第2章 第2节 第1课时 分子空间结构的理论分析（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（鲁科版）

本讲义聚焦高中化学“共价键与分子的空间结构”第1课时，核心知识点包括杂化轨道理论（sp、sp²、sp³杂化类型及与分子空间结构的关系）、价电子对互斥理论（价电子对数计算、VSEPR模型与分子结构的关系）、等电子原理（等电子体判断及空间结构预测），形成从理论基础到预测方法的学习支架。 该资料通过表格对比杂化类型与分子结构助系统梳理，设置思考题（如SO₂价电子对数计算）引导主动思考培养科学思维，结合高考真题例题增强实用性，提供判断方法总结助课后复习。体现科学思维与科学探究，课中辅助教学，课后帮助查漏补缺。

第2节　共价键与分子的空间结构 第1课时　分子空间结构的理论分析 [素养目标]　1.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构。2.理解杂化轨道理论的主要内容，并能解释某些分子或离子的空间结构。3.理解价电子对互斥理论和等电子原理，并能预测简单分子或离子的空间结构。 知识点一　杂化轨道理论 1．杂化轨道理论 (1)轨道杂化和杂化轨道 (2)杂化轨道的类型及典例 杂化类型 sp sp2 sp3 用于杂化的原 子轨道及数目 s 1 1 1 p 1 2 3 杂化轨道的数目 2 3 4 杂化轨道间的夹角 180° 120° 109°28′ 空间结构 直线形 平面三角形 四面体形 实例 CO2、C2H2 BF3、苯、乙烯 CH4、CCl4 2.几种分子空间结构图解 甲烷分子(正四面体形) 乙烯分子(平面四边形) 乙炔分子(直线形) 苯分子(平面六边形) 1．杂化轨道只用于形成σ键吗？ 提示：杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。 2．任意不同的轨道都可以杂化吗？ 提示：原子轨道只有在形成分子的过程中才能杂化，孤立的原子不会发生杂化；另外，不是任意的不同轨道都能杂化，只有能量相近的轨道在外界条件的影响下才能杂化。 3．为什么CH4、NH3、H2O分子中中心原子的杂化轨道的类型都为sp3杂化，但三者的空间结构却大不相同？ 提示：CH4中C原子发生sp3杂化，每个H原子占据四面体的一个顶点，分子为正四面体形。NH3中N原子发生sp3杂化，3个H原子占据四面体三个顶点，一个孤电子对占据一个顶点，分子为三角锥形。H2O中O发生sp3杂化，2个H原子占据四面体的两个顶点，另两个顶点被两个孤电子对占据，分子呈V形。 4．CH4、NH3、H2O的中心原子都是sp3杂化，但它们的键角依次减小，请分析： (1)导致这三种分子键角差异的原因是什么？ (2)如何比较分子中键角的大小？ 提示：(1)CH4、NH3、H2O的中心原子都是sp3杂化，它们中心原子的孤电子对数依次为0、1、2，由于孤电子对对成键电子对的排斥作用较大，使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。 (2)比较键角时，应先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时：一般键角按sp1、sp2、sp3顺序依次减小；杂化类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。 1．杂化轨道理论要点 (1)原子内只有能量相近的原子轨道才能进行杂化(如ns与np)。 (2)杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。 (3)杂化轨道为了使相互间的斥力最小，尽可能趋向彼此远离。 (4)杂化改变了原有轨道的形状和空间取向，使原子形成的共价键更牢固。 (5)杂化轨道只能用于形成σ键和用来容纳未参与成键的孤电子对。 (6)未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。 2．杂化轨道类型与分子空间结构的关系 杂化 轨道类型 杂化理论 模型 成键电 子对数 孤电子对数 电子对的 排列方式 分子的 空间结构 实例 sp 直线形 2 0 直线形 HC≡CH、BeCl2、CO2 sp2 平面三角形 3 0 平面三角形 BF3、BCl3 2 1 角形 SnBr2、PbCl2 sp3 四面体形 4 0 正四面体形 CH4、CCl4 3 1 三角锥形 NH3、NF3 2 2 角形 H2O 1．下列关于原子轨道的说法正确的是(　　) A．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 B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个氢原子的1s轨道和碳原子的2p轨道混合起来而形成的 C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的一个s轨道和三个p轨道重新组合而形成的一组能量相同的新轨道 D．凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化成键 解析　中心原子采取sp3杂化，杂化轨道的空间结构是正四面体形，但如果中心原子还有孤电子对，分子的空间结构则不是正四面体；CH4分子中的sp3杂化轨道是由碳原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的；AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。 答案　C 2．下列有关说法正确的是(　　) A．(2024·新课标卷节选)在N的简单氢化物中N原子轨道杂化类型为sp3 B．(2024·广东卷节选)柳珊瑚酸分子中碳原子的杂化方式有sp、sp2和sp3三种 C．(2024·江苏卷节选)H2O的空间结构为直线形 D．(2024·浙江1月卷节选)NO与SO离子空间结构均为三角锥形 解析　N的简单氢化物是NH3，其中N原子轨道杂化类型为sp3，A正确；该物质饱和的碳原子为sp3杂化，形成双键的碳原子为sp2杂化，共有两种杂化方式，B错误；H2O中O的杂化类型为sp3，O有2个孤电子对，因此H2O的空间结构为V形，C错误；NO为sp2杂化，孤电子对为0，为平面三角形，SO为sp3杂化，孤电子对为1，为三角锥形，D错误。 答案　A 3．下列粒子中中心原子的杂化方式和粒子的空间结构均正确的是(　　) A．C2H2：sp2、四面体形 B．HClO：sp、直线形 C．H3O＋：sp3、V形 D．BF3：sp2、平面三角形 解析　乙炔的结构式为H—C≡C—H，C原子采用sp杂化，为直线形结构，A错误；HClO分子的结构式为H—O—Cl，氧原子为sp3杂化，分子空间结构为V形，B错误；H3O＋中氧原子的价层电子对数是4，中心原子为sp3杂化，有一对孤电子对，空间结构为三角锥形，C错误；BF3分子中硼原子价层电子对数是3，孤电子对数为0，所以其空间结构为平面三角形，D正确。 答案　D 4．(1)已知BF3为平面三角形结构，则BCl3的空间结构为________，NCl3的空间结构与BCl3的空间结构是否相同？______(填“是”或“否”)，理由是_______________________ ______________________________________________________________________________。 (2)乙烷和甲烷分子中碳原子杂化方式________(填“相同”或“不相同”)，采用的杂化轨道类型为________。 (3)氨气有一对未成对电子，PH3分子中也有一对未成键的孤电子对，但是P—H键间夹角略小于NH3中N—H键间夹角，理由是_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)平面三角形　否　NCl3分子中N有一对孤电子对，而BCl3中的B没有孤电子对 (2)相同　sp3杂化 (3)氮的电负性大于磷，氮周围电子云密度大，排斥作用强，键角增大 判断分子中心原子杂化类型的方法 (1)若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形，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。　 知识点二　价电子对互斥理论 1．价电子对互斥理论 (1)基本观点：分子中的中心原子的价电子对——成键电子对(bp)和孤电子对(lp)由于相互排斥作用，尽可能趋向于彼此远离。 (2)作用：比较便捷的预测分子的空间结构。 (3)空间结构(n个价电子对全部是成单键的电子对且没有孤电子对)： ABn 价电子对数 空间结 构模型 分子的空 间结构 键角 n＝2 2 直线形 180° n＝3 3 三角形 120° n＝4 4 四面体形 109°28′ n＝5 5 三角双锥形 90°、120° n＝6 6 八面体形 90° (4)中心原子孤电子对数计算公式 孤电子对数＝ 。 2．等电子原理 (1)基本观点：化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间结构和化学键类型等结构特征。 (2)应用：判断一些简单分子或原子团的空间结构。 1．回答下列问题。 (1)请计算SO2的成键电子对数、孤电子对数、价电子对数。 (2)根据SO2的成键电子对数和孤电子对数推测中心原子的杂化类型是什么？其空间结构是什么？ (3)价电子对互斥理论说明的是分子的空间结构吗？ (4)价电子对的空间结构与分子的空间结构一定一致吗？ 提示：(1)SO2分子中的中心原子是S，成键电子对数为2。孤电子对数＝(a－xb)＝×(6－2×2)＝1，价电子对数＝2＋1＝3。 (2)由于其价电子对数是3，故其中心原子的杂化类型是sp2杂化；其空间结构为角形。 (3)不是。价电子对互斥理论说明的是价电子对的空间结构，而分子的空间结构指的是成键电子对的立体结构，不包括孤电子对。 (4)不一定。当中心原子无孤电子对时，两者的结构一致，中心原子有孤电子对时，两者的结构不一致。 2．通常情况下，等电子体的空间结构相同，如CH4与NH均为正四面体形。 (1)已知SO2为角形结构，则O3的空间结构是________，理由是_____________________ _______________________________________________。 (2)请列举一例与SO2互为等电子体的阴离子：______________，并预测该阴离子的空间结构是________。 提示：(1)角形　O3与SO2互为等电子体 (2)NO　角形 价电子对互斥理论的应用 1．分子中的中心原子的价电子对的确定 成键电子对由分子式确定，分子中有几个σ键，就有几个成键电子对。 常见分子中成键电子对数： H2 O2 N2 CO2 H2O NH3 1 1 1 2 2 3 2.价电子对互斥模型与分子空间结构的关系 价电子对互斥理论模型说的是价电子对的空间结构，而分子的空间结构指的是成键电子对空间结构，不包括孤电子对。 (1)当中心原子无孤电子对时，两者的结构一致； (2)当中心原子有孤电子对时，两者的结构不一致。 中心原 子的杂 化轨道类型 分子的 价电子 对数 成键 电子 对数 中心原 子的孤 电子对数　　 价电子对互斥 理论模型名称 分子的 空间结 构名称 实例 sp 2 2 0 直线形 直线形 BeCl2 sp2 3 3 0 三角形 三角形 BF3 2 1 角形 SnBr2 sp3 4 4 0 四面体形 四面体形 CH4 3 1 三角锥形 NH3 2 2 角形 H2O 3.杂化轨道类型的判断 (1)对于ABm型分子、中心原子的杂化轨道数可以这样计算： 杂化轨道数n＝ 。 其中配位原子中，卤素原子、氢原子提供1个价电子，硫原子、氧原子不提供价电子，即提供价电子数为0。 例如： 代表物 杂化轨道数(n) 杂化轨道类型 CO2 (4＋0)＝2 sp CH2O (4＋2＋0)＝3 sp2 CH4 (4＋4)＝4 sp3 SO2 (6＋0)＝3 sp2 NH3 (5＋3)＝4 sp3 H2O (6＋2)＝4 sp3 (2)离子的杂化轨道计算 n＝(中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数)。 代表物 杂化轨道数(n) 杂化轨道类型 NO (5＋1)＝3 sp2 NH (5－1＋4)＝4 sp3 4.常见的等电子体 类型 实例 空间结构 双原子10个价电子 N2、CO、NO＋、C、CN－ 直线形 三原子16个价电子 CO2、CS2、N2O、CNO－、 NO、N、SCN－、BeCl2 直线形 三原子18个价电子 NO、O3、SO2 角形 四原子24个价电子 NO、CO、BO、 SiO、BF3、SO3 三角形 四原子26个价电子 NF3、PCl3、NCl3、SO 三角锥形 五个原子 8个价电子 CH4、NH、SiH4 正四面 体形 五个原子 32个价电子 SiF4、CCl4、BF、 SO、PO 1．下列有关说法正确的是(　　) A．(2024·湖北卷节选)VSEPR理论认为VSEPR模型与分子的空间结构相同 B．(2024·浙江1月卷节选)SO2的价层电子对互斥(VSEPR)模型： C．(2024·贵州卷节选)SO的空间结构：平面三角形 D．(2024·吉林卷节选)PCl3的空间结构：平面三角形 解析　VSEPR模型是价层电子对的空间结构模型，而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对，当中心原子无孤电子对时，两者空间结构相同，当中心原子有孤电子对时，两者空间结构不同，A错误；SO2中心原子S价层电子对数：2＋＝3，其价层电子对互斥(VSEPR)模型为平面三角形，B正确；SO中心原子的价层电子对数为4，孤电子对数为1，空间结构为三角锥形，C错误；PCl3的中心原子存在1对孤电子对，其VSEPR模型为四面体形，PCl3的空间结构为三角锥形，D错误。 答案　B 2．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原子采用sp3杂化，为三角锥形 B．BCl3中B原子采用sp2杂化，为平面三角形 C．CS2中C原子采用sp杂化，为直线形 D．H2S中S原子采用sp杂化，为直线形 解析　PCl3中P原子形成3个σ键，孤电子对数为＝1，则为sp3杂化，为三角锥形，A正确；BCl3中B原子形成3个σ键，孤电子对数为＝0，则为sp2杂化，为平面三角形，B正确；CS2中C原子形成2个σ键，孤电子对数为＝0，则为sp杂化，为直线形，C正确；H2S分子中，S原子形成2个σ键，孤电子对数为＝2，则为sp3杂化，为角形，D错误。 答案　D 电子对间的排斥与分子的空间结构 根据价电子对互斥理论的基本内容：分子中的价电子对——成键电子对和孤电子对由于相互排斥作用，尽可能趋向彼此远离。 (1)当中心原子的价电子对全部参与成键时，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对部分参与成键时，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)①成键电子对之间斥力由大到小顺序：三键—三键>三键—双键>双键—双键>双键—单键>单键—单键。 ②含孤电子对的斥力由大到小顺序：孤电子对—孤电子对>孤电子对—单键>单键—单键。　 3．等电子体的结构相似，物理性质相似。下列各组粒子中，空间结构相似的是(　　) A．SO2与O3　　　　　 B．CO2与NO2 C．CS2与NO2 D．PCl3与BF3 解析　SO2与O3互为等电子体，空间结构相似，A正确；CO2与NO2、CS2与NO2、PCl3与BF3价电子数都不同，都不是等电子体。 答案　A 4．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、空间结构表。 等电子体类型 代表物质 空间结构 四原子24价电子等电子体 SO3 平面三角形 四原子26价电子等电子体 SO 三角锥形 五原子32价电子等电子体 CCl4 四面体形 六原子40价电子等电子体 PCl5 三角双锥形 七原子48价电子等电子体 SF6 八面体形 试回答： (1)下面物质分子或离子的空间结构： BrO：______________，CO：______________，ClO：______________。 (2)由第1、2周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有__________。 解析　(1)BrO为四原子26电子体，所以其结构与SO一样为三角锥形；CO为四原子24电子体，与SO3的结构相同，均为平面三角形，同理可知ClO为四面体形。(2)F2为双原子14电子体，所以1、2周期中与F2互为等电子体的离子有O。 答案　(1)三角锥形　平面三角形　四面体形 (2)O 利用替换法写等电子体 (1)同主族替换法 同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素的其他原子，如O3与SO2、CO2与CS2分别互为等电子体。 (2)左右移位法 ①将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n＝1,2等)的原子，如N2与CO、N和CNO－互为等电子体。 ②将粒子中的m个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素的原子，且粒子的总电荷数减小(或增大)m×n，如C与O、N2O和N互为等电子体。 (3)叠加法 互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，如CO和N2互为等电子体，则N2O与CO2也互为等电子体。　 1．下列图形表示sp2杂化轨道的电子云轮廓图的是(　　) 解析　A项，杂化轨道的空间结构为直线形，夹角为180°，共有2个杂化轨道，为sp杂化，错误；B项，未形成杂化轨道，错误；C项，杂化轨道的空间结构为正四面体形，共有4个杂化轨道，为sp3杂化，错误；D项，杂化轨道的空间结构为平面三角形，夹角为120°，共有3个杂化轨道，为sp2杂化，正确。 答案　D 2．有关杂化轨道理论的说法不正确的是(　　) A．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变 B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180° C．四面体形、三角锥形的结构可以用sp3杂化轨道解释 D．杂化轨道全部参与形成化学键 解析　杂化过程中，原子轨道总数不变，即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等，杂化后轨道的形状发生变化，A正确；sp3、sp2、sp杂化轨道空间结构分别为正四面体形、平面三角形、直线形，因此其杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°，B正确；部分四面体形、三角锥形、角形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释，如甲烷分子、氨分子、水分子，C正确；杂化轨道可以部分参与形成化学键，如NH3中N发生sp3杂化，形成了4个sp3杂化轨道，但是只有3个杂化轨道参与形成化学键，另外一个杂化轨道容纳孤电子对，D错误。 答案　D 3．(双选)下列有关键角的说法或比较正确的是(　　) A．(2024·甘肃卷改编)N2O和NO的键角相同 B．(2024·吉林卷节选)键角：NH3＞H2O C．(2024·安徽卷节选)键角：NH3>NO D．(2024·河北卷节选)CO2 、CH2O 、CCl4键角依次减小的原因是孤电子对与成键电子对的斥力大于成键电子对之间的斥力 解析　N2O与NO均为CO2的等电子体，故其均为直线形分子，两者的键角相同，A正确；H2O的中心原子O原子的价层电子对数为2＋×(6－2×1)＝4、孤电子对数为2，空间结构为V形，NH3的中心原子N原子的价层电子对数为3＋×(5－3×1)＝4、孤电子对数为1，空间结构为三角锥形，所以键角：NH3＞H2O，B正确；NH3中N原子的价层电子对数＝3＋(5－3×1)＝4，为sp3杂化，有1个孤电子对，空间结构为三角锥形，NO中N的价层电子对数＝3＋(5＋1－3×2)＝3，没有孤电子对，空间结构为平面三角形，故键角：NH3＜NO，C错误；CO2中中心C原子为sp杂化，键角为180°，CH2O中中心C原子为sp2杂化，键角大约为120°，CCl4中中心C原子为sp3杂化，键角为109°28′，三种物质中心C原子都没有孤电子对，三者键角大小与孤电子对无关，D错误。 答案　AB 4．用价电子对互斥(VSEPR)理论可以预测许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角大小，下列推断正确的是(　　) A．SO2是直线形分子 B．SO3是三角锥形分子 C．BF3的键角为120° D．PCl3是平面三角形分子 解析　SO2的中心原子为S原子，其价电子对数为2＋×(6－2×2)＝3，且S原子上含有1个孤电子对，所以SO2为角形分子，A错误；SO3的中心原子为S原子，其价电子对数为3＋×(6－3×2)＝3，不含孤电子对，SO3是平面三角形分子，B错误；BF3的中心原子为B原子，其价电子对数为3＋×(3－3×1)＝3，不含孤电子对，BF3是平面三角形分子，键角为120°，C正确；PCl3的中心原子为P原子，其价电子对数为3＋×(5－3×1)＝4，含有1个孤电子对，所以PCl3是三角锥形分子，D错误。 答案　C 5．下列几组微粒互为等电子体的是(　　) ①N2和CO　②NO＋和CN－　③CO2和CS2 ④N2O和CO2　⑤BF3和SO3 A．①②③　　　　　 B．④⑤ C．①③④ D．①②③④⑤ 解析　①N2和CO中，原子总数都为2，价电子总数都为10，二者互为等电子体；②NO＋和CN－中，原子总数都为2，价电子总数分别为5＋6－1＝10和4＋5＋1＝10，二者互为等电子体；③CO2和CS2中均含3个原子，O和S同主族，价电子总数相等，二者互为等电子体；④N2O和CO2均含3个原子，价电子总数分别为5×2＋6＝16和4＋6×2＝16，二者互为等电子体；⑤BF3和SO3均含4个原子，价电子总数分别为3＋7×3＝24和6×4＝24，二者互为等电子体。故①②③④⑤都符合题意，D正确。 答案　D 6．根据价电子对互斥理论填空： (1)OF2分子中，中心原子上的σ键电子对数为________，孤电子对数为________，价电子对数为________，VSEPR模型为________，分子的空间结构为________。 (2)NH3分子中，中心原子上的σ键电子对数为________，孤电子对数为________，价电子对数为________，VSEPR模型为________，分子的空间结构为________。 解析　(1)O原子最外层有6个电子，F原子最外层有7个电子，OF2分子中，O和F之间形成单键，中心原子为O原子，与2个F原子形成σ键，故σ键电子对数为2，孤电子对数为×(6－2×1)＝2，价电子对数为σ键电子对数与孤电子对数之和，即2＋2＝4，VSEPR模型为四面体形，分子的空间结构为V形。 (2)N的最外层有5个电子，H核外有1个电子，NH3分子中，N和H之间形成单键，中心原子为N原子，与3个H原子形成σ键，故σ键电子对数为3，孤电子对数为×(5－3×1)＝1，价电子对数为3＋1＝4，VSEPR模型为四面体形，分子的空间结构为三角锥形。 答案　(1)2　2　4　四面体形　V形 (2)3　1　4　四面体形　三角锥形 学科网（北京）股份有限公司 $