2.2 分子的空间结构 第2课时（讲义）化学人教版选择性必修2

第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构 第2课时 杂化轨道理论 课标要点 1.了解杂化轨道理论的基本内，理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构的影响。 2.能根据有关理论判断简单分子或离子的立体构型。 3.掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法，建立分子空间结构分析的思维模型。 学习重难点 重点： 1.杂化轨道理论的内容。 2.判断简单分子或离子的立体构型。 难点： 1.中心原子杂化轨道类型判断。 知识点 杂化轨道理论 1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成 (1)在形成CH4分子时，碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道 ，形成四个能量相等的sp3杂化轨道。四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道 形成CH4分子，所以四个 是等同的。 (2)甲烷中碳原子的sp3杂化可表示如下： 2.轨道杂化与杂化轨道 随学随练 1.下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳了1个孤电子对的是(　　) A.CH4、NH3 B.BBr3、S C.SO2、BeCl2 D.PCl3、H3O+ 2.s轨道与s轨道重叠形成的共价键可用符号表示为s⁃s σ键，p轨道与p轨道以“头碰头”方式重叠形成的共价键可用符号表示为p⁃p σ键，请你指出下列分子中含有s⁃sp2 σ键的是(　　) A.N2 B.C2H4 C.C2H2 D.HCl 知识点 杂化轨道类型及其空间结构 1.sp3杂化轨道 sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道杂化形成的。sp3杂化轨道间的夹角是109°28′，立体构型为正四面体形。其杂化过程如下图所示： 2.sp2杂化轨道 sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120°，呈 ，其杂化过程如下图所示： 3.sp杂化轨道 sp杂化轨道是由1个ns轨道和1个np轨道杂化而成的，sp杂化轨道间的夹角是180°，呈 ，其杂化过程如下图所示： 4.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 VSEPR模型 VSEPR模型名称 中心原子的杂化轨道类型 典例 随学随练 1.下列微粒的中心原子形成sp3杂化轨道且该粒子的空间结构为三角锥形的是(　　) A.N B.NCl3 C.Cl D.[PCl4]+ 2.下表中关于各微粒的描述完全正确的一项是(　　) 选项 微粒 中心原子杂化类型 VSEPR模型 空间结构 A H2F+ sp 直线形 直线形 B N sp3 四面体形 V形 C PCl3 sp3 四面体形 四面体形 D B sp3 四面体形 三角锥形 3.已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是(　　) A.X原子一定是sp2杂化 B.X原子一定为sp3杂化 C.X原子上一定存在孤电子对 D.VSEPR模型一定是平面三角形 拓展 分子空间结构与杂化轨道类型的关系 1.原子轨道的杂化过程 2.分子的空间结构与杂化类型间的关系 (1)当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的立体构型与杂化轨道的立体构型相同。 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道组成 一个ns轨道和一个np轨道 一个ns轨道和两个np轨道 一个ns轨道和三个np轨道 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 分子构型 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。在杂化轨道的基础上，略去孤电子对，即为分子的立体构型。例如： 分子 VSEPR模型 中心原子杂化轨道类型 分子的立体构型(略去孤电子对) SO2 sp2 (V形) H2O sp3 (V形) NH3 sp3 (三角锥形) 活学活用 1.下列分子中，中心原子杂化类型相同，分子的空间结构也相同的是(　　) A.BeCl2、CO2 B.H2O、SO2 C.SO2、CH4 D.NF3、CH2O 2.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)采取何种杂化方式的说法正确的是(　　) A.三角锥形、sp3 B.平面三角形、sp2 C.平面三角形、sp3 D.三角锥形、sp2 3.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是(　　) ①BF3　②CH2===CH2　③ ④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4 A.①②③ B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥ 拓展 键角的大小比较 影响键角大小的因素主要有中心原子的杂化类型、中心原子孤电子对数、配位原子的电负性大小、中心原子的电负性大小等，这几个影响键角的因素都是有条件的，在影响键角的能力方面也是有区别的。 (1)电子对斥力大小的顺序 ①顺序：孤电子对之间的斥力＞孤电子对与成键电子对之间的斥力＞成键电子对之间斥力。 ②原因：键合电子对受到左、右两端带正电的原子核的吸引，而孤电子对只受到一端原子核的吸引，相比之下，孤电子对电子云较“胖”，占据较大的空间，而键合电子对电子云较“瘦”，占据较小的空间。 ③实例：如CH4、NH3、H2O三种分子的中心原子价层电子对数均为4，VSEPR模型均为正四面体形，CH4、NH3和H2O中的孤电子对数分别是0、1、2，故键角大小顺序为CH4＞NH3＞H2O，图示如下： (2)双键之间的斥力＞双键与单键之间的斥力＞单键之间的斥力。 例如：SO2Cl2的VSEPR模型为四面体形，因S===O是双键，S—Cl是单键，依据斥力的大小顺序判断： “∠O—S—O”＞109°28′ “∠Cl—S—Cl”＜“∠O—S—Cl”＜109°28′ (3)斥力大小顺序：xw－xw＞xw－xs＞xs－xs (其中x代表配位原子的电负性，下标w为弱，s为强) 例如：SO2F2中“∠F－S－F”为98°，而SO2Cl2中“∠Cl—S—Cl”为102°，后者键角较大的原因就是Cl的电负性小于F，Cl—S—Cl中价层电子对的斥力大于F—S—F中价层电子对的斥力，故SO2Cl2分子中键角大。 活学活用 1.下列物质的分子中，键角最小的是(　　) A.H2O B.BF3 C.H2S D.CH4 2.在SO2分子中，分子的空间结构为V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° 拓展 中心原子杂化轨道类型的判断方法 方法一：根据中心原子的价层电子对数判断 中心原子的价层电子对数＝σ键数＋孤电子对数 中心原子价层电子对数 2 3 4 5 6 杂化类型 sp sp2 sp3 sp3d sp3d2 [说明]s、p能级共有4个轨道，全部杂化最多有4个杂化轨道，当计算出价层电子对数超过4时，必然有d轨道参与杂化，且参与杂化的d轨道数＝价层电子对数－4。 示例 价层电子对数 孤电子对数 杂化类型 分子空间构型 PCl5 5 0 sp3d SF6 6 0 sp3d2 方法二：根据分子的结构式判断 杂化类型 sp3 sp2 sp C的成键方式 4个单键 1个双键和2个单键 2个双键或1个三键和1个单键 N的成键方式 3个单键 1个双键和1个单键 1个三键 [说明]该方法一般用于有机物分子中C、N的杂化类型判断。 方法三：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心原子的杂化轨道类型 109°28′ sp3 120° sp2 180° sp 方法四：根据分子的空间结构判断 分子的空间结构 杂化轨道类型 四面体形或三角锥形 sp3 平面三角形 sp2 直线形 sp 活学活用 1.下列分子中的中心原子是sp2杂化的是(　　) A.NH3 B.CH4 C.BF3 D.H2O 2.甲醛(H2C===O)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醛、甲醇分子内C原子的杂化方式分别为(　　) A.sp2　sp2 B.sp3　sp2 C.sp2　sp3 D.sp　sp3 题型 杂化轨道理论 ▌例1 下列微粒的中心原子是sp2杂化的是(　　) A.C B.C C. D.AlC ▌对点练1-1 下列有机物分子中的碳原子既有sp3杂化又有sp杂化的是(　　) A.CH3CH==CH2 B.CH3—C≡CH C.CH3CH2OH D.CH≡CH ▌对点练1-2 为探究钠的部分性质，设计实验操作如图： BeCl2是共价分子，可以以单体、二聚体和多聚体形式存在，三者的结构依次如图所示。其单体、二聚体和多聚体中Be的杂化轨道类型依次为(　　) A.sp3、sp2、sp B.sp2、sp、sp3 C.sp2、sp3、sp D.sp、sp2、sp3 题型 杂化轨道理论的应用 ▌例2 钠关于下表所列四种粒子的各项描述完全正确的是(　　) 选项 A B C D 分子或离子 OF2 中心原子的杂化轨道类型 sp2 sp3 sp2 sp VSEPR模型名称 平面三角形 四面体形 平面三角形 直线形 分子或离子的空间结构名称 平面三角形 三角锥形 V形 直线形 ▌对点练1-1 硫代硫酸(H2S2O3)是一种无机物。硫代硫酸根离子(S2)可看作是S中的一个非羟基氧原子被硫原子取代的产物。因此，S2的空间结构是(　　) A.V形 B.平面三角形 C.三角锥形 D.四面体形 ▌对点练1-2 鲍林为了解释甲烷的正四面体结构，首次提出了杂化轨道理论，这一理论极大地推动了人们对分子空间结构的认识。下列关于杂化轨道及相关化学现象的说法正确的是(　　) A.杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对 B.凡是中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构都是正四面体形 C.杂化轨道全部参与形成化学键 D.SCl2属于AB2型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键 题型 综合考查 ▌例3 下列说法正确的是(　　) A.杂化轨道能用于形成σ键和π键，还能用于形成离子键 B.中心原子采取sp2杂化的分子，空间结构均为平面三角形 C.所有AB4型的共价化合物，中心原子A都采取sp3杂化成键 D.气态PCl3的中心原子P采取sp3杂化成键 ▌对点练1-1 氯化亚砜(SOCl2)是一种重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的VSEPR模型、分子的空间结构和中心原子(S)采取的杂化方式的说法正确的是(　　) A.四面体形、三角锥形、sp3 B.平面三角形、V形、sp2 C.平面三角形、平面三角形、sp2 D.四面体形、三角锥形、sp2 ▌对点练1-2 下列描述错误的是(　　) A.BF3和NH3的中心原子杂化方式不同 B.C和Cl具有相同的空间结构 C.BBr3和SF6的中心原子均不满足8电子结构 D.三氧化硫的三聚分子()中S原子的杂化轨道类型为sp3 基础通关 1.下列关于杂化轨道的叙述正确的是(　　) A.杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键 B.杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对 C.NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的1个s轨道杂化而成的 D.在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—H σ键 2.在BrCH===CHBr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.下列分子所含原子中，既有sp3杂化又有sp2杂化的是(　　) 4.根据价层电子对互斥模型及杂化轨道理论判断NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式均正确的是(　　) A.直线形　sp杂化 B.三角形　sp2杂化 C.三角锥形　sp2杂化 D.三角锥形　sp3杂化 5.甲烷中的碳原子采用sp3杂化，下列用*标注的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子的杂化类型一致的是(　　) A.CH3*CH2CH3 B.*CH2===CHCH3 C.CH2===*CHCH2CH3 D.HC≡*CCH3 6.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　) A.CS2与C6H6 B.CH4与NH3 C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4 7.下列说法中正确的是(　　) A.NCl3分子呈三角锥形，这是氮原子采取sp2杂化的结果 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.中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形或V形 D.AB3型的分子空间结构必为平面三角形 8.下列有机物分子中的碳原子既有sp3杂化又有sp杂化的是(　　) A.CH3CH===CH2 B.CH3－C≡CH C.CH3CH2OH D.CH≡CH 9.下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳1对孤电子对的是(　　) A.CH4、NH3、H2O B.CO2、BBr3、SO C.C2H4、SO2、BeCl2 D.NH3、PCl3、H3O＋ 10.下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是(　　) A.CH≡CH B.CO2 C.BeCl2 D.BF3 素养提升 11.As2O3的分子结构如图所示，与盐酸反应能生成AsCl3，AsCl3和LiAlH4反应的产物之一为AsH3。下列说法不正确的是(　　) A.As2O3分子中As原子的杂化方式为sp3 B.Al的价层电子对互斥模型是正四面体形 C.AsCl3的空间结构为三角锥形，As原子的杂化方式为sp3 D.AsH3分子的键角为120° 12.如图所示，在乙烯分子中有5个σ键和一个π键，它们分别是(　　) A.sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键 B.sp2杂化轨道形成π键，未杂化的2p轨道形成σ键 C.C—H之间是sp2形成σ键，C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成π键 D.C—C之间是sp2形成σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成π键 13.氨分子的空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为(　　) A.两种分子的中心原子杂化类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化 B.NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道 C.NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 D.NH3分子中氮元素的电负性比CH4分子中碳元素的电负性大 14.在中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是(　　) A.sp2、sp2 B.sp3、sp3 C.sp2、sp3 D.sp、sp3 15.如图为某硅氧离子的空间结构示意图(虚线不表示共价键)。通过观察分析，下列叙述正确的是(　　) A.键角为120° B.化学组成为SiO C.Si原子采用sp2杂化 D.化学组成为SiO 16.CH、—CH3、CH都是重要的有机反应中间体，有关它们的说法正确的是(　　) A.三者电子总数相等，碳原子均采取sp2杂化 B.CH与NH3、H3O＋中心原子均为sp3杂化，几何构型均为三角锥形 C.CH中的碳原子采取sp2杂化，所有原子共平面 D.CH中的碳原子采取sp3杂化，所有原子均共面 17.下列分子或离子的中心原子均为sp3杂化，且杂化轨道均容纳2个孤电子对的是(　　) A.CH4、H2O B.CO2、BF3 C.SO2、H3O+ D.SCl2、H2S 18.根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的中心原子的杂化方式及空间结构正确的是(　　) 选项 分子或离子 中心原子杂化方式 价层电子对互斥模型 分子或离子的空间结构 A SO2 sp 直线形 直线形 B COCl2 sp2 平面三角形 三角锥形 C NF3 sp2 四面体 平面三角形 D N sp3 正四面体 正四面体 19．下列说法正确的是(　　) A．含有四个原子的分子的空间结构不可能为正四面体形 B．分子式为AB2的分子的空间结构一定为V形 C．在SO中硫原子的杂化方式为sp2，是正四面体形结构 D．CO中心碳原子的孤电子对数为0，故其结构为平面三角形 20．化合物A是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式为，下列说法正确的是(　　) A．碳、氮原子的杂化类型相同 B．氮原子与碳原子分别为sp3杂化与sp2杂化 C．1 mol A分子中所含σ键的数目为10NA D．编号为a的氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内 迁移创新 21.我国研制的稀土催化剂转化汽车尾气过程示意图如下，汽车尾气的主要成分有CO、NO等。下列有关说法正确的是(　　) A.C3H8和H2O的中心原子杂化轨道类型均为sp3 B.H2O中的H—O—H键角小于H2S中的H—S—H键角 C.CO2和SO2的空间结构均为直线形 D.反应过程中没有非极性键的断裂和形成 22.请完成下列各小题。 (1)在SO2分子中，S原子采取　　　　杂化，SO2的键角　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)120°，SO3分子中S原子采取　　　　杂化，SO3分子的空间结构为　　　　　　。 (2)NO的空间结构是　　　　，N原子的杂化类型是　　　　。 (3)SO、SO的空间结构分别为　　　　、　　　　，S原子的杂化轨道类型分别为　　　　、　　　　。 23.按要求回答下列问题。 (1) 中C原子的杂化类型为　　　　。 (2)图(a)为S8的结构，其硫原子的杂化轨道类型为　　　　　　。 (3)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的空间结构为　　　　；固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为　　　　。 (4)COCl2分子中所有原子均满足8电子结构，COCl2分子中σ键和π键的个数比为　　　　，中心原子的杂化轨道类型为　　　　。 (5)As4O6的分子结构如图所示，其中As原子的杂化轨道类型为　　　　。 (6)AlH中，Al原子的杂化轨道类型为　　　　。 24.根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构。 (1)NCl3分子的空间结构为　　　　，其中N原子的杂化轨道类型为　　　　。  (2)CS2分子中C原子的杂化轨道类型是　　　　。  (3)理论化学模拟得到一种，N原子的杂化轨道类型有　　　　。  25.(1)SiCl4是生产高纯硅的前驱体，SiCl4可发生水解反应，机理如下： 含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为　　　　　(填标号)。  (2)磷酸根离子的空间结构为　　　　，其中P的价层电子对数为　　　　，杂化轨道类型为　　　　。  (3)氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气： 3NH3BH3+6H2O3N+B3+9H2↑ B3的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由sp3变为　　　　。  (4)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如图所示。 PH3中P的杂化轨道类型是　　　　　。H2O 的键角小于NH3的，分析原因：　　　　。  学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构 第2课时 杂化轨道理论 课标要点 1.了解杂化轨道理论的基本内，理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构的影响。 2.能根据有关理论判断简单分子或离子的立体构型。 3.掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法，建立分子空间结构分析的思维模型。 学习重难点 重点： 1.杂化轨道理论的内容。 2.判断简单分子或离子的立体构型。 难点： 1.中心原子杂化轨道类型判断。 知识点 杂化轨道理论 1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成 (1)在形成CH4分子时，碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道发生混杂，形成四个能量相等的sp3杂化轨道。四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—H键是等同的。 (2)甲烷中碳原子的sp3杂化可表示如下： 2.轨道杂化与杂化轨道 随学随练 1.下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳了1个孤电子对的是(　　) A.CH4、NH3 B.BBr3、S C.SO2、BeCl2 D.PCl3、H3O+ 【答案】D 【解析】CH4中碳原子为sp3杂化但不含孤电子对，故A错误；BBr3中B原子为sp2杂化且不含孤电子对，故B错误；SO2中S原子为sp2杂化，含有1个孤电子对，BeCl2中Be原子为sp杂化且不含孤电子对，故C错误。 2.s轨道与s轨道重叠形成的共价键可用符号表示为s⁃s σ键，p轨道与p轨道以“头碰头”方式重叠形成的共价键可用符号表示为p⁃p σ键，请你指出下列分子中含有s⁃sp2 σ键的是(　　) A.N2 B.C2H4 C.C2H2 D.HCl 【答案】B 【解析】N2存在p⁃p σ键和π键，A项错误；C2H4中，C原子为sp2杂化，存在s⁃sp2 σ键，B项正确；C2H2中，中心C原子发生sp杂化，存在s⁃sp σ键，C项错误；HCl中只存在s⁃p σ键，D项错误。 知识点 杂化轨道类型及其空间结构 1.sp3杂化轨道 sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道杂化形成的。sp3杂化轨道间的夹角是109°28′，立体构型为正四面体形。其杂化过程如下图所示： 2.sp2杂化轨道 sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120°，呈平面三角形，其杂化过程如下图所示： 3.sp杂化轨道 sp杂化轨道是由1个ns轨道和1个np轨道杂化而成的，sp杂化轨道间的夹角是180°，呈直线形，其杂化过程如下图所示： 4.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 VSEPR模型 VSEPR模型名称 直线形 平面三角形 平面三角形 四面体 四面体 正四面体 中心原子的杂化轨道类型 sp sp2 sp2 sp3 sp3 sp3 典例 CO2 SO2 SO3 H2O NH3 CH4 随学随练 1.下列微粒的中心原子形成sp3杂化轨道且该粒子的空间结构为三角锥形的是(　　) A.N B.NCl3 C.Cl D.[PCl4]+ 【答案】B 【解析】根据价层电子对互斥模型判断如下： 微粒 价层电子对数 孤电子对数 中心原子杂化类型 粒子的空间结构 N 2 0 sp 直线形 NCl3 4 1 sp3 三角锥形 Cl 4 2 sp3 V形 [PCl4]+ 4 0 sp3 正四面体形 2.下表中关于各微粒的描述完全正确的一项是(　　) 选项 微粒 中心原子杂化类型 VSEPR模型 空间结构 A H2F+ sp 直线形 直线形 B N sp3 四面体形 V形 C PCl3 sp3 四面体形 四面体形 D B sp3 四面体形 三角锥形 【答案】B 【解析】H2F+、N、PCl3、B中心原子的价层电子对数都是4，为sp3杂化，VSEPR模型均为四面体形，空间结构分别为V形、V形、三角锥形、正四面体形，B正确。 3.已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是(　　) A.X原子一定是sp2杂化 B.X原子一定为sp3杂化 C.X原子上一定存在孤电子对 D.VSEPR模型一定是平面三角形 【答案】C 【解析】若X原子无孤电子对，则它一定是直线形分子；若X有1个孤电子对或2个孤电子对，则XY2一定为V形分子，此种情况下X的杂化轨道类型分别为sp2杂化或sp3杂化，A、B项错误，C项正确；若X有2个孤电子对，则该分子的VSEPR模型为四面体形，D项错误。 拓展 分子空间结构与杂化轨道类型的关系 1.原子轨道的杂化过程 2.分子的空间结构与杂化类型间的关系 (1)当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的立体构型与杂化轨道的立体构型相同。 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道组成 一个ns轨道和一个np轨道 一个ns轨道和两个np轨道 一个ns轨道和三个np轨道 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 分子构型 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。在杂化轨道的基础上，略去孤电子对，即为分子的立体构型。例如： 分子 VSEPR模型 中心原子杂化轨道类型 分子的立体构型(略去孤电子对) SO2 sp2 (V形) H2O sp3 (V形) NH3 sp3 (三角锥形) 活学活用 1.下列分子中，中心原子杂化类型相同，分子的空间结构也相同的是(　　) A.BeCl2、CO2 B.H2O、SO2 C.SO2、CH4 D.NF3、CH2O 【答案】A 【解析】根据价层电子对互斥模型可知，H2O中O原子的孤电子对数为＝2，σ键电子对数为2，采取sp3杂化，故H2O为V形结构，SO2中S原子的孤电子对数为＝1，σ键电子对数为2，采取sp2杂化，故SO2为V形结构，B项不符合题意；同样分析可知，BeCl2中Be原子采取sp杂化，BeCl2是直线形结构，CO2中C原子采取sp杂化，CO2是直线形结构，A项符合题意；SO2中S原子采取sp2杂化，SO2是V形结构，CH4中C原子采取sp3杂化，CH4是正四面体形结构，C项不符合题意；NF3中N原子采取sp3杂化，NF3是三角锥形结构，CH2O中C原子采取sp2杂化，CH2O是平面三角形结构，D项不符合题意。 2.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)采取何种杂化方式的说法正确的是(　　) A.三角锥形、sp3 B.平面三角形、sp2 C.平面三角形、sp3 D.三角锥形、sp2 【答案】A 【解析】根据VSEPR模型，SOCl2的中心原子S原子的价层电子对数为3＋＝4，中心原子采用sp3杂化，其中S原子含有一对孤对电子，空间构型为三角锥形。 3.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是(　　) ①BF3　②CH2===CH2　③ ④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4 A.①②③ B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥ 【答案】A 【解析】sp2杂化形成夹角为120°的平面三角形杂化轨道。①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°；②C2H4中C原子为sp2杂化，且未杂化的2p轨道形成π键；③同②相似；④乙炔中的C原子为sp杂化；⑤NH3中的N原子为sp3杂化；⑥CH4中的C原子为sp3杂化。 拓展 键角的大小比较 影响键角大小的因素主要有中心原子的杂化类型、中心原子孤电子对数、配位原子的电负性大小、中心原子的电负性大小等，这几个影响键角的因素都是有条件的，在影响键角的能力方面也是有区别的。 (1)电子对斥力大小的顺序 ①顺序：孤电子对之间的斥力＞孤电子对与成键电子对之间的斥力＞成键电子对之间斥力。 ②原因：键合电子对受到左、右两端带正电的原子核的吸引，而孤电子对只受到一端原子核的吸引，相比之下，孤电子对电子云较“胖”，占据较大的空间，而键合电子对电子云较“瘦”，占据较小的空间。 ③实例：如CH4、NH3、H2O三种分子的中心原子价层电子对数均为4，VSEPR模型均为正四面体形，CH4、NH3和H2O中的孤电子对数分别是0、1、2，故键角大小顺序为CH4＞NH3＞H2O，图示如下： (2)双键之间的斥力＞双键与单键之间的斥力＞单键之间的斥力。 例如：SO2Cl2的VSEPR模型为四面体形，因S===O是双键，S—Cl是单键，依据斥力的大小顺序判断： “∠O—S—O”＞109°28′ “∠Cl—S—Cl”＜“∠O—S—Cl”＜109°28′ (3)斥力大小顺序：xw－xw＞xw－xs＞xs－xs (其中x代表配位原子的电负性，下标w为弱，s为强) 例如：SO2F2中“∠F－S－F”为98°，而SO2Cl2中“∠Cl—S—Cl”为102°，后者键角较大的原因就是Cl的电负性小于F，Cl—S—Cl中价层电子对的斥力大于F—S—F中价层电子对的斥力，故SO2Cl2分子中键角大。 活学活用 1.下列物质的分子中，键角最小的是(　　) A.H2O B.BF3 C.H2S D.CH4 【答案】C 【解析】BF3分子中B原子采用sp2杂化，sp2杂化的理论键角为120°，B原子无孤电子对，所以BF3分子的键角为120°；CH4分子中C原子采用sp3杂化，sp3杂化的理论键角为109°28′，并且C原子无孤电子对，所以CH4的键角为109°28′；H2S和H2O分子中的S、O原子均采用sp3杂化，sp3杂化的理论键角为109°28′，由于两种分子中均存在两对孤电子对，孤电子对占据正四面体的两个顶角，且孤电子对斥力大于成键电子对的斥力，导致H2O、H2S分子的键角＜109°28′，但O电负性强于S，所以H2O分子中成键电子对间的斥力大于H2S分子中成键电子对间的斥力，即H2O分子键角大于H2S分子键角；综上，分子键角大小顺序为BF3＞CH4＞H2O＞H2S，所以键角最小的是H2S。 2.在SO2分子中，分子的空间结构为V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° 【答案】C 【解析】SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上看其键角应为120°，但由于SO2分子中的S原子有一对孤电子对，对其他的两对成键电子对存在排斥作用，因此SO2分子中的键角应小于120°。 拓展 中心原子杂化轨道类型的判断方法 方法一：根据中心原子的价层电子对数判断 中心原子的价层电子对数＝σ键数＋孤电子对数 中心原子价层电子对数 2 3 4 5 6 杂化类型 sp sp2 sp3 sp3d sp3d2 [说明]s、p能级共有4个轨道，全部杂化最多有4个杂化轨道，当计算出价层电子对数超过4时，必然有d轨道参与杂化，且参与杂化的d轨道数＝价层电子对数－4。 示例 价层电子对数 孤电子对数 杂化类型 分子空间构型 PCl5 5 0 sp3d SF6 6 0 sp3d2 方法二：根据分子的结构式判断 杂化类型 sp3 sp2 sp C的成键方式 4个单键 1个双键和2个单键 2个双键或1个三键和1个单键 N的成键方式 3个单键 1个双键和1个单键 1个三键 [说明]该方法一般用于有机物分子中C、N的杂化类型判断。 方法三：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心原子的杂化轨道类型 109°28′ sp3 120° sp2 180° sp 方法四：根据分子的空间结构判断 分子的空间结构 杂化轨道类型 四面体形或三角锥形 sp3 平面三角形 sp2 直线形 sp 活学活用 1.下列分子中的中心原子是sp2杂化的是(　　) A.NH3 B.CH4 C.BF3 D.H2O 【答案】C 【解析】NH3、CH4、H2O分子中的中心原子的杂化轨道数均为4，都是sp3杂化；BF3中的B原子的杂化轨道数为0＋3＝3，为sp2杂化。 2.甲醛(H2C===O)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醛、甲醇分子内C原子的杂化方式分别为(　　) A.sp2　sp2 B.sp3　sp2 C.sp2　sp3 D.sp　sp3 【答案】C 【解析】HCHO分子中中心原子上的价层电子对数为：3＋(4－2－2×1)＝3，故该C原子采用sp2杂化，CH3OH分子中中心原子C原子上的价层电子对数为：4＋[4－3×1－(2－1)]＝4，故该碳原子采用sp3杂化。 题型 杂化轨道理论 ▌例1 下列微粒的中心原子是sp2杂化的是(　　) A.C B.C C. D.AlC 【答案】B 【解析】C中C原子的价层电子对数为3+=4，C原子采用sp3杂化，A不符合题意；C中C原子的价层电子对数为3+=3，C原子采用sp2杂化，B符合题意；中N原子的价层电子对数为2+=2，N原子采用sp杂化，C不符合题意；AlC中Al原子的价层电子对数为4+=4，Al原子采用sp3杂化，D不符合题意。 ▌对点练1-1 下列有机物分子中的碳原子既有sp3杂化又有sp杂化的是(　　) A.CH3CH==CH2 B.CH3—C≡CH C.CH3CH2OH D.CH≡CH 【答案】B 【解析】A项，CH3CH==CH2中碳原子为sp2杂化和sp3杂化；C项，CH3CH2OH中碳原子为sp3杂化；D项，CH≡CH中碳原子为sp杂化。 ▌对点练1-2 为探究钠的部分性质，设计实验操作如图： BeCl2是共价分子，可以以单体、二聚体和多聚体形式存在，三者的结构依次如图所示。其单体、二聚体和多聚体中Be的杂化轨道类型依次为(　　) A.sp3、sp2、sp B.sp2、sp、sp3 C.sp2、sp3、sp D.sp、sp2、sp3 【答案】D 【解析】Cl—Be—Cl中Be原子形成2个Be—Cl，没有孤电子对，杂化轨道类型为sp；中每个Be原子形成3个Be—Cl，没有孤电子对，杂化轨道类型为sp2；中每个Be原子形成4个Be—Cl，没有孤电子对，杂化轨道类型为sp3。 题型 杂化轨道理论的应用 ▌例2 钠关于下表所列四种粒子的各项描述完全正确的是(　　) 选项 A B C D 分子或离子 OF2 中心原子的杂化轨道类型 sp2 sp3 sp2 sp VSEPR模型名称 平面三角形 四面体形 平面三角形 直线形 分子或离子的空间结构名称 平面三角形 三角锥形 V形 直线形 【答案】B 【解析】S中心原子S的价层电子对数为3+×(6+2-2×3)=4，含有一个孤电子对，为sp3杂化，VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，A错误；Cl中心原子Cl的价层电子对数为3+×(7+1-2×3)=4，含有一个孤电子对，为sp3杂化，VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，B正确；OF2中心原子O的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4，含有两个孤电子对，为sp3杂化，VSEPR模型为四面体形，空间结构为V形，C错误；中心原子I的价层电子对数为2+×(7-1-2×1)=4，含有两个孤电子对，为sp3杂化，VSEPR模型为四面体形，空间结构为V形，D错误。 ▌对点练1-1 硫代硫酸(H2S2O3)是一种无机物。硫代硫酸根离子(S2)可看作是S中的一个非羟基氧原子被硫原子取代的产物。因此，S2的空间结构是(　　) A.V形 B.平面三角形 C.三角锥形 D.四面体形 【答案】D 【解析】硫酸根离子的空间结构为正四面体形，中心硫原子采用sp3杂化。根据题目描述，硫代硫酸根离子可视为硫酸根离子中一个非羟基氧原子被硫原子取代的产物。取代后，中心硫原子与三个氧原子和一个硫原子结合，S2的空间结构为四面体形。 ▌对点练1-2 鲍林为了解释甲烷的正四面体结构，首次提出了杂化轨道理论，这一理论极大地推动了人们对分子空间结构的认识。下列关于杂化轨道及相关化学现象的说法正确的是(　　) A.杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对 B.凡是中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构都是正四面体形 C.杂化轨道全部参与形成化学键 D.SCl2属于AB2型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键 【答案】A 【解析】杂化轨道只能“头碰头”重叠形成σ键，或容纳未参与成键的孤电子对，π键由未杂化的p轨道“肩并肩”重叠形成，A符合题意；中心原子采取sp3杂化的分子，若中心原子无孤电子对，空间结构为正四面体形，如CH4；若中心原子存在孤电子对，空间结构会发生改变，如NH3中有1个孤电子对，空间结构为三角锥形，H2O中有2个孤电子对，空间结构为V形，B不符合题意；杂化轨道不一定全部参与成键，如NH3中心N原子的sp3杂化轨道中有一个被孤电子对占据，C不符合题意；SCl2为AB2型共价化合物，中心S原子的价层电子对数为2+=4，因此S原子采取sp3杂化，D不符合题意。 题型 综合考查 ▌例3 下列说法正确的是(　　) A.杂化轨道能用于形成σ键和π键，还能用于形成离子键 B.中心原子采取sp2杂化的分子，空间结构均为平面三角形 C.所有AB4型的共价化合物，中心原子A都采取sp3杂化成键 D.气态PCl3的中心原子P采取sp3杂化成键 【答案】D 【解析】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；sp2杂化若存在孤电子对(如SO2)，则空间结构为V形，B错误；XeF4为AB4型，但中心原子Xe采取sp3d2杂化，并非sp3杂化，C错误；PCl3中P的价层电子对数为4，采取sp3杂化，D正确。 ▌对点练1-1 氯化亚砜(SOCl2)是一种重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的VSEPR模型、分子的空间结构和中心原子(S)采取的杂化方式的说法正确的是(　　) A.四面体形、三角锥形、sp3 B.平面三角形、V形、sp2 C.平面三角形、平面三角形、sp2 D.四面体形、三角锥形、sp2 【答案】A 【解析】SOCl2分子中S原子形成2个S—Cl、1个S==O，价层电子对数=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，SOCl2分子的VSEPR模型为四面体形，且S原子含1个孤电子对，则其分子的空间结构为三角锥形，A项正确。 ▌对点练1-2 下列描述错误的是(　　) A.BF3和NH3的中心原子杂化方式不同 B.C和Cl具有相同的空间结构 C.BBr3和SF6的中心原子均不满足8电子结构 D.三氧化硫的三聚分子()中S原子的杂化轨道类型为sp3 【答案】B 【解析】BF3中心原子是sp2杂化，NH3中心原子是sp3杂化，A正确；C是平面三角形结构，Cl是三角锥形结构，B错误；BBr3中B原子形成3个σ键，没有孤电子对，是6电子结构，SF6中S原子形成6个σ键，没有孤电子对，是12电子结构，C正确；SO3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，D正确。 基础通关 1.下列关于杂化轨道的叙述正确的是(　　) A.杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键 B.杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对 C.NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的1个s轨道杂化而成的 D.在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—H σ键 【答案】B 【解析】杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能用来形成π键，选项A不正确、B正确；NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的，选项C不正确；在乙烯分子中，1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的s轨道重叠形成2个C—H σ键，剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个C—C σ键，选项D不正确。 2.在BrCH===CHBr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 【答案】C 【解析】BrCH===CHBr分子中的两个碳原子都是采取sp2杂化，溴原子的价层电子排布式为4s24p5，4p轨道上有一个单电子，与碳原子的一个sp2杂化轨道成键，故C—Br键采用的成键轨道是sp2－p，C项正确。 3.下列分子所含原子中，既有sp3杂化又有sp2杂化的是(　　) 【答案】A 【解析】甲基上C为sp3杂化，—CHO上C为sp2杂化，A项正确；碳碳双键上C为sp2杂化，—CN上C为sp杂化，B项错误；—CHO上C为sp2杂化，C项错误；甲基上C为sp3杂化，碳碳三键上C为sp杂化，D项错误。 4.根据价层电子对互斥模型及杂化轨道理论判断NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式均正确的是(　　) A.直线形　sp杂化 B.三角形　sp2杂化 C.三角锥形　sp2杂化 D.三角锥形　sp3杂化 【答案】D 【解析】判断分子的杂化方式要依据中心原子的孤电子对数以及与中心原子相连的原子个数。在NF3分子中，N原子的孤电子对数为1，与其相连的原子数为3，可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化，NF3分子的空间结构为三角锥形。 5.甲烷中的碳原子采用sp3杂化，下列用*标注的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子的杂化类型一致的是(　　) A.CH3*CH2CH3 B.*CH2===CHCH3 C.CH2===*CHCH2CH3 D.HC≡*CCH3 【答案】A 【解析】CH4中碳原子采用sp3杂化。A项，亚甲基碳原子采用sp3杂化；B、C项，C===C中碳原子采用sp2杂化；D项，C≡C中碳原子采用sp杂化。A项符合题意。 6.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　) A.CS2与C6H6 B.CH4与NH3 C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4 【答案】B 解析A.CS2分子中，C原子采用sp杂化，C6H6分子中，C原子采用sp2杂化，不符合题意；B.CH4和NH3分子中C、N原子均采用sp3杂化，符合题意；C.BeCl2分子中Be原子为sp杂化，BF3分子中B原子为sp2杂化，不符合题意；D.C2H2分子中C原子为sp杂化，C2H4分子中C原子为sp2杂化，不符合题意。 7.下列说法中正确的是(　　) A.NCl3分子呈三角锥形，这是氮原子采取sp2杂化的结果 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.中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形或V形 D.AB3型的分子空间结构必为平面三角形 【答案】C 【解析】A.NCl3分子中心氮原子上的价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝3＋＝4，因此NCl3分子中氮原子以sp3杂化，选项A错误；B.sp3杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道“混杂”起来，形成能量相等、成分相同的4个轨道，选项B错误；C.一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的空间结构为四面体形，如甲烷分子，但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据，则空间结构发生变化，选项C正确；D.AB3型的分子如NH3、PCl3分子是三角锥形，选项D错误。 8.下列有机物分子中的碳原子既有sp3杂化又有sp杂化的是(　　) A.CH3CH===CH2 B.CH3－C≡CH C.CH3CH2OH D.CH≡CH 【答案】B 【解析】A.CH3CH===CH2中双键碳为sp2杂化、单键碳为sp3杂化，故不选A；B.CH3－C≡CH中三键碳为sp杂化、单键碳为sp3杂化，故选B；C.CH3CH2OH中碳原子均为sp3杂化，故不选C；D.CH≡CH中碳原子只有sp杂化，故不选D。 9.下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳1对孤电子对的是(　　) A.CH4、NH3、H2O B.CO2、BBr3、SO C.C2H4、SO2、BeCl2 D.NH3、PCl3、H3O＋ 【答案】D 【解析】A.CH4、NH3、H2O的中心原子价层电子对数都是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，A不符合题意；B.CO2、BBr3、SO中的中心原子价层电子对数分别是2、3、4，且CO2、BBr3、SO中孤电子对数分别是0、0、1，B不符合题意；C.C2H4、SO2、BeCl2中的中心原子价层电子对数分别是3、3、2，且C2H4、SO2、BeCl2中孤电子对数分别是0、1、0，C不符合题意；D.NH3、PCl3、H3O＋的中心原子价层电子对数都是4，采用sp3杂化，中心原子上的孤电子对数都是1, D符合题意。 10.下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是(　　) A.CH≡CH B.CO2 C.BeCl2 D.BF3 【答案】C 【解析】CH≡CH中含有碳碳三键，有π键，故不选A；CO2的结构式为O===C===O，分子中含有碳氧双键，含有π键，故不选B；BeCl2分子中，Be原子含有两个共价单键，不含孤电子对，所以价层电子对数是2，中心原子以sp杂化轨道成键，分子中不含π键，故选C；BF3中B原子含有3个共价单键，所以价层电子对数是3，中心原子以sp2杂化轨道成键，故不选D。 素养提升 11.As2O3的分子结构如图所示，与盐酸反应能生成AsCl3，AsCl3和LiAlH4反应的产物之一为AsH3。下列说法不正确的是(　　) A.As2O3分子中As原子的杂化方式为sp3 B.Al的价层电子对互斥模型是正四面体形 C.AsCl3的空间结构为三角锥形，As原子的杂化方式为sp3 D.AsH3分子的键角为120° 【答案】D 【解析】由As2O3的分子结构可知，As与3个O形成三角锥形结构，中心原子As上有1个孤电子对和3个成键电子对，则As原子的杂化方式为sp3，A正确；Al的中心原子的价层电子对数是4+×(3+1-1×4)=4，价层电子对互斥模型是正四面体形，B正确；AsCl3中心原子含1个孤电子对和3个成键电子对，则As原子的杂化方式为sp3，分子的空间结构为三角锥形，C正确；AsH3中含有1个孤电子对和3个成键电子对，空间结构为三角锥形，键角小于109°28'，D错误。 12.如图所示，在乙烯分子中有5个σ键和一个π键，它们分别是(　　) A.sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键 B.sp2杂化轨道形成π键，未杂化的2p轨道形成σ键 C.C—H之间是sp2形成σ键，C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成π键 D.C—C之间是sp2形成σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成π键 【答案】A 【解析】在乙烯分子中碳原子与相连的氢原子、碳原子形成平面三角形，所以乙烯分子中每个碳原子均采取sp2杂化，其中杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键。 13.氨分子的空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为(　　) A.两种分子的中心原子杂化类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化 B.NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道 C.NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 D.NH3分子中氮元素的电负性比CH4分子中碳元素的电负性大 【答案】C 【解析】A.NH3价层电子对数为3＋1＝4，杂化类型为sp3杂化，而CH4价层电子对数为4＋0＝4，杂化类型为sp3杂化，故A不符合题意；B.根据A选项分析NH3杂化类型为sp3杂化，分子中氮原子形成4个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道，故B不符合题意；C.NH3分子中有一对未成键的孤电子对，孤对电子对成键电子对的排斥力比成键电子对对成键电子对的排斥力较强，因而形成三角锥形，故C符合题意。D.氮元素的电负性比碳元素的电负性大，但与空间构型无关，故D不符合题意。 14.在中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是(　　) A.sp2、sp2 B.sp3、sp3 C.sp2、sp3 D.sp、sp3 【答案】C 【解析】中间的碳原子形成了一个π键，p轨道形成π键，3个p轨道减去一个p轨道，则两个p轨道参与杂化，杂化方式是sp2；两边的碳原子各自形成了4个σ键，无未成键电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的是sp3杂化。 15.如图为某硅氧离子的空间结构示意图(虚线不表示共价键)。通过观察分析，下列叙述正确的是(　　) A.键角为120° B.化学组成为SiO C.Si原子采用sp2杂化 D.化学组成为SiO 【答案】D 【解析】由结构示意图可知，4个O原子构成正四面体，Si位于正四面体的中心，键角为109°28′，A项错误；Si原子形成4个Si—O键，Si的化合价为＋4价，O的化合价为－2价，则该离子的化学组成为SiO，B项错误，D项正确；Si原子形成4个Si—O σ键，Si原子上没有孤电子对，则中心Si原子采取sp3杂化，C项错误。 16.CH、—CH3、CH都是重要的有机反应中间体，有关它们的说法正确的是(　　) A.三者电子总数相等，碳原子均采取sp2杂化 B.CH与NH3、H3O＋中心原子均为sp3杂化，几何构型均为三角锥形 C.CH中的碳原子采取sp2杂化，所有原子共平面 D.CH中的碳原子采取sp3杂化，所有原子均共面 【答案】C 【解析】A项，CH、—CH3、CH中电子总数不等，错误；B项，CH中心原子sp2杂化，NH3、H3O+中心原子为sp3杂化，错误；C项，CH中碳原子价层电子对数是3且不含孤电子对，所以碳原子采取sp2杂化，为平面三角形，所有原子共平面，C项正确，D项错误。 17.下列分子或离子的中心原子均为sp3杂化，且杂化轨道均容纳2个孤电子对的是(　　) A.CH4、H2O B.CO2、BF3 C.SO2、H3O+ D.SCl2、H2S 【答案】D 【解析】CH4、H2O的中心原子上的价层电子对数都是4，中心原子都采用sp3杂化，CH4、H2O的中心原子上的孤电子对数分别是0、2，A项不符合题意；CO2、BF3的中心原子上的价层电子对数分别是2、3，中心原子分别采用sp、sp2杂化，且CO2、BF3的中心原子上的孤电子对数均为0，B项不符合题意；SO2、H3O+的中心原子上的价层电子对数分别是3、4，中心原子分别采用sp2、sp3杂化，且SO2、H3O+的中心原子上的孤电子对数均为1，C项不符合题意；SCl2、H2S的中心原子上的价层电子对数都是4，中心原子都采用sp3杂化，中心原子上的孤电子对数都是2，D项符合题意。 18.根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的中心原子的杂化方式及空间结构正确的是(　　) 选项 分子或离子 中心原子杂化方式 价层电子对互斥模型 分子或离子的空间结构 A SO2 sp 直线形 直线形 B COCl2 sp2 平面三角形 三角锥形 C NF3 sp2 四面体 平面三角形 D N sp3 正四面体 正四面体 【答案】D 【解析】SO2的中心原子S的杂化方式为sp2 ，价层电子对互斥模型为平面三角形，孤电子对数为1，该分子的空间结构为V形，A错误；COCl2的中心原子C的杂化方式为sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，孤电子对数为0，COCl2的空间结构为平面三角形，B错误；NF3的中心原子N的杂化方式为sp3，价层电子对互斥模型为四面体，孤电子对数为1，NF3的空间结构为三角锥形，C错误；N的中心原子N的杂化方式为sp3，价层电子对互斥模型为正四面体，孤电子对数为0，N的空间结构为正四面体，D正确。 19．下列说法正确的是(　　) A．含有四个原子的分子的空间结构不可能为正四面体形 B．分子式为AB2的分子的空间结构一定为V形 C．在SO中硫原子的杂化方式为sp2，是正四面体形结构 D．CO中心碳原子的孤电子对数为0，故其结构为平面三角形 【答案】D 【解析】P4分子的空间结构是正四面体形，A错误；BeCl2中铍原子成键电子对数是2，无孤电子对，是sp杂化，分子是直线形，B错误；在SO中硫原子的孤电子对数是0，与其相连的原子数为4，根据杂化轨道理论可推知硫原子为sp3杂化，SO的空间结构是正四面体形，C错误；CO中心碳原子的成键电子对数为3，孤电子对数为×(4＋2－3×2)＝0，该离子是平面三角形结构，D正确。 20．化合物A是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式为，下列说法正确的是(　　) A．碳、氮原子的杂化类型相同 B．氮原子与碳原子分别为sp3杂化与sp2杂化 C．1 mol A分子中所含σ键的数目为10NA D．编号为a的氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内 【答案】B 【解析】A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键，氮原子有1个孤电子对而碳原子没有孤电子对，故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化，A项错误、B项正确；1个A分子中有11个σ键，C项错误；氮原子为sp3杂化，相应的四个原子形成的是三角锥形结构，不可能共平面，D项错误。 迁移创新 21.我国研制的稀土催化剂转化汽车尾气过程示意图如下，汽车尾气的主要成分有CO、NO等。下列有关说法正确的是(　　) A.C3H8和H2O的中心原子杂化轨道类型均为sp3 B.H2O中的H—O—H键角小于H2S中的H—S—H键角 C.CO2和SO2的空间结构均为直线形 D.反应过程中没有非极性键的断裂和形成 【答案】A 【解析】C3H8中的碳原子均为饱和碳原子，碳原子为sp3杂化，1个H2O分子中含有2个σ键，氧原子上有2个孤电子对，氧原子为sp3杂化，A正确；氧的电负性大于S，O与H之间的两个成键电子对比S与H之间的两个成键电子对更靠近中心原子，因此O与H之间的两个成键电子对排斥力大，键角大，B错误；SO2的价层电子对数为2+×(6-2×2)=3，该分子为V形结构，CO2的价层电子对数为2+×(4-2×2)=2，该分子是直线形结构，C错误；反应过程中有O==O非极性键的断裂和N≡N非极性键的形成，D错误。 22.请完成下列各小题。 (1)在SO2分子中，S原子采取　　　　杂化，SO2的键角　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)120°，SO3分子中S原子采取　　　　杂化，SO3分子的空间结构为　　　　　　。 (2)NO的空间结构是　　　　，N原子的杂化类型是　　　　。 (3)SO、SO的空间结构分别为　　　　、　　　　，S原子的杂化轨道类型分别为　　　　、　　　　。 【答案】(1)sp2　小于　sp2　平面三角形　(2)V形　sp2　(3)正四面体形　三角锥形　sp3　sp3 【解析】(1)SO2分子中，S原子的孤电子对数＝(6－2×2)＝1，价层电子对数＝2＋1＝3，S原子采取sp2杂化，因有1对孤电子对，所以键角小于120°。SO3分子中S原子的孤电子对数为0，价层电子对数为3，S原子采取sp2杂化，SO3为平面三角形。(2)NO中N的杂化轨道数为3，N原子含有1对孤电子对，采取sp2杂化，故NO的空间结构为V形。(3)SO中S原子的杂化轨道数为4，S原子采取sp3杂化，SO的空间结构为正四面体形。SO中S原子杂化轨道数为4，S原子采取sp3杂化，S原子含有1对孤电子对，所以该离子为三角锥形。 23.按要求回答下列问题。 (1) 中C原子的杂化类型为　　　　。 (2)图(a)为S8的结构，其硫原子的杂化轨道类型为　　　　　　。 (3)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的空间结构为　　　　；固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为　　　　。 (4)COCl2分子中所有原子均满足8电子结构，COCl2分子中σ键和π键的个数比为　　　　，中心原子的杂化轨道类型为　　　　。 (5)As4O6的分子结构如图所示，其中As原子的杂化轨道类型为　　　　。 (6)AlH中，Al原子的杂化轨道类型为　　　　。 【答案】(1)sp3、sp2　(2)sp3　(3)平面三角形　sp3　(4)3∶1　sp2　(5)sp3　(6)sp3 【解析】(1) 分子中，—CH3、上的碳原子的杂化轨道类型分别是sp3和sp2；(2)S8中硫原子形成2个S—S键，还有2对孤电子对，杂化方式为sp3；(3)气态SO3的中心原子的价层电子对数为3，孤电子对数为0，故其空间结构为平面三角形；三聚分子中，中心S原子的价层电子对数为4，杂化轨道类型为sp3； (4)COCl2的结构式为，σ键数为3，π键数为1，中心C原子的价层电子对数为3，杂化类型为sp2；(5)由As4O6的结构可知，中心原子As的价层电子对数为4，(其中σ键数3，孤电子对数1)，sp3杂化； (6)AlH的价层电子对数为4，(其中σ键数4，孤电子对数0)，Al原子的杂化轨道类型为sp3。 24.根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构。 (1)NCl3分子的空间结构为　　　　，其中N原子的杂化轨道类型为　　　　。  (2)CS2分子中C原子的杂化轨道类型是　　　　。  (3)理论化学模拟得到一种，N原子的杂化轨道类型有　　　　。  【答案】(1)三角锥形　sp3　(2)sp　(3)sp、sp2、sp3 【解析】(2)CS2的结构式为S==C==S，C原子形成2个双键，无孤电子对，呈直线形，所以C原子为sp杂化。(3)中心N原子为sp3杂化，与中心N原子直接相连的N原子为sp2杂化，与端位N原子直接相连的N原子为sp杂化。 25.(1)SiCl4是生产高纯硅的前驱体，SiCl4可发生水解反应，机理如下： 含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为　　　　　(填标号)。  (2)磷酸根离子的空间结构为　　　　，其中P的价层电子对数为　　　　，杂化轨道类型为　　　　。  (3)氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气： 3NH3BH3+6H2O3N+B3+9H2↑ B3的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由sp3变为　　　　。  (4)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如图所示。 PH3中P的杂化轨道类型是　　　　　。H2O 的键角小于NH3的，分析原因：　　　　。  【答案】(1)②　(2)正四面体形　4　sp3　(3)sp2　(4)sp3　NH3含有1个孤电子对，而H2O含有2个孤电子对，H2O中的孤电子对对成键电子对的排斥作用较大 【解析】(1)由图可知，SiCl4(H2O)中Si原子的σ键数为5，说明Si原子的杂化轨道数为5，由此可知Si原子的杂化轨道类型为sp3d。(2)根据价层电子对互斥模型，P中P原子的价层电子对数为4+=4，无孤电子对，故杂化轨道类型为sp3，空间结构为正四面体形。(3)B3中B形成3个σ键，B原子上无孤电子对，为sp2杂化。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $