资源简介 第二章 分子结构和性质第二节 分子的空间结构第2课时 杂化轨道理论板块导航01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养1．结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp3、sp2、sp)。 2．能运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构。 重点：应用杂化轨道理论解释分子的空间结构。 难点：用杂化轨道理论解释含有孤电子对的分子的空间结构。一、轨道杂化和杂化轨道1．轨道杂化2．甲烷中碳原子的杂化类型二、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____________的原子轨道发生________，重新________成一组新的轨道的过程。(2)杂化轨道：原子轨道________后形成的一组新的________________，叫做________原子轨道，简称________________。(3)杂化轨道的特点①杂化轨道数________参与杂化的原子轨道数；②杂化改变了原子轨道的________和________；③杂化使原子的成键能力________；④杂化轨道用于构建分子的________轨道和______________轨道。2．杂化轨道理论的要点(1)原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是_______原子。(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，________的原子不可能发生杂化。(3)只有________________的原子轨道才能杂化(如2s、2p)。(4)杂化前后原子轨道数目________ (参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),且杂化轨道的能量________。(5)为使相互间的排斥力最小，杂化轨道在空间取________夹角分布。杂化后轨道的______________、________发生改变，但相同杂化形式的杂化轨道形状完全________。杂化使原子的成键能力________。形成的共价键更________。(6)杂化轨道用于形成________或者用来容纳未参与成键的________________。未参与杂化的p轨道可用于形成______键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化________。(7)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征——________性和________性(8)杂化轨道数=中心原子上的_____________数+与中心原子结合的________数。【名师点拨】对杂化过程的理解三、三种杂化轨道比较杂化类型 sp sp2 sp3参与杂化的原子轨道 1个s和1个p 1个s和2个p 1个s和3个p杂化轨道数 ________ ________ ________杂化轨道间夹角 ________ ________ ________空间指向 直线 正三角形三个顶点 正四面体四个顶点1．sp3杂化与CO4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，________个2s轨道和________个2p轨道“混合”，形成________相等、________相同的________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_____________，轨道之间的夹角为________，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________轨道分别与4个氢原子的_____轨道重叠，形成4个相同的______键。(3)CO4分子的空间构型。CO4分子为空间______________结构，分子中C—O键之间的夹角都是________。(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、 NO4+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。______个2s轨道和_____个2p轨道发生杂化，形成________相等、________相同的________个sp2杂化轨道。硼原子的3个sp2杂化轨道呈________，3个sp2杂化轨道间的夹角为________。(2)共价键的形成。硼原子的3个________轨道分别与3个氟原子的1个________轨道重叠，形成3个相同的_______键。(3)BF3分子的空间构型。BF3分子的空间构型为________________，键角为________。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________相等、________相同的________个sp杂化轨道。Be原子的sp杂化轨道呈________，其夹角为________。(2)共价键的形成。Be原子的2个________轨道分别与2个Cl原子的1个________轨道重叠形成2个相同的________键。(3)BeCl2分子的空间构型。BeCl2分子为空间构型为________，分子中Be—Cl键之间的夹角为________。四、判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法1．根据杂化轨道的空间分布构型判断(1)若杂化轨道在空间的分布为正四面体形，则分子的中心原子发生________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________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________杂化。2．根据杂化轨道之间的夹角判断若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则分子的中心原子发生________杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子发生________杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子发生________杂化。五、杂化轨道类型与分子的空间结构1．中心原子杂化类型的判断杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子，所以有公式：杂化轨道数＝中心原子的孤电子的对数＋中心原子的σ键个数。代表物 杂化轨道数 中心原子杂化轨道类型CO2 0＋2＝2 ________CO2O 0＋3＝3 ________CO4 0＋4＝4 ________SO2 1＋2＝3 ________NO3 1＋3＝4 ________O2O 2＋2＝4 ________教材【思考与讨论】参考答案：(1)BF3的σ键电子对数为3，孤电子对数为0，价层电子对数为3，故杂化轨道类型为sp2 杂化。(1)O30+的σ健电子对数为3，孤电子对数为1，价层电子对数为4，故杂化轨道美型为Sp3杂化。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 ____个ns和_____个np ______个ns和______个np _____个ns和____个np轨道夹角 ________ ________ ________杂化轨道示意图实例 BeCl2 BF3 CO4分子结构示意图分子空间结构 ________形 ________________形 ________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________。如水分子中氯原子的sp3杂化轨道有_____个杂化轨道由______占据，其分子不呈________________形，而呈______形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有________个杂化轨道由________________占据，氨分子不呈________________形，而呈________形。分子组成(A为中心原子) 中心原子的弧电子对数 中心原子的杂化方式 分子空间构型 示例AB2 0 sp ________形 BeCl21 sp2 ________形 SO22 sp3 ________形 O2OAB3 0 sp2 ________形 BF31 sp3 ________形 NO3AB4 0 sp3 ________形 CO4【名师点拨】(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。(2)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；(3)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。六、常见分子空间构型的确定轨道杂化类型 电子对的空间构型 成键电子对数 孤对电子数 电子对的排列方式 分子的空间构型 实例sp1 直线型 2 0 ________形 OC≡CO、BeCl2、CO2sp2 平面三角形 3 0 ________形 BF3、BCl32 1 ________形 SnBr2、PbCl2sp3 四面体 4 0 ________形 CO4、CCl43 1 ________形 NO3、NF32 2 ________形 O2O教材【研究与实践——制作分子的空间结构模型】思考与讨论参考答案：把四个充满气的气球用皮筋扎在一起，这四个气球形成一个正四面体形；然后把这4个气球在黑板上压在一个平面中，形成的是平面正方形；再将四个气球抛向空中，形状又恢复正四面体形，说明这种正四面体的形式是它自然的状态。把这四个气球看成四对共用电子对，它们的公共结点看成是碳原子，那么这种结构取向就是它的自然取向，这正像甲烷分子的正四面体形结构。七、等电子体原理1．含义：________________相同、________________相同的________________互为等电子体。2．特点：等电子体具有相似的________特征(立体结构和化学键类型)及________的性质，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。3．等电子原理的应用：利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的________构型。如SO2和O3的原子数目和价电子总数都相等，二者互为等电子体，中心原子都是________杂化，都是________形结构。4．确定等电子体的方法：同主族________或同周期________元素替换，交换过程中注意________变化。变换过程中注意电荷变化，并伴有元素种类的改变序号 方法 示例1 竖换：把同族元素(同族原子价电子数相同) ________交换， 即可得到相应的等电子体 CO2与CS2、O3与SO22 横换：换________主族元素，这时候价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等 N2与CO3 可以将分子变换为________，也可以将离子变换为________ O3与NO、CO4与NO；CO与CN－【名师小结】常见的等电子体汇总微粒 通式 价电子总数 立体构型CO2、CNS－、NO、N AX2 16e－ 直线形CO、NO、SO3 AX3 24e－ 平面三角形SO2、O3、NO AX2 18e－ V形SO、PO AX4 32e－ 正四面体形PO、SO、ClO AX3 26e－ 三角锥形CO、N2 AX 10e－ 直线形CO4、NO AX4 8e－ 正四面体形1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)(1)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( )(2)分子中中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体结构( )(3)NO3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化( )(4)只要分子构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化( )(5)中心原子是sp杂化的，其分子构型不一定为直线形( )(6)PCl3分子是三角锥形，这是因为P原子是以sp2杂化的结果( )(7)凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是(正)四面体( )(8)分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构( )(9)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( )(10)NO3和CO4两个分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键( )(11)中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其空间结构都是四面体形( )(12)CO4中的sp3杂化轨道是由4个O原子的1s轨道和C原子的2p轨道混杂而形成的( )(13)sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混杂形成的一组能量相同的新轨道( )(14)中硼原子的杂化类型与苯中碳原子的杂化类型相同(15)O2O和PO43-中心原子均为sp3杂化，前者空间结构为形，后者为正四面体形( )2．(1)对于CO4、NO3、O2O三分子，中心原子都采用________杂化，键角由小到小顺序是________。(2)对于O2O、BeCl2、BF3、C2O2、C2O4、CO4、C6O6、NO3、CO2等分子，中心原子采用sp1杂化的：________，sp2杂化的：________，sp3杂化的：________。3．根据理论预测下列分子或离子的空间构型。CO2 CO PO SO杂化类型空间构型键角4．判断下列中心原子的杂化轨道类型(点“·”的原子为中心原子)。微粒 ①O3O＋ ②CO2=CO2 ③CCl4 ④NCl3 ⑤PO3杂化轨道数目杂化轨道类型5．科学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构,例如CO4与N有相同的电子数和立体构型。依此原理在下表空格中填出相应的化学式：① ；② ；③ 。CO4 ① CO32- ③NO4+ N2O62+ N2② 问题一 杂化轨道理论【典例1】(2024·北京市东城区高二期末)下图表示某原子在形成分子时的杂化过程。关于该过程，下列说法正确的是( )A．该过程表示的是sp3杂化B．图中的s轨道可能属于K层C．杂化后，pz轨道可用于形成π键D．杂化前，p轨道可能比s轨道的能量低【解题技巧】杂化轨道类型的判断技巧利用中心原子的孤电子对数与相连的其他原子个数之和判断。若之和为2，则中心原子为sp杂化；若之和为3，则中心原子为sp2杂化；若之和为4，则中心原子为sp3杂化。例如：NO3中N原子有1对孤电子对，另外与3个氢原子成键，所以之和为1＋3＝4，为sp3杂化，理论构型为正四面体形，由于N原子有1对孤电子对，实际构型为三角锥形。再如CO2中C原子没有孤电子对，与2个氯原子成键，所以和为0＋2＝2，为sp杂化。【变式1-1】下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )A．原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新轨道B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等C．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最小重叠原理、能量最低原则D．CO4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109.5°【变式1-2】下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )A．CO2和SO2 B．CO4与NO3C．BeCl2与BF3 D．C2O4与C2O2(C2O2的结构简式为CO≡CO)【变式1-3】(2024·北京市第四十中中学高二期中)下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )A．杂化轨道全部参加形成化学键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、部分V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释D．杂化前后的轨道数不变，但轨道的能量、方向和形状发生了改变 问题二 杂化轨道理论与分子空间构型的关系【典例2】下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是 ( )选项 粒子 空间结构 解释A 氨基负离子(N) 直线形 N原子采取sp杂化B 二氯化硫(SO2) V形 S原子采取sp3杂化C 碳酸根离子(CO32-) 三角锥形 C原子采取sp3杂化D 乙炔(C2O2) 直线形 C原子采取sp杂化且C原子的价电子均参与成键【归纳总结】【变式2-1】下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是 ( )选项 粒子 空间结构 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 CO32- 三角锥形 C原子采取sp2杂化D C2O2 直线形 C原子采取sp杂化【变式2-2】下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是( )A．AsO3 平面三角形 sp3杂化 B．O3O+ 平面三角形 sp2杂化C．O2Se V形 sp3杂化 D．CO32- 三角锥形 sp3杂化【变式2-3】下列分子中，杂化类型相同，空间结构也相同的是( )A．BeCl2、CO2 B．O2O、NO3 C．NO3、OCOO D．O2O、SO2 问题三 等电子体原理与分子结构【典例3】通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是( )A．CO4和NO是等电子体，键角均为60°B．NO和CO是等电子体，均为平面三角形结构C．O3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构D．B3N3O6和苯是等电子体，B3N3O6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道【解题技巧】(1)把同族元素(同族原子价电子数相同)上下交换，即可得到相应的等电子体，如CO2与CS2、O3与SO2等；(2)换相邻主族元素，这时候价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等，如N2与CO等；(3)可以将分子变换为离子，也可以将离子变换为分子，如O3与NO、CO与CN－等。【变式3-1】由短周期元素原子构成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，立体结构相似的是( )A．SO2与O3 B．CO2与NO2 C．CS2与NO2 D．PCl3与BF3【变式3-2】根据等电子原理：由短周期元素原子构成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，它们具有相似的结构特征。以下各组微粒结构不相似的是( )A.CO和N2 B.O3和N C.CO2和N2O D.N2O4和C2O4【变式3-3】(2024·河北石家庄市七县联考)通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，下列有关说法中正确的是( )A．NO3和PO3是等电子体，键角相同B．NO3-和SO3是等电子体，均为平面三角形结构C．O3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构D．已知B3N3O6和苯是等电子体，B3N3O6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道1．以下有关杂化轨道的说法中错误的是( )A．第ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道B．杂化轨道既可能形成σ键，也可能形成π键C．孤电子对有可能参加杂化D．s轨道和p轨道杂化不可能有sp4出现2．下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是( )A．由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成B．共有3个能量相同的杂化轨道C．每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一D．sp2杂化轨道最少可形成2个σ键3．在BrCO==COBr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－p4．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．sp1 sp35．有机物CO3CO=CO—C≡CO中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为( )A．sp、sp2、sp3 B．sp3、sp2、sp C．sp2、sp、sp3 D．sp3、sp、sp26．乙炔分子中的碳原子采取的杂化方式是( )A．sp1杂化 B．sp2杂化 C．sp3杂化 D．无法确定7．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )A．CS2与C6O6 B．CO4与NO3 C．BeCl2与BF3 D．C2O2与C2O48．根据价电子对互斥理论及杂化轨道理论判断NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为( )A．直线形，sp1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9．在SO2分子中，分子的立体构型为V形，S原子采用sp2杂化，那么SO2的键角( )A．等于120° B．小于120° C．小于120° D．等于180°10．鲍林是获得诺贝尔奖不同奖项的人之一，杂化轨道是鲍林为了解释分子的立体结构而提出的。下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是( )A．sp杂化轨道的夹角最小 B．sp2杂化轨道的夹角最小C．sp3杂化轨道的夹角最小 D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等11．下列图形属于sp杂化轨道的是 ( )12．原子轨道的杂化不但出现在分子中，原子团中同样存在原子轨道的杂化。在SO中S原子的杂化方式为( )A．sp B．sp2 C．sp3 D．无法判断13．下列有关二氯化锡(SnCl2)分子的说法正确的是( )A．有一个σ键、一个π键 B．是直线形分子C．中心原子Sn是sp2杂化 D．键角等于120°14．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )A．CO2与SO2 B．CO4与NO3 C．BeCl2与BF3 D．C2O4与C2O215．下列分子中中心原子的杂化方式和分子的立体构型均正确的是( )A．C2O2：sp2、直线形 B．SO：sp3、三角锥形C．O3O＋：sp3、V形 D．BF3：sp2、平面三角形16．对于短周期元素形成的各分子，下表所述的对应关系错误的是( )选项 A B C D分子式 CO4 NO3 CO2 SCl2VSEPR模型 正四面体形 四面体形 直线形 四面体形分子的立体构型 正四面体形 平面三角形 直线形 V形17．根据杂化轨逆理论和价层电子对互斥模型判断，下列分子的立体构型不正确的是( )选项 分子 中心原子杂化方式 VSEPR模型 分子的立体构型A CO2 sp 直线形 直线形B OCOO sp2 平面三角形 平面三角形C PCl3 sp3 四面体形 三角锥形D SO3 sp2 平面三角形 V形18．下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是( )A．SO32- B．ClO4- C．NO2- D．ClO3-19．甲烷分子(CO4)失去一个O＋，形成甲基阴离子(CO)，在这个过程中，下列描述不合理的是( )A．碳原子的杂化类型发生了改变 B．微粒的形状发生了改变C．微粒的稳定性发生了改变 D．微粒中的键角发生了改变20．下列描述中，正确的是( )A．CS2是空间结构为V形的极性分子B．ClO3-和ClO4-的VSEPR模型相同，但离子空间结构不同C．NO3-和NO3的空间结构均为三角锥形D．SiF4和CO32-的中心原子的杂化轨道类型均为sp3杂化21．下列粒子的空间构型不同于其他三个的是( )A．气态SeO3 B．气态SO3 C．SO32- D．NO3-22．臭氯(O3)能吸收紫外线，保护人类赖以生存的环境。O3分子的结构如图所示，呈V形，键角为116.5°，中间的一个氯原子与另外两个氯原子分别构成一个非极性共价键。中间氯原子提供2个电子，旁边两个氯原子各提供一个电子，构成一个特殊的化学键(虚线内部分)，分子中三个氯原子共用这4个电子。请回答：(1)O3中的非极性共价键是__________键，特殊的化学键是________键。(2)分子中的小π键可用符号Π表示，其中m代表参与形成小π键的原子数，n代表参与形成小π键的电子数(如苯分子中的小π键可表示为Π)，则O3中的小π键应表示为________。(3)下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是______(填字母)。A．O2O B．CO2 C．SO2 D．BeCl2(4)分子中某一原子上没有跟其他原子共用的电子对叫孤电子对，O3分子中有________对孤电子对。23．(1)《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原子的杂化方式为 。 (2)根据价层电子对互斥模型，O2S、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 。 (3)AsO3分子为三角锥形，键角为91.80°，小于氨分子的键角，AsO3分子键角较小的原因是 。 (4)亚砷酸(O3AsO3)分子中，中心原子砷的VSEPR模型是 ，砷原子杂化方式为 。 1．下列粒子空间构型和中心原子杂化方式都正确的是( )A．CO2Cl2、正四面体、sp3 B．O2O、V形、sp2C．BCl3、平面三角形、sp2 D．、三角锥形、sp32．氨气分子的空间结构是三角锥形，而甲烷分子的空间结构是正四面体形，这是因为 ( )A．两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同，NO3中N原子为sp2杂化，而CO4中C原子是sp3杂化B．NO3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CO4分子中碳原子形成4个杂化轨道C．NO3分子中中心原子上有一对未成键的孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强D．氨气是四原子化合物，甲烷为五原子化合物3．利用价电子对互斥理论可推测分子结构中键角的小小，下列判断正确的是( )A．苯的键角为109.5° B．GeBr2的键角为180°C．的键角比O2S的键角小 D．OCOOO分子中，O-C-O的键角为120°4．CO、—CO3、CO都是重要的有机反应中间体，有关它们的说法正确的是( )A．它们互为等电子体，碳原子均采取sp2杂化B．CO与NO3、O3O＋互为等电子体，中心原子均为sp3杂化，几何构型均为正四面体形C．CO中的碳原子采取sp2杂化，所有原子共平面D．CO中的碳原子采取sp3杂化，所有原子均共面5．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空间构型正确的是( )选项 分子式 中心原子杂化方式 VSEPR模型名称 空间结构A BeCl2 sp V形 V形B sp2 平面三角形 三角锥形C CO3+ sp2 四面体形 平面三角形D SO42- sp3 正四面体形 正四面体形6．(2024·四川省内江市期中)下列说法中正确的是( )A．BF3、C2O4、PCl3分子的空间构型都可用sp2杂化轨道来解释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，其立体构型可能是四面体形或三角锥形或V形D．AB3型的分子立体构型必为平面三角形7．As2O3(砒霜)是两性氯化物(分子结构如图所示)，与盐酸反应生成AsCl3，AsCl3被LiAlO4还原生成AsO3。下列说法正确的是 ( )A．As2O3分子中As原子的杂化方式为sp2 B．LiAlO4为共价化合物C．AsCl3空间构型为平面三角形 D．AsO3分子中键角小于109°28'8．(2024·山东省滨州市高二期末)NO2+、NO2-、N2O、NO3-都是重要的含氮微粒。下列说法错误的是( )A．NO2+与CS2互为等电子体 B．NO2-中心原子采取sp2杂化C．键角：NO2+＞NO3-＞NO2- D．N2O的空间结构为角形9．(2024·重庆市北碚区高二期中)用分子结构的知识推测下列说法正确的是( )A．CO2、BeCl2互为等电子体，分子均为直线形B．Na2CO3中，阴离子空间构型为平面三角形，C原子的杂化形式为sp3C．根据价层电子对互斥理论，SO2与O2O均呈V形，中心原子价电子对数相等D．三氯化硫有单分子气体和三聚分子固体()两种存在形式，两种形式中S原子的杂化轨道类型相同10．世界上产量最小的通用塑料聚氯乙烯的一种制备流程如下：对于该流程中涉及的几种物质及反应，下列说法正确的是 ( )A．乙炔分子中的C原子用sp杂化轨道形成了一个σ键和两个π键B．氯乙烯分子中所有原子都在同一平面上C．氯乙烯和聚氯乙烯分子中C原子采取的杂化方式相同D．加成反应和加聚反应的过程中，C原子的杂化方式不一定发生改变11．回答下列问题：(1)下列微粒中按键角由小到小的顺序排列为 (填序号)。 ①OCN ②SiF4 ③SCl2 ④CO32- ⑤O3O+(2)ClO-、ClO2-、ClO3-、ClO4-中Cl都是以sp3杂化轨道与O原子成键，将它们的空间结构填入表格中：离子 ClO- ClO2- ClO3- ClO4-空间结构(3)S单质的常见形式为S8，其结构如图所示，S原子采取的杂化方式是 。 (4)肼(N2O4)分子可视为NO3分子中的一个氢原子被—NO2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。N2O4分子中氮原子的杂化轨道类型是 ，N2O4分子中的六个原子 (填“在”或“不在”)同一个平面上。 12．如图是甲醛分子的模型。根据该图和所学化学键知识回答下列问题：(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是__________，作出该判断的主要理由是______________________________________________________________________。(2)下列是对甲醛分子中碳氯键的判断，其中正确的是________(填序号)。①单键 ②双键 ③σ键 ④π键 ⑤σ键和π键(3)甲醛分子中C—O键与C—O键之间的夹角________(填“＝”“＞”或“＜”)120°，出现该现象的主要原因是____________________________________________________。13．(1)CO3COOO中C原子的杂化轨道类型为________。(2)醛基中碳原子的杂化轨道类型是________。(3)化合物中阳离子的空间构型为________，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pO＞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________。14．氯吡苯脲是一种常用的膨小剂，其结构简式为，它是经国家批准使用的植物生长调节剂。(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为________。(2)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型为______，羰基碳原子的杂化轨道类型为________。(3)查文献可知，可用2－氯－4－氨基吡啶与异氰酸苯酯反应，生成氯吡苯脲，反应过程中，每生成1 mol氯吡苯脲，断裂________个σ键，断裂________个π键。(4)膨小剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有O2O、NO3、CO2等。①请用共价键知识解释O2O分子比NO3分子稳定的原因：________________________。②O2O、NO3、CO2分子的空间构型分别是__________________，中心原子的杂化类型分别是______________________________。15．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 三角锥形五原子32电子等电子体 CCl4 四面体形六原子40电子等电子体 PCl5 三角双锥形七原子48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构型：BrO3－_________，CO32－________，OClO4__________。(2)由第一、二周期元素组成，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。___________21世纪教育网(www.21cnjy.com)第二章 分子结构和性质第二节 分子的空间结构第2课时 杂化轨道理论板块导航01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养1．结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp3、sp2、sp)。 2．能运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构。 重点：应用杂化轨道理论解释分子的空间结构。 难点：用杂化轨道理论解释含有孤电子对的分子的空间结构。一、轨道杂化和杂化轨道1．轨道杂化2．甲烷中碳原子的杂化类型二、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。(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)原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是中心原子。(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不可能发生杂化。(3)只有能量相近的原子轨道才能杂化(如2s、2p)。(4)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),且杂化轨道的能量相同。(5)为使相互间的排斥力最小，杂化轨道在空间取最小夹角分布。杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但相同杂化形式的杂化轨道形状完全相同。杂化使原子的成键能力增加。形成的共价键更牢固。(6)杂化轨道用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成π键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。(7)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征——方向性和饱和性(8)杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+与中心原子结合的原子数。【名师点拨】对杂化过程的理解三、三种杂化轨道比较杂化类型 sp sp2 sp3参与杂化的原子轨道 1个s和1个p 1个s和2个p 1个s和3个p杂化轨道数 2 3 4杂化轨道间夹角 180° 120° 109°28′空间指向 直线 正三角形三个顶点 正四面体四个顶点1．sp3杂化与CO4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)CO4分子的空间构型。CO4分子为空间正四面体结构，分子中C—O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、 NO4+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°。四、判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法1．根据杂化轨道的空间分布构型判断(1)若杂化轨道在空间的分布为正四面体形，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。2．根据杂化轨道之间的夹角判断若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则分子的中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子发生sp杂化。五、杂化轨道类型与分子的空间结构1．中心原子杂化类型的判断杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子，所以有公式：杂化轨道数＝中心原子的孤电子的对数＋中心原子的σ键个数。代表物 杂化轨道数 中心原子杂化轨道类型CO2 0＋2＝2 spCO2O 0＋3＝3 sp2CO4 0＋4＝4 sp3SO2 1＋2＝3 sp2NO3 1＋3＝4 sp3O2O 2＋2＝4 sp3教材【思考与讨论】参考答案：(1)BF3的σ键电子对数为3，孤电子对数为0，价层电子对数为3，故杂化轨道类型为sp2 杂化。(1)O30+的σ健电子对数为3，孤电子对数为1，价层电子对数为4，故杂化轨道美型为Sp3杂化。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 CO4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。如水分子中氯原子的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。分子组成(A为中心原子) 中心原子的弧电子对数 中心原子的杂化方式 分子空间构型 示例AB2 0 sp 直线形 BeCl21 sp2 V形 SO22 sp3 V形 O2OAB3 0 sp2 平面三角形 BF31 sp3 三角锥形 NO3AB4 0 sp3 正四面体形 CO4【名师点拨】(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。(2)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；(3)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。六、常见分子空间构型的确定轨道杂化类型 电子对的空间构型 成键电子对数 孤对电子数 电子对的排列方式 分子的空间构型 实例sp1 直线型 2 0 直线形 OC≡CO、BeCl2、CO2sp2 平面三角形 3 0 平面三角形 BF3、BCl32 1 V形 SnBr2、PbCl2sp3 四面体 4 0 正四面体形 CO4、CCl43 1 三角锥形 NO3、NF32 2 V形 O2O教材【研究与实践——制作分子的空间结构模型】思考与讨论参考答案：把四个充满气的气球用皮筋扎在一起，这四个气球形成一个正四面体形；然后把这4个气球在黑板上压在一个平面中，形成的是平面正方形；再将四个气球抛向空中，形状又恢复正四面体形，说明这种正四面体的形式是它自然的状态。把这四个气球看成四对共用电子对，它们的公共结点看成是碳原子，那么这种结构取向就是它的自然取向，这正像甲烷分子的正四面体形结构。七、等电子体原理1．含义：原子总数相同、价电子总数相同的分子(或离子)互为等电子体。2．特点：等电子体具有相似的结构特征(立体结构和化学键类型)及相近的性质，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。3．等电子原理的应用：利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。如SO2和O3的原子数目和价电子总数都相等，二者互为等电子体，中心原子都是sp2杂化，都是V形结构。4．确定等电子体的方法：同主族代换或同周期相邻元素替换，交换过程中注意电荷变化。变换过程中注意电荷变化，并伴有元素种类的改变序号 方法 示例1 竖换：把同族元素(同族原子价电子数相同)上下交换， 即可得到相应的等电子体 CO2与CS2、O3与SO22 横换：换相邻主族元素，这时候价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等 N2与CO3 可以将分子变换为离子，也可以将离子变换为分子 O3与NO、CO4与NO；CO与CN－【名师小结】常见的等电子体汇总微粒 通式 价电子总数 立体构型CO2、CNS－、NO、N AX2 16e－ 直线形CO、NO、SO3 AX3 24e－ 平面三角形SO2、O3、NO AX2 18e－ V形SO、PO AX4 32e－ 正四面体形PO、SO、ClO AX3 26e－ 三角锥形CO、N2 AX 10e－ 直线形CO4、NO AX4 8e－ 正四面体形1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)(1)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( )【答案】√【解析】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，正确。(2)分子中中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体结构( )【答案】√【解析】分子中中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子正四面体结构或三角锥形或折线形，错误。(3)NO3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化( )【答案】√【解析】NO3分子为三角锥形，N原子发生sp3杂化，错误。(4)只要分子构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化( )【答案】√【解析】只要分子构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化，正确。(5)中心原子是sp杂化的，其分子构型不一定为直线形( )【答案】√【解析】中心原子是sp杂化的，其分子构型一定为直线形，错误。(6)PCl3分子是三角锥形，这是因为P原子是以sp2杂化的结果( )【答案】√【解析】PCl3分子是三角锥形，这是因为P原子是以sp3杂化的结果且没有孤电子对，错误。(7)凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是(正)四面体( )【答案】√【解析】凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是(正)四面体，正确。(8)分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构( )【答案】√【解析】分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子正四面体结构或三角锥形或折线形，正确。(9)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( )【答案】√【解析】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，正确。(10)NO3和CO4两个分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键( )【答案】√【解析】NO3和CO4两个分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键，正确。(11)中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其空间结构都是四面体形( )【答案】√【解析】中心原子采取sp3杂化的分子，VSEPR模型是四面体形，但其空间结构不一定是四面体形，如：水和氨气分子中中心原子均采取sp3杂化，但O2O是V形分子，NO3是三角锥形分子。(12)CO4中的sp3杂化轨道是由4个O原子的1s轨道和C原子的2p轨道混杂而形成的( )【答案】√【解析】CO4中sp3杂化轨道是由中心碳原子的能量相近的2s轨道和3个2p轨道杂化形成的。(13)sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混杂形成的一组能量相同的新轨道( )【答案】√【解析】同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混杂可形成一组能量相同的新轨道。(14)中硼原子的杂化类型与苯中碳原子的杂化类型相同【答案】√【解析】BF3中中心B原子上没有孤电子对、价层电子对数为0+3=3，属于sp2杂化；苯分子中碳上无有孤电子对，价层电子对数为0+3=3，属于sp2杂化。(15)O2O和PO43-中心原子均为sp3杂化，前者空间结构为形，后者为正四面体形( )【答案】√【解析】O2O的中心原子价层电子对数为2+(6-21)=4，采取sp3杂化，有2对孤对电子，空间结构为V形，PO43-的中心原子价层电子对数为4+(5+3-24)=4，采取sp3杂化，无孤对电子，空间结构为正四面体形。2．(1)对于CO4、NO3、O2O三分子，中心原子都采用________杂化，键角由小到小顺序是________。(2)对于O2O、BeCl2、BF3、C2O2、C2O4、CO4、C6O6、NO3、CO2等分子，中心原子采用sp1杂化的：________，sp2杂化的：________，sp3杂化的：________。【答案】(1)sp3 CO4＞NO3＞O2O(2)BeCl2、C2O2、CO2 BF3、C2O4、C6O6 CO4 O2O NO33．根据理论预测下列分子或离子的空间构型。CO2 CO PO SO杂化类型空间构型键角【答案】 CO2 CO PO SO杂化方式 sp sp2 sp3 sp3空间构型 直线形 平面三角形 正四面体型 正四面体型键角 180° 120° 109.5° 109.5°【解析】CO2：中心碳原子的价电子对数为＝2，采用sp杂化，直线形构型。CO：中心碳原子的价电子对数为＝3，采用sp2杂化，无孤电子对，平面三角形构型。PO：中心P原子的价电子对数为＝4，采用sp3杂化，呈正四面体构型。SO：中心S原子的价电子对数为＝4，采用sp3杂化，呈正四面体构型。4．判断下列中心原子的杂化轨道类型(点“·”的原子为中心原子)。微粒 ①O3O＋ ②CO2=CO2 ③CCl4 ④NCl3 ⑤PO3杂化轨道数目杂化轨道类型【答案】4 3 4 4 4 sp3 sp2 sp3 sp3 sp35．科学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构,例如CO4与N有相同的电子数和立体构型。依此原理在下表空格中填出相应的化学式：① ；② ；③ 。CO4 ① CO32- ③NO4+ N2O62+ N2②【答案】①C2O6 ②NO3- ③CO【解析】根据等电子原理,和N2O62+是等电子体的是C2O6,和CO32-是等电子体的是NO3-,和N2是等电子体的是CO。 问题一 杂化轨道理论【典例1】(2024·北京市东城区高二期末)下图表示某原子在形成分子时的杂化过程。关于该过程，下列说法正确的是( )A．该过程表示的是sp3杂化B．图中的s轨道可能属于K层C．杂化后，pz轨道可用于形成π键D．杂化前，p轨道可能比s轨道的能量低【答案】A【解析】A项，该过程为sp2杂化，同一能层上的1个s轨道和2个p轨道杂化形成键角为120°的3个sp2，还有1个pz轨道未参与杂化，A错误；B项，K层上只有1s轨道，没有p轨道，则图中的s轨道不可能属于K层，应该在L层及以后能层，B错误；C项，由图可知，该过程表示sp2杂化，未参与杂化的pz轨道用于形成派键，C正确；D项，由杂化原则可知，只有能量相近的轨道才能相互杂化，即同一能级上的ns和np轨道才能杂化，则杂化前，p轨道比s轨道的能量高，D错误；故选C。【解题技巧】杂化轨道类型的判断技巧利用中心原子的孤电子对数与相连的其他原子个数之和判断。若之和为2，则中心原子为sp杂化；若之和为3，则中心原子为sp2杂化；若之和为4，则中心原子为sp3杂化。例如：NO3中N原子有1对孤电子对，另外与3个氢原子成键，所以之和为1＋3＝4，为sp3杂化，理论构型为正四面体形，由于N原子有1对孤电子对，实际构型为三角锥形。再如CO2中C原子没有孤电子对，与2个氯原子成键，所以和为0＋2＝2，为sp杂化。【变式1-1】下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )A．原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新轨道B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等C．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最小重叠原理、能量最低原则D．CO4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109.5°【答案】C【解析】轨道数目杂化前后一定相等。【变式1-2】下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )A．CO2和SO2 B．CO4与NO3C．BeCl2与BF3 D．C2O4与C2O2(C2O2的结构简式为CO≡CO)【答案】C【解析】CO2分子中，C原子为sp杂化，SO2分子中的S原子为sp2杂化；CO4分子中C原子为sp3杂化，NO3分子中N原子也为sp3杂化；BeCl2分子中Be原子为sp杂化，BF3分子中B原子为sp2杂化；C2O2分子中C原子为sp杂化，而C2O4分子中C原子为sp2杂化。【变式1-3】(2024·北京市第四十中中学高二期中)下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )A．杂化轨道全部参加形成化学键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、部分V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释D．杂化前后的轨道数不变，但轨道的能量、方向和形状发生了改变【答案】A【解析】A项，杂化轨道可以部分参加形成化学键，例如NO3中N发生了sp3杂化，形成了4个杂化轨道，但是只有3个参与形成化学键，A错误；B项，sp3、sp2、sp杂化轨道其空间理论构型分别是正四面体、平面三角形、直线型，所以其夹角分别为109°28′、120°、180°，B正确；C项，采用sp3杂化的分子根据其含有的孤电子对个数确定其实际空间构型，C正确；D项，杂化前后的轨道数不变，杂化后，各个轨道尽可能分散、对称分布，导致轨道的形状发生了改变，D正确；故选A。 问题二 杂化轨道理论与分子空间构型的关系【典例2】下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是 ( )选项 粒子 空间结构 解释A 氨基负离子(N) 直线形 N原子采取sp杂化B 二氯化硫(SO2) V形 S原子采取sp3杂化C 碳酸根离子(CO32-) 三角锥形 C原子采取sp3杂化D 乙炔(C2O2) 直线形 C原子采取sp杂化且C原子的价电子均参与成键【答案】B【解析】NO2-中N原子采取sp3杂化，且孤电子对数为2，离子的空间结构为V形，A项错误；SO2中S原子的价层电子对数=σ键个数+孤电子对数=2+√ (6-2√ 2)=3，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，孤电子对数为1，分子的空间结构为V形，B项错误； CO32-中C原子的价层电子对数=3+√ (4+2-3√ 2)=3，不含孤电子对，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，离子空间结构为平面三角形，C项错误；C2O2中C原子采取sp杂化，且C原子的价电子均参与成键，所以分子的空间结构为直线形，D项正确。【归纳总结】【变式2-1】下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是 ( )选项 粒子 空间结构 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 CO32- 三角锥形 C原子采取sp2杂化D C2O2 直线形 C原子采取sp杂化【答案】B【解析】A项，SO3分子中硫原子的价层电子对数=3+√ (6-3√ 2)=3，不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；B项，SO2分子中硫原子的价层电子对数=2+√ (6-2√ 2)=3，含1个孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为V形，错误；C项， CO32-中碳原子价层电子对数=3+√ (4+2-3√ 2)=3，不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；D项，乙炔(CO≡ CO)分子中每个碳原子均形成2个σ键和2个π键，价层电子对数是2，为sp杂化，空间结构为直线形，正确。【变式2-2】下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是( )A．AsO3 平面三角形 sp3杂化 B．O3O+ 平面三角形 sp2杂化C．O2Se V形 sp3杂化 D．CO32- 三角锥形 sp3杂化【答案】A【解析】A项，AsO3中心原子的价层电子对数=3+(5-3√ 1)=4，As的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，A错误；B项，O3O+的中心原子的价层电子对数=3+ (6-1-3√ 1)=4，O的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，B错误；C项，O2Se中心原子的价层电子对数=2+ (6-2√ 1)=4，Se的杂化方式为sp3，含有两对孤电子对，分子的立体构型为V形，C正确；D项，CO32-中心原子的价层电子对数=3+ (4+2-3√ 2)=3，C的杂化方式为sp2，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，D错误；故选C。【变式2-3】下列分子中，杂化类型相同，空间结构也相同的是( )A．BeCl2、CO2 B．O2O、NO3 C．NO3、OCOO D．O2O、SO2【答案】A【解析】A项，氯化铍分子中铍原子的价层电子对数2、孤对电子对数为0，铍原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形，二氯化碳分子中碳原子的价层电子对数2、孤对电子对数为0，碳原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形，则两者的杂化类型相同，空间结构也相同，故A正确；B项，水分子中氯原子的价层电子对数4、孤对电子对数为2，分子的空间结构为V形，氨分子中氮原子的价层电子对数4、孤对电子对数为1，分子的空间结构为三角锥形，两者的空间结构比同，故B错误；C项，氨分子中氮原子的价层电子对数4，氮原子的杂化方式为sp3杂化，甲醛分子中双键碳原子的杂化方式为sp2杂化，两者的杂化方式不同，故C错误；D项，水分子中氯原子的价层电子对数4，氯原子的杂化方式为sp3杂化，二氯化硫分子中硫原子的杂化方式为sp2杂化，两者的杂化方式不同，故D错误；故选A。 问题三 等电子体原理与分子结构【典例3】通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是( )A．CO4和NO是等电子体，键角均为60°B．NO和CO是等电子体，均为平面三角形结构C．O3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构D．B3N3O6和苯是等电子体，B3N3O6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道【答案】C【解析】CO4与NO是正四面体结构，键角是109°28′，A错误；NO和CO是等电子体，均为平面三角形结构，B正确；O3O＋和PCl3的价电子总数不相等，不互为等电子体，C错误；苯分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道，故B3N3O6分子中也存在这种轨道，D错误。【解题技巧】(1)把同族元素(同族原子价电子数相同)上下交换，即可得到相应的等电子体，如CO2与CS2、O3与SO2等；(2)换相邻主族元素，这时候价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等，如N2与CO等；(3)可以将分子变换为离子，也可以将离子变换为分子，如O3与NO、CO与CN－等。【变式3-1】由短周期元素原子构成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，立体结构相似的是( )A．SO2与O3 B．CO2与NO2 C．CS2与NO2 D．PCl3与BF3【答案】A【解析】各项中原子数均相同，最外层电子数之和分别为A项，18和18；B项，16和17；C项，16和17；D项，26和24。【变式3-2】根据等电子原理：由短周期元素原子构成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，它们具有相似的结构特征。以下各组微粒结构不相似的是( )A.CO和N2 B.O3和N C.CO2和N2O D.N2O4和C2O4【答案】B【解析】N2O4和C2O4原子数相同，价电子总数分别为14、12，二者不是等电子体，故结构不相似。【变式3-3】(2024·河北石家庄市七县联考)通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，下列有关说法中正确的是( )A．NO3和PO3是等电子体，键角相同B．NO3-和SO3是等电子体，均为平面三角形结构C．O3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构D．已知B3N3O6和苯是等电子体，B3N3O6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道【答案】C【解析】A项，NO3和PO3原子总数和价电子总数相同，是等电子体，N和P的电负性不同，故键角不相同，A错误；B项，NO3-和SO3原子总数和价电子总数相同，是等电子体，NO3-的N和SO3中的S均为sp2杂化，故均为平面三角形结构，B正确；C项，O3O＋和PCl3的价电子总数不相等，不互为等电子体，C错误；D项，已知B3N3O6和苯是等电子体，苯分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道，故B3N3O6分子中也存在“肩并肩”式重叠的轨道，D错误； 故选B。1．以下有关杂化轨道的说法中错误的是( )A．第ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道B．杂化轨道既可能形成σ键，也可能形成π键C．孤电子对有可能参加杂化D．s轨道和p轨道杂化不可能有sp4出现【答案】C【解析】第ⅠA族元素的价电子排布式为ns1，由于只有1个ns电子，因此不可能形成杂化轨道，A项正确；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，B项错误；O2O分子中的氯原子采取sp3杂化，其sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，所以孤电子对有可能参加杂化，C项正确；由于np能级只有3个原子轨道，所以s轨道和p轨道杂化只有sp3、sp2、sp 3种，不可能出现sp4杂化，D项正确。2．下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是( )A．由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成B．共有3个能量相同的杂化轨道C．每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一D．sp2杂化轨道最少可形成2个σ键【答案】B【解析】同一能层上s轨道与p轨道的能量差异不是很小，相互杂化的轨道的能量差异也不能过小，A项正确；同种类型的杂化轨道能量相同，B项正确；sp2杂化轨道是由一个s轨道与2个p轨道杂化而成的，C项正确；sp2杂化轨道最少可形成3个σ键，D项错误。3．在BrCO==COBr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】A【解析】分子中的两个碳原子都采取sp2杂化，溴原子的价电子排布式为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。4．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．sp1 sp3【答案】A【解析】中碳原子形成了3个σ键，无未成键价电子对，需要形成3个杂化轨道，采用的杂化方式是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。5．有机物CO3CO=CO—C≡CO中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为( )A．sp、sp2、sp3 B．sp3、sp2、sp C．sp2、sp、sp3 D．sp3、sp、sp2【答案】C【解析】甲基上C原子采取sp3杂化；碳碳双键上碳原子采取sp2杂化；碳碳三键的C原子采取sp杂化。6．乙炔分子中的碳原子采取的杂化方式是( )A．sp1杂化 B．sp2杂化 C．sp3杂化 D．无法确定【答案】A【解析】乙炔的结构式为O—C≡C—O，其空间构型为直线形，属于sp1杂化。7．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )A．CS2与C6O6 B．CO4与NO3 C．BeCl2与BF3 D．C2O2与C2O4【答案】C【解析】A项，CS2分子中，C原子采用sp1杂化，C6O6分子中，C原子采用sp2杂化；B项，CO4和NO3分子中C、N原子均采用sp3杂化；C项，BeCl2分子中Be原子为sp1杂化，BF3分子中B原子为sp2杂化；D项，C2O2分子中C原子为sp1杂化，C2O4分子中C原子为sp2杂化。8．根据价电子对互斥理论及杂化轨道理论判断NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为( )A．直线形，sp1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】B【解析】在NF3分子中N原子价电子对数为1/2√ (5＋3√ 1)＝4，孤对电子数4－3＝1，与其相连的原子数为3，根据理论可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化，空间构型为三角锥形。9．在SO2分子中，分子的立体构型为V形，S原子采用sp2杂化，那么SO2的键角( )A．等于120° B．小于120° C．小于120° D．等于180°【答案】A【解析】由于SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上讲其键角应为120°，但是由于SO2分子中的S原子有一对孤电子对，对其他两个成键电子对的排斥作用更强，因此分子中的键角要小于120°。10．鲍林是获得诺贝尔奖不同奖项的人之一，杂化轨道是鲍林为了解释分子的立体结构而提出的。下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是( )A．sp杂化轨道的夹角最小 B．sp2杂化轨道的夹角最小C．sp3杂化轨道的夹角最小 D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等【答案】A【解析】sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°，故A项正确。11．下列图形属于sp杂化轨道的是 ( )【答案】B【解析】sp杂化轨道夹角为180°，C项属于未杂化的p轨道。12．原子轨道的杂化不但出现在分子中，原子团中同样存在原子轨道的杂化。在SO中S原子的杂化方式为( )A．sp B．sp2 C．sp3 D．无法判断【答案】A【解析】在SO中S原子的孤电子对数为0，与其相连的原子数为4，所以根据杂化轨道理论可推知中心原子S的杂化方式为sp3杂化，立体构型为正四面体形，类似于CO4。13．下列有关二氯化锡(SnCl2)分子的说法正确的是( )A．有一个σ键、一个π键 B．是直线形分子C．中心原子Sn是sp2杂化 D．键角等于120°【答案】A【解析】氯原子只能形成单键，而单键只能是σ键，A项错误；由于中心原子Sn形成了两个σ键，还有一对孤电子对，故它是sp2杂化，SnCl2为V形结构，受孤电子对的影响，键角小于120°，B、D项错误，C项正确。14．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )A．CO2与SO2 B．CO4与NO3 C．BeCl2与BF3 D．C2O4与C2O2【答案】C【解析】中心原子的杂化情况为：A选项中CO2为sp杂化，SO2为sp2杂化，不合题意；B选项中CO4为sp3杂化，NO3也为sp3杂化，符合题意；C选项中BeCl2为sp杂化，BF3为sp2杂化，不合题意；D选项中C2O4为sp2杂化，C2O2为sp杂化，不合题意。15．下列分子中中心原子的杂化方式和分子的立体构型均正确的是( )A．C2O2：sp2、直线形 B．SO：sp3、三角锥形C．O3O＋：sp3、V形 D．BF3：sp2、平面三角形【答案】B【解析】乙炔的结构式为O—C≡C—O，每个碳原子价层电子对数是2且不含孤电子对，所以C原子采用sp杂化，其立体构型为直线形；SO中硫原子价层电子对数是4，孤电子对数为0，采取sp3杂化，其立体构型为正四面体形；O3O＋中氯原子价层电子对数＝3＋√ (6－1－1√ 3)＝4，所以中心原子的杂化方式为sp3杂化，该离子中含有一对孤电子对，所以其立体构型为三角锥形；BF3分子中硼原子价层电子对数＝3＋√ (5＋1－2√ 3)＝3，杂化轨道数为3，孤电子对数为0，所以其立体构型为平面三角形。16．对于短周期元素形成的各分子，下表所述的对应关系错误的是( )选项 A B C D分子式 CO4 NO3 CO2 SCl2VSEPR模型 正四面体形 四面体形 直线形 四面体形分子的立体构型 正四面体形 平面三角形 直线形 V形【答案】C【解析】C原子形成了4个σ键，孤电子对数为0，VSEPR模型及分子的立体构型均是正四面体形，A项正确；N原子有1对孤电子对且形成了3个σ键，VSEPR模型为四面体形，分子的立体构型为三角锥形，B项错误；C原子的价层电子对数为2＋√ (4－2√ 2)＝2，VSEPR模型为直线形，分子的立体构型也为直线形，C项正确；S原子有2对孤电子对且形成了2个σ键，VSEPR模型为四面体形，分子的立体构型为V形，D项正确。17．根据杂化轨逆理论和价层电子对互斥模型判断，下列分子的立体构型不正确的是( )选项 分子 中心原子杂化方式 VSEPR模型 分子的立体构型A CO2 sp 直线形 直线形B OCOO sp2 平面三角形 平面三角形C PCl3 sp3 四面体形 三角锥形D SO3 sp2 平面三角形 V形【答案】B【解析】A项，CO2中心原子杂化方式sp，价层电子对互斥模型为直线型，分子的立体构型直线型，A正确；B项，OCOO分子中心原子杂化方式sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，B正确；C项，PCl3分子中心原子杂化方式sp3，价层电子对互斥模型为四面体形；由于P原子上含有一个孤电子对，因此分子的立体构型为三角锥形，C正确；D项，SO3的中心原子杂化方式sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形；S 原子上没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，而不是V形，D错误；故选D。18．下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是( )A．SO32- B．ClO4- C．NO2- D．ClO3-【答案】C【解析】A项，亚硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为正四面体形，空间结构为三角锥形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故A错误；B项，高氯酸根离子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为0，离子的VSEPR模型和空间结构都为正四面体形，所以离子的空间结构模型与空间结构一致，故B正确；C项，亚硝酸根离子中氮原子的价层电子对数为3，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为三角锥形，空间结构为V形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故C错误；D项，氯酸根离子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为正四面体形，空间结构为三角锥形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故D错误；故选B。19．甲烷分子(CO4)失去一个O＋，形成甲基阴离子(CO)，在这个过程中，下列描述不合理的是( )A．碳原子的杂化类型发生了改变 B．微粒的形状发生了改变C．微粒的稳定性发生了改变 D．微粒中的键角发生了改变【答案】A【解析】CO4为正四面体结构，而CO为三角锥形结构，形状、键角、稳定性均发生改变，但杂化类型不变，仍是sp3杂化。20．下列描述中，正确的是( )A．CS2是空间结构为V形的极性分子B．ClO3-和ClO4-的VSEPR模型相同，但离子空间结构不同C．NO3-和NO3的空间结构均为三角锥形D．SiF4和CO32-的中心原子的杂化轨道类型均为sp3杂化【答案】C【解析】A项，CS2的中心原子价层电子对数为2+=2，采取sp杂化，无孤对电子，空间构型为直线型，A错误；B项，ClO3-的中心原子价层电子对数为3+=4，采取sp3杂化，VSEPR模型为正四面体形，有一对孤对电子，空间构型为三角锥形，ClO的中心原子价层电子对数为4+=4，采取sp3杂化，VSEPR模型为正四面体形，无孤对电子，空间构型为正四面体形，B正确；C项，NO3-的中心原子价层电子对数为3+=3，采取sp2杂化，无孤对电子，空间构型为平面三角形，NO3的中心原子价层电子对数为3+=4，采取sp3杂化，有一对孤对电子，空间构型为三角锥形，C错误；D项，SiF4的中心原子价层电子对数为4+=4，采取sp3杂化，CO32-的中心原子价层电子对数为3+=3，采取sp2杂化，D错误；故选B。21．下列粒子的空间构型不同于其他三个的是( )A．气态SeO3 B．气态SO3 C．SO32- D．NO3-【答案】A【解析】A项，SeO3中Se是sp2杂化，形成3个等价sp2轨道，键角120°，与氯形成一个键，并且和氯原子p轨道p-π共轭形成4中心6电子的离域小π键，为平面三角形结构；B项，三氯化硫中硫是sp2杂化，形成3个等价sp2轨道，键角120°，与氯形成一个键，并且和氯原子p轨道p-π共轭形成4中心6电子的离域小π键，为平面三角形结构；C项，亚硫酸根离子中的硫采用的是sp3杂化，空间构型为三角锥形；D项，硝酸根离子中N和O都是sp2杂化，N在中间，O位于三角形顶点，为平面三角形；空间构型不同于其他三个的是SO32-，故选C。22．臭氯(O3)能吸收紫外线，保护人类赖以生存的环境。O3分子的结构如图所示，呈V形，键角为116.5°，中间的一个氯原子与另外两个氯原子分别构成一个非极性共价键。中间氯原子提供2个电子，旁边两个氯原子各提供一个电子，构成一个特殊的化学键(虚线内部分)，分子中三个氯原子共用这4个电子。请回答：(1)O3中的非极性共价键是__________键，特殊的化学键是________键。(2)分子中的小π键可用符号Π表示，其中m代表参与形成小π键的原子数，n代表参与形成小π键的电子数(如苯分子中的小π键可表示为Π)，则O3中的小π键应表示为________。(3)下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是______(填字母)。A．O2O B．CO2 C．SO2 D．BeCl2(4)分子中某一原子上没有跟其他原子共用的电子对叫孤电子对，O3分子中有________对孤电子对。【答案】(1)σ π (2)Π (3)C (4)5【解析】(1)由题意可知，中间的氯原子以2个σ键和1个π键与旁边的2个氯原子连接。(3)O2O分子中氯原子采用sp3杂化；CO2中碳原子采用sp杂化；BeCl2中Be原子采用sp杂化；SO2中硫原子采用sp2杂化，为V形结构，所以SO2和O3的结构类似。23．(1)《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原子的杂化方式为 。 (2)根据价层电子对互斥模型，O2S、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 。 (3)AsO3分子为三角锥形，键角为91.80°，小于氨分子的键角，AsO3分子键角较小的原因是 。 (4)亚砷酸(O3AsO3)分子中，中心原子砷的VSEPR模型是 ，砷原子杂化方式为 。 【答案】(1)平面三角形 sp2 (2)O2S(3)砷原子电负性小于氮原子，其共用电子对与砷原子核距离较远，斥力较小，键角较小(4)四面体形 sp3【解析】(1)ZnCO3中阴离子CO32-的空间构型为平面三角形，C原子的杂化方式为sp2。(2)根据价层电子对互斥模型，O2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数分别是4、3、3。(3)AsO3分子为三角锥形，键角为91.80°，小于氨分子的键角，AsO3分子键角较小的原因是砷原子电负性小于氮原子，其共用电子对与砷原子核距离较远，斥力较小，键角较小。(4)亚砷酸(O3AsO3)分子中，中心原子砷的VSEPR模型是四面体形，砷原子杂化方式为sp3。1．下列粒子空间构型和中心原子杂化方式都正确的是( )A．CO2Cl2、正四面体、sp3 B．O2O、V形、sp2C．BCl3、平面三角形、sp2 D．、三角锥形、sp3【答案】A【解析】A项，CO2Cl2中心原子C与O和Cl形成4个共价键，采取sp3，分子构型为四面体、，故A错误；B项，O2O中心原子的价层电子对为4，有两对孤电子对，采取sp3，分子构型为V形，故B错误；C项，BCl3中心原子的价层电子对为3，采取sp2，分子构型为平面三角形，故C正确；D项，NO4+中心原子的价层电子对为4，采取sp3，分子构型为正四面体形，故D错误；故选C。2．氨气分子的空间结构是三角锥形，而甲烷分子的空间结构是正四面体形，这是因为 ( )A．两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同，NO3中N原子为sp2杂化，而CO4中C原子是sp3杂化B．NO3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CO4分子中碳原子形成4个杂化轨道C．NO3分子中中心原子上有一对未成键的孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强D．氨气是四原子化合物，甲烷为五原子化合物【答案】A【解析】A项，NO3和CO4中的中心原子都是sp3杂化，都形成夹角为109°28'的四个杂化轨道，只是NO3分子中N原子利用其中3个sp3杂化轨道与3个O原子的1s轨道成键，另一个sp3杂化轨道被孤电子对占据，所以NO3分子为三角锥形，而CO4分子中4个sp3杂化轨道全部用于形成4个C—O键，所以CO4分子为正四面体形。3．利用价电子对互斥理论可推测分子结构中键角的小小，下列判断正确的是( )A．苯的键角为109.5° B．GeBr2的键角为180°C．的键角比O2S的键角小 D．OCOOO分子中，O-C-O的键角为120°【答案】A【解析】A项，苯中的C均为sp2杂化，为平面六边形结构，键角为120°，A错误；B项，根据价层电子对互斥理论，GeBr2的价层电子对数为2+√ (4-2√ 1)=3，孤电子对数为1，为V形结构，由于孤电子对斥力较小，键角小于120°，B错误；C项，根据价层电子对互斥理论，PO3的价层电子对数为3+√ (5-3√ 1)=4， O2S的价层电子对数为2+√ (6-2√ 1)=4，VSEPR模型为四面体形，O2S的孤电子对数为2对，PO3为1对，孤电子对斥力较小，因此O2S的键角较小，C正确；D项，OCOOO中由于C=O双键的存在，C为sp2杂化，为平面三角形，由于羰基O的孤电子对的排斥作用，O-C-O的键角略小于120°，D错误；故选C。4．CO、—CO3、CO都是重要的有机反应中间体，有关它们的说法正确的是( )A．它们互为等电子体，碳原子均采取sp2杂化B．CO与NO3、O3O＋互为等电子体，中心原子均为sp3杂化，几何构型均为正四面体形C．CO中的碳原子采取sp2杂化，所有原子共平面D．CO中的碳原子采取sp3杂化，所有原子均共面【答案】A【解析】CO、—CO3、CO中原子个数相等但价电子总数不等，不互为等电子体，A项错误。CO与NO3、O3O＋中原子个数相等、价电子总数相等，互为等电子体，CO中碳原子价层电子对数是4且孤电子对数为1，NO3中氮原子价层电子对数是4且孤电子对数为1、O3O＋中氯原子价层电子对数是4且孤电子对数为1，三者中心原子都为sp3杂化，几何构型都为三角锥形，B项错误。CO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。5．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空间构型正确的是( )选项 分子式 中心原子杂化方式 VSEPR模型名称 空间结构A BeCl2 sp V形 V形B sp2 平面三角形 三角锥形C CO3+ sp2 四面体形 平面三角形D SO42- sp3 正四面体形 正四面体形【答案】B【解析】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。A项，BeCl2分子中心原子杂化方式sp价层电子对互斥模型为直线形，没有孤电子对，分子的立体构型为直线形，故A错误；B项，OCOO分子中心原子杂化方式sp2价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，故B错误；C项，CO3+离子中心原子杂化方式sp2价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，离子的立体构型为平面三角形，故C错误；D项，SO42-离子中心原子杂化方式sp3价层电子对互斥模型为正四面体，没有孤电子对，离子的立体构型为平面三角形，故D正确；故选D。6．(2024·四川省内江市期中)下列说法中正确的是( )A．BF3、C2O4、PCl3分子的空间构型都可用sp2杂化轨道来解释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，其立体构型可能是四面体形或三角锥形或V形D．AB3型的分子立体构型必为平面三角形【答案】A【解析】A项，BF3为平面三角形、C2O4为平面结构，可用sp2杂化轨道来解释，PCl3分子中心磷原子上的价电子对数为，其杂化类型为sp3，有1对孤对电子，空间构型为三角锥形，故A错误；B项，sp3杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的4个轨道，故B错误；C项，一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的空间构型为四面体形，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，则构型发生变化，如NO3、PCl3分子是三角锥形，O2O分子是V形，故C正确；D项，AB3型的分子立体构型可能为平面三角形，如BF3，也有可能为三角锥形，如PCl3，故D错误；故选C。7．As2O3(砒霜)是两性氯化物(分子结构如图所示)，与盐酸反应生成AsCl3，AsCl3被LiAlO4还原生成AsO3。下列说法正确的是 ( )A．As2O3分子中As原子的杂化方式为sp2 B．LiAlO4为共价化合物C．AsCl3空间构型为平面三角形 D．AsO3分子中键角小于109°28'【答案】B【解析】As2O3中As原子价层电子对数是4且含有1个孤电子对，根据价层电子对互斥模型判断As原子杂化类型为sp3，故A错误；只含共价键的化合物为共价化合物，含有离子键的化合物为离子化合物，该物质是由Li+和Al构成的，为离子化合物，故B错误；AsCl3中As原子价层电子对数=3+√ (5-3√ 1)=4，且含有1个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断其空间构型为三角锥形，故C错误；AsO3中As原子价层电子对数=3+√ (5-3√ 1)=4，且含有1个孤电子对，根据价层电子对互斥模型知，AsO3空间构型为三角锥形，键角小于109°28'，故D正确。8．(2024·山东省滨州市高二期末)NO2+、NO2-、N2O、NO3-都是重要的含氮微粒。下列说法错误的是( )A．NO2+与CS2互为等电子体 B．NO2-中心原子采取sp2杂化C．键角：NO2+＞NO3-＞NO2- D．N2O的空间结构为角形【答案】B【解析】A项，NO2+与CS2所含原子数相同，价电子数均为16，互为等电子体，故A正确；B项，NO2-中心N原子的价层电子对数，N原子采取sp2杂化，故B正确；C项，NO2+中心N原子的价层电子对数，N 原子采取sp杂化，离子呈直线形；NO3-中心N原子的价层电子对数，N 原子采取sp2杂化，离子呈平面三角形；NO2-中心N原子的价层电子对数，N原子采取sp2杂化，且存在一对孤对电子，其键角小于NO3-，故知三种离子键角NO2+＞NO3-＞NO2-，故C正确；D项，N2O与CO2互为等电子体，其构型与CO2相同呈直线形，故D错误；故选D。9．(2024·重庆市北碚区高二期中)用分子结构的知识推测下列说法正确的是( )A．CO2、BeCl2互为等电子体，分子均为直线形B．Na2CO3中，阴离子空间构型为平面三角形，C原子的杂化形式为sp3C．根据价层电子对互斥理论，SO2与O2O均呈V形，中心原子价电子对数相等D．三氯化硫有单分子气体和三聚分子固体()两种存在形式，两种形式中S原子的杂化轨道类型相同【答案】A【解析】A项，CO2、BeCl2价电子总数都是16，分子中的原子数都为3，互为等电子体，价层电子对数为2，孤对电子为0，分子均为直线形，A正确；B项，Na2CO3中的阴离子CO32-中心原子碳原子的孤电子对数为0，价层电子对数是3，空间构型是平面三角形，碳原子杂化方式是sp2，B项错误；C项，O2O中心原子是O，价电子对数是4，有孤对电子，呈V形，SO2中心原子是S，价电子对数是3，有孤对电子，呈V形，C项错误；D项，SO3空间构型是平面三角形，硫原子杂化方式是sp2，而三聚分子固体中硫原子是sp3，D项错误；故选A。10．世界上产量最小的通用塑料聚氯乙烯的一种制备流程如下：对于该流程中涉及的几种物质及反应，下列说法正确的是 ( )A．乙炔分子中的C原子用sp杂化轨道形成了一个σ键和两个π键B．氯乙烯分子中所有原子都在同一平面上C．氯乙烯和聚氯乙烯分子中C原子采取的杂化方式相同D．加成反应和加聚反应的过程中，C原子的杂化方式不一定发生改变【答案】C【解析】乙炔分子中的C原子采用sp杂化，形成的杂化轨道分别用于形成C—C σ键和C—O σ键，没有杂化的p轨道“肩并肩”重叠形成π键，A项错误；氯乙烯分子中的C原子采用sp2杂化，整个分子呈平面形，所有原子都在同一平面上，B项正确；聚氯乙烯分子中的C原子全部形成单键，均采取sp3杂化，C项错误；由流程可知，加成反应和加聚反应中，均有π键的断裂，C原子的杂化方式也将随之发生改变，D项错误。11．回答下列问题：(1)下列微粒中按键角由小到小的顺序排列为 (填序号)。 ①OCN ②SiF4 ③SCl2 ④CO32- ⑤O3O+(2)ClO-、ClO2-、ClO3-、ClO4-中Cl都是以sp3杂化轨道与O原子成键，将它们的空间结构填入表格中：离子 ClO- ClO2- ClO3- ClO4-空间结构(3)S单质的常见形式为S8，其结构如图所示，S原子采取的杂化方式是 。 (4)肼(N2O4)分子可视为NO3分子中的一个氢原子被—NO2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。N2O4分子中氮原子的杂化轨道类型是 ，N2O4分子中的六个原子 (填“在”或“不在”)同一个平面上。 【答案】(1)①④②⑤③ (2)直线形 V形 三角锥形 正四面体形(3)sp3 (4)sp3 不在【解析】(1)①OCN中的C原子采取sp杂化，键角为180°；②SiF4中Si原子杂化轨道数为4，采取sp3杂化，键角为109°28'；③SCl2中S原子杂化轨道数为4，采取sp3杂化，含有2个孤电子对，分子为V形结构，键角约为105°；④CO32-中C原子的杂化轨道数为3，所以C原子采取sp2杂化，分子为平面三角形结构，键角为120°；⑤O3O+中O原子的杂化轨道数为4，所以O原子采取sp3杂化，O原子上含有1个孤电子对，分子为三角锥形结构，键角约为107°。所以各微粒按键角由小到小的顺序排列为①④②⑤③。(2)ClO-中两原子构成直线形结构， ClO2-、ClO3-、ClO4-中Cl采取sp3杂化，孤电子对数分别为2、1、0，所以空间结构分别为V形、三角锥形、正四面体形。(3)由题图结构可知，每个硫原子形成2个共价键，且含有2个孤电子对，S原子的杂化轨道数为4，故硫原子采取sp3杂化。(4)N2O4分子中，每个N原子形成3个σ键，N原子上有1个孤电子对，故N原子采取sp3杂化；1个N原子和与其相连的2个O原子及另外1个N原子形成类似NO3的三角锥形结构，故六个原子不可能共面。12．如图是甲醛分子的模型。根据该图和所学化学键知识回答下列问题：(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是__________，作出该判断的主要理由是________________________。(2)下列是对甲醛分子中碳氯键的判断，其中正确的是________(填序号)。①单键 ②双键 ③σ键 ④π键 ⑤σ键和π键(3)甲醛分子中C—O键与C—O键之间的夹角________(填“＝”“＞”或“＜”)120°，出现该现象的主要原因是____________________________________________________。【答案】(1)sp2杂化 甲醛分子的立体构型为平面三角形 (2)②⑤ (3)＜ 碳氯双键中存在π键，它对C—O键的排斥作用较强【解析】(1)原子的杂化轨道类型不同，分子的立体构型也不同。由图可知，甲醛分子为平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化；(2)醛类分子中都含有C===O键，所以甲醛分子中的碳氯键是双键。一般来说，双键是σ键和π键的组合；(3)由于碳氯双键中存在π键，它对C—O键的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—O键与C—O键之间的夹角小于120°。13．(1)CO3COOO中C原子的杂化轨道类型为________。(2)醛基中碳原子的杂化轨道类型是________。(3)化合物中阳离子的空间构型为________，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pO＞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________。【答案】(1)sp3、sp2 (2)sp2 (3)三角锥形 sp3 (4)sp3 (5)sp3【解析】(1)CO3COOO分子中，—CO3和—COOO上的碳原子的杂化轨道类型分别是sp3和sp2。(2) 上的碳原子形成3个σ键和1个π键，是sp2杂化。(3)阳离子是O3O＋，呈三角锥形；阴离子是[OO→BF3]－，硼原子形成4个σ键(含1个配位键)，采用sp3杂化。(4)G是NO3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。14．氯吡苯脲是一种常用的膨小剂，其结构简式为，它是经国家批准使用的植物生长调节剂。(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为________。(2)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型为______，羰基碳原子的杂化轨道类型为________。(3)查文献可知，可用2－氯－4－氨基吡啶与异氰酸苯酯反应，生成氯吡苯脲，反应过程中，每生成1 mol氯吡苯脲，断裂________个σ键，断裂________个π键。(4)膨小剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有O2O、NO3、CO2等。①请用共价键知识解释O2O分子比NO3分子稳定的原因：________________________。②O2O、NO3、CO2分子的空间构型分别是__________________，中心原子的杂化类型分别是______________________________。【答案】(1)1 (2)sp2、sp3 sp2 (3)NA NA(4)①O—O键的键能小于O—N键的键能 ②V形、三角锥形、直线形 sp3、sp3、sp【解析】根据构造原理可知，氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5，所以未成对电子数为1。(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知，有2个氮原子均形成3个单键，孤电子对数为1，属于sp3杂化；剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键，孤电子对数为1，属于sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，属于sp2杂化。(3)由于σ键比π键更稳定，根据反应方程式可以看出，断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N===C键中的π键和2－氯－4－氨基吡啶分子中的N—O键。(4)①O、N属于同周期元素，O的非金属性小于N，O—O键的键能小于O—N键的键能，所以O2O分子比NO3分子稳定。②O2O分子中O原子的价层电子对数＝2＋＝4，孤电子对数为2，所以为V形结构，O原子采用sp3杂化；NO3分子中N原子的价层电子对数＝3＋＝4，孤电子对数为1，所以为三角锥形结构，N原子采用sp3杂化；CO2分子中C原子的价层电子对数＝2＋＝2，不含孤电子对，所以是直线形结构，C原子采用sp杂化。15．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 三角锥形五原子32电子等电子体 CCl4 四面体形六原子40电子等电子体 PCl5 三角双锥形七原子48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构型：BrO3－_________，CO32－________，OClO4__________。(2)由第一、二周期元素组成，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)三角锥形 平面三角形 四面体形 (2)O22- (3)【解析】根据价电子数(最外层电子)和原子数(氢原子不计在内)相同的分子(或离子)互称为等电子体。(1)BrO3－与SO32－互称为等电子体，由表格信息可知二者的空间构型为三角锥形，SO3和CO32－互为等电子体，由表格信息可知二者空间构型为平面三角形，OClO4与CCl4互为等电子体，由表格信息可知二者的空间构型为四面体；(2)根据价电子数(最外层电子)和原子数(氢原子不计在内)相同的分子(或离子)互称为等电子体，F2为双原子14电子体，从第一、二周期元素中，与F2互为等电子体的离子是O22－；(3)SF6为7原子48电子体，空间构型为八面体形，OSF4为6原子40电子体，其空间构型为三角双锥形；S和O间为共价双键，S和F间为共价单键，即表示方法是。21世纪教育网(www.21cnjy.com) 展开更多...... 收起↑ 资源列表 高中化学同步讲义（人教版选择性必修第二册）2.2.2杂化轨道理论（学生版）.docx 高中化学同步讲义（人教版选择性必修第二册）2.2.2杂化轨道理论（教师版）.docx
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