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

本讲义聚焦杂化轨道理论与分子空间构型推断核心知识点，先系统梳理价层电子对互斥理论（VSEPR）要点，包括价层电子对数计算、构型判断步骤，再衔接sp、sp²、sp³杂化轨道的形成原理及与价层电子对数的对应关系，构建从电子对排斥到轨道杂化再到构型推断的学习支架。 该资料特色在于理论融合与实践并重，通过表格对比价层电子对数、杂化类型与分子构型建构模型，典例及变式训练培养科学思维中的证据推理能力。课中辅助教师高效授课，课后借助巩固训练帮助学生查漏补缺，提升分子空间构型推断的综合应用能力。

第02讲 杂化轨道理论与分子空间构型推断 1、精准理解sp、sp²、sp³杂化轨道的形成原理，明确杂化前后轨道数目、能量变化规律。 2、掌握杂化类型与中心原子价层电子对数的对应关系，能快速判断常见分子/离子的杂化方式。 3、辨析价层电子对互斥理论与杂化轨道理论的关联，精准推断分子（含孤电子对）的空间构型。 一、价层电子对互斥理论(VSEPR) 1、价层电子对互斥模型(VSEPR模型)理论要点 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。对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的σ键电子对和未成键的孤电子对)之间由于存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对相互排斥最弱的那种结构，以使彼此之间斥力最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定 (1)中心原子：分子或离子中原子数目最少的原子 (或与之成键的原子) (2)分子中的价层电子对由于斥力作用，而趋向尽可能彼此远离以 排斥力，分子尽可能采取对称的空间构型 (3)价层电子对在空间上彼此相距最远时，电子对之间的夹角 ，相互之间的斥力 ，体系的能量最低 (4)中心原子价层电子对数＝ ＋ 2、价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间构型的具体步骤 (1)第一步，确定中心原子价层电子对数 方法1： ①配位原子是指中心原子以外的其它原子，即：与中心原子结合的原子 ②若是离子，则应加上或减去与离子所带的电荷数，即： ③氧、硫原子若为配位原子，则其化合价规定为"零”，若为中心原子，则价电子数为6 分子或离子 中心原子 价层电子对数 σ键电子对 中心原子上的孤电子对数 CO2 C BF3 B NH4+ N CO C SF6 S 方法2： 其中：a是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数)，b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，x是与中心原子结合的原子数 (2)第二步，确定中心原子的σ键数目：由分子式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对，如：H2O分子中，O有2对σ键电子对，NH3分子中，N有3对σ键电子对，即：ABn型的分子或离子就有n个σ键 (3)第三步，确定中心原子上的孤电子对数 中心原子上的孤电子对数＝中心原子价层电子对数—σ键电子对数 (见上表) 3、价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间构型的具体思路 由电子的排列方式 VSEPR模型分子或离子的空间结构 价层电子对数 电子对的 排列方式 VSEPR模型 及名称 孤电子对数 略去孤电子对的空间结构 分子(或离子)的空间结构名称 2 直线形 0 直线形 1 直线形 3 平面三角形 0 平面三角形 1 V形 2 直线形 4 四面体形 0 正四面体形 1 三角锥形 2 V形 3 直线形 4、孤电子对对键角影响的理论解释 (1)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律 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。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力 ，键角也 ，如：CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小 (2)中心原子上有孤电子对(价电子中未参加形成共价键的电子对)，会占据中心原子周围空间，与成键电子互相排斥，使分子的空间结构发生变化，键角也相应变化。如：H2O和H2S的VSEPR构型为四面体形，有两个成键电子对和孤电子对。氧的半径比硫要小，氧的孤电子对对成键电子排斥力力度更大，所以H2O的键角会比H2S要大 二、杂化轨道理论 1、杂化轨道理论要点：中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道 2、杂化轨道的类型 (1)sp3杂化：sp3杂化轨道是由 ns轨道和 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 。如，CH4、CF4、CCl4 (2)sp2杂化：sp2杂化轨道是由 ns轨道和 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 。如，BF3 (3)sp杂化：sp杂化轨道是由 ns轨道和 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 。如，BeCl2 注意：1、sp2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 2、sp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 3、判断中心原子杂化轨道类型的方法 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＝ ＝ ＋ ，再由杂化轨道数目确定杂化类型 (1)根据中心原子价层电子对数(杂化轨道数目)判断：杂化轨道数==价层电子对数==σ键电子对数＋孤电子对数 价层电子对数 杂化类型 杂化轨道数目 杂化轨道间夹角 空间结构 实例 4 sp3杂化 4 109°28′ 正四面体形 CH4 3 sp2杂化 3 120° 平面三角形 BF3 2 sp杂化 2 180° 直线形 BeCl2 (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 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号碳原子 sp2 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)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 ；连接双键的碳原子均采取 ；连接三键的碳原子均采取 题型01 价层电子对互斥模型的理解 【典例】甲醇()空气氧化法是生产工业甲醛()的常用方法。发生反应为 2 (1)的中心原子上的孤电子对数为 。 (2)分子内σ键与π键个数之比为 。 (3)的空间结构为 。 (4)分子中碳原子的杂化轨道类型为 。 【变式】已知有下列分子：①CH4　②NH3　③H2O　④CO2　⑤BF3　⑥PCl3　⑦H2S　⑧SO3　⑨SiCl4　⑩C2H2。 (1)其中为直线形非极性分子的有 (填序号，下同)； (2)其中为平面正三角形非极性分子的有 ； (3)其中为正四面体形非极性分子的有 ； (4)其中为V形结构的极性分子的有 ； (5)其中为三角锥形的极性分子的有 。 题型02 粒子的空间构型的判断 【典例】I．溶于乙腈会生成配合物。该配合物的组成如下图所示： (1)已知该配合物中心离子的价层电子对的空间结构为四面体形，则中心离子的杂化类型为___________。 A． B． C． D． (2)该配离子中所含的配体有 。(化学式) (3)1mol该配离子中含键___________mol。 A．4 B．12 C．14 D．18 II．铁的化合物媒染剂亚铁氰化钾，其配离子的结构如图所示。 (4)的未成对电子数为 。 (5)中配体的空间构型为 ，配位原子的杂化类型为 ，离子中σ键和π键的比值为 。 A．1：1 B．2：1 C．3：1 D．3：2 （5）的配体为CN-，CN-的空间构型为直线形，C的电负性比N小，配位原子为C，CN-中C原子价层电子对数为1+=2，杂化类型为sp，配位键是σ键，CN-中含有碳氮三键，含有1个σ键和2个π键，离子中σ键的数目为6+6=12，π键的数目为2×6=12，σ键和π键的比值为1：1，故选A。 【变式】硫酸盐(含SO、HSO)气溶胶是PM2.5的成分之一，科研人员提出了雾霾微颗粒中硫酸盐生成的转化机理，其主要过程示意图如下： 下列说法不正确的是 A．H2O中的O为sp3杂化 B．SO的VSEPR模型为平面三角形 C．HNO2是由极性键形成的极性分子 D．反应过程中涉及氧氢键断裂和硫氧键形成 题型03 杂化轨道理论与分子的结构的关系 【典例】下列描述中正确的是 A．BeCl2的空间结构为V形 B．的空间结构为三角锥形 C．BF3和PCl3的中心原子均为sp2杂化 D．SnCl2的空间结构为直线形 【变式】X是合成碳酸二苯酯的一种有效的氧化还原催化助剂，可由EDTA与Fe3+反应得到。 (1)EDTA中碳原子的杂化轨道类型为 ；EDTA中四种元素的电负性由小到大的顺序为 。 (2)Fe3+的基态核外电子排布式为 。 (3)EDTA与正二十一烷的相对分子质量非常接近，但EDTA的沸点(540.6 ℃)比正二十一烷的沸点(100 ℃)高，其原因是 。 (4)X中的配位原子是 。 【巩固训练】 1．图中1、2、3号碳原子的杂化类型分别是 A．sp3、sp、sp2 B．sp2、sp、sp2 C．sp2、sp2、sp3 D．sp2、sp2、sp2 2．有下列粒子： ①CH4　②CH2=CH2　③CH≡CH　④NH3　⑤⑥BF3　⑦H2O 填写下列空白(填序号)： (1)呈正四面体形的是 。 (2)中心原子轨道为sp3杂化的是 ，为sp2杂化的是 ，为sp杂化的是 。 (3)所有原子共平面的是 ，共线的是 。 (4)含有极性键的极性分子的是 。 3．下列关于水分子的说法不正确的是 A．水分子间存在π键 B．水分子中含极性键 C．水分子是V形结构 D．水分子是极性分子 4．A、B、C、D、E为五种由短周期元素构成的微粒，它们都有10个电子，其结构特点如下： 微粒 A B C D E 原子核数 双核 多核 单核 多核 多核 电荷数 1- 0 2＋ 1＋ 0 其中：B是由极性键构成的4原子分子，A和D可以形成B和E． (1) A、C、E的化学式是：A ，C ， E 。 (2)B分子是 分子(填“极性”或“非极性”)，室温下，等物质的量的B与盐酸反应后，溶液pH 7(填“<”“>”或“=”)。 (3)B、E两种分子的空间构型分别为：B ， E 。 5．试回答下列问题： (1)利用价层电子对互斥理论推断下列分子或离子的立体构型： SeO3 ；SCl2 ；NO ； ；HCHO ；HCN 。 (2)利用价层电子对互斥理论推断键角的大小： ①甲醛中H—C—H的键角 120°(填“>”、“＜”或“=”，下同)； ②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角 120°； ③PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角 109.5°。 6．已知原子总数相同、价电子总数相等的微粒称为等电子体，等电子体的结构相似。据此回答下列问题： (1)SCN-、NO的价电子总数都是16，因此它们的结构与第二周期中的两种元素组成的 分子的结构相似，该分子呈 形。 (2)、等微粒具有相同的通式AX3，且价电子总数都是 ，因此它们的结构与由ⅥA族的两种元素组成的 分子的结构相似，呈 形。 7．填空。 (1)SeO3的空间结构为 ，SeO的VSEPR模型为 。 (2)与SeO3互为等电子体的一种阴离子为 (填化学式)。 (3)SCl和PCl3互为等电子体，SCl的空间结构是 。S—Cl键的键长 P—Cl键的键长(填“>”、“＜”或“=”)，原因是 。 (4)碳负离子()的空间结构为 ，与互为等电子体的一种分子是 (填化学式)。 8．氟他胺(M)是一种抗肿瘤药物，在实验室可由甲苯制备，其合成路线如下(其中某些步骤省略)，下列说法错误的是 A．X能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．Y中C原子和N原子都是sp3杂化 C．Z中共平面的C原子最多有10个 D．M可以发生取代反应和还原反应 9．2023年10月8日第19届亚运会在杭州圆满闭幕，本届亚运会秉持“绿色、智能、节俭、文明”的办会理念，首次使用废碳再生的绿色甲醇作为主火炬塔燃料。下列说法中正确的是 A．甲醇中O-H是键 B．甲醇分子中的碳原子为手性碳原子 C．甲醇的沸点高于乙醇 D．用轨道表示式表示甲醇中C原子的杂化： 10．青蒿素是治疗疟疾的有效药物，白色针状晶体，溶于乙醇和乙醚，对热不稳定。青蒿素晶胞(长方体，含4个青蒿素分子)及分子结构如下图所示。 (1)提取青蒿素：在浸取、蒸馏过程中，发现用沸点比乙醇低的乙醚提取，效果更好。 ①乙醚沸点低于乙醇，原因是 。 ②用乙醚提取效果更好，原因是 。 (2)确定结构 ①青蒿素分子中含有 个不对称碳原子。 ②能确定晶体中哪些原子间存在化学键、并能确定键长和键角，从而得出分子空间结构的一种方法是 。 a．质谱法    b．X射线衍射    c．核磁共振氢谱    d．红外光谱 (3)修饰结构，提高疗效：一定条件下，用将青蒿素选择性还原生成双氢青蒿素。 ①双氢青蒿素分子中碳原子的杂化方式为 。 ②中有 σ键，的空间结构为 。 ③比较水溶性：双氢青蒿素 (填“”)青蒿素。 【强化训练】 1．一定条件下，以天然气为起始原料可合成乙烯、乙醇、乙酸及三氟乙酸等重要化学物质，如下图所示。回答下列问题： (1)图中属于非极性分子的是 （填名称，下同），属于烃的衍生物的是 。关于甲烷、乙烯、乙醇和乙酸的结构说法正确的是 （填编号）。 A．甲烷的VSEPR模型为平面三角形 B．乙烯中，C-H键的形成过程可用图a表示 C．图b中，乙醇在Cu催化下与反应断②和③键 D．乙酸分子中，所有碳原子和氧原子共平面 (2)可用检验司机是否酒驾。 ①24号元素Cr在周期表中的位置是 ，基态Cr价电子排布式为 。 ②欲测定乙醇的结构，现有以下分析方法： a．X射线衍射实验 b．核磁共振氢谱 c．质谱 d．红外光谱 根据以下分析结果，判断采用的分析方法，并将以上编号填入空格中： I．直接测得分子中有C-O键和C-H键： 。 Ⅱ．测定相对分子质量为46： 。 Ⅲ．测分子的键长和键角： 。 2．钴及其化合物应用广泛。回答下列问题： (1)元素在元素周期表中位于第 周期第 族，基态原子的价层电子排布式为 。 (2)可由5-氰基四唑(结构简式如图)和反应制备起爆药CP。 ①5-氰基四唑分子中σ键与π键的数目之比为 ，原子的杂化方式为 。 ②在配合物中，钴元素的化合价为 ，的空间结构为 。 3．下列分子或离子中，中心原子的价电子对的空间结构为正四面体形且分子或离子的空间结构为V形的是 A．NH B．PH3 C．H3O+ D．OF2 4．氯的含氧酸根离子有ClO-、、、等，关于它们的说法中不正确的是 A．ClO-中Cl显＋1价 B．的空间结构为直线形 C．的空间结构为三角锥形 D．是的等电子体 5．下列叙述正确的是 A．NH3分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心 B．CCl4分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心 C．H2O分子中O原子处在2个H原子所组成的直线的中央 D．CO2是非极性分子，分子中C原子处在2个O原子所连接的直线的中央 6．下列关于原子轨道的说法正确的是 A．杂化轨道形成共价键时，只能形成σ键不能形成π键 B．凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键 C．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其空间结构都是正四面体形 D．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的 7．回答下列问题： (1)利用VSEPR推断分子或离子的空间结构。 ；CS2 ；AlBr3(共价分子) 。 (2)按要求写出第二周期非金属元素的原子构成的中性分子的化学式。 平面三角形分子 ，三角锥形分子 ，四面体形分子 。 8．碳元素在自然界中分布很广，在地壳中其丰富程度远低于氧、硅、铝、铁等元素。但是，碳却是存在形式最复杂的元素，如煤、石油、天然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等。请回答下列问题； (1)基态碳原子的电子排布式为 。 (2)在CO2分子中，碳原子采用 杂化轨道与氧原子成键。 (3)COCl2俗称光气，分子中C原子采取sp2杂化成键，应用价层电子对互斥理论，预测COCl2分子的空间结构为 。 (4)二茂铁(C5H5)2Fe是Fe2＋与环戊二烯基形成的一类配合物，实验室测定铁的含量：可用配位剂邻二氮菲()，它能与Fe2＋形成红色配合物(如图)，该配离子中Fe2＋与氮原子形成配位键共有 个。 9．回答下列问题： (1)若BCl3与XYn通过B原子与X原子间的配位键结合形成配合物，则该配合物提供孤对电子的原子是 。 (2)NH3与BF3可以通过配位键形成NH3·BF3， 原子提供孤对电子， 原子提供空轨道。写出NH3·BF3的结构式，并用“→”表示出配位键 。 (3)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。肼能与硫酸反应生成N2H6SO4.N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同，则N2H6SO4的晶体内存在 (填字母序号)。 a．离子键        b．配位键        c．共价键        D．σ键 (4)向CuSO4溶液中加入过量NaOH 溶液可生成Na2[Cu(OH)4]。不考虑空间构型，[Cu(OH)4]2-的结构可用示意图表示为 ，Na2[Cu(OH)4]中除配位键外，还存在的化学键类型是 (填字母)。 a．离子键        b．金属键        c．极性键        D．非极性键 (5)向氯化铜溶液中加入过量浓氨水，然后加入适量乙醇，溶液中析出深蓝色的[Cu(NH3)4]Cl2晶体，上述深蓝色晶体中含有的化学键除普通共价键外，还有 和 。 10．有关原子杂化的说法正确的是 A．空间构型是正四面体的分子，中心原子都是以sp3杂化 B．苯分子中的碳原子以sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道也形成σ键 C．乙烯分子的碳原子以sp2杂化，其中，C—H之间是以sp2杂化轨道形成的σ键，C—C之间除了以sp2杂化轨道形成σ键外，未参加杂化的2p轨道也形成π键 D．只要分子的中心原子的杂化类型相同，分子的键角就一定相同 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第02讲 杂化轨道理论与分子空间构型推断 1、精准理解sp、sp²、sp³杂化轨道的形成原理，明确杂化前后轨道数目、能量变化规律。 2、掌握杂化类型与中心原子价层电子对数的对应关系，能快速判断常见分子/离子的杂化方式。 3、辨析价层电子对互斥理论与杂化轨道理论的关联，精准推断分子（含孤电子对）的空间构型。 一、价层电子对互斥理论(VSEPR) 1、价层电子对互斥模型(VSEPR模型)理论要点 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。对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的σ键电子对和未成键的孤电子对)之间由于存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对相互排斥最弱的那种结构，以使彼此之间斥力最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定 (1)中心原子：分子或离子中原子数目最少的原子 (或与之成键的原子) (2)分子中的价层电子对由于斥力作用，而趋向尽可能彼此远离以减小排斥力，分子尽可能采取对称的空间构型 (3)价层电子对在空间上彼此相距最远时，电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小，体系的能量最低 (4)中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数 2、价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间构型的具体步骤 (1)第一步，确定中心原子价层电子对数 方法1： ①配位原子是指中心原子以外的其它原子，即：与中心原子结合的原子 ②若是离子，则应加上或减去与离子所带的电荷数，即：阴加阳减 ③氧、硫原子若为配位原子，则其化合价规定为"零”，若为中心原子，则价电子数为6 分子或离子 中心原子 价层电子对数 σ键电子对 中心原子上的孤电子对数 CO2 C 2 0 BF3 B 3 0 NH4+ N 4 0 CO C 3 0 SF6 S 6 0 方法2： 其中：a是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数)，b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，x是与中心原子结合的原子数 (2)第二步，确定中心原子的σ键数目：由分子式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对，如：H2O分子中，O有2对σ键电子对，NH3分子中，N有3对σ键电子对，即：ABn型的分子或离子就有n个σ键 (3)第三步，确定中心原子上的孤电子对数 中心原子上的孤电子对数＝中心原子价层电子对数—σ键电子对数 (见上表) 3、价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间构型的具体思路 由电子的排列方式 VSEPR模型分子或离子的空间结构 价层电子对数 电子对的 排列方式 VSEPR模型 及名称 孤电子对数 略去孤电子对的空间结构 分子(或离子)的空间结构名称 2 直线形 0 直线形 1 直线形 3 平面三角形 0 平面三角形 1 V形 2 直线形 4 四面体形 0 正四面体形 1 三角锥形 2 V形 3 直线形 4、孤电子对对键角影响的理论解释 (1)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律 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。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减小，键角也减小，如：CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小 (2)中心原子上有孤电子对(价电子中未参加形成共价键的电子对)，会占据中心原子周围空间，与成键电子互相排斥，使分子的空间结构发生变化，键角也相应变化。如：H2O和H2S的VSEPR构型为四面体形，有两个成键电子对和孤电子对。氧的半径比硫要小，氧的孤电子对对成键电子排斥力力度更大，所以H2O的键角会比H2S要大 二、杂化轨道理论 1、杂化轨道理论要点：中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道 2、杂化轨道的类型 (1)sp3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 (2)sp2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，BF3 (3)sp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，BeCl2 注意：1、sp2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 2、sp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 3、判断中心原子杂化轨道类型的方法 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 (1)根据中心原子价层电子对数(杂化轨道数目)判断：杂化轨道数==价层电子对数==σ键电子对数＋孤电子对数 价层电子对数 杂化类型 杂化轨道数目 杂化轨道间夹角 空间结构 实例 4 sp3杂化 4 109°28′ 正四面体形 CH4 3 sp2杂化 3 120° 平面三角形 BF3 2 sp杂化 2 180° 直线形 BeCl2 (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)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 题型01 价层电子对互斥模型的理解 【典例】甲醇()空气氧化法是生产工业甲醛()的常用方法。发生反应为 2 (1)的中心原子上的孤电子对数为 。 (2)分子内σ键与π键个数之比为 。 (3)的空间结构为 。 (4)分子中碳原子的杂化轨道类型为 。 【答案】(1)2 (2)3:1 (3)平面三角形 (4)sp2 【详解】（1）根据价层电子对互斥理论可以求得的中心原子O上的孤电子对数为； （2） 单键为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，根据HCHO分子的结构式可知，HCHO分子中σ键与π键个数之比为3:1； （3）在HCHO分子中，中心碳原子形成3个σ键，无孤对电子，其价层电子对数为3，该分子为平面三角形； （4）HCHO分子中碳原子形成3个σ键，无孤对电子，碳原子的杂化轨道类型为sp2。 【变式】已知有下列分子：①CH4　②NH3　③H2O　④CO2　⑤BF3　⑥PCl3　⑦H2S　⑧SO3　⑨SiCl4　⑩C2H2。 (1)其中为直线形非极性分子的有 (填序号，下同)； (2)其中为平面正三角形非极性分子的有 ； (3)其中为正四面体形非极性分子的有 ； (4)其中为V形结构的极性分子的有 ； (5)其中为三角锥形的极性分子的有 。 【答案】(1)④⑩ (2)⑤⑧ (3)①⑨ (4)③⑦ (5)②⑥ 【详解】根据杂化轨道数=σ键数目＋孤电子对数，确定杂化轨道，再结合孤电子对数确定空间结构； ①CH4分子中σ键数目为4，孤电子对数为0，所以分子空间结构为正四面体形非极性分子； ②NH3分子中σ键数目为3，孤电子对数为1，所以分子空间结构为三角锥形的极性分子； ③H2O分子中σ键数目为2，孤电子对数为2，所以分子空间结构为V形结构的极性分子； ④CO2分子结构式为O=C=O，键角180°，所以分子空间结构为直线形非极性分子； ⑤BF3分子中σ键数目为3，孤电子对数为0，所以分子空间结构为平面正三角形非极性分子； ⑥PCl3分子中σ键数目为3，孤电子对数为1，所以分子空间结构为三角锥形的极性分子； ⑦H2S分子中σ键数目为2，孤电子对数为2，所以分子空间结构为V形结构的极性分子； ⑧SO3分子中σ键数目为3，孤电子对数为0，所以分子空间结构为平面正三角形非极性分子； ⑨SiCl4分子中σ键数目为4，孤电子对数为0，所以分子空间结构为正四面体形非极性分子； ⑩C2H2分子中中心原子碳σ键数目为2，孤电子对数为0，所以分子空间结构为直线形非极性分子； 所以其中为直线形非极性分子的有④⑩； 其中为平面正三角形非极性分子的有⑤⑧；其中为正四面体形非极性分子的有①⑨； 其中为V形结构的极性分子的有③⑦； 其中为三角锥形的极性分子的有②⑥。 题型02 粒子的空间构型的判断 【典例】I．溶于乙腈会生成配合物。该配合物的组成如下图所示： (1)已知该配合物中心离子的价层电子对的空间结构为四面体形，则中心离子的杂化类型为___________。 A． B． C． D． (2)该配离子中所含的配体有 。(化学式) (3)1mol该配离子中含键___________mol。 A．4 B．12 C．14 D．18 II．铁的化合物媒染剂亚铁氰化钾，其配离子的结构如图所示。 (4)的未成对电子数为 。 (5)中配体的空间构型为 ，配位原子的杂化类型为 ，离子中σ键和π键的比值为 。 A．1：1 B．2：1 C．3：1 D．3：2 【答案】(1)C (2)、 (3)C (4)4 (5)直线形 sp A 【详解】（1）已知该配合物中心离子的价层电子对的空间结构为四面体形，该配离子中，中心原子Al形成4条单键，杂化方式为sp3杂化，故选C； （2）是的双聚分子，溶于乙腈生成配合物时有Al-Br的断裂和离子键、共价键和配位键的形成，Al原子提供空轨道，结合结构示意图可知，CH3CN中N原子以及Br-均可提供一对孤电子对，则配体为CH3CN和Br-； （3）1个该配合物中含有6个C-H、2个C-C，还有Al形成4条单键，共12个单键，2个碳氮三键，其中碳氮三键中有1个σ键，因此1 mol该配合物中σ键数量为14 mol； （4）Fe是26号元素，价层电子排布式为3d6，未成对电子数为4； （5）的配体为CN-，CN-的空间构型为直线形，C的电负性比N小，配位原子为C，CN-中C原子价层电子对数为1+=2，杂化类型为sp，配位键是σ键，CN-中含有碳氮三键，含有1个σ键和2个π键，离子中σ键的数目为6+6=12，π键的数目为2×6=12，σ键和π键的比值为1：1，故选A。 【变式】硫酸盐(含SO、HSO)气溶胶是PM2.5的成分之一，科研人员提出了雾霾微颗粒中硫酸盐生成的转化机理，其主要过程示意图如下： 下列说法不正确的是 A．H2O中的O为sp3杂化 B．SO的VSEPR模型为平面三角形 C．HNO2是由极性键形成的极性分子 D．反应过程中涉及氧氢键断裂和硫氧键形成 【答案】B 【详解】A．H2O中O的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4，O采取sp3杂化，A正确； B．SO中S的价层电子对数为3+×(6+2-3×2)=4，孤电子对数为1，VSEPR模型为四面体形，B错误； C．HNO2只存在极性键，分子的正负电中心不重合，是极性分子，C正确； D．有氢氧键断裂，SO转化为的过程中有硫氧键形成，D正确；故选B。 题型03 杂化轨道理论与分子的结构的关系 【典例】下列描述中正确的是 A．BeCl2的空间结构为V形 B．的空间结构为三角锥形 C．BF3和PCl3的中心原子均为sp2杂化 D．SnCl2的空间结构为直线形 【答案】B 【详解】A．Be的价层电子对数目为2，形成直线形结构，而非V形，A错误； B．中S的价层电子对数目为4（3对成键，1对孤对），空间结构为三角锥形，B正确； C．BF3中B为sp2杂化，而PCl3中P为sp3杂化，杂化方式不同，C错误； D．SnCl2中Sn的价层电子对数目为3（2对成键，1对孤对），空间结构为V形，而非直线形，D错误； 答案选B。 【变式】X是合成碳酸二苯酯的一种有效的氧化还原催化助剂，可由EDTA与Fe3+反应得到。 (1)EDTA中碳原子的杂化轨道类型为 ；EDTA中四种元素的电负性由小到大的顺序为 。 (2)Fe3+的基态核外电子排布式为 。 (3)EDTA与正二十一烷的相对分子质量非常接近，但EDTA的沸点(540.6 ℃)比正二十一烷的沸点(100 ℃)高，其原因是 。 (4)X中的配位原子是 。 【答案】(1) sp2、sp3 H<C<N<O (2)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5 (3)EDTA可形成分子间氢键(4)N、O 【详解】（1）EDTA中饱和碳原子为sp3杂化，碳氧双键的碳原子为sp2杂化；同周期主族元素从左到右，电负性逐渐增大，则C、N、O的电负性依次增大，甲烷中C呈负电性，H的电负性弱于C，则涉及元素的电负性：H<C<N<O。 （2）基态Fe原子的核外电子排布式可用[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2表示，失去3个电子变成Fe3+，基态Fe3+的核外电子排布式可用[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5表示。 （3）EDTA存在分子间氢键，所以其沸点比正二十一烷的沸点高。 （4）N和O原子含有孤电子对，由分子结构可知X中的配位原子是N和O。 【巩固训练】 1．图中1、2、3号碳原子的杂化类型分别是 A．sp3、sp、sp2 B．sp2、sp、sp2 C．sp2、sp2、sp3 D．sp2、sp2、sp2 【答案】D 【详解】双键含有1个π键，1个σ键，CH2=CH-COOH分子中1、2号C原子形成碳碳双键，双键C价层电子对个数=σ键个数＋孤电子对个数=3＋0=3，不含孤电子对，所以图中1、2号C原子采用sp2杂化；-COOH中，3号C原子与O原子形成碳氧双键，碳原子价层电子对个数=3＋0=3，形成3个σ键，无孤电子对，杂化方式为sp2杂化，所以图中3号C原子采用sp2杂化。故选D。 2．有下列粒子： ①CH4　②CH2=CH2　③CH≡CH　④NH3　⑤⑥BF3　⑦H2O 填写下列空白(填序号)： (1)呈正四面体形的是 。 (2)中心原子轨道为sp3杂化的是 ，为sp2杂化的是 ，为sp杂化的是 。 (3)所有原子共平面的是 ，共线的是 。 (4)含有极性键的极性分子的是 。 【答案】(1)①⑤ (2) ①④⑤⑦ ②⑥ ③ (3) ②③⑥⑦ ③ (4)④⑦ 【详解】（1）由分析可知，呈正四面体形的是①⑤； （2）由分析可知，中心原子轨道为杂化的是①④⑤⑦，中心原子轨道为杂化的是②⑥；为杂化的是③； （3）①是正四面体形结构，所有原子不共面也不共线， ②是平面形分子，所有原子共平面而不共线； ③是直线形分子，所有原子共平面也共线； ④是三角锥形分子，所有原子不共面也不共线， ⑤是正四面体结构，所有原子不共面也不共线， ⑥是平面三角形分子，所有原子共平面而不共线； ⑦是V形分子，所有原子共平面而不共线；所有原子共平面的是②③⑥⑦，共线的是③； （4）①中上无孤电子对，形成4个键，为正四面体形结构，只含极性键，结构对称，为非极性分子； ②中上无孤电子对，每个形成3个键，为平面结构，含键，为非极性分子； ③中上无孤电子对，每个形成2个键，为直线形结构，含键，为非极性分子； ④中上有1个孤电子对，形成3个键，为三角锥形，只含键，为极性分子； ⑤中上无孤电子对，形成4个键，为正四面体结构，只含键，为非极性分子； ⑥中上无孤电子对，形成3个键，为平面三角形，只含键，为非极性分子； ⑦中上有2个孤电子对，形成2个键，为V形，含极性键，为极性分子。 含有极性键的极性分子的是④⑦。 3．下列关于水分子的说法不正确的是 A．水分子间存在π键 B．水分子中含极性键 C．水分子是V形结构 D．水分子是极性分子 【答案】A 【详解】A．水分子间的作用力为氢键和范德华力，不存在π键（π键存在于同一分子内的双键或三键中），A错误； B．水分子中的O-H键是极性共价键，B正确； C．水分子的中心O原子有2对成键电子对和2对孤电子对，其空间构型为V形，C正确； D．水分子结构不对称，正负电荷中心不重合，为极性分子，D正确；故选A。 4．A、B、C、D、E为五种由短周期元素构成的微粒，它们都有10个电子，其结构特点如下： 微粒 A B C D E 原子核数 双核 多核 单核 多核 多核 电荷数 1- 0 2＋ 1＋ 0 其中：B是由极性键构成的4原子分子，A和D可以形成B和E． (1) A、C、E的化学式是：A ，C ， E 。 (2)B分子是 分子(填“极性”或“非极性”)，室温下，等物质的量的B与盐酸反应后，溶液pH 7(填“<”“>”或“=”)。 (3)B、E两种分子的空间构型分别为：B ， E 。 【答案】(1) OH- Mg2＋ H2O (2)极性 < (3)三角锥形 V形 【分析】常见的10电子微粒有：(1)分子：CH4、NH3、H2O、HF、Ne； (2)离子：Na＋、Mg2＋、Al3＋、F-、O2-、N3-、OH-、、H3O＋等。 【详解】（1）据题给信息可知A为OH-、B为NH3、C为Mg2＋、D为、E为H2O。 （2）B为NH3，中心原子N含有1对孤对电子，正负电荷中心不能重合，是极性分子； 室温下，等物质的量的B与盐酸反应后，溶质为，由于铵根离子的水解，溶液呈酸性，pH＜7； （3）B为NH3，中心原子N价层电子对数是，有1对孤对电子，空间构型是三角锥形； E为H2O，中心原子O价层电子对数是，有2对孤对电子，空间构型是V形。 5．试回答下列问题： (1)利用价层电子对互斥理论推断下列分子或离子的立体构型： SeO3 ；SCl2 ；NO ； ；HCHO ；HCN 。 (2)利用价层电子对互斥理论推断键角的大小： ①甲醛中H—C—H的键角 120°(填“>”、“＜”或“=”，下同)； ②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角 120°； ③PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角 109.5°。 【答案】(1)平面三角形 V形 直线形 V形 平面三角形 直线形 (2)＜ ＜ ＜ 【详解】（1）分子中，Se的价电子数为： ，没有孤电子，为平面三角形；分子中S的价电子数为：，孤电子对为2，为V形；中的N原子，价电子数为：，孤电子对为0，为直线型；中的N原子的价电子数为： ，孤电子对为1，为V形；HCHO分子中有1个双键，看作1对成键电子，2个C—H单键为2对成键电子，C原子的价层电子对数为3，且无孤电子对，所以HCHO分子的空间构型为平面三角形；HCN分子的结构式为H—C≡N，含有1个C≡N三键，看作1对成键电子，1个C—H单键为1对成键电子，故C原子的价层电子对数为2，且无孤电子对，所以HCN分子的空间构型为直线形； （2）甲醛为平面形分子，由于C=O与C—H之间的排斥作用大于2个C—H之间的排斥作用，所以甲醛分子中C—H键与C—H键的夹角小于120°；SnBr2分子中，Sn原子的价电子对数目是，成键电子对数＝2，孤电子对数＝1，由于孤电子对与Sn—Br键的排斥作用大于Sn—Br键之间的排斥作用，故Br—Sn—Br的键角＜120°；PCl3分子中，P的价层电子对数为，含有1对孤电子对，由于孤电子对与P—Cl键的排斥作用大于P—Cl键之间的排斥作用，所以Cl—P—Cl的键角小于109.5°。 6．已知原子总数相同、价电子总数相等的微粒称为等电子体，等电子体的结构相似。据此回答下列问题： (1)SCN-、NO的价电子总数都是16，因此它们的结构与第二周期中的两种元素组成的 分子的结构相似，该分子呈 形。 (2)、等微粒具有相同的通式AX3，且价电子总数都是 ，因此它们的结构与由ⅥA族的两种元素组成的 分子的结构相似，呈 形。 【答案】(1) CO2或N2O 直线 (2) 24 SO3　 平面三角 【详解】（1）SCN-、NO的价电子总数都是16，所以SCN-、NO的第二周期中的两种元素组成的等电子体为CO2或N2O；分子呈直线形 （2）的价电子总数是4+3×6+2=24、价电子总数是5+3×6+1=24，VIA族两元素组成的原子的个数比是1:3的等电子体的化合物是SO3；SO3中S原子的价电子对数为，无孤对电子，空间构型是平面三角形。 7．填空。 (1)SeO3的空间结构为 ，SeO的VSEPR模型为 。 (2)与SeO3互为等电子体的一种阴离子为 (填化学式)。 (3)SCl和PCl3互为等电子体，SCl的空间结构是 。S—Cl键的键长 P—Cl键的键长(填“>”、“＜”或“=”)，原因是 。 (4)碳负离子()的空间结构为 ，与互为等电子体的一种分子是 (填化学式)。 【答案】(1)平面三角形 四面体形 (2) (或、) (3)三角锥形 ＜ S原子半径小于P原子半径，故S—Cl键要比P—Cl键短 (4)三角锥形 NH3(或PH3) 【详解】（1）SeO3的中心原子Se原子的价电子对数是，且不存在孤电子对，所以其空间结构为平面三角形；SeO的中心原子Se原子的层电子对数是，所以其VSEPR模型为四面体形； （2）等电子体的原子总数相同、价电子总数相同，故与SeO3互为等电子体的阴离子为 (或、)； （3）SCl中中心原子S原子的价电子对数＝σ键个数＋孤电子对数＝，且含1对孤电子对，所以其空间结构为三角锥形；键长与形成键的原子半径有关，S原子半径小于P原子半径，故S—Cl键键长比P—Cl键键长小； （4）中中心原子C原子的价电子对数且含1对孤电子对，故其空间结构为三角锥形；等电子体的原子总数相等、价电子总数相等，因此与互为等电子体的分子可以为NH3或PH3。 8．氟他胺(M)是一种抗肿瘤药物，在实验室可由甲苯制备，其合成路线如下(其中某些步骤省略)，下列说法错误的是 A．X能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．Y中C原子和N原子都是sp3杂化 C．Z中共平面的C原子最多有10个 D．M可以发生取代反应和还原反应 【答案】B 【详解】A．甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色，A正确； B．Y中苯环上的C原子是sp2杂化，B错误； C．Z中苯环、碳基是平面分子，通过旋转单键，可使以下带“*”的C共平面，，因此平面共平面的C原子最多有10个，C正确；     D．M中含有苯环可以发生取代反应和还原反应，D正确；答案选B。 9．2023年10月8日第19届亚运会在杭州圆满闭幕，本届亚运会秉持“绿色、智能、节俭、文明”的办会理念，首次使用废碳再生的绿色甲醇作为主火炬塔燃料。下列说法中正确的是 A．甲醇中O-H是键 B．甲醇分子中的碳原子为手性碳原子 C．甲醇的沸点高于乙醇 D．用轨道表示式表示甲醇中C原子的杂化： 【答案】D 【详解】A．H原子只有1s轨道，则甲醇中O-H是s-pσ键，故A错误； B．甲醇分子中碳原子连接有3个H原子和1个-OH，则该碳原子不是手性碳原子，故B错误； C．甲醇、乙醇都存在分子间作用力和氢键，但乙醇的相对分子质量大，则乙醇的沸点高于甲醇，故C错误； D．甲醇中C原子的杂化方式为sp3，由2s、2p轨道杂化形成，即，故D正确；答案选D。 10．青蒿素是治疗疟疾的有效药物，白色针状晶体，溶于乙醇和乙醚，对热不稳定。青蒿素晶胞(长方体，含4个青蒿素分子)及分子结构如下图所示。 (1)提取青蒿素：在浸取、蒸馏过程中，发现用沸点比乙醇低的乙醚提取，效果更好。 ①乙醚沸点低于乙醇，原因是 。 ②用乙醚提取效果更好，原因是 。 (2)确定结构 ①青蒿素分子中含有 个不对称碳原子。 ②能确定晶体中哪些原子间存在化学键、并能确定键长和键角，从而得出分子空间结构的一种方法是 。 a．质谱法    b．X射线衍射    c．核磁共振氢谱    d．红外光谱 (3)修饰结构，提高疗效：一定条件下，用将青蒿素选择性还原生成双氢青蒿素。 ①双氢青蒿素分子中碳原子的杂化方式为 。 ②中有 σ键，的空间结构为 。 ③比较水溶性：双氢青蒿素 (填“”)青蒿素。 【答案】(1)乙醇分子间能形成氢键 乙醚沸点低，蒸馏时所需温度低，青蒿素不易分解 (2) 7 b (3) 4 四面体 > 【详解】（1）①能形成分子间氢键的物质熔沸点较高，乙醇能形成分子间氢键、乙醚不能形成分子间氢键，所以乙醚的沸点低于乙醇。 ②青蒿素对热不稳定，乙醚沸点比乙醇低，蒸馏时所需温度低，青蒿素不易分解，所以用乙醚提纯效果较好。 （2）①手性碳原子是连有四个不同基团的碳原子；青蒿素分子中含有7个不对称碳原子。 ②一般用质谱法测定有机物的相对分子质量，用红外光谱得到分子中含有的化学键或官能团信息；核磁共振氢谱可以测定不同环境的氢；测定分子空间结构最普遍的方法X射线衍射，X射线衍射可以观测微观结构，测定晶体的晶胞参数；故能确定晶体中哪些原子间存在化学键、并能确定键长和键角，从而得出分子空间结构的一种方法是b．X射线衍射； （3）①双氢青蒿素分子中碳原子均为饱和碳原子，杂化方式为。 ②单键均为σ键，双键中含有1个σ键1个π键，中有4σ键，中B形成4个共价键，杂化方式为，空间结构为四面体。 ③双氢青蒿素含有羟基，能和水分子形成氢键，故双氢青蒿素>青蒿素。 【强化训练】 1．一定条件下，以天然气为起始原料可合成乙烯、乙醇、乙酸及三氟乙酸等重要化学物质，如下图所示。回答下列问题： (1)图中属于非极性分子的是 （填名称，下同），属于烃的衍生物的是 。关于甲烷、乙烯、乙醇和乙酸的结构说法正确的是 （填编号）。 A．甲烷的VSEPR模型为平面三角形 B．乙烯中，C-H键的形成过程可用图a表示 C．图b中，乙醇在Cu催化下与反应断②和③键 D．乙酸分子中，所有碳原子和氧原子共平面 (2)可用检验司机是否酒驾。 ①24号元素Cr在周期表中的位置是 ，基态Cr价电子排布式为 。 ②欲测定乙醇的结构，现有以下分析方法： a．X射线衍射实验 b．核磁共振氢谱 c．质谱 d．红外光谱 根据以下分析结果，判断采用的分析方法，并将以上编号填入空格中： I．直接测得分子中有C-O键和C-H键： 。 Ⅱ．测定相对分子质量为46： 。 Ⅲ．测分子的键长和键角： 。 【答案】(1) 甲烷、乙烯 乙醇、乙酸、三氟乙酸 BD (2) 第四周期第VIB族 3d54s1 d c a 【详解】（1）非极性分子正负电荷中心重合，属于非极性分子的是甲烷和乙烯；甲烷和乙烯是烃，乙酸、乙醇和三氟乙酸都是烃的衍生物； A．甲烷的VSEPR模型为四面体形，A错误； B．乙烯中，碳原子采取sp2杂化，为平面三角形结构，H原子s轨道电子为球形，C-H键的形成过程可用图a表示，B正确； C．图b中，乙醇在Cu催化下与反应生成乙醛，断①和③键，C错误； D．乙酸分子中，存在，碳原子采取sp2杂化，为平面三角形结构，所有碳原子和氧原子共平面，D正确； 答案是BD； （2）①24号元素Cr在周期表中的位置是：第四周期第VIB族，基态Cr价电子排布式为：3d54s1； ②I．直接测得分子中有C-O键和C-H键用红外光谱来测定； Ⅱ．测定相对分子质量用质谱仪测定质荷比最大值即是相对分子质量； Ⅲ．测分子的键长和键角用X射线衍射实验测定。 2．钴及其化合物应用广泛。回答下列问题： (1)元素在元素周期表中位于第 周期第 族，基态原子的价层电子排布式为 。 (2)可由5-氰基四唑(结构简式如图)和反应制备起爆药CP。 ①5-氰基四唑分子中σ键与π键的数目之比为 ，原子的杂化方式为 。 ②在配合物中，钴元素的化合价为 ，的空间结构为 。 【答案】(1)四 VIII (2)2：1 sp2、sp +3 正四面体 【详解】（1）是27号元素，的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2，价电子排布式为3d74s2，在周期表的位置为第四周期第VIII族； （2）①共价单键全是σ键，共价双键中有一个是σ键，一个是π键，共价三键是由一个σ键和两个π键组成，5-氰基四唑分子中σ键与π键的数目之比为2：1，5-氰基四唑分子中含键和键，其原子分别为sp、sp2杂化； ②在配合物中，钴元素的化合价为+3，中心原子价层电子对数为，孤电子对数为0，依据价层电子对互斥理论可知，它的空间构型为正四面体。 3．下列分子或离子中，中心原子的价电子对的空间结构为正四面体形且分子或离子的空间结构为V形的是 A．NH B．PH3 C．H3O+ D．OF2 【答案】D 【详解】A．的中心原子N原子无孤电子对，价层电子对数为4，价层电子对的空间结构为四面体形，离子空间结构为正四面体形，A错误； B．的中心原子P原子有一对孤电子对，价层电子对数为4，价层电子对的空间结构为四面体形，分子空间结构为三角锥形，B错误； C．的中心原子O原子有一对孤电子对，价层电子对数为4，价层电子对的空间结构为四面体形，离子空间结构为三角锥形，C错误； D．OF2的中心原子O原子有两对孤电子对，价层电子对数为4，价层电子对的空间结构为四面体形，分子空间结构为V形，D正确；故答案为：D。 4．氯的含氧酸根离子有ClO-、、、等，关于它们的说法中不正确的是 A．ClO-中Cl显＋1价 B．的空间结构为直线形 C．的空间结构为三角锥形 D．是的等电子体 【答案】B 【详解】A．ClO⁻中O为-2价，原子团电荷为-1，Cl的化合价为+1，A正确； B．中Cl的价层电子对数为4（2对成键，2对孤对），空间构型为V形，而非直线形，B错误； C．中Cl的价层电子对数为4（3对成键，1对孤对），空间构型为三角锥形，C正确； D．与原子数均为5，价电子总数均为32，是等电子体，D正确；答案选B。 5．下列叙述正确的是 A．NH3分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心 B．CCl4分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心 C．H2O分子中O原子处在2个H原子所组成的直线的中央 D．CO2是非极性分子，分子中C原子处在2个O原子所连接的直线的中央 【答案】D 【详解】A．NH3分子为三角锥形，N原子位于锥顶，不在三个H原子组成的三角形中心，A错误； B．CCl4分子为正四面体结构，C原子位于四面体中心，而非正方形中心，B错误； C．H2O分子为V形结构，O原子不处于两个H原子组成的直线中央，C错误； D．CO2是直线形非极性分子，C原子位于两个O原子连线的中央，D正确；答案选D。 6．下列关于原子轨道的说法正确的是 A．杂化轨道形成共价键时，只能形成σ键不能形成π键 B．凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键 C．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其空间结构都是正四面体形 D．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的 【答案】A 【详解】A．杂化轨道形成共价键时，只能形成键，键由未杂化的p轨道形成（如乙烯中的双键），A正确； B．型分子中，的中心原子B采用杂化而非，B错误； C．杂化的分子可能因孤电子对导致结构变形（如为三角锥形，为V形），C错误； D．的杂化是C原子自身和轨道混合形成，与H的轨道无关，D错误；故选A。 7．回答下列问题： (1)利用VSEPR推断分子或离子的空间结构。 ；CS2 ；AlBr3(共价分子) 。 (2)按要求写出第二周期非金属元素的原子构成的中性分子的化学式。 平面三角形分子 ，三角锥形分子 ，四面体形分子 。 【答案】(1)四面体形 直线形 平面三角形 (2)BF3 NF3 CF4 【详解】（1）中心原子价层电子对数，是正四面体；CS2是AB2型，成键电子对是2，C原子孤对电子为0，是直线形，AlBr3中心原子价层电子对数，成键电子对是3，是平面三角形； （2）第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式，呈平面三角形的是，呈三角锥形的是，呈四面体形的是。 8．碳元素在自然界中分布很广，在地壳中其丰富程度远低于氧、硅、铝、铁等元素。但是，碳却是存在形式最复杂的元素，如煤、石油、天然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等。请回答下列问题； (1)基态碳原子的电子排布式为 。 (2)在CO2分子中，碳原子采用 杂化轨道与氧原子成键。 (3)COCl2俗称光气，分子中C原子采取sp2杂化成键，应用价层电子对互斥理论，预测COCl2分子的空间结构为 。 (4)二茂铁(C5H5)2Fe是Fe2＋与环戊二烯基形成的一类配合物，实验室测定铁的含量：可用配位剂邻二氮菲()，它能与Fe2＋形成红色配合物(如图)，该配离子中Fe2＋与氮原子形成配位键共有 个。 【答案】(1)1s22s22p2 (2)sp (3)平面三角形 (4)6 【详解】（1）碳是6号元素，核外有6个电子，根据构造原理知碳元素基态原子核外电子排布式为：1s22s22p2； （2）CO2的中心原子为C原子，价层电子对为2+，孤电子对为0，杂化方式为sp杂化； （3）COCl2分子中C原子采取sp2杂化成键，成键电子对数为3，中心原子C原子价电子数为4，两个电子分别与氯原子形成共价键，另外两个与O原子形成共价键，孤电子对为0，价层电子对为3，COCl2分子的空间结构为平面三角形； （4）由配离子结构可知，6个N原子提供孤电子对，Fe2+提供空轨道，Fe2+与N原子形成6个配位键。 9．回答下列问题： (1)若BCl3与XYn通过B原子与X原子间的配位键结合形成配合物，则该配合物提供孤对电子的原子是 。 (2)NH3与BF3可以通过配位键形成NH3·BF3， 原子提供孤对电子， 原子提供空轨道。写出NH3·BF3的结构式，并用“→”表示出配位键 。 (3)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。肼能与硫酸反应生成N2H6SO4.N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同，则N2H6SO4的晶体内存在 (填字母序号)。 a．离子键        b．配位键        c．共价键        D．σ键 (4)向CuSO4溶液中加入过量NaOH 溶液可生成Na2[Cu(OH)4]。不考虑空间构型，[Cu(OH)4]2-的结构可用示意图表示为 ，Na2[Cu(OH)4]中除配位键外，还存在的化学键类型是 (填字母)。 a．离子键        b．金属键        c．极性键        D．非极性键 (5)向氯化铜溶液中加入过量浓氨水，然后加入适量乙醇，溶液中析出深蓝色的[Cu(NH3)4]Cl2晶体，上述深蓝色晶体中含有的化学键除普通共价键外，还有 和 。 【答案】(1)X (2) N B (3)abcd (4) ac (5)离子键 配位键 【详解】（1）BCl3分子中的B原子的1个2s轨道和2个2p轨道发生sp2杂化形成3个sp2杂化轨道。B原子还有1个空轨道(未杂化的2p轨道)，所以B原子与X形成配位键时，X应提供孤电子对。 （2）NH3中N原子为sp3杂化，N原子上有一对孤对电子，BF3中B原子为sp2杂化，杂化轨道与F原子形成3个共价键，故有一个2p空轨道，与NH3形成配位键，用“→”表示出配位键为。 （3）(NH4)2SO4中，存在配位键、共价键，表示为，与之间以离子键结合。故N2H6SO4中，存在配位键、共价键，表示为，与之间以离子键结合，故选abcd。 （4）Cu2＋中存在空轨道，而OH-中O原子上有孤对电子，故O与Cu之间以配位键结合，[Cu(OH)4]2-的结构可用示意图表示为。Na2[Cu(OH)4]为离子化合物，Na＋与[Cu(OH)4]-之间以离子键结合，O-H键为极性键，故选ac。 （5）Cu2＋提供空轨道，N原子提供孤对电子，Cu2＋与NH3分子之间形成配位键，NH3分子中N、H原子之间以共价键结合，内界离子[Cu(NH3)4]2＋与外界离子Cl-以离子键结合。 10．有关原子杂化的说法正确的是 A．空间构型是正四面体的分子，中心原子都是以sp3杂化 B．苯分子中的碳原子以sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道也形成σ键 C．乙烯分子的碳原子以sp2杂化，其中，C—H之间是以sp2杂化轨道形成的σ键，C—C之间除了以sp2杂化轨道形成σ键外，未参加杂化的2p轨道也形成π键 D．只要分子的中心原子的杂化类型相同，分子的键角就一定相同 【答案】C 【详解】A．白磷分子虽然为正四面体，但每个P原子并非是中心原子，故不发生杂化，A错误； B．苯分子中的碳原子发生sp2杂化，碳原子之间以sp2杂化轨道形成σ键，每个碳原子上的未杂化的2p轨道重叠形成大π键，B错误； C．乙烯分子中，每个碳原子采用sp2杂化，三个sp2杂化轨道形成两个C—H σ键和一个C—C σ键，未杂化的2p轨道侧向重叠形成C—C π键，C正确； D．分子的中心原子的杂化类型相同，比如都是以sp3杂化的分子，由于中心原子上的孤对电子数不同，对杂化轨道的排斥能力不同，导致分子的键角不同，D错误； 故选C / 学科网（北京）股份有限公司 $