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第2课时 价层电子对互斥模型
1．了解价层电子对互斥模型，能用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间构型。
2．了解等电子原理的内容。
知识点01 价层电子对互斥模型
1．价层电子对互斥模型的基本要点
（1）价电子对：包括孤电子对和成键电子对，即价电子对数=______________+_____________。
在价层电子对互斥模型中，成键电子对数等于成键数目，不用区别单键还是双键。
（2）价电子对的几何构型：
分子中的价电子对由于相互排斥作用，而趋向于尽可能____________以减小斥力，分子尽可能采取_______的空间构型。
价电子对数分别为2、3、4时，价电子对的几何分布分别为______________、______________、______________。
2．ABm型分子的价电子对数的计算方法
对于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子的价电子对数可以通过下式确定：
价电子对数目(n)=
（1）中心原子的价电子数=______________；
（2）配位原子提供的价电子数：
①卤素原子、氢原子按提供1个价电子数计算。如PCl5中n=______________。
②O、S作为配位原子时按不提供价电子计算。
（3）对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上或减去离子所带的电荷数。如NH中n=______，SO中n=________。
（4）若剩余1个电子，即出现奇数电子，也把这个单电子当作1对电子处理。如NO2中n=_______。
3．价电子对数与中心原子的杂化轨道类型
（1）价电子对数相同，中心原子的杂化轨道类型_______，价电子对分布的几何构型_______。即价电子对数=______________。
（2）CH4、NH3、H2O分子的价电子对数都是____，中心原子的杂化轨道数目为____，杂化类型为_______杂化，价电子对分布的几何构型为__________。
知识点02 用价层电子对互斥模型推测分子空间构型
1．价电子对数与配位原子数目相等的ABm型分子的几何构型
对于价层电子对全是成键电子对的分子，价电子对的几何构型与分子的空间构型是一致的。
价电子对数 价电子对的几何构型 分子的空间构型 实例
2 CO2、BeCl2、CS2
3 BF3、SO3
4 CH4、CCl4
2．孤电子对数≠0的分子空间构型
（1）孤电子对、成键电子对之间斥力大小的顺序为：
_____________________之间的斥力>_____________________之间的斥力>_____________________之间的斥力。
（2）填写下表：
分子 价电子对数 成键电子对数 孤电子对数 分子的空间构型 键角 同类型分子
CH4 109.5°
NH3 107.3°
H2O 104.5°
【即学即练1】若ABn的中心原子上有一对孤对电子未能成键，当n＝2时，其分子构型为________；当n＝3时，其分子构型为______________。
【即学即练2】指出下列化合物中心原子可能采取的杂化类型，并预测其分子的几何构型：
（1）BeH2 （2）BBr3
（3）SiH4 （4）PH3
【即学即练3】徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是（ ）
A．H2O2分子中的O为sp2杂化
B．CO2分子中C原子为sp杂化
C．BF3分子中的B原子sp3杂化
D．CH3COOH分子中C原子均为sp3杂化
知识点03 等电子原理
1．等电子原理
具有相同__________和相同__________的分子或离子具有相同的_______特征。符这一原理称为“等电子原理”。
2．等电子原理的应用
(1)判断一些简单分子或离子的立体结构：SiCl4、SiO、SO互为等电子体，空间结构为__________。
(2)判断分子的结构性质：CO和N2，它们的分子中价电子总数是_______，都形成1个σ键和2个π键，CO的结构式为_______，CO和N2键能都_______，性质也相似。
(3)等电子原理在制造新材料方面的应用：晶体硅、锗、磷化铝（AlP）、砷化镓（GaAs）互为等电子体，都是良好的_______材料。
【即学即练4】根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间构型不相似的是（ ）
A．SO2和O3 B．NH4+和CH4 C．H3O+和NH3 D．CO2和H2O
考法01 对杂化轨道理论与价层电子对互斥模型的理解
1．区别与联系
杂化轨道理论用来解释一些简单分子的空间构型，即科学家通过科学手段，测得一些分子的空间构型，科学家为了解释这些分子的空间结构，提出了杂化轨道理论。
科学家在归纳了许多已知分子的空间结构的基础上，提出了一种简单的理论模型，用来预测简单分子（或离子）的空间结构。
两个理论中提出的有关概念不同，在学习过程中，不能将两个理论混淆。
但两个理论都是用来解释或预测分子的空间结构，因此两者之间必然存在联系。
2．几个重要关系
①价层电子对数=杂化轨道数；
②价层电子对数=成键电子对数+孤电子对数；
③杂化轨道数=中心原子孤电子对数＋配位数，其中，配位数=中心原子结合的原子数；
④价层电子对的空间几何构型和杂化轨道的空间结构是相同的。
3．用价层电子对互斥模型判断杂化轨道类型
先计算价层电子对数，在根据价层电子对数判断杂化轨道数目、类型及空间结构。
价层电子对数 杂化轨道数 杂化类型 杂化轨道的 空间结构 价层电子对 空间结构
2 2 sp 直线形 直线形
3 3 sp2 平面正三角形 平面正三角形
4 4 sp3 正四面体 正四面体
【典例1】下列说法正确的是(　　)
A．NH3分子为三角锥型，N发生sp2杂化
B．杂化轨道只适用于形成共价键
C．SCl2属于AB2型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键
D．价层电子对互斥模型中，π键电子对数也要计入中心原子的价层电子对数
考法02 价层电子对互斥模型
1．确定中心原子价电子对数的方法
对于AXm型分子(A是中心原子，X是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：即n＝。
规定：①作为配体，卤素原子和氢原子提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子；
②作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算，即中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数；
③对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上阴离子的电荷数或减去阳离子的电荷数；
④计算价电子对数时，若剩余1个电子，亦当作1对电子处理；
⑤双键、三键等多重键作为1对电子看待。
2．判断分子的空间构型
根据价层电子对互斥理论，首先计算出价电子对数，价电子对数与杂化轨道数相同，再由杂化轨道数判断杂化类型。
根据成键电子对数与孤电子对数的关系，可以判断分子的空间构型。
价层电子对数 中心原子的杂化类型 成键电子对数 孤电子对数 分子的空间构型 实例
2 sp 2 0 直线形 CO2、CS2、BeCl2、NO
3 sp2 3 0 平面三角形 BF3、SO3、NO、CO、CH2O
2 1 V形 SO2、NO2、NO
4 sp3 4 0 正四面体 所有AB4型分子和离子
3 1 三角锥 NH3、NF3、PCl3、SO、ClO
2 2 V形 H2O、H2S、SCl2
3．根据已知分子结构判断杂化轨道类型
若已知分子结构，可以根据分子结构判断杂化轨道类型。
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，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＝中心原子孤电子对数＋配位数，再由杂化轨道数判断杂化类型。例如：
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型
CO2 0＋2＝2 sp
CH2O 0＋3＝3 sp2
CH4 0＋4＝4 sp3
SO2 1＋2＝3 sp2
NH3 1＋3＝4 sp3
H2O 2＋2＝4 sp3
【典例2】(1) SO2中中心原子的价层电子对数为________，共价键的类型有________。
(2)SO中心原子轨道的杂化类型为________。
(3)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________。
(4)固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。
考法03 等电子原理
1．等电子原理
（1）等电子原理是指原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相同的结构特征（立体结构和化学键类型），其性质相近。
等电子体的价电子总数相同，而组成原子的核外电子总数不一定相同。
2．等电子体实例
原子10电子 N2、CO、NO+、C、CNˉ 三键
二原子11电子 NO、O
二原子14电子 F2、O
三原子16电子 CO2、CS2、N2O、NO、N3ˉ、SCN- 直线形
三原子18电子 O3、SO2、NO V形
四原子24电子 BF3、NO、CO、SiO、SO3 平面三角形
四原子16电子 NF3、PCl3、SO、ClO3- 三角锥
五原子32电子 CCl4、SiF4、BF、SiO、PO SO、ClO 正四面体
【典例3】根据等电子原理：由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各微粒的电子总数相同，则互称为等电子体。以下各组微粒不是等电子体的是( )
A．CO和N2 B．O3和NO2- C．N2H4和C2H4 D．CO2和 N2O
题组A 基础过关练
1．下列关于杂化轨道的说法错误的是(　　)
A．所有原子轨道都参与杂化
B．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键
D．杂化轨道中不一定有电子
2．下列分子中中心原子是sp2杂化的是(　　)
A．PBr3　　 B．CH4　　 C．BF3　　 D．H2O
3．用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是(　　)
A．直线形；三角锥型　　　　 B．V形；三角锥型
C．直线形；平面三角形 D．V形；平面三角形
4．下列说法中正确的是 (　　)
A．BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构
B．P4和CH4都是正四面体型分子且键角都为109.5°
C．NH4+的空间构型为平面正方形
D．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
5．已知原子数和价电子数相同的离子或分子结构相似，下列分子或离子中与SO有相似结构的是 (　　)
A．PCl5 B．CCl4 C．NF3 D．N3-
6．以下各组分子中，中心原子的杂化轨道类型相同，分子的几何构型也相同的是(　　)
A．NF3　BF3　NH3 B．H2O　H2S　OF2
C．H2O　NH3　CH4 D．CO2　H2O　HCHO
7．下列各组分子或离子，中心原子的杂化轨道类型相同，但分子或离子的几何构型不同的是(　　)
①H2O、H3O＋、NH　 ②H3O＋、NH3、PCl3
③BF3、NH3、PCl3　 ④OF2、H3O＋、CH4
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
8．计算下列分子或离子中划线原子的价电子对数和孤电子对数。
①CCl4_____ _____ ②BeCl2_____ _____
③BCl3_____ _____ ④PCl3______ _____
9．用价层电子对互斥模型推测下列分子的空间构型：
（1）H2Se___________ （2）NH_________
（3）BBr3___________ （4）CHCl3___________
（5）SiF4__________ (6)SO2______________
10．中国古代四大发明之一——黑火药，它的爆炸反应为：
2KNO3＋3C＋SA＋N2↑＋3CO2↑(已配平)
（1）除S外，上列元素的电负性从大到小依次为______________________。
（2）在生成物中，A的晶体类型为____________________，含极性共价键的分子的中心原子轨道杂化类型为_________________。
（3）已知CN－与N2结构相似，推算HCN分子中σ键与π键数目之比为__________。
题组B 能力提升练
1．氨基乙酸钠(H2NCH2COONa)用于有机产品的合成、工业洗涤剂中间体以及生化研究。下列说法正确的是(　　)
A．碳、氮原子的杂化类型相同
B．氨基乙酸钠中心原子N原子的价层电子对数为4
C．1 mol氨基乙酸钠分子中所含σ键为10 mol
D．氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内
2．已知以下反应中的四种物质由三种元素组成，其中a的分子立体构型为正四面体形，组成a物质的两种元素的原子序数之和小于10，组成b物质的元素为第三周期元素。下列判断正确的是(　　)
A．a、c分子中的键角完全相同
B．a、c分子中中心原子均采用sp3杂化
C．四种分子中都有σ键及π键
D．b、d分子中共价键的键能：b>d
3．成键原子中孤电子对对键能有影响，第二周期元素A与氢形成的化合物中A-A键的键能（单位：kJ·mol-1）如下：
H3C-CH3 346 H2N-NH2 247 HO-OH 207
试分析上述化合物中A-A键的键能依次下降的原因。
___________________________________________________________________________。
4．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)AsCl3分子的空间结构为__________，其中As的杂化轨道类型为________。
(2)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为____________。
(3)一种有机化合物的结构简式如下：
①该分子中有__________个sp2杂化碳原子；______个sp3杂化碳原子。
②该分子中有________个sp2-sp3 σ键；____________个sp3-sp3 σ键。
(4)SCN－与NO的结构相同，微粒呈____________形，中心原子都采取__________杂化。
(5)CO、NO等微粒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。
5．回答下列问题：
(1)碳原子有4个价电子，在形成化合物时价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔和苯四种分子中，采取sp杂化的分子是__________(写结构简式，下同)，采取sp2杂化的分子是________________，采取sp3杂化的分子是__________。试写出一种有机物分子的结构简式，要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子：_________________________。
(2)第三周期中，某元素的氢化物含五核18电子，采取sp3杂化，空间构型呈正四面体型的化学式为________。
(3)化合物中阴离子的中心原子轨道采用________杂化。
(4)X的单质与氢气可化合生成气体G，其水溶液pH>7。G分子中X原子的杂化轨道类型是________。
(5)S单质的常见形式为S8，其环状结构如图所示，S原子采用的轨道杂化方式是________。
(6)H+可与H2O形成H3O+，H3O+中O原子采用________杂化。H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，原因为________。
题组C 培优拔尖练
1．氯的含氧酸根离子有ClO－、ClO、ClO、ClO等，关于它们的说法正确的是(　　)
A．ClO－中Cl显＋1价
B．ClO的空间构型为直线形
C．ClO的空间构型为平面三角形
D．ClO与SO所带电荷不同，故不属于等电子体
2．通常把具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子称为等电子体。等电子体的结构和性质相似(等电子原理)。有下列两个系列的物质：
系列一：CH4　C2H6　CO　Y　C2O　W
系列二：NH　N2H　X　NO　Z　N2
试根据等电子体的概念及上述两系列物质的排列规律，推断X、Y、Z、W可能是下列各组分子或离子中的(　　)
A．NO　CO2　N2O4　CO B．NO　CO2　N2H4　C2H2
C．NO　CO　NO2　C2H2 D．NO　HCO　N2O　CO
3．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、空间构型表。
等电子体类型 代表物质 空间构型
四原子24电子等电子体 SO3 平面三角形
四原子26电子等电子体 SO 三角锥型
五原子32电子等电子体 CCl4 四面体型
六原子40电子等电子体 PCl5 三角双锥型
七原子48电子等电子体 SF6 八面体型
试回答：
（1）判断下列物质分子或离子的空间构型：
BrO__________ CO__________ ClO___________。
（2）由第2周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有__________。
（3）SF6的空间构型如图1所示，请再按照图1的表示方法在图2中表示OSF4分子中O、S、F原子的空间位置。已知OSF4分子中O、S间为共价双键，S、F间为共价单键。
4．已知：①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5，氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。
②PCl5分子中，P原子的1个3s轨道、3个3p轨道和1个3d轨道发生杂化形成5个sp3d杂化轨道，PCl5分子呈三角双锥型()。
（1）NH3、PCl3和PCl5分子中，所有原子的最外层电子数都是8个的是________(填分子式)，该分子的形状是___________。
（2）经测定，NH5中存在离子键，N原子最外层电子数是8，所有氢原子的最外层电子数都是2，则NH5中H元素的化合价为______和______；该化合物中N原子的杂化方式为_______。
5．(1)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是________，中心原子的杂化形式为________。
(2)《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石(ZnCO3)入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中，阴离子空间构型为________，C原子的杂化形式为________。
(3)NO的空间构型为_______________________________(用文字描述)。
(4)我国科学家成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图所示。
从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为________，不同之处为________。(填标号)
A．中心原子的杂化轨道类型
B．中心原子的价层电子对数
C．立体结构
D．共价键类型第2课时 价层电子对互斥模型
1．了解价层电子对互斥模型，能用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间构型。
2．了解等电子原理的内容。
知识点01 价层电子对互斥模型
1．价层电子对互斥模型的基本要点
（1）价电子对：包括孤电子对和成键电子对，即价电子对数=成键电子对数+孤电子对数。
在价层电子对互斥模型中，成键电子对数等于成键数目，不用区别单键还是双键。
（2）价电子对的几何构型：
分子中的价电子对由于相互排斥作用，而趋向于尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。
价电子对数分别为2、3、4时，价电子对的几何分布分别为直线形、平面三角形、正四面体结构。
2．ABm型分子的价电子对数的计算方法
对于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子的价电子对数可以通过下式确定：
价电子对数目(n)=
（1）中心原子的价电子数=最外层电子数；
（2）配位原子提供的价电子数：
①卤素原子、氢原子按提供1个价电子数计算。如PCl5中n==5。
②O、S作为配位原子时按不提供价电子计算。
（3）对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上或减去离子所带的电荷数。如NH中n==4，SO中n==4。
（4）若剩余1个电子，即出现奇数电子，也把这个单电子当作1对电子处理。如NO2中n==3。
3．价电子对数与中心原子的杂化轨道类型
（1）价电子对数相同，中心原子的杂化轨道类型相同，价电子对分布的几何构型相同。即价电子对数=杂化轨道数。
（2）CH4、NH3、H2O分子的价电子对数都是4，中心原子的杂化轨道数目为4，杂化类型为sp3杂化，价电子对分布的几何构型为正四面体。
知识点02 用价层电子对互斥模型推测分子空间构型
1．价电子对数与配位原子数目相等的ABm型分子的几何构型
对于价层电子对全是成键电子对的分子，价电子对的几何构型与分子的空间构型是一致的。
价电子对数 价电子对的几何构型 分子的空间构型 实例
2 直线形 直线形 CO2、BeCl2、CS2
3 平面三角形 平面三角形 BF3、SO3
4 正四面体结构 正四面体结构 CH4、CCl4
2．孤电子对数≠0的分子空间构型
（1）孤电子对、成键电子对之间斥力大小的顺序为：
孤电子对与孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对与成键电子对之间的斥力。
（2）填写下表：
分子 价电子对数 成键电子对数 孤电子对数 分子的空间构型 键角 同类型分子
CH4 4 4 0 正四面体 109.5° SiH4、CCl4
NH3 4 3 1 三角锥 107.3° NF3、PCl3
H2O 4 2 2 V形 104.5° H2S、SCl2
【即学即练1】若ABn的中心原子上有一对孤对电子未能成键，当n＝2时，其分子构型为________；当n＝3时，其分子构型为______________。
答案：V形 三角锥
【即学即练2】指出下列化合物中心原子可能采取的杂化类型，并预测其分子的几何构型：
（1）BeH2 （2）BBr3
（3）SiH4 （4）PH3
答案：（1）sp 直线 （2）sp2 平面三角 （3）sp3 正四面体 （4）sp3 三角锥
【即学即练3】徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是（ ）
A．H2O2分子中的O为sp2杂化
B．CO2分子中C原子为sp杂化
C．BF3分子中的B原子sp3杂化
D．CH3COOH分子中C原子均为sp3杂化
答案：B
解析：A选项，H2O2分子中的O为sp3杂化，错误；B选项，．CO2分子中C原子形成2个双键，为sp杂化，正确；C选项，BF3分子中的B原子sp2杂化，错误；D选项，CH3COOH分子中2个C原子分别为为sp3杂化和sp2杂化，错误。故选B。
知识点03 等电子原理
1．等电子原理
具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。符这一原理称为“等电子原理”。
2．等电子原理的应用
(1)判断一些简单分子或离子的立体结构：SiCl4、SiO、SO互为等电子体，空间结构为正四面体。
(2)判断分子的结构性质：CO和N2，它们的分子中价电子总数是10，都形成1个σ键和2个π键，CO的结构式为C≡O，CO和N2键能都较大，性质也相似。
(3)等电子原理在制造新材料方面的应用：晶体硅、锗、磷化铝（AlP）、砷化镓（GaAs）互为等电子体，都是良好的半导体材料。
【即学即练4】根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间构型不相似的是（ ）
A．SO2和O3 B．NH4+和CH4 C．H3O+和NH3 D．CO2和H2O
答案：D
考法01 对杂化轨道理论与价层电子对互斥模型的理解
1．区别与联系
杂化轨道理论用来解释一些简单分子的空间构型，即科学家通过科学手段，测得一些分子的空间构型，科学家为了解释这些分子的空间结构，提出了杂化轨道理论。
科学家在归纳了许多已知分子的空间结构的基础上，提出了一种简单的理论模型，用来预测简单分子（或离子）的空间结构。
两个理论中提出的有关概念不同，在学习过程中，不能将两个理论混淆。
但两个理论都是用来解释或预测分子的空间结构，因此两者之间必然存在联系。
2．几个重要关系
①价层电子对数=杂化轨道数；
②价层电子对数=成键电子对数+孤电子对数；
③杂化轨道数=中心原子孤电子对数＋配位数，其中，配位数=中心原子结合的原子数；
④价层电子对的空间几何构型和杂化轨道的空间结构是相同的。
3．用价层电子对互斥模型判断杂化轨道类型
先计算价层电子对数，在根据价层电子对数判断杂化轨道数目、类型及空间结构。
价层电子对数 杂化轨道数 杂化类型 杂化轨道的 空间结构 价层电子对 空间结构
2 2 sp 直线形 直线形
3 3 sp2 平面正三角形 平面正三角形
4 4 sp3 正四面体 正四面体
【典例1】下列说法正确的是(　　)
A．NH3分子为三角锥型，N发生sp2杂化
B．杂化轨道只适用于形成共价键
C．SCl2属于AB2型共价化合物，中心原子S采取sp杂化轨道成键
D．价层电子对互斥模型中，π键电子对数也要计入中心原子的价层电子对数
答：B
解析：NH3分子为三角锥型，N发生sp3杂化，A错误；杂化轨道只适用于形成共价键，因为必须形成共用电子对，所以不可能适用于离子键，故B正确；SCl2属于AB2型共价化合物，中心原子S采取sp3杂化轨道成键，分子空间构型为V形，不是直线形，故C错误；价层电子对互斥模型中，σ键和孤电子对计入中心原子的价层电子对数，而π键不计入，故D错误。
考法02 价层电子对互斥模型
1．确定中心原子价电子对数的方法
对于AXm型分子(A是中心原子，X是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：即n＝。
规定：①作为配体，卤素原子和氢原子提供1个电子，氧族元素的原子不提供电子；
②作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算，即中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数；
③对于复杂离子，在计算价电子对数时，还应加上阴离子的电荷数或减去阳离子的电荷数；
④计算价电子对数时，若剩余1个电子，亦当作1对电子处理；
⑤双键、三键等多重键作为1对电子看待。
2．判断分子的空间构型
根据价层电子对互斥理论，首先计算出价电子对数，价电子对数与杂化轨道数相同，再由杂化轨道数判断杂化类型。
根据成键电子对数与孤电子对数的关系，可以判断分子的空间构型。
价层电子对数 中心原子的杂化类型 成键电子对数 孤电子对数 分子的空间构型 实例
2 sp 2 0 直线形 CO2、CS2、BeCl2、NO
3 sp2 3 0 平面三角形 BF3、SO3、NO、CO、CH2O
2 1 V形 SO2、NO2、NO
4 sp3 4 0 正四面体 所有AB4型分子和离子
3 1 三角锥 NH3、NF3、PCl3、SO、ClO
2 2 V形 H2O、H2S、SCl2
3．根据已知分子结构判断杂化轨道类型
若已知分子结构，可以根据分子结构判断杂化轨道类型。
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，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＝中心原子孤电子对数＋配位数，再由杂化轨道数判断杂化类型。例如：
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型
CO2 0＋2＝2 sp
CH2O 0＋3＝3 sp2
CH4 0＋4＝4 sp3
SO2 1＋2＝3 sp2
NH3 1＋3＝4 sp3
H2O 2＋2＝4 sp3
【典例2】(1) SO2中中心原子的价层电子对数为________，共价键的类型有________。
(2)SO中心原子轨道的杂化类型为________。
(3)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________。
(4)固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。
答案：(1)3　 σ键和π键　(2)sp3　(3)H2S　(4)sp3
【解析】(1)SO2分子的中心原子S提供6个价电子，每个O原子提供0个单电子，所以S原子的价层电子对数为n＝＝3，所以杂化轨道类型是sp2，SO2的结构式为，含有σ键和π键。
(2)SO中S原子的价层电子对数为n＝＝4，则S为sp3杂化。
(3)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的价层电子对数分别为n＝＝4，n＝＝3，n＝＝3，因此中心原子价层电子对数不同于其他分子的是H2S。
(4)根据图可以得出固体三氧化硫中SO4原子团，为四面体构型，因此硫原子的杂化轨道类型为sp3。
考法03 等电子原理
1．等电子原理
（1）等电子原理是指原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相同的结构特征（立体结构和化学键类型），其性质相近。
等电子体的价电子总数相同，而组成原子的核外电子总数不一定相同。
2．等电子体实例
原子10电子 N2、CO、NO+、C、CNˉ 三键
二原子11电子 NO、O
二原子14电子 F2、O
三原子16电子 CO2、CS2、N2O、NO、N3ˉ、SCN- 直线形
三原子18电子 O3、SO2、NO V形
四原子24电子 BF3、NO、CO、SiO、SO3 平面三角形
四原子16电子 NF3、PCl3、SO、ClO3- 三角锥
五原子32电子 CCl4、SiF4、BF、SiO、PO SO、ClO 正四面体
【典例3】根据等电子原理：由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各微粒的电子总数相同，则互称为等电子体。以下各组微粒不是等电子体的是( )
A．CO和N2 B．O3和NO2- C．N2H4和C2H4 D．CO2和 N2O
答案：C
解析：N2H4中电子总数为18，C2H4中电子总数为16。
题组A 基础过关练
1．下列关于杂化轨道的说法错误的是(　　)
A．所有原子轨道都参与杂化
B．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键
D．杂化轨道中不一定有电子
答案：A
解析：参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如 1s与2s、2p能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A项错误，B项正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道，也可以有孤电子对(如 NH3、H2O的形成)，故D项正确。
2．下列分子中中心原子是sp2杂化的是(　　)
A．PBr3　　 B．CH4　　 C．BF3　　 D．H2O
答案：C
解析：PBr3中P原子价层电子对数n＝＝4，所以采取sp3杂化，故A错误；CH4中C原子价层电子对数n＝＝4，所以采取sp3杂化，故B错误；BF3中B原子价层电子对数n＝＝3，所以采取sp2杂化，故C正确；H2O中O原子价层电子对数＝＝4，所以采取sp3杂化，故D错误。
3．用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是(　　)
A．直线形；三角锥型　　　　 B．V形；三角锥型
C．直线形；平面三角形 D．V形；平面三角形
答案：D
解析：根据价层电子对互斥理论，H2S是属于中心原子上有孤电子对的，它们相互排斥而形成V形结构；BF3是中心原子上没有孤电子对的，中心原子周围的原子数是3，故为平面三角形。
4．下列说法中正确的是 (　　)
A．BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构
B．P4和CH4都是正四面体型分子且键角都为109.5°
C．NH4+的空间构型为平面正方形
D．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
答案：D
5．已知原子数和价电子数相同的离子或分子结构相似，下列分子或离子中与SO有相似结构的是 (　　)
A．PCl5 B．CCl4 C．NF3 D．N3-
答案：D
6．以下各组分子中，中心原子的杂化轨道类型相同，分子的几何构型也相同的是(　　)
A．NF3　BF3　NH3 B．H2O　H2S　OF2
C．H2O　NH3　CH4 D．CO2　H2O　HCHO
答案：B
7．下列各组分子或离子，中心原子的杂化轨道类型相同，但分子或离子的几何构型不同的是(　　)
①H2O、H3O＋、NH　 ②H3O＋、NH3、PCl3
③BF3、NH3、PCl3　 ④OF2、H3O＋、CH4
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
答案：D
8．计算下列分子或离子中划线原子的价电子对数和孤电子对数。
①CCl4_____ _____ ②BeCl2_____ _____
③BCl3_____ _____ ④PCl3______ _____
答案：①4 0 ②2 0 ③3 0 ④4 1
9．用价层电子对互斥模型推测下列分子的空间构型：
（1）H2Se___________ （2）NH_________
（3）BBr3___________ （4）CHCl3___________
（5）SiF4__________ (6)SO2______________
答案：（1）V形 （2）V形 （3）平面三角形 （4）四面体 （5）正四面体 （6）V形
10．中国古代四大发明之一——黑火药，它的爆炸反应为：
2KNO3＋3C＋SA＋N2↑＋3CO2↑(已配平)
（1）除S外，上列元素的电负性从大到小依次为______________________。
（2）在生成物中，A的晶体类型为____________________，含极性共价键的分子的中心原子轨道杂化类型为_________________。
（3）已知CN－与N2结构相似，推算HCN分子中σ键与π键数目之比为__________。
答案：（1）O>N>C>K （2）离子晶体 sp （3）1：1
解析：（2）根据原子守恒可知A为K2S，为离子晶体，含极性共价键的分子为CO2，为sp2杂化。
（3）根据等电子原理，CN－中含有三键，可知HCN的结构式为H-C≡N，σ键与π键数目之比为1：1。
题组B 能力提升练
1．氨基乙酸钠(H2NCH2COONa)用于有机产品的合成、工业洗涤剂中间体以及生化研究。下列说法正确的是(　　)
A．碳、氮原子的杂化类型相同
B．氨基乙酸钠中心原子N原子的价层电子对数为4
C．1 mol氨基乙酸钠分子中所含σ键为10 mol
D．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：氨基乙酸钠分子中氮原子是sp3杂化，而碳原子是sp3、sp2杂化，A错误;氨基乙酸钠中存在2个N—H键、1个C—N键，N原子上含有1对孤电子对，价层电子对数=共价键单键数+孤电子对个数，则N原子的价层电子对数为4，B正确;1 mol氨基乙酸钠分子中有1 mol碳氧双键，有8 mol σ键，C错误;由于氮原子为sp3杂化，故相应的四个原子形成的是三角锥型结构，不可能共平面，D错误。
2．已知以下反应中的四种物质由三种元素组成，其中a的分子立体构型为正四面体形，组成a物质的两种元素的原子序数之和小于10，组成b物质的元素为第三周期元素。下列判断正确的是(　　)
A．a、c分子中的键角完全相同
B．a、c分子中中心原子均采用sp3杂化
C．四种分子中都有σ键及π键
D．b、d分子中共价键的键能：b>d
答案：B
解析：根据题意分析a、b、c、d分别是CH4、Cl2、CH3Cl、HCl，其中CH4是正四面体分子，CH3Cl是四面体分子，二者的键角不相同，A错误;甲烷中碳与氢形成4个碳氢σ键、一氯甲烷分子中形成三个碳氢σ键和一个碳氯σ键，中心原子均为sp3杂化，B正确;四种分子中只存在σ键而没有π键，C错误;氯的原子半径大于氢原子半径，所以氯气分子中的氯氯键的键能小于氯化氢分子中的氢氯键的键能，D错误。
3．成键原子中孤电子对对键能有影响，第二周期元素A与氢形成的化合物中A-A键的键能（单位：kJ·mol-1）如下：
H3C-CH3 346 H2N-NH2 247 HO-OH 207
试分析上述化合物中A-A键的键能依次下降的原因。
___________________________________________________________________________。
答案：C原子上无孤电子对，1个N原子有一对孤电子对，1个O原子有2对孤电子对，分子中孤电子对数越多，对A-A键的排斥越大，A-A键越不稳定。
4．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)AsCl3分子的空间结构为__________，其中As的杂化轨道类型为________。
(2)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为____________。
(3)一种有机化合物的结构简式如下：
①该分子中有__________个sp2杂化碳原子；______个sp3杂化碳原子。
②该分子中有________个sp2-sp3 σ键；____________个sp3-sp3 σ键。
(4)SCN－与NO的结构相同，微粒呈____________形，中心原子都采取__________杂化。
(5)CO、NO等微粒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)三角锥型　sp3　(2)sp3、sp2
(3)①2　 6　 ②3　 3　(4)直线　　sp
(5)24　平面三角　　sp2
解析：(1)AsCl3中As元素的价电子对数为4，As的杂化方式为sp3杂化，AsCl3分子的空间结构为三角锥型。(2)CH3COOH的结构式为，分子中甲基上的碳原子采用sp3杂化，羧基中碳原子采用sp2杂化。
(3)有机物中饱和碳原子是sp3杂化，双键上的碳原子是sp2杂化，三键上的碳原子是sp杂化。
①该分子中有2个sp2杂化碳原子；6个sp3杂化碳原子。
②该分子中有3个sp2-sp3 σ键；3个sp3-sp3 σ键。
(4)中SCN－与NO采用sp杂化，形成直线形分子。
(5)中CO、NO与SO3为等电子体，SO3中S采取sp2杂化形成平面三角形分子。
5．回答下列问题：
(1)碳原子有4个价电子，在形成化合物时价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔和苯四种分子中，采取sp杂化的分子是__________(写结构简式，下同)，采取sp2杂化的分子是________________，采取sp3杂化的分子是__________。试写出一种有机物分子的结构简式，要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子：_________________________。
(2)第三周期中，某元素的氢化物含五核18电子，采取sp3杂化，空间构型呈正四面体型的化学式为________。
(3)化合物中阴离子的中心原子轨道采用________杂化。
(4)X的单质与氢气可化合生成气体G，其水溶液pH>7。G分子中X原子的杂化轨道类型是________。
(5)S单质的常见形式为S8，其环状结构如图所示，S原子采用的轨道杂化方式是________。
(6)H+可与H2O形成H3O+，H3O+中O原子采用________杂化。H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，原因为________。
答案：(1)CH≡CH　 CH2＝CH2、　CH3CH3　(其他合理答案均可)
(2)SiH4　 (3)sp3　 (4)sp3　 (5)sp3
(6)sp3　σ键电子对与孤电子对的斥力差异所造成的
【解析】(1)有机物中饱和碳原子是sp3杂化，双键上的碳原子是sp2杂化，三键上的碳原子是sp杂化。
(2)第三周期中，某元素的氢化物含五核18电子，sp3杂化，空间构型呈正四面体型的化学式为SiH4。
(3)中心原子形成四个σ键，采用sp3杂化。
(4)G是NH3分子，N原子采取sp3杂化。
(5)硫原子形成2个S—S键，还有2对孤电子对，杂化方式为sp3。
(6)H2O和H3O+中的氧原子均采取sp3杂化，其键角的差异是由σ键电子对与孤电子对的斥力差异所造成的。
题组C 培优拔尖练
1．氯的含氧酸根离子有ClO－、ClO、ClO、ClO等，关于它们的说法正确的是(　　)
A．ClO－中Cl显＋1价
B．ClO的空间构型为直线形
C．ClO的空间构型为平面三角形
D．ClO与SO所带电荷不同，故不属于等电子体
答案：A
解析：ClO－中O为－2价，Cl元素的化合价为－1－(－2)＝＋1，即Cl显＋1价，故A正确；ClO中价层电子对个数n＝＝4，杂化类型为sp3，配位原子数为2，所以是V形，故B错误；ClO中价层电子对个数n＝＝4，杂化类型为sp3，配位原子数为3，所以是三角锥型，故C错误；ClO与SO的原子数相同，价电子数分别为7＋6×4＋1＝32、6×5＋2＝32，所以二者是等电子体，故D不正确。
2．通常把具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子称为等电子体。等电子体的结构和性质相似(等电子原理)。有下列两个系列的物质：
系列一：CH4　C2H6　CO　Y　C2O　W
系列二：NH　N2H　X　NO　Z　N2
试根据等电子体的概念及上述两系列物质的排列规律，推断X、Y、Z、W可能是下列各组分子或离子中的(　　)
A．NO　CO2　N2O4　CO B．NO　CO2　N2H4　C2H2
C．NO　CO　NO2　C2H2 D．NO　HCO　N2O　CO
答案：A
解析：系列一中为含C元素的微粒，系列二为含N元素的微粒，上下互为等电子体，根据等电子原理推断四种微粒。
3．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、空间构型表。
等电子体类型 代表物质 空间构型
四原子24电子等电子体 SO3 平面三角形
四原子26电子等电子体 SO 三角锥型
五原子32电子等电子体 CCl4 四面体型
六原子40电子等电子体 PCl5 三角双锥型
七原子48电子等电子体 SF6 八面体型
试回答：
（1）判断下列物质分子或离子的空间构型：
BrO__________ CO__________ ClO___________。
（2）由第2周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有__________。
（3）SF6的空间构型如图1所示，请再按照图1的表示方法在图2中表示OSF4分子中O、S、F原子的空间位置。已知OSF4分子中O、S间为共价双键，S、F间为共价单键。
答案：（1）三角锥型 平面三角形 正四面体型 （2）O
（3）
解析：（1）BrO是26电子等电子体，为三角锥型，CO为四原子24电子等电子体，为平面三角形，ClO为五原子32电子等电子体，为正四面体型。
（2）F2为两原子14电子，由第2周期元素组成，与F2互为等电子体的离子为O。
（3）SF6为正八面体结构，根据题意，OSF4比SF6少2个F，多1个O，可推得OSF4空间构型。
4．已知：①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5，氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。
②PCl5分子中，P原子的1个3s轨道、3个3p轨道和1个3d轨道发生杂化形成5个sp3d杂化轨道，PCl5分子呈三角双锥型()。
（1）NH3、PCl3和PCl5分子中，所有原子的最外层电子数都是8个的是________(填分子式)，该分子的形状是___________。
（2）经测定，NH5中存在离子键，N原子最外层电子数是8，所有氢原子的最外层电子数都是2，则NH5中H元素的化合价为______和______；该化合物中N原子的杂化方式为_______。
答案：（1）PCl3 三角锥形 （2）+1 -1 sp3
解析：（1）满足所有原子都是8电子的是PCl3，根据VSEPR可得分子的空间构型是三角锥形。
（2）根据题意，NH5的电子式为。
5．(1)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是________，中心原子的杂化形式为________。
(2)《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石(ZnCO3)入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中，阴离子空间构型为________，C原子的杂化形式为________。
(3)NO的空间构型为_______________________________(用文字描述)。
(4)我国科学家成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图所示。
从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为________，不同之处为________。(填标号)
A．中心原子的杂化轨道类型
B．中心原子的价层电子对数
C．立体结构
D．共价键类型
答案：(1)正四面体　sp3　(2)平面三角形　sp2　(3)平面(正)三角形　(4)ABD　C
解析：(1)LiAlH4中的阴离子是AlH，中心原子铝原子的价层电子对数n＝＝4，所以中心原子采取sp3杂化，配位原子数为4，轨道构型和实际构型一致，都是正四面体；(2)ZnCO3中，阴离子CO中价层电子对数n＝＝3，碳原子的杂化形式为sp2，配位原子数为3，轨道构型和实际构型一致，都是平面三角形；(3)NO中价层电子对数n＝＝3，配位原子数为3，轨道构型和实际构型一致，都是平面三角形；(4)根据图可知，阳离子是NH和H3O＋，NH中心原子N的价层电子对数n＝＝4，杂化类型为sp3，空间构型为正四面体型；H3O＋中心原子O的价层电子对数n＝＝4，杂化类型为sp3，轨道构型为正四面体，因为配位原子数为3，则实际空间构型为三角锥型，因此相同之处为ABD项，不同之处为C项。

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