中心N原子上的孤电子对数=[5-3x(8-7)]/2=1，即中心N原子有1孤电子对，VSEPR模型略去1孤电子对才是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为正面体形，则NF3的实际构型为三角锥形。 （2）方法II 根据上述方法II计算出价层电子对总数和中心原子上的孤电子对数，根据价层电子对总数得出VSEPR模型，由VSEPR模型略去孤电子对就可以得出分子的实际构型。 价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构 以CO2、NH4+、NF3为例： ①CO2：中心C原子的价电子为4，配位原子为氧原子，不计算配位原子数，中心C原子的价层电子对数=4/2=2，中心碳原子与两个氧原子结合，故CO2中C原子孤电子对数=2-2=0，即中心C原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为2的VSEPR模型为直线形，则CO2的实际构型为直线形。 ②NH4+：中心N原子的价电子为5，配位原子为氢原子，配位原子数为4，NH4+带1个正电荷，中心N原子的价层电子对数=(5+4-1)/2=4，中心N原子与4个氢原子结合，故NH4+中N原子孤电子对数=4-4=0，即中心N原子无孤电子对，VSEPR模型就是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为正面体形，则NH4+的实际构型为正四面体形。 ③NF3：中心N原子的价电子为5，配位原子为氟原子，配位原子数为3，不带电荷，中心N原子的价层电子对数=(5+3)/2=4，中心N原子与3个氟原子结合，故NF3中N原子孤电子对数=4-3=1，即中心N原子有1孤电子对，VSEPR模型略去1孤电子对才是分子的实际构型，价层电子对数为4的VSEPR模型为正面体形，则NF3的实际构型为三角锥形。 【特别说明】①中心原子不含孤电子对的分子(或离子)，VSEPR模型与分子(或离子)的空间结构一致。 ②中心原子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥，则 VSEPR模型与分子的空间结构不一致。推测分子的立体模型必须略去 VSEPR模型中的孤电子对。 2.常见分子或离子的空间结构的推测 分子或离子 方法I 方法II VSEPR模型 VSEPR模型名称 空间结构 空间结构名称 中心原子上的价层电子对数 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 CO2、BeCl2 2 0 0 2 直线形 直线形 CO32—、BF3 3 0 0 3 平面三角形 平面三角形 SO2、PbCl2 1 1 V形 CH4、CCl4 4 0 0 4 正四面体形 正四面体形 NH3、NF3 1 1 四面体形 三角锥形 H2O、H2S 2 2 V形 【特别说明】①价层电子对互斥模型对分子空间结构的预测少有失误，但它不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。 ②氨气与水的VSEPR模型一致，但空间构型不同的原因是：孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力。 四、杂化轨道理论简介 1.杂化轨道的含义 杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。 (1)轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。 (2)杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。 (3)杂化轨道的特点 ①杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数； ②杂化改变了原子轨道的形状和方向； ③杂化使原子的成键能力增强； ④杂化轨道用于构建分子的σ轨道和孤电子对轨道。 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.杂化轨道类型 类型 形成过程 夹角 空间结构 sp3杂化轨道 sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的 109°28′ 正四面体形 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 120° 平面三角形 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 180° 直线形 【特别说明】原子轨道发生sp杂化时，还有2个np轨道未发生杂化，若np轨道上有未成对电子，形成分子时2个np轨道上的电子会形成π键。 1）sp3杂化与CH4分子的空间构型 (1)杂化轨道的形成 碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。 基态原子轨道 激发态原子轨道 杂化轨道 sp3杂化轨道的空间构型 4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体形，轨道之间的夹角为109°28'，每个轨道上都有一个未成对电子。 (2)共价键的形成 碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个相同的σ键。 (3)CH4分子的空间构型 CH4分子为空间正四面体结构，分子中C—H键之间的夹角都是109°28′。 (4)正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、 NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。 2）sp2杂化与BF3分子的空间构型 (1)sp2杂化轨道的形成 硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的3个sp2杂化轨道。 硼原子的3个sp2杂化轨道呈平面三角形，3个sp2杂化轨道间的夹角为120°。 (2)共价键的形成 硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的1个2p轨道重叠，形成3个相同的σ键。 (3)BF3分子的空间构型 BF3分子的空间构型为平面三角形，键角为120°。 3）sp杂化与BeCl2分子的空间构型 (1)杂化轨道的形成 Be原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道，1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。 Be原子的sp杂化轨道呈直线形，其夹角为180°。 (2)共价键的形成 Be原子的2个sp杂化轨道分别与2个Cl原子的1个3p轨道重叠形成2个相同的σ键。 (3)BeCl2分子的空间构型 BeCl2分子为空间构型为直线形，分子中Be—Cl键之间的夹角为180°。 4.杂化轨道类型与分子的空间结构的关系 (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。当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，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也发生变化。 (2)杂化轨道与分子的空间结构的关系 ①当杂化轨道全部用于形成σ键时 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道组成 1个ns和1个np 1个ns和2个np 1个ns和3个np 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 由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个杂化轨道由孤电子对占据，其分子不呈正四面体形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个杂化轨道由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。 5.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系 杂化轨道理论解释了价层电子对互斥模型所推测的分子空间结构，但分析具体分子中的中心原子的杂化轨道类型时，应先确定分子或离子的VSEPR模型，再确定中心原子的杂化轨道类型。 VSEPR模型及其中心原子对应的杂化轨道类型如表所示： 6.杂化轨道类型的判断方法 (1)根据价层电子对互斥模型判断中心原子的杂化类型、空间结构 在确定了分子或离子的中心原子上的成键电子对数和孤电子对数后，可以依据下面的方法确定其中心原子的杂化轨道类型：σ键电子对数(成键电子对数)+孤电子对数=价电子对数=杂化轨道数 根据杂化类型及孤电子对数即可判断分子或离子的空间结构，列表如下： 价层电子对数 杂化轨道类型 成键电子对数 孤电子对数 杂化轨道数 分子空间结构 实例 2 sp 2 0 2 直线形 BeCl2、CO2、HCN 3 sp2 3 0 3 平面三角形 BF3、SO3、CO32— 2 1 V形 SnBr2、SO2、NO2— 4 sp3 4 0 4 四面体形 CHCl3、SiCl4、PO43— 3 1 三角锥形 NH3、PCl3、SO32— 2 2 V形 OF2、H2O、NH2— (2) 根据杂化轨道间的夹角判断 杂化轨道间的夹角 杂化轨道类型 109º28´ sp3 120º sp2 180º sp (3)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 正四面体形 sp3 平面三角形 sp2 直线形 sp (4)根据共价键类型判断 由杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未参与杂化的轨道用于形成π键，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。对于能明确结构式的分子、离子，其中心原子的杂化轨道数n=中心原子形成的σ键数+中心原子上的孤电子对数，即可将结构式和电子式相结合，从而判断中心原子形成的σ键数和中心原子上的孤电子对数，进而判断杂化轨道数。例如： ①在SiF4分子中，基态硅原子有4个价电子，与4个氟原子形成4个σ键，没有孤电子对，n=4,则SiF4分子中硅原子采用sp3杂化。 ②在HCHO分子中，基态碳原子有4个价电子，与2个氢原子形成2个σ键，与氧原子形成C=O,C=O中有1个σ键、1个π键，没有孤电子对，n=3,则HCHO分子中碳原子采用sp2杂化。 (5)以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化类型 ①没有形成π键，为sp3杂化：CH4、CCl4、 ②形成一个π键，为sp2杂化：CH2=CH2、苯(大π键)、、 ③形成两个π键，为sp杂化：CH≡CH、O=C=O(CO2)、S=C=S(CS2) 题型01 考查价层电子对互斥模型的理解 【典例】下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是(　　) A．价层电子对就是σ键电子对 B．孤电子对数由分子式来确定 C．分子的立体构型是价层电子对互斥的结果 D．孤电子对数等于π键数 【变式1】已知在CH4中，C—H键间的键角为109°28′，NH3中，N—H键间的键角为107°，H2O中O—H键间的键角为105°，则下列说法中正确的是(　　) A．孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力 B．孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力 C．孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力 D．题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力同成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系 【变式2】下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)的叙述中不正确的是(　　) A．VSEPR模型可用来预测分子的空间结构 B．分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构 C．中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥 D．分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大，分子越稳定 题型02 粒子的空间构型的判断 【典例】下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为V形的是( ) A．SO2 B．SO42- C．H3O+ D．OF2 【变式1】用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是 A．SO2、CS2、HCN都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120° C．CH2O、CO、SO3都是平面三角形的粒子 D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子 【变式2】下列分子价层电子对互斥理论模型与分子结构模型一致的是( ) A．水 B．甲烷 C．氨 D．二氧化硫 题型03 考查杂化轨道理论与分子的结构的关系 【典例】下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是 A．AsH3　平面三角形　sp3杂化 B．H3O+　 平面三角形　sp2杂化 C．H2Se　V形　sp3杂化 D．CO　三角锥形　    sp3杂化 【变式1】下列说法中正确的是　(　　) A．中心原子采取sp3杂化的分子，其几何构型都是四面体型 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．苯分子的碳原子是sp2杂化，分子的空间构型为平面结构 D．AB3型的分子空间构型必为平面三角形 【变式2】根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的空间构型正确的是 选项 分子式 中心原子杂化方式 VSEPR模型名称 空间结构 A sp V形 V形 B sp2 平面三角形 三角锥形 C sp2 四面体形 平面三角形 D sp3 正四面体形 正四面体形 A．A B．B C．C D．D 【巩固训练】 1．（24-25高二下·广东广州·期中）下列微粒的VSEPR模型与其空间结构一致的是 A．BF3 B．NF3 C．SO D．H3O+ 2．（24-25高二下·浙江·期中）下列微粒的VSEPR模型与其空间立体构型一致的是 A． B． C． D． 3．（24-25高二下·四川达州·期中）下列分子或离子的中心原子的价层电子对数不为4的是 A． B． C． D． 4．（24-25高二下·甘肃白银·期末）下列分子或离子中，VSEPR模型与空间结构相同的是 A． B． C． D． 5．（24-25高二下·浙江丽水·期中）碳酸氢铵是一种常见的食品膨松剂，下列说法不正确的是 A．的空间结构：正四面体形 B．分子的空间填充模型： C．中N原子的杂化方式： D．碳酸氢铵受热分解： 6．（24-25高二下·北京·期末）下列微粒的中心原子是杂化的是 A． B． C． D． 7．（23-24高二上·河北·期末）、、分子的VSEPR模型均为四面体构型，孤电子对的存在会影响到键角，那么三个分子的键角从大到小依次为 A．、、 B．、、 C．、、 D．、、 8．（24-25高二下·澳门香港·期末）根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论，下列说法不正确的是 A．的VSEPR模型为四面体形 B．与空间构型都是三角锥形 C．分子的中心原子杂化方式为 D．与都属于含极性键的非极性分子 9．（24-25高二下·河南南阳·开学考试）价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是 A．CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体 B．S和的空间构型均为平面三角形 C．CF4和SF4的中心原子均无孤电子对 D．XeF2与XeO2的键角相等 10．（24-25高二下·新疆喀什·期中）根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构，试根据相关知识填空： (1)分子的空间结构为 ，其中P的杂化轨道类型为 。 (2)中C原子的杂化轨道类型为 。 (3)一种有机化合物的结构简式如下： 该分子中有 个sp2杂化的碳原子； 个sp3杂化的碳原子。 (4)与的结构相同，空间结构呈 形，中心原子都采取 杂化。 (5)、等粒子具有相同的原子个数，它们的价电子总数都是 ，空间结构呈 形，中心原子都采取 杂化。 【强化训练】 1．（24-25高二下·广东广州·期中）下列粒子的VSEPR模型为平面三角形但其空间结构不为平面三角形的是 A．H3O+ B．BF3 C．NO D．SO2 2．（24-25高二下·河北邢台·期末）下列说法中，正确的是 A．杂化轨道能用于形成键和键，还能用于形成离子键 B．中心原子采取杂化的分子，空间结构均为平面三角形 C．所有型的共价化合物，中心原子A都采用杂化成键 D．气态的中心原子采取杂化成键 3．（24-25高二下·四川雅安·期末）下列粒子的VSEPR模型为四面体且其空间结构为三角锥形的是 A． B． C． D． 4．（24-25高二下·四川南充·期中）用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间结构，下列判断正确的是 A．的VSEPR模型： B．的键角为，的键角小于。 C．的空间结构为V形 D．中心原子的杂化类型不同 5．（24-25高二下·安徽·期中）在化学工业领域制备时，常把通入溶有的溶液中。研究发现，气体是一种三角双锥分子（如图）；固态是一种离子化合物，其组成可表示为，以下对相关分子结构与性质的判断错误的是 A．键角： B．的空间结构：正四面体 C．、中磷原子的杂化方式相同 D．气体分子有两种结构 6．（24-25高二下·福建泉州·期中）下列分子的VSEPR模型与其空间构型不相同的是 A．BeCl2 B．BF3 C．SO2 D．CCl4 7．（24-25高二下·北京延庆·期中）下列分子中，中心原子杂化轨道类型为且分子构型为三角锥形的是 A．CH4 B．NH3 C．BF3 D．H2O 8．（24-25高二下·河南郑州·期中）有机反应中会有一些重要的反应中间体，例如甲基碳正离子、甲基碳负离子。下列有关它们的说法正确的是 A．空间构型均为三角锥形 B．碳原子价层电子对数均为3 C．碳原子的杂化方式分别为 D．与结合而形成的是离子化合物 9．（24-25高二下·河北衡水·期中）用价层电子对互斥模型(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构，也可推测键角大小与杂化方式。下列判断错误的是 A．的价层电子对互斥模型： B．键角大于 C．中的N原子采取杂化 D．中的阴、阳离子有相同的VSEPR模型和空间结构 10．（24-25高二上·吉林·期末）铜的化合物用途非常广泛。已知下列反应：，。回答下列问题： (1)中中心原子上的孤电子对数为 。 (2)分子的空间结构为 ，其中心原子的杂化类型是 。 (3)分子中碳原子的杂化类型是 ，中含键的数目为 。 (4)相同条件下，与在水中的溶解度较大的是 (填分子式)，中的键角 (填“>”“<”或“=”)中的键角。 / 学科网（北京）股份有限公司 $