专题01 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01 杂化轨道理论与分子空间构型推断 1.认识杂化轨道理论的基本内涵，掌握 sp、sp²、sp³ 杂化轨道的形成特点、轨道数目与空间分布规律；能结合价层电子对互斥模型（VSEPR）计算价层电子对数，准确判断中心原子杂化类型、价层电子对空间构型与分子（离子）真实空间结构，规范书写常见分子、离子的空间结构，理清孤电子对对键角、分子构型的影响，建立 “价层电子对→杂化类型→空间构型→键角变化” 的判断链条。 2.借助模型、示意图对比不同杂化方式的轨道差异，通过计算、分类辨析、变式推断的训练过程，学会区分价层电子对构型和分子构型两个易混概念；在陌生微粒的推断任务中，形成先算价层电子对数、再判断杂化、最后分析空间结构的程序化解题思路，提升证据推理、模型认知的化学学科思维。 3.感受杂化轨道理论作为微观结构模型的建构价值，体会科学模型是对微观粒子运动的简化与解释，理解模型的适用范围与局限性；在分析复杂微粒结构的过程中，体会微观结构的有序性与对称性，激发对物质微观结构的探究兴趣，养成严谨规范、有理有据的化学表达习惯。 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，杂化只发生在原子成键时；孤立原子不杂化。 （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）杂化前后轨道总数不变：几个轨道参与杂化，就生成几个杂化轨道； （2）杂化轨道能量均分，形状一头大一头小，利于轨道“头碰头”重叠形成σ键； （3）杂化轨道只用于形成σ键或者容纳孤电子对；π键由未参与杂化的p轨道平行重叠形成。 3.VSEPR理论与杂化理论辨析 （1）VSEPR：经验模型，预测构型； （2）杂化轨道理论：量子模型，解释构型和成键原因。 （3）二者配套使用，先由VSEPR算出价层电子对数，再判断杂化类型。 4.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°。 5.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）杂化轨道数=价层电子对数；价层电子对数2 → sp；价层电子对数3→sp²；价层电子对数4→sp³。 （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1】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 【变式1-1】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1-2】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 题型02 考查价层电子对构型与分子真实空间构型的关系 【典例2】（25-26高二上·浙江绍兴·期末）下列分子中，VSEPR模型名称为正四面体的是 A． B． C． D． 【变式2-1】（25-26高二上·北京·期末）下列各组粒子空间结构名称相同但VSEPR模型不同的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【变式2-2】（25-26高二下·北京西城·期末）下列分子或离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是 A． B． C． D． 题型03 考查杂化轨道理论、价层电子对互斥理论与分子的结构的关系 【典例3】（25-26高二下·广东阳江·期末）根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论，下列说法正确的是 A．PCl3、都是三角锥形的空间结构 B．CH2O的VSEPR模型是平面三角形 C．CS2的中心原子上的价层电子对数为3 D．SO2和SO3的S均采取sp2杂化方式，分子空间结构均为平面三角形 【变式3-1】（25-26高二上·山西晋城·期末）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结构，有时也能用来推测键角大小。下列说法正确的是 A．、、HCN都是直线形的分子，键角均为180° B．分子是三角锥形，这是因为P原子以杂化 C．价层电子对互斥模型中，键电子对数不计入中心原子的价层电子对数 D．杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的四个杂化轨道 【变式3-2】（25-26高二下·内蒙古集宁·期末）简单分子的空间结构可以用价层电子对互斥模型预测，用杂化轨道理论解释。下列表格中说法错误的是 选项 分子 中心原子的价层电子对数 VSEPR模型 空间结构 中心原子的杂化轨道类型 A 4 四面体形 V形 B 3 四面体形 三角锥形 C HCN 2 直线形 直线形 sp D 3 平面三角形 平面三角形 题型04 陌生微粒的空间结构的推断 【典例4】（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·期中）价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法错误的是 A．和的VSEPR模型均为四面体 B．和的空间构型均为平面三角形 C．和的空间构型均为V形 D．和的空间构型均为三角锥形 【变式4-1】（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·期中）用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构，其中不正确的是 A．为正四面体形 B．CO2为直线形 C．H2O为V形 D．PCl3为平面三角形 【变式4-2】（25-26高二上·河北衡水·期末）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 分子或离子的化学式 中心原子的杂化轨道类型 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 【巩固训练】 1.（25-26高二上·北京·期末）下列各组粒子中，键角前者小于后者的是 A．和 B．HCN和HClO C．和 D．和 2．（25-26高二上·广西柳州·期末）硒（34Se）、硫对应的化合物在医药、催化、材料等领域有广泛应用。下列关于这两种元素及其化合物的说法正确的是 A．的空间结构为三角锥形 B．键角大小： C．比稳定是因为水分子间存在氢键 D．和都是含有极性键的非极性分子 3．（25-26高二下·黑龙江绥化·开学考试）下列说法中正确的是 A．的立体构型为形，中心原子的杂化方式为 B．中的化学键类型有离子键、非极性键和极性键 C．和都是正四面体形分子，且键角都为 D．若键为极性共价键，则分子可能为非极性分子 4．（25-26高二下·吉林松原·期中）下列描述中正确的是 ①BeCl2为V形的极性分子；②NO的空间构型为平面三角形；③XeF4中有4对完全相同的成键电子对；④BF3和SO的中心原子均为sp2杂化 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 5．（25-26高二下·福建厦门·期中）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立体构型正确的是 选项 分子式 中心原子杂化方式 分子或离子的立体构型 A SO2 sp 直线形 B HCHO sp2 三角锥形 C NF3 sp2 平面三角形 D sp3 正四面体形 6．（25-26高二下·云南大理·期中）氯元素有多种化合价，可形成、、、、、等微粒。下列说法错误的是 A．的空间结构为V形 B．、、中的杂化方式相同 C．键角： D．基态原子核外电子的空间运动状态有9种 7．（25-26高二上·广西柳州·阶段检测）下列分子或离子的键角最大的是 A． B． C． D． 8．（25-26高二上·海南·期中）下列微粒的VSEPR模型与其空间结构一致的是 A．HNO3 B． C． D．PCl3 9．（25-26高二下·福建厦门·阶段检测）下表中各粒子对应的立体结构及杂化方式均正确的是 选项 粒子 立体结构 杂化方式 A SO3 平面三角形 S原子采取sp杂化 B SO2 V形 S原子采取sp3杂化 C 三角锥形 C原子采取sp2杂化 D NH3 三角锥形 N原子采取sp3杂化 10.（25-26高二上·河北秦皇岛·阶段检测）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．（25-26高二下·广东汕头·阶段检测）关于CO2和SO2的说法中，正确的是 A．C和S上都没有孤电子对 B．C和S都是sp3杂化 C．都是AB2型，所以空间结构都是直线形 D．CO2的空间结构是直线形，SO2的空间结构是V形 2．（25-26高二下·广东佛山·期中）VSEPR模型为平面三角形的是 A． B． C． D． 3．（25-26高二下·安徽芜湖·期末）下列分子的空间构型相同的一组是 A．、 B．、 C．HCN、HClO D．、 4．（25-26高二上·山西太原·期末）下列含碳粒子的中心原子上的孤电子对数、杂化轨道类型和空间结构均正确的是 选项 粒子 中心原子上的孤电子对数 中心原子的杂化轨道类型 空间结构 A 2 直线形 B 0 正四面体形 C (甲醛) 1 平面三角形 D 0 sp V形 5．（25-26高二上·湖南衡阳·期末）下列粒子中，空间结构与VSEPR模型一致的是 A． B． C． D． 6．（25-26高二下·福建厦门·期中）的空间构型是 A．直线形 B．V形 C．平面三角形 D．正四面体形 7．（25-26高二下·湖北·期中）用价层电子对互斥理论可以预测许多分子或离子的立体构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是 A．H2O2、C2H2、CS2都是直线形的分子 B．键角由大到小顺序：SiH4>NH3>NF3 C．BF3、PCl3、都是平面三角形 D．、CH4、CHCl3都是正四面体形 8．（25-26高二下·北京·阶段检测）下列说法中，正确的是 A．凡是中心原子采取杂化的分子，其空间结构都是正四面体形 B．凡是型的共价化合物，其中心原子A均采用杂化轨道成键 C．杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对 D．属于型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键 9．（25-26高二上·河北石家庄·期末）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．SO2与SO3的键角相等 B．和的空间构型均为平面三角形 C．CF4和NH3均为非极性分子 D．CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体 10．（25-26高二上·河南洛阳·期末）周期表前四周期元素及其化合物是结构化学研究的热点。根据前四周期元素回答下列问题： （1）下列 Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为____、____(填标号)。 a．    b． c．    d． （2）已知：顺时针旋转的电子，其自旋量子数，逆时针旋转的电子，其自旋量子数 对于基态的磷原子，其价层电子自旋量子数的代数和为________。 （3）过渡元素中某基态原子X 的最外层电子排布式为ns1，X可能是_______(填元素符号)。 （4）基态W原子最外层电子数是电子层数的2倍且价电子位于能层符号为M，而基态Q原子的价层电子排布式为 ①W、Q构成的下列粒子中，WQ2的空间结构为_______， 的VSEPR模型为_______。 ②W能与电负性最大的元素Z形成WZ6分子，该分子的中心原子价层电子对数为_______，下列对该分子中心原子杂化方式判断合理的是________。 a. sp3    b. sp3d      （5）杂化类型的判断 ①As4O6的分子结构如图，其中 As原子的杂化轨道类型为________。 ②用价层电子对互斥模型推断SnBr2分子中，Sn原子的杂化轨道类型为__________，分子中Br-Sn-Br的键角 _____120°(填“>”“<”或“=”)。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题01 杂化轨道理论与分子空间构型推断 1.认识杂化轨道理论的基本内涵，掌握 sp、sp²、sp³ 杂化轨道的形成特点、轨道数目与空间分布规律；能结合价层电子对互斥模型（VSEPR）计算价层电子对数，准确判断中心原子杂化类型、价层电子对空间构型与分子（离子）真实空间结构，规范书写常见分子、离子的空间结构，理清孤电子对对键角、分子构型的影响，建立 “价层电子对→杂化类型→空间构型→键角变化” 的判断链条。 2.借助模型、示意图对比不同杂化方式的轨道差异，通过计算、分类辨析、变式推断的训练过程，学会区分价层电子对构型和分子构型两个易混概念；在陌生微粒的推断任务中，形成先算价层电子对数、再判断杂化、最后分析空间结构的程序化解题思路，提升证据推理、模型认知的化学学科思维。 3.感受杂化轨道理论作为微观结构模型的建构价值，体会科学模型是对微观粒子运动的简化与解释，理解模型的适用范围与局限性；在分析复杂微粒结构的过程中，体会微观结构的有序性与对称性，激发对物质微观结构的探究兴趣，养成严谨规范、有理有据的化学表达习惯。 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，杂化只发生在原子成键时；孤立原子不杂化。 （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）杂化前后轨道总数不变：几个轨道参与杂化，就生成几个杂化轨道； （2）杂化轨道能量均分，形状一头大一头小，利于轨道“头碰头”重叠形成σ键； （3）杂化轨道只用于形成σ键或者容纳孤电子对；π键由未参与杂化的p轨道平行重叠形成。 3.VSEPR理论与杂化理论辨析 （1）VSEPR：经验模型，预测构型； （2）杂化轨道理论：量子模型，解释构型和成键原因。 （3）二者配套使用，先由VSEPR算出价层电子对数，再判断杂化类型。 4.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°。 5.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）杂化轨道数=价层电子对数；价层电子对数2 → sp；价层电子对数3→sp²；价层电子对数4→sp³。 （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1】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。 【变式1-1】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1-2】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。 题型02 考查价层电子对构型与分子真实空间构型的关系 【典例2】（25-26高二上·浙江绍兴·期末）下列分子中，VSEPR模型名称为正四面体的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A．中心原子的价层电子对数为4，无孤电子对，4个键完全等同，VSEPR模型为正四面体，A正确；B．中心原子的价层电子对数为4，含2个孤电子对，VSEPR模型为四面体而非正四面体，B错误；C．中心原子的价层电子对数为3，无孤电子对，VSEPR模型为平面三角形，C错误；D．中心原子的价层电子对数为2，无孤电子对，VSEPR模型为直线形，D错误；故选A。 【变式2-1】（25-26高二上·北京·期末）下列各组粒子空间结构名称相同但VSEPR模型不同的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【答案】A 【解析】A．中心价层电子对数为，VSEPR模型为平面三角形，含1对孤电子对，空间结构为V形；中心价层电子对数为，VSEPR模型为四面体形，含2对孤电子对，空间结构为V形，二者空间结构相同、VSEPR模型不同，A符合题意；B．和中心原子价层电子对数均为2，无孤电子对，VSEPR模型均为直线形，空间结构均为直线形，二者VSEPR模型和空间结构都相同，B不符合题意；C．中心价层电子对数为3，无孤电子对，VSEPR模型为平面三角形，空间结构为平面三角形；中心价层电子对数为4，含1对孤电子对，VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，二者空间结构和VSEPR模型都不同，C不符合题意；D．和中心价层电子对数均为4，VSEPR模型均为四面体形，含1对孤电子对，空间结构为三角锥形，无孤电子对，空间结构为正四面体形，二者VSEPR模型相同、空间结构不同，D不符合题意；故选A。 【变式2-2】（25-26高二下·北京西城·期末）下列分子或离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A．的中心S原子价层电子对数为，孤电子对数为0，VSEPR模型为正四面体形，空间结构也为正四面体形，二者一致，A正确；B．的中心N原子价层电子对数为，孤电子对数为1，VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，二者不一致，B错误；C．的中心Cl原子价层电子对数为，孤电子对数为1，VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，二者不一致，C错误；D．的中心S原子价层电子对数为，孤电子对数为2，VSEPR模型为四面体形，空间结构为V形，二者不一致，D错误；故选A。 题型03 考查杂化轨道理论、价层电子对互斥理论与分子的结构的关系 【典例3】（25-26高二下·广东阳江·期末）根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论，下列说法正确的是 A．PCl3、都是三角锥形的空间结构 B．CH2O的VSEPR模型是平面三角形 C．CS2的中心原子上的价层电子对数为3 D．SO2和SO3的S均采取sp2杂化方式，分子空间结构均为平面三角形 【答案】B 【解析】A．中心原子P的价层电子对数为，是三角锥形结构，但中心原子N的价层电子对数为，是平面三角形结构，A错误；B．中心原子C的价层电子对数为，VSEPR模型为平面三角形，B正确；C．中心原子C的价层电子对数为，C错误；D．中心原子S的价层电子对数为，S采取杂化，空间结构为V形，中心原子S的价层电子对数为，S采取杂化，空间结构为平面三角形，D错误；故答案选B。 【变式3-1】（25-26高二上·山西晋城·期末）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结构，有时也能用来推测键角大小。下列说法正确的是 A．、、HCN都是直线形的分子，键角均为180° B．分子是三角锥形，这是因为P原子以杂化 C．价层电子对互斥模型中，键电子对数不计入中心原子的价层电子对数 D．杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的四个杂化轨道 【答案】C 【解析】A．二氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为：2+(6-2×2) ×=3，孤对电子对数为：(6-2×2) ×=1，则分子的空间结构为V形，键角小于180°，A错误；B．三氯化磷分子中磷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，则原子的杂化方式为sp3杂化，分子的空间结构为三角锥形，B错误；C． 在VSEPR模型中，价层电子对数仅计入σ键电子对和孤对电子，不计入不影响空间构型的π键电子对，C正确；D．不同能层的s轨道和p轨道能量相差较大，无法有效杂化，所以sp3杂化轨道是由同一能层的1个s轨道和3个p轨道混合形成四个sp3杂化轨道，D错误；故选C。 【变式3-2】（25-26高二下·内蒙古集宁·期末）简单分子的空间结构可以用价层电子对互斥模型预测，用杂化轨道理论解释。下列表格中说法错误的是 选项 分子 中心原子的价层电子对数 VSEPR模型 空间结构 中心原子的杂化轨道类型 A 4 四面体形 V形 B 3 四面体形 三角锥形 C HCN 2 直线形 直线形 sp D 3 平面三角形 平面三角形 【答案】B 【分析】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。 【解析】A．中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为四面体形，有2对孤电子对，分子的立体构型为V形，杂化方式为，选项A正确；B．中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为四面体形，有1对孤电子对，分子的立体构型为三角锥，杂化方式为，选项B错误；C．HCN中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为直线形，无孤电子对，分子的立体构型为直线形，杂化方式为sp，选项C正确；D．中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为平面三角形，无孤对电子，分子的立体构型为平面三角形，杂化方式为，选项D正确；故选B。 题型04 陌生微粒的空间结构的推断 【典例4】（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·期中）价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法错误的是 A．和的VSEPR模型均为四面体 B．和的空间构型均为平面三角形 C．和的空间构型均为V形 D．和的空间构型均为三角锥形 【答案】B 【解析】A．中心C孤电子对数为，价层电子对数为4，中心O孤电子对数为，价层电子对数为4，二者VSEPR模型均为四面体，A正确；B．中心S孤电子对数为，价层电子对数为4，空间构型为三角锥形，中心C孤电子对数为，价层电子对数为3，空间构型为平面三角形，二者空间构型不都为平面三角形，B错误；C．中心I孤电子对数为，价层电子对数为4，中心O孤电子对数为，价层电子对数为4，二者空间构型均为V形，C正确；D．中心N孤电子对数为，价层电子对数为4，中心Cl孤电子对数为，价层电子对数为4，二者空间构型均为三角锥形，D正确；故答案选B。 【变式4-1】（25-26高二下·黑龙江哈尔滨·期中）用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构，其中不正确的是 A．为正四面体形 B．CO2为直线形 C．H2O为V形 D．PCl3为平面三角形 【答案】D 【解析】A．中心N原子价层电子对数为，无孤电子对，N为杂化，空间结构为正四面体形，A正确；B．中心C原子价层电子对数为，无孤电子对，C为杂化，空间结构为直线形，B正确；C．中心O原子价层电子对数为，含2对孤电子对，空间结构为V形，C正确；D．中心P原子价层电子对数为，含1对孤电子对，空间结构为三角锥形，D错误；故选D。 【变式4-2】（25-26高二上·河北衡水·期末）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 分子或离子的化学式 中心原子的杂化轨道类型 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】A．中心原子S的价层电子对数为，含有一对孤对电子，杂化，VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，A错误；B．中心原子Cl的价层电子对数为，含有一对孤对电子，杂化，VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，B正确；C．中心原子O的价层电子对数为，含有两对孤对电子，杂化，VSEPR模型为四面体形，空间结构为V形，C错误；D．中心原子的价层电子对数为，含有两对孤对电子，杂化，VSEPR模型为四面体形，空间结构为V形，D错误；故选B。 【巩固训练】 1.（25-26高二上·北京·期末）下列各组粒子中，键角前者小于后者的是 A．和 B．HCN和HClO C．和 D．和 【答案】D 【解析】A．和中心原子均为杂化，均为无孤电子对的正四面体结构，键角均为，前者等于后者，A错误；B．中心为杂化，直线形结构，键角为；中心为杂化，含2对孤电子对，为V形结构，键角约，前者大于后者，B错误；C．中心为杂化，无孤电子对，为平面三角形结构，键角；中心为杂化，含1对孤电子对，为三角锥形结构，键角小于，前者大于后者，C错误；D．中心为杂化，含1对孤电子对，为V形结构，键角约；中心为杂化，无孤电子对，为平面三角形结构，键角，前者小于后者，D正确； 2．（25-26高二上·广西柳州·期末）硒（34Se）、硫对应的化合物在医药、催化、材料等领域有广泛应用。下列关于这两种元素及其化合物的说法正确的是 A．的空间结构为三角锥形 B．键角大小： C．比稳定是因为水分子间存在氢键 D．和都是含有极性键的非极性分子 【答案】B 【解析】A．SO3中心S原子价层电子对数为，无孤电子对，空间结构为平面三角形，不是三角锥形，A错误；B．SeO3中心Se原子价层电子对数为，无孤电子对，为平面三角形结构，键角约；中心Se原子价层电子对数为，含1对孤电子对，为三角锥形结构，孤电子对的斥力会使键角小于，故键角，B正确；C．物质的稳定性由分子内共价键的键能决定，H2O比H2S稳定是因为H-O键键能大于H-S键，氢键是分子间作用力，仅影响熔沸点等物理性质，不影响化学稳定性，C错误；D．CS2中心原子C原子价层电子对数为，是直线形分子，两个C=S键（极性键）对称分布，属于非极性分子；中仅含S-S非极性键，D错误；故选B。 3．（25-26高二下·黑龙江绥化·开学考试）下列说法中正确的是 A．的立体构型为形，中心原子的杂化方式为 B．中的化学键类型有离子键、非极性键和极性键 C．和都是正四面体形分子，且键角都为 D．若键为极性共价键，则分子可能为非极性分子 【答案】D 【解析】A．的中心原子的价层电子对，中心原子的杂化方式为杂化，A错误；B．为离子化合物，阴阳离子之间存在离子键、原子之间存在极性键，不存在非极性键，B错误；C．是四原子的正四面体，键角是，而是五原子的正四面体结构，键角都为，C错误；D．键为极性共价键，若为直线型的分子，正负电荷中心重合，可能为非极性分子，D正确；故选。 4．（25-26高二下·吉林松原·期中）下列描述中正确的是 ①BeCl2为V形的极性分子；②NO的空间构型为平面三角形；③XeF4中有4对完全相同的成键电子对；④BF3和SO的中心原子均为sp2杂化 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 【答案】B 【解析】①中中心价层电子对数为2，无孤电子对，为直线形非极性分子，①错误；②中中心价层电子对数为，无孤电子对，空间构型为平面三角形，②正确；③中含有4个完全相同的键，即4对完全相同的成键电子对，③正确；④中中心价层电子对数为，为杂化，④错误；根据以上分析，②③正确，故选B。 5．（25-26高二下·福建厦门·期中）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立体构型正确的是 选项 分子式 中心原子杂化方式 分子或离子的立体构型 A SO2 sp 直线形 B HCHO sp2 三角锥形 C NF3 sp2 平面三角形 D sp3 正四面体形 【答案】D 【解析】A．中心原子的价层电子对数为，杂化方式为，含1对孤电子对，立体构型为V形，A错误；B．中心原子的价层电子对数为，杂化方式为，无孤电子对，立体构型为平面三角形，B错误；C．中心原子的价层电子对数为，杂化方式为，含1对孤电子对，立体构型为三角锥形，C错误；D．中心原子的价层电子对数为，杂化方式为，无孤电子对，立体构型为正四面体形，D正确；故选D。 6．（25-26高二下·云南大理·期中）氯元素有多种化合价，可形成、、、、、等微粒。下列说法错误的是 A．的空间结构为V形 B．、、中的杂化方式相同 C．键角： D．基态原子核外电子的空间运动状态有9种 【答案】C 【解析】A．Cl2O中O有两对孤对电子，O的价层电子对数为，所以O为sp3杂化，Cl2O的空间结构为V形，A正确；B．中Cl原子价层电子对数=2+=4、中Cl原子价层电子对数=3+=4、中Cl原子价层电子对数=4+=4，所以这几种微粒中Cl原子都采用sp3杂化，杂化方式相同，B正确；C．亚氯酸根离子、氯酸根离子和高氯酸根离子的价层电子对数都为4，孤对电子对数分别为2、1、0，孤对电子对数越多对成键电子对的斥力越大，成键原子的键角越小，则键角的大小顺序为，C错误；D．氯元素的原子序数为17，电子排布式为1s22s22p63s23p5，核外有9种原子轨道，故基态原子的核外电子的空间运动状态有9种，D正确；故选C。 7．（25-26高二上·广西柳州·阶段检测）下列分子或离子的键角最大的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．中心原子价层电子对数为3，无孤电子对，空间构型为平面三角形，键角约120°；B．中心原子价层电子对数为4，含1对孤电子对，空间构型为三角锥形，孤电子对斥力大于成键电子对，键角约107°；C．中心原子价层电子对数为4，含2对孤电子对，空间构型为V形，2对孤电子对斥力更大，键角小于105°；D．中心原子价层电子对数为2，无孤电子对，空间构型为直线形，键角为180°；故键角最大的为，选D。 8．（25-26高二上·海南·期中）下列微粒的VSEPR模型与其空间结构一致的是 A．HNO3 B． C． D．PCl3 【答案】A 【解析】A． 中心原子 的价层电子对数为，无孤电子对，VSEPR模型与空间结构均为平面三角形，二者一致，A正确；B．中心原子 的价层电子对数为 ，含1对孤电子对，VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，二者不一致，B错误；C．中心原子 的价层电子对数为，含1对孤电子对，VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，二者不一致，C错误；D． 中心原子 的价层电子对数为，含1对孤电子对，VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形，二者不一致，D错误；故选A。 9．（25-26高二下·福建厦门·阶段检测）下表中各粒子对应的立体结构及杂化方式均正确的是 选项 粒子 立体结构 杂化方式 A SO3 平面三角形 S原子采取sp杂化 B SO2 V形 S原子采取sp3杂化 C 三角锥形 C原子采取sp2杂化 D NH3 三角锥形 N原子采取sp3杂化 【答案】D 【解析】A．中S原子价层电子对数=，采取杂化，孤电子对数为0，立体结构为平面三角形，A不符合题意；B．中S原子价层电子对数=，采取杂化，孤电子对数为1，立体结构为V形，B不符合题意；C．中C原子价层电子对数=，采取杂化，无孤电子对，立体结构为平面三角形，C不符合题意；D．中N原子价层电子对数=，采取杂化，有1对孤电子对，立体结构为三角锥形，D符合题意；故答案选D。 10.（25-26高二上·河北秦皇岛·阶段检测）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．（25-26高二下·广东汕头·阶段检测）关于CO2和SO2的说法中，正确的是 A．C和S上都没有孤电子对 B．C和S都是sp3杂化 C．都是AB2型，所以空间结构都是直线形 D．CO2的空间结构是直线形，SO2的空间结构是V形 【答案】D 【解析】A．CO2中C的孤电子对数为，SO2中S的孤电子对数为，S存在孤电子对，A错误；B．C的价层电子对数为，为sp杂化；S的价层电子对数为，为sp2杂化，二者均不是sp3杂化，B错误；C．CO2中心C无孤电子对，空间结构为直线形；SO2中心S有1对孤电子对，空间结构为V形，二者空间结构不同，C错误；D．由上述分析可知，CO2的空间结构是直线形，SO2的空间结构是V形，D正确；故选D。 2．（25-26高二下·广东佛山·期中）VSEPR模型为平面三角形的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．中心原子价层电子对数为（含个键，无孤电子对），VSEPR模型为直线形，A错误；B．中心原子价层电子对数为（含个键，对孤电子对），VSEPR模型为四面体形，B错误；C．中心原子价层电子对数为（含个键，无孤电子对），VSEPR模型为直线形，C错误；D．中心原子价层电子对数为（含个键，对孤电子对），VSEPR模型为平面三角形，D正确；故答案选D。 3．（25-26高二下·安徽芜湖·期末）下列分子的空间构型相同的一组是 A．、 B．、 C．HCN、HClO D．、 【答案】B 【解析】A．的中心B原子价层电子对数为，孤电子对数为0，空间构型为平面三角形；的中心N原子价层电子对数为，孤电子对数为1，空间构型为三角锥形，二者构型不同，A不符合题意；B．的中心C原子价层电子对数为，孤电子对数为0，空间构型为直线形；的中心C原子价层电子对数为，孤电子对数为0，空间构型为直线形，二者构型相同，B符合题意；C．HCN的中心C原子价层电子对数为，孤电子对数为0，空间构型为直线形；HClO的中心O原子价层电子对数为，孤电子对数为2，空间构型为V形，二者构型不同，C不符合题意；D．的中心S原子价层电子对数为，孤电子对数为0，空间构型为平面三角形；的中心S原子价层电子对数为，孤电子对数为1，空间构型为V形，二者构型不同，D不符合题意；故选B。 4．（25-26高二上·山西太原·期末）下列含碳粒子的中心原子上的孤电子对数、杂化轨道类型和空间结构均正确的是 选项 粒子 中心原子上的孤电子对数 中心原子的杂化轨道类型 空间结构 A 2 直线形 B 0 正四面体形 C (甲醛) 1 平面三角形 D 0 sp V形 【答案】B 【解析】A．中心原子碳的孤电子对数应为0（无孤电子对），不是2；杂化轨道类型应为sp（有两个σ键），不是sp2；空间结构直线形正确，但其他错误，故A错误；B．中心原子碳的孤电子对数为0（无孤电子对），杂化轨道类型为sp3（有四个σ键），空间结构为正四面体形，均正确，故B正确；C．（甲醛）中心原子碳的孤电子对数应为0（无孤电子对），不是1；杂化轨道类型sp2（有三个σ键）正确；空间结构平面三角形正确，但孤电子对数错误，故C错误；D．中心原子碳的孤电子对数为0（无孤电子对）正确；杂化轨道类型应为sp2（有三个σ键），不是sp；空间结构应为平面三角形，不是V形，故D错误；故选B。 5．（25-26高二上·湖南衡阳·期末）下列粒子中，空间结构与VSEPR模型一致的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．中心原子S 的价层电子对数为=4，且含有1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．中心原子S 的价层电子对数为=3，且含有1个孤电子对，VSEPR模型为平面三角形，空间结构为V形，B不符合题意；C．中心原子Si的价层电子对数为=4，不含孤电子对，VSEPR模型和空间结构均为正四面体形，C符合题意；D．中心原子O 的价层电子对数为=4，且含有1个孤电子对，VSEPR模型为四面体，空间结构为三角锥形，D不符合题意；故选C。 6．（25-26高二下·福建厦门·期中）的空间构型是 A．直线形 B．V形 C．平面三角形 D．正四面体形 【答案】D 【解析】根据价层电子对互斥理论，的中心原子S的价层电子对数为 ，成键电子对数为4，故孤电子对数为0。中心原子杂化类型为sp3，其空间构型为正四面体形，故选D。 7．（25-26高二下·湖北·期中）用价层电子对互斥理论可以预测许多分子或离子的立体构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是 A．H2O2、C2H2、CS2都是直线形的分子 B．键角由大到小顺序：SiH4>NH3>NF3 C．BF3、PCl3、都是平面三角形 D．、CH4、CHCl3都是正四面体形 【答案】B 【解析】A．中心O原子为杂化，含2对孤电子对，不是直线型，仅C2H2、CS2为直线形，A错误；B．SiH4、NH3、NF3中心原子均为杂化， SiH4无孤电子对，键角最大；NH3中N-H成键电子对更靠近N，成键电子对间排斥力大于NF3（N-F成键电子对更靠近电负性更大的F，排斥力更小），故键角顺序为SiH4>NH3>NF3，B正确；C．PCl3中心P原子价层电子对数为4，含1对孤电子对，分子为三角锥形，仅BF3、为平面三角形，C错误；D．CHCl3中C连接的H和Cl原子半径、电负性不同，键长不相等，为四面体形而非正四面体形，仅、CH4为正四面体形，D错误；故选B。 8．（25-26高二下·北京·阶段检测）下列说法中，正确的是 A．凡是中心原子采取杂化的分子，其空间结构都是正四面体形 B．凡是型的共价化合物，其中心原子A均采用杂化轨道成键 C．杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对 D．属于型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键 【答案】C 【解析】A．中心原子采取杂化的分子，若存在孤电子对或杂化轨道连接的原子不同，空间结构不是正四面体形，如、等，A错误；；B．型的共价化合物，中心原子不一定采用杂化，如中心B采取杂化，B错误；C．杂化轨道只用于形成键或容纳未参与成键的孤电子对，键由未参与杂化的轨道侧面重叠形成，C正确；D．中心S的价层电子对数为，采取杂化，D错误；故选C。 9．（25-26高二上·河北石家庄·期末）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．SO2与SO3的键角相等 B．和的空间构型均为平面三角形 C．CF4和NH3均为非极性分子 D．CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体 【答案】D 【解析】A．SO2中心原子价层电子对数为，有1对孤电子对，键角小于120°；SO3中心原子价层电子对数为，无孤电子对，键角为120°，二者键角不相等，A错误；B．中心原子价层电子对数为，有1对孤电子对，空间构型为三角锥形；中心原子价层电子对数为，无孤电子对，空间构型为平面三角形，二者空间构型不同，B错误；C．CF4空间构型为正四面体，对称，为非极性分子；NH3空间构型为三角锥形，不对称，为极性分子，C错误；D．CH4中心原子价层电子对数为4，无孤电子对，VSEPR模型为四面体；H2O中心原子价层电子对数为4，有2个孤电子对，VSEPR模型为四面体，D正确；故答案选D。 10．（25-26高二上·河南洛阳·期末）周期表前四周期元素及其化合物是结构化学研究的热点。根据前四周期元素回答下列问题： （1）下列 Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为____、____(填标号)。 a．    b． c．    d． （2）已知：顺时针旋转的电子，其自旋量子数，逆时针旋转的电子，其自旋量子数 对于基态的磷原子，其价层电子自旋量子数的代数和为________。 （3）过渡元素中某基态原子X 的最外层电子排布式为ns1，X可能是_______(填元素符号)。 （4）基态W原子最外层电子数是电子层数的2倍且价电子位于能层符号为M，而基态Q原子的价层电子排布式为 ①W、Q构成的下列粒子中，WQ2的空间结构为_______， 的VSEPR模型为_______。 ②W能与电负性最大的元素Z形成WZ6分子，该分子的中心原子价层电子对数为_______，下列对该分子中心原子杂化方式判断合理的是________。 a. sp3    b. sp3d      （5）杂化类型的判断 ①As4O6的分子结构如图，其中 As原子的杂化轨道类型为________。 ②用价层电子对互斥模型推断SnBr2分子中，Sn原子的杂化轨道类型为__________，分子中Br-Sn-Br的键角 _____120°(填“>”“<”或“=”)。 【答案】（1）d c （2）或 （3）Cr、Cu （4）①V形或角形、折线形 正四面体形 ②6 c （5）①sp3 ②sp2杂化 ＜ 【分析】基态W原子最外层电子数是电子层数的2倍且价电子位于能层符号为M，W核外电子分三层排布，核外电子分别为2、8、6，W为S元素；基态Q原子的价层电子排布式为，为满足s轨道最多容纳2个电子，n必须为2，Q的价层电子排布式为，Q为O元素；Z为电负性最大的元素，Z为F元素。 【解析】（1）a．该状态为激发态，1s能级1个电子跃迁到2s能级；b．该状态为激发态，1s能级2个电子分别跃迁到2s、2p能级；c．该状态为激发态，1s能级2个电子跃迁到2p能级；d．符合能量最低原理，能量最低；由于各个能级的能量高低顺序为：1s＜2s＜2p，该能级电子数越多，含有该结构的微粒能量就越高，d选项能量最低，c选项能量最高；故答案为：d；c； （2）基态磷原子的价层电子的轨道表示式为，能级的3个原子轨道上的电子自旋平行，故基态磷原子的价层电子自旋量子数的代数和为或； （3）Cr价电子排布式为、Cu价电子排布式为。过渡元素中某基态原子X的最外层电子排布式为ns1，X为Cr、Cu； （4）①中的价层电子对数为，孤电子对数为1，的空间结构为V形或角形、折线形，中的价层电子对数为，VSEPR模型为正四面体形； ②该分子的中心原子价层电子对数为；S原子通过激发电子，将1个3s轨道，3个3p轨道和2个3d轨道混合杂化形成6个能量相同的杂化轨道，故选c； （5）①根据分子结构示意图可知，形成键为3，孤电子对数为1，价层电子对数，采取杂化； ②由价层电子对互斥模型可知，分子中原子的价层电子对数，原子的轨道杂化方式为；中心原子含有1个孤电子对，孤电子对的斥力使分子中的键角减小，小于120°。 / 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