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第一课时　分子的空间结构模型
学习目标　1.了解杂化轨道理论，能用杂化轨道理论解释或预测一些分子或离子的空间结构。2.知道一些常见简单分子的空间结构(如甲烷、氨分子、苯、乙烯等)。
一、杂化轨道理论
(一)甲烷分子的形成
1.碳原子杂化轨道的形成
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”起来，形成__________相等、成分相同的4个________________，可表示为
2.C—H共价键的形成
碳原子的4个________________分别与4个H原子的______轨道重叠形成4个相同的________键。
3.CH4分子的空间结构
(1)键角：多原子分子中，共价键之间的夹角。
(2)CH4分子空间结构。
甲烷分子中的4个C—H键是等同的，C—H键之间的键角都是____________，形成正四面体结构的分子。
(二)杂化轨道
1.轨道杂化与杂化轨道
(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重新组合形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化。
(2)杂化轨道：重新组合后的新的原子轨道叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。
(3)轨道杂化的过程：________→________→____________。
2.杂化轨道理论要点归纳
(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，孤立的原子是不可能发生杂化的。
(3)只有能量相近的轨道才能杂化(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)杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布。故杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但杂化轨道的形状完全相同。
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形成杂化轨道
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.杂化轨道中不一定只有一个电子
2.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，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原理
D.CH4分子中任意两个C—H键的夹角均为109°28′
二、杂化轨道理论的应用
1.解释BF3、BeCl2分子的形成
(1)BF3分子的形成
①在形成BF3分子的过程中，硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道中，1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成能量____________、成分________的3个sp2杂化轨道。
②B原子的三个sp2杂化轨道间的夹角为120°，3个sp2杂化轨道分别与F原子2p轨道形成σ键，因此BF3具有平面____________结构，F原子位于正三角形的三个________，B原子位于分子________。
③B原子sp2杂化轨道形成如下所示。
(2)BeCl2分子的形成
①在形成气态BeCl2分子的过程中，Be的1个2s电子进入2p轨道，Be原子的1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量________、成分________的2个sp杂化轨道。
②Be原子的2个sp杂化轨道间的夹角为180°，2个sp杂化轨道分别与Cl原子的3p轨道形成σ键，因此BeCl2为____________结构。
③形成过程如下图所示：
2.解释乙烯、乙炔分子中的成键情况
(1)乙烯分子中的成键情况
①在乙烯分子中，C原子采取________杂化，形成3个杂化轨道，两个碳原子各以1个杂化轨道互相重叠，形成1个C—C σ键，每个C原子的另外两个杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道重叠，形成2个C—H σ键，这样形成的5个键在同一平面上，此外每个C原子还剩下1个未杂化的2p轨道，它们发生重叠，形成1个________键。
②结构示意图如下：
(2)乙炔分子中的成键情况
①在乙炔分子中，碳原子采取________杂化，形成2个杂化轨道，两个碳原子各以1个杂化轨道互相重叠，形成1个C—C σ键，每一个碳原子又各以1个杂化轨道分别与1个氢原子形成C—H σ键，这样形成的3个键在同一直线上，此外每个碳原子还有2个未杂化的2p轨道，它们发生重叠，形成2个________键。
②结构示意图如下：
3.分子的空间结构与杂化类型的关系
(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(实例如下表)。
分子 杂化轨道构型 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)
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.下列分子中的碳原子采用sp2杂化的是(　　)
A.C2H2 B.CS2
C.HCHO D.C3H8
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
【题后归纳】
中心原子杂化轨道类型的判断
(1)根据杂化轨道数判断
若杂化轨道数为4，则中心原子sp3杂化；若杂化轨道数为3，则中心原子sp2杂化；若杂化轨道数为2，则中心原子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是109°28′，则中心原子sp3杂化；
若杂化轨道之间的夹角是120°，则中心原子sp2杂化；
若杂化轨道之间的夹角是180°，则中心原子sp杂化。
(3)根据有机物中碳原子化学键类型判断
饱和碳原子采取sp3杂化；双键碳原子采取sp2杂化；三键碳原子采取sp杂化。
1.下列有关sp杂化轨道的叙述正确的是(　　)
A.是由一个1s轨道和一个2p轨道线性组合而成
B.sp杂化轨道中的两个杂化轨道完全相同
C.sp杂化轨道可与其他原子轨道形成σ键和π键
D.sp杂化轨道有两个，一个能量高，另一个能量低
2.关于原子轨道的说法正确的是(　　)
A.凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体
B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合形成
C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组新轨道
D.凡AB3型的共价化合物，其中中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
3.在乙炔分子中有3个σ键、两个π键，它们分别是(　　)
A.sp杂化轨道形成σ键、未杂化的两个2p轨道形成两个π键，且互相垂直
B.sp杂化轨道形成σ键、未杂化的两个2p轨道形成两个π键，且互相平行
C.C—H之间是sp形成的σ键，C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
D.C—C之间是sp形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π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.sp、sp3
5.小明同学上网查阅了如下资料：
中心原子杂化类型的判断方法：(1)公式：n＝(中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数)÷2。说明：配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数看为0；当电荷数为正值时，公式中取“－”号，当电荷数为负值时，公式中取“＋”号。(2)根据n值判断杂化类型：当n＝2时为sp杂化，n＝3时为sp2杂化，n＝4时为sp3杂化。
请运用该方法计算下列微粒的n值，并判断中心原子的杂化类型。
①NH3：n＝________，________杂化。
②NO：n＝________，________杂化。
③NH：n＝________，________杂化。
④SO2：n＝________，________杂化。
第一课时　分子的空间结构模型
一、(一)1.1　3　能量　sp3杂化轨道　2.sp3杂化轨道　1s　σ 3.(2)109°28′
(二)1.(3)激发　杂化　轨道重叠
对点训练
1.A　[参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大，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；杂化轨道可使电子云重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；杂化轨道中也可以有一对孤电子对(如NH3)，故D项正确。]
2.B　[原子轨道形成杂化轨道前后，轨道数目不变，用于形成杂化轨道的原子轨道的能量相近，故选B。]
二、1.(1)①相等　相同　②三角形　顶点　中心(2)①相等　相同　②直线形　2.(1)①sp2　π　(2)①sp　π
对点训练
1.C　[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3，为sp2杂化。]
2.C　[A项，C2H2的结构式为H—C≡C—H，碳原子形成三键，为sp杂化；B项，CS2的结构式为S===C===S，碳原子形成两个双键，为sp杂化；C项，HCHO的结构式为，碳原子形成一个双键，为sp2杂化；D项，C3H8的结构简式为CH3—CH2—CH3，分子中的碳原子均为饱和碳原子，均为sp3杂化。]
3.A　[sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形。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。]
课堂达标训练
1.B　[sp杂化轨道是同一原子内同一电子层，能量相近的轨道发生的杂化，A项错误；不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新的轨道，所形成两个能量等同的sp杂化轨道，B项正确、D项错误；杂化轨道用于形成σ键，未杂化的轨道形成π键，不是杂化轨道形成π键，C项错误。]
2.C　[凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型不一定都是正四面体，如NH3，属于三角锥形，A错误；sp3杂化轨道指一个原子同一电子层内由一个ns轨道和三个np轨道发生杂化形成的轨道，不是不同原子的杂化，B错误；sp3杂化轨道的定义就是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组新轨道，C正确；比如SO3属于sp2杂化，D错误。]
3.A　[碳原子形成乙炔时，一个2s轨道和一个2p轨道杂化形成两个sp杂化轨道，另外2个2p轨道保持不变。其中一个sp杂化轨道与H原子的1s轨道“头碰头”重叠形成C—H σ键，另外一个sp杂化轨道与另外一个碳原子的sp杂化轨道“头碰头”重叠形成C—C σ键，碳原子剩余的两个p轨道则肩并肩重叠形成两个C—C π键，且这两个π键相互垂直，因此选项A正确。]
4.C　[中间碳原子有一个双键，形成双键用去一个p轨道，为sp2杂化；两边的碳原子为饱和碳原子，形成4个σ键，为sp3杂化。]
5.①4　sp3　②3　sp2　③4　sp3　④3　sp2
解析　①NH3中n＝＝4，N为sp3杂化。
②NO中n＝＝3，N为sp2杂化。
③NH中n＝＝4，N为sp3杂化。
④SO2中n＝＝3，S为sp2杂化。(共70张PPT)
第一单元 分子的空间结构
专题4 分子空间结构与物质性质
第一课时　分子的空间结构模型
1.了解杂化轨道理论，能用杂化轨道理论解释或预测一些分子或离子的空间结构。
2.知道一些常见简单分子的空间结构(如甲烷、氨分子、苯、乙烯等)。
学习目标
一、杂化轨道理论
二、杂化轨道理论的应用
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、杂化轨道理论
对点训练
(一)甲烷分子的形成
1.碳原子杂化轨道的形成
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”起来，形成______相等、成分相同的4个________________，可表示为
1
3
能量
sp3杂化轨道
2.C—H共价键的形成
碳原子的4个________________分别与4个H原子的______轨道重叠形成4个相同的____键。
3.CH4分子的空间结构
(1)键角：多原子分子中，共价键之间的夹角。
(2)CH4分子空间结构。
甲烷分子中的4个C—H键是等同的，C—H键之间的键角都是__________，形成正四面体结构的分子。
sp3杂化轨道
1s
σ
109°28′
(二)杂化轨道
1.轨道杂化与杂化轨道
(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重新组合形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化。
(2)杂化轨道：重新组合后的新的原子轨道叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。
(3)轨道杂化的过程：______→______→__________。
激发
杂化
轨道重叠
2.杂化轨道理论要点归纳
(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，孤立的原子是不可能发生杂化的。
(3)只有能量相近的轨道才能杂化(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)杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布。故杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但杂化轨道的形状完全相同。
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形成杂化轨道
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.杂化轨道中不一定只有一个电子
解析　参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大，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；杂化轨道可使电子云重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；杂化轨道中也可以有一对孤电子对(如NH3)，故D项正确。
A
2.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，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原理
D.CH4分子中任意两个C—H键的夹角均为109°28′
解析　原子轨道形成杂化轨道前后，轨道数目不变，用于形成杂化轨道的原子轨道的能量相近，故选B。
B
二、杂化轨道理论的应用
对点训练
1.解释BF3、BeCl2分子的形成
(1)BF3分子的形成
①在形成BF3分子的过程中，硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道中，1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成能量______、成分______的3个sp2杂化轨道。
②B原子的三个sp2杂化轨道间的夹角为120°，3个sp2杂化轨道分别与F原子2p轨道形成σ键，因此BF3具有平面________结构，F原子位于正三角形的三个______，B原子位于分子______。
相等
相同
三角形
顶点
中心
③B原子sp2杂化轨道形成如下所示。
(2)BeCl2分子的形成
①在形成气态BeCl2分子的过程中，Be的1个2s电子进入2p轨道，Be原子的1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量______、成分______的2个sp杂化轨道。
②Be原子的2个sp杂化轨道间的夹角为180°，2个sp杂化轨道分别与Cl原子的3p轨道形成σ键，因此BeCl2为________结构。
相等
相同
直线形
③形成过程如下图所示：
2.解释乙烯、乙炔分子中的成键情况
(1)乙烯分子中的成键情况
①在乙烯分子中，C原子采取____杂化，形成3个杂化轨道，两个碳原子各以1个杂化轨道互相重叠，形成1个C—C σ键，每个C原子的另外两个杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道重叠，形成2个C—H σ键，这样形成的5个键在同一平面上，此外每个C原子还剩下1个未杂化的2p轨道，它们发生重叠，形成1个 键。
sp2
π
②结构示意图如下：
(2)乙炔分子中的成键情况
①在乙炔分子中，碳原子采取______杂化，形成2个杂化轨道，两个碳原子各以1个杂化轨道互相重叠，形成1个C—C σ键，每一个碳原子又各以1个杂化轨道分别与1个氢原子形成C—H σ键，这样形成的3个键在同一直线上，此外每个碳原子还有2个未杂化的2p轨道，它们发生重叠，形成2个____键。
sp
π
②结构示意图如下：
3.分子的空间结构与杂化类型的关系
(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(实例如下表)。
分子 杂化轨道构型 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)
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
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3，为sp2杂化。
C
2.下列分子中的碳原子采用sp2杂化的是(　　)
A.C2H2 B.CS2
C.HCHO D.C3H8
C
3.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是(　　)
A
【题后归纳】
中心原子杂化轨道类型的判断
(1)根据杂化轨道数判断
若杂化轨道数为4，则中心原子sp3杂化；若杂化轨道数为3，则中心原子sp2杂化；若杂化轨道数为2，则中心原子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是109°28′，则中心原子sp3杂化；
若杂化轨道之间的夹角是120°，则中心原子sp2杂化；
若杂化轨道之间的夹角是180°，则中心原子sp杂化。
(3)根据有机物中碳原子化学键类型判断
饱和碳原子采取sp3杂化；双键碳原子采取sp2杂化；三键碳原子采取sp杂化。
课堂达标训练
1.下列有关sp杂化轨道的叙述正确的是(　　)
A.是由一个1s轨道和一个2p轨道线性组合而成
B.sp杂化轨道中的两个杂化轨道完全相同
C.sp杂化轨道可与其他原子轨道形成σ键和π键
D.sp杂化轨道有两个，一个能量高，另一个能量低
解析　sp杂化轨道是同一原子内同一电子层，能量相近的轨道发生的杂化，A项错误；不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新的轨道，所形成两个能量等同的sp杂化轨道，B项正确、D项错误；杂化轨道用于形成σ键，未杂化的轨道形成π键，不是杂化轨道形成π键，C项错误。
B
2.关于原子轨道的说法正确的是(　　)
A.凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体
B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合形成
C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组新轨道
D.凡AB3型的共价化合物，其中中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
C
解析　凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型不一定都是正四面体，如NH3，属于三角锥形，A错误；sp3杂化轨道指一个原子同一电子层内由一个ns轨道和三个np轨道发生杂化形成的轨道，不是不同原子的杂化，B错误；sp3杂化轨道的定义就是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组新轨道，C正确；比如SO3属于sp2杂化，D错误。
3.在乙炔分子中有3个σ键、两个π键，它们分别是(　　)
A.sp杂化轨道形成σ键、未杂化的两个2p轨道形成两个π键，且互相垂直
B.sp杂化轨道形成σ键、未杂化的两个2p轨道形成两个π键，且互相平行
C.C—H之间是sp形成的σ键，C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
D.C—C之间是sp形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
解析　碳原子形成乙炔时，一个2s轨道和一个2p轨道杂化形成两个sp杂化轨道，另外2个2p轨道保持不变。其中一个sp杂化轨道与H原子的1s轨道“头碰头”重叠形成C—H σ键，另外一个sp杂化轨道与另外一个碳原子的sp杂化轨道“头碰头”重叠形成C—C σ键，碳原子剩余的两个p轨道则肩并肩重叠形成两个C—C π键，且这两个π键相互垂直，因此选项A正确。
A
C
5.小明同学上网查阅了如下资料：
中心原子杂化类型的判断方法：
(1)公式：n＝(中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数)÷2。
说明：配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数看为0；当电荷数为正值时，公式中取“－”号，当电荷数为负值时，公式中取“＋”号。
(2)根据n值判断杂化类型：当n＝2时为sp杂化，n＝3时为sp2杂化，n＝4时为sp3杂化。
4
sp3
3
sp2
4
sp3
3
sp2
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有一个选项符合题意
1.下列说法错误的是(　　)
A.第ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和1个C原子的2p轨道混合起来而形成的
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
B
解析　第ⅠA族元素的外围电子排布式为ns1，由于只有1个ns电子，因此不可能形成杂化轨道；H2O分子中的氧原子采取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；由于np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。
2.下列中心原子的杂化轨道类型和分子几何构型均不正确的是(　　)
A.CCl4中C原子sp3杂化，为正四面体形
B.BF3中B原子sp2杂化，为平面三角形
C.CS2中C原子sp杂化，为直线形
D.H2S分子中，S为sp杂化，为直线形
D
3.下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是(　　)
A.杂化轨道全部参与形成化学键
B.杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变
C.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角大小关系为sp3＜sp2＜sp
D.部分四面体形、三角锥形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
A
解析　杂化轨道可以部分参与形成化学键，例如NH3中N发生了sp3杂化，形成了4个sp3杂化轨道，但是只有3个参与形成化学键，A项错误；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，B项正确；sp3、sp2、sp杂化轨道的空间构型分别是正四面体形、平面三角形、直线形，所以其夹角分别为109°28′、120°、180°，C项正确；部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释，如甲烷分子、氨气分子、水分子，D项正确。
4.乙烯分子中含有4个C—H键和1个C===C键，6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是(　　)
①每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化，形成两个sp杂化轨道　②每个C原子的2s轨道与2个2p轨道杂化，形成3个sp2杂化轨道　③每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化，形成4个sp3杂化轨道　④每个C原子的3个外围电子占据3个杂化轨道，1个外围电子占据1个2p轨道
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
B
解析　乙烯分子中键角为120°，为sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，1个外围电子占据1个2p轨道，2个C原子成键时形成1个π键，②④正确。
5.下列分子或离子的中心原子采用sp3杂化的是(　　)
B
B
7.下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间构型为直线形，且分子中没有形成π键的是(　　)
A.CH≡CH B.CO2
C.BeCl2 D.BBr3
C
解析　CH≡CH和CO2中的C原子均采取sp杂化，且都含有π键；BeCl2分子中Be采取sp杂化，没形成π键；BBr3中B原子采取sp2杂化，且没有π键。
C
9.下列分子所含原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是(　　)
A
解析　乙醛中甲基的碳原子采取sp3杂化，醛基中碳原子采取sp2杂化；丙烯腈中碳碳双键的两个碳原子采取sp2杂化，另一个碳原子采取sp杂化；甲醛中碳原子采取sp2杂化；丙炔中甲基碳原子采取sp3杂化，碳碳三键中两个碳原子采取sp杂化。
10.形成下列分子时，中心原子采用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是(　　)
①PF3　②CF4　③NH3　④H2O
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
解析　PF3、CF4、NH3、H2O分子中P原子、C原子、N原子、O原子都采取sp3杂化， NH3和H2O分子中H原子以1s轨道与N和O原子形成σ键，PF3和CF4分子中F原子以2p轨道分别与P和C原子形成σ键。
A
11.(2023·景德镇一中高二期中)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似，也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是(　　)
A.其熔点主要取决于所含化学键的键能
B.形成大π键的电子全部由N提供
C.分子中B和N的杂化方式相同
D.分子中所有原子共平面
A
解析　无机苯是分子晶体，其熔点主要取决于分子间的作用力，A错误；B原子最外层3个电子，与其他原子形成3个σ键，N原子最外层5个电子，与其他原子形成3个σ键，还剩余2个电子，故形成大π键的电子全部由N原子提供，B正确；无机苯结构与苯类似，分子中含有大π键，故分子中B、N原子的杂化方式均为sp2杂化，所以分子中所有原子共平面，C、D正确。
12.合成某种滴眼液的原料4－二甲氨基吡啶的结构如图所示。下列说法错误的是(　　)
C
A.该物质中C原子的杂化方式有sp2、sp3
B.该物质中N原子的杂化方式有sp2、sp3
C.1 mol该物质中含σ键的数目为15NA(NA表示阿伏加德罗常数
的值)
D.该物质的分子中所有C、N原子不可能在同一平面内
13.化合物A是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式如图所示：
B
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
解析　A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键，氮原子有一对孤电子对而碳原子没有，故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化，A项错误、B项正确；A分子中有一个碳氧双键，故有12对共用电子对、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。
A
A.直线形　sp B.V形　sp
C.平面三角形　sp2 D.平面三角形　sp3
15.指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式和空间构型。
(1)SO2分子中的S采用________杂化，空间构型为________。
(2)BeH2分子的中Be采用________杂化，分子结构式为____________，空间构型为________。
sp2
V形
sp
H—Be—H
直线形
(3)BBr3分子中的B采用________杂化，分子的结构式为______________，空间构型为______________。
(4)PH3分子中的P采用________杂化，分子的结构式为________________，空间构型为_________。
sp2
平面正三角形
sp3
三角锥形
16.已知三聚氰胺的结构简式如图所示：
三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体，请回答下列问题：
(1)写出基态碳原子的电子排布式：________。
1s22s22p2
(2)氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺环上的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂化方式分别是________、________、________。
(3)一个三聚氰胺分子中有________个σ键。
sp
sp2
sp3
15
解析　(2)—C≡N中的N原子、三聚氰胺环上的N原子、—NH2中的N原子分别参与形成1、2、3个σ键且均有一对未成键的孤电子对，所以分别采取sp、sp2、sp3杂化。(3)三聚氰胺分子中除每个双键上有1个σ键外，其余共价单键均为σ键。
B级　素养培优练
17.(2023·唐山开滦一中高二期末)氨基酸是构成人体必备蛋白质的基础，某氨基酸的结构简式如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.该分子中氮原子的杂化类型为sp2杂化
B.该分子氧原子的杂化类型为sp3、sp2杂化
C.该分子中碳原子的杂化类型有sp、sp2和sp3杂化
D.键的极性大小：N—H>O—H>F—H
B
解析　氮原子全部形成单键，为sp3杂化，A错误；—OH中氧原子为sp3杂化，双键氧原子为sp2杂化，B正确；由结构简式可知，该有机物不含有三键碳原子，碳原子的杂化方式不可能有sp杂化，C错误；形成共价键的两元素的电负性差值越大，键的极性越大，故键的极性大小：N—H＜O—H＜F—H，D错误。
D
19.化合物YX2、ZX2中X、Y、Z都是短周期元素，X与Y同周期，Y与Z同主族，Y原子的最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数；X原子最外层的p轨道中有一个轨道填充了2个电子。
(1)X元素基态原子的电子排布式是____________，Y原子的外围电子的轨表示
式是______________。
1s22s22p4
(2)YX2分子的空间构型是________。
(3)YX2分子中，Y原子的杂化轨道类型是________，1个YX2分子中含有________个π键。
直线形
sp
2
解析　Y属于短周期元素，Y原子的最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数，可判断p轨道上有2个电子，则Y为碳元素；X原子最外层的p轨道中有一个轨道填充了2个电子，则p轨道上有4个电子，根据X与Y同周期可知X为氧元素；sp杂化得到夹角为180° 的直线形杂化轨道，所以CO2分子的空间构型为直线形，Y原子的杂化类型为sp；双键中一个是σ键，一个是π键，CO2的结构式为O===C===O，故1个CO2分子中含有2个π键。
20.乙炔(C2H2)和丙烯腈(CH2===CHCN)是有机合成工业的重要原料。工业上曾用CaC2和H2O反应制取乙炔，用乙炔和氢氰酸(HCN)在氯化亚铜等催化作用下生产丙烯腈。
(1)Cu的基态核外电子排布式为________________________________。Cu元素在周期表中的位置为________________。
(2)基态N原子第一电离能比基态O原子________(填“高”“低”或“相等”)。
1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
第4周期ⅠB族　
高
解析　(2)同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势，但N为ⅤA族元素，p轨道半充满，较稳定，不易失去电子，则第一电离能比O大。
(3)C2H2的空间结构为________。
(4)丙烯腈分子中碳原子的杂化轨道类型为__________。
直线形
sp2和sp　
解析　(3)C2H2中C原子采取sp杂化，空间结构为直线形。(4)丙烯腈分子结构为CH2===CH—C≡N，所以C===C键上的两个C原子采用sp2杂化，C≡N键上的C原子采用sp杂化。
(5)1 mol丙烯腈分子中含π键的数目为________。
(6)丙烯腈(CH2===CHCN)分子中共面的原子数目最多为________。
3NA
7
解析　(5)丙烯腈分子结构为CH2===CH—C≡N，含有3个C—H键、1个C===C键、1个C≡N键，一个双键含有1个π键，一个三键含有2个π键，1 mol丙烯腈分子中含π键的数目为3NA。(6)丙烯腈分子结构为CH2===CH—C≡N，C===C键相接的6个原子共平面，C≡N键上相接的3个原子共直线，丙烯腈(CH2===CHCN)分子中共面的原子数目最多为7。作业13　分子的空间结构模型
(分值:95分)
A级　合格过关练
选择题只有一个选项符合题意(1~14题,每题4分,共56分)
1.下列说法错误的是 (　　)
第ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和1个C原子的2p轨道混合起来而形成的
孤电子对有可能参加杂化
s轨道和p轨道杂化不可能有sp4出现
2.下列中心原子的杂化轨道类型和分子几何构型均不正确的是 (　　)
CCl4中C原子sp3杂化,为正四面体形
BF3中B原子sp2杂化,为平面三角形
CS2中C原子sp杂化,为直线形
H2S分子中,S为sp杂化,为直线形
3.下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是 (　　)
杂化轨道全部参与形成化学键
杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角大小关系为sp3部分四面体形、三角锥形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
4.乙烯分子中含有4个C—H键和1个CC键,6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是 (　　)
①每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化,形成两个sp杂化轨道　②每个C原子的2s轨道与2个2p轨道杂化,形成3个sp2杂化轨道　③每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化,形成4个sp3杂化轨道
④每个C原子的3个外围电子占据3个杂化轨道,1个外围电子占据1个2p轨道
①③ ②④
①④ ②③
5.下列分子或离子的中心原子采用sp3杂化的是 (　　)
①NF3　②C2H4　③C6H6　④N
①②④ ①④
②③ ③④
6.有机物H3CHH—≡CH中标有“*”的碳原子的杂化方式依次为 (　　)
sp、sp2、sp3 sp3、sp2、sp
sp2、sp、sp3 sp3、sp、sp2
7.下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化,分子的空间构型为直线形,且分子中没有形成π键的是 (　　)
CH≡CH CO2
BeCl2 BBr3
8.BF3是典型的平面三角形分子,它溶于氢氟酸或NaF溶液中都形成B,则BF3和B中B原子的杂化轨道类型分别是 (　　)
sp2、sp2 sp3、sp3
sp2、sp3 sp、sp2
9.下列分子所含原子中,既有sp3杂化,又有sp2杂化的是 (　　)
10.形成下列分子时,中心原子采用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是 (　　)
①PF3　②CF4　③NH3　④H2O
①② ②③
③④ ①④
11.(2023·景德镇一中高二期中)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是 (　　)
其熔点主要取决于所含化学键的键能
形成大π键的电子全部由N提供
分子中B和N的杂化方式相同
分子中所有原子共平面
12.合成某种滴眼液的原料4-二甲氨基吡啶的结构如图所示。下列说法错误的是 (　　)
该物质中C原子的杂化方式有sp2、sp3
该物质中N原子的杂化方式有sp2、sp3
1 mol该物质中含σ键的数目为15NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
该物质的分子中所有C、N原子不可能在同一平面内
13.化合物A是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式如图所示: ,下列说法正确的是 (　　)
碳、氮原子的杂化类型相同
氮原子与碳原子分别为sp3杂化与sp2杂化
1 mol A分子中所含σ键的数目为10NA
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
14.氮的最高价氧化物为无色晶体,它由N和N构成,已知其阴离子结构为平面三角形,阳离子中氮的杂化方式为sp,则其阳离子的结构和阴离子中氮的杂化方式为 (　　)
直线形　sp V形　sp
平面三角形　sp2 平面三角形　sp3
15.(11分)指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式和空间构型。
(1)(2分)SO2分子中的S采用　　　　杂化,空间构型为　　　　。
(2)(3分)BeH2分子的中Be采用　　　　杂化,分子结构式为　　　　,空间构型为　　　　。
(3)(3分)BBr3分子中的B采用　　　　杂化,分子的结构式为　　　　,空间构型为　　　　。
(4)(3分)PH3分子中的P采用　　　　杂化,分子的结构式为　　　　,空间构型为　　　　。
16.(6分)已知三聚氰胺的结构简式如图所示:
三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体,请回答下列问题:
(1)(1分)写出基态碳原子的电子排布式:　　　　。
(2)(3分)氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺环上的氮原子和氨基中的氮原子,这三种氮原子的杂化方式分别是　　　　、　　　　、　　　　。
(3)(2分)一个三聚氰胺分子中有　　　　个σ键。
B级　素养培优练
(17~18题,每题4分,共8分)
17.(2023·唐山开滦一中高二期末)氨基酸是构成人体必备蛋白质的基础,某氨基酸的结构简式如图所示。下列有关说法正确的是 (　　)
该分子中氮原子的杂化类型为sp2杂化
该分子氧原子的杂化类型为sp3、sp2杂化
该分子中碳原子的杂化类型有sp、sp2和sp3杂化
键的极性大小:N—H>O—H>F—H
18.氯仿(CHCl3)常因保存不当而被氧化,产生剧毒物光气(COCl2,结构式为):2CHCl3+O22HCl+2COCl2。下列说法正确的是 (　　)
CHCl3分子的空间结构为正四面体形
COCl2分子的中心原子采取sp杂化
CHCl3分子中的中心原子采用sp2杂化
氯仿转化为光气的过程中,中心原子的杂化轨道类型发生了变化
19.(7分)化合物YX2、ZX2中X、Y、Z都是短周期元素,X与Y同周期,Y与Z同主族,Y原子的最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数;X原子最外层的p轨道中有一个轨道填充了2个电子。
(1)(4分)X元素基态原子的电子排布式是　　　　　　　　　　　　　　　　, Y原子的外围电子的轨道表示式是　　　　。
(2)(1分)YX2分子的空间构型是　　　　。
(3)(2分)YX2分子中,Y原子的杂化轨道类型是　　　　,1个YX2分子中含有　　　　个π键。
20.(7分)乙炔(C2H2)和丙烯腈(CH2CHCN)是有机合成工业的重要原料。工业上曾用CaC2和H2O反应制取乙炔,用乙炔和氢氰酸(HCN)在氯化亚铜等催化作用下生产丙烯腈。
(1)(2分)Cu的基态核外电子排布式为　　　　。Cu元素在周期表中的位置为　　　　。
(2)(1分)基态N原子第一电离能比基态O原子　　　　(填“高”“低”或“相等”)。
(3)(1分)C2H2的空间结构为　　　　。
(4)(1分)丙烯腈分子中碳原子的杂化轨道类型为　　　　。
(5)(1分)1 mol丙烯腈分子中含π键的数目为　　　　。
(6)(1分)丙烯腈(CH2CHCN)分子中共面的原子数目最多为　　　　。
作业13　分子的空间结构模型
1.B　[第ⅠA族元素的外围电子排布式为ns1，由于只有1个ns电子，因此不可能形成杂化轨道；H2O分子中的氧原子采取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；由于np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。]
2.D　[CCl4中C原子全部形成单键，为sp3杂化，CCl4分子为正四面体形；BF3中B原子全部形成单键为sp2杂化，BF3为平面三角形；CS2分子的结构为S===C===S，形成两个π键，为sp杂化，CS2分子为直线形；H2S分子中S原子价电子对数为×(6＋2)＝4，S原子为sp3杂化，S原子结合两个H原子，分子为V形结构。]
3.A　[杂化轨道可以部分参与形成化学键，例如NH3中N发生了sp3杂化，形成了4个sp3杂化轨道，但是只有3个参与形成化学键，A项错误；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，B项正确；sp3、sp2、sp杂化轨道的空间构型分别是正四面体形、平面三角形、直线形，所以其夹角分别为109°28′、120°、180°，C项正确；部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释，如甲烷分子、氨气分子、水分子，D项正确。]
4.B　[乙烯分子中键角为120°，为sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，1个外围电子占据1个2p轨道，2个C原子成键时形成1个π键，②④正确。]
5.B　[①NF3分子中N原子采取sp3杂化；②C2H4分子中C原子采取sp2杂化；③C6H6分子中C原子采取sp2杂化；④NH中N原子采取sp3杂化。]
6.B
7.C　[CH≡CH和CO2中的C原子均采取sp杂化，且都含有π键；BeCl2分子中Be采取sp杂化，没形成π键；BBr3中B原子采取sp2杂化，且没有π键。]
8.C
9.A　[乙醛中甲基的碳原子采取sp3杂化，醛基中碳原子采取sp2杂化；丙烯腈中碳碳双键的两个碳原子采取sp2杂化，另一个碳原子采取sp杂化；甲醛中碳原子采取sp2杂化；丙炔中甲基碳原子采取sp3杂化，碳碳三键中两个碳原子采取sp杂化。]
10.A　[PF3、CF4、NH3、H2O分子中P原子、C原子、N原子、O原子都采取sp3杂化， NH3和H2O分子中H原子以1s轨道与N和O原子形成σ键，PF3和CF4分子中F原子以2p轨道分别与P和C原子形成σ键。]
11.A　[无机苯是分子晶体，其熔点主要取决于分子间的作用力，A错误；B原子最外层3个电子，与其他原子形成3个σ键，N原子最外层5个电子，与其他原子形成3个σ键，还剩余2个电子，故形成大π键的电子全部由N原子提供，B正确；无机苯结构与苯类似，分子中含有大π键，故分子中B、N原子的杂化方式均为sp2杂化，所以分子中所有原子共平面，C、D正确。]
12.C　[甲基(—CH3)中的C原子采取sp3杂化，环上的C原子均采取sp2杂化，A项正确；该物质结构中“”中的N原子采取sp3杂化，环上的N原子采取sp2杂化，B项正确；4－二甲氨基吡啶分子中有3＋3＋3＋6＋4＝19个σ键，则1 mol该物质中含σ键的数目为19NA，C项错误；该物质的分子中，形成3个单键的N原子和与其相连的3个C原子构成三角锥形结构，D项正确。]
13.B　[A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键，氮原子有一对孤电子对而碳原子没有，故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化，A项错误、B项正确；A分子中有一个碳氧双键，故有12对共用电子对、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。]
14.A　[NO结构为平面三角形，其中氮原子的杂化方式为sp2；NO中氮的杂化方式为sp，结构为直线形。]
15.(1)sp2　V形
(2)sp　H—Be—H　直线形
(3)sp2　　平面正三角形
(4)sp3　　三角锥形
16.(1)1s22s22p2　(2)sp　sp2　sp3　(3)15
解析　(2)—C≡N中的N原子、三聚氰胺环上的N原子、—NH2中的N原子分别参与形成1、2、3个σ键且均有一对未成键的孤电子对，所以分别采取sp、sp2、sp3杂化。(3)三聚氰胺分子中除每个双键上有1个σ键外，其余共价单键均为σ键。
17.B　[氮原子全部形成单键，为sp3杂化，A错误；—OH中氧原子为sp3杂化，双键氧原子为sp2杂化，B正确；由结构简式可知，该有机物不含有三键碳原子，碳原子的杂化方式不可能有sp杂化，C错误；形成共价键的两元素的电负性差值越大，键的极性越大，故键的极性大小：N—H＜O—H＜F—H，D错误。]
18.D　[CHCl3分子中的4个共价键键长不完全相等，故其空间结构不是正四面体形，A项错误；COCl2分子的结构式为，中心原子碳形成1个双键，碳原子采用sp2杂化，B项错误；CHCl3分子的中心原子是碳原子，为饱和碳原子，采用sp3杂化，C项错误；氯仿与光气中的碳原子分别采用sp3杂化和sp2杂化，D项正确。]
19.(1)1s22s22p4　
(2)直线形　(3)sp　2
解析　Y属于短周期元素，Y原子的最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数，可判断p轨道上有2个电子，则Y为碳元素；X原子最外层的p轨道中有一个轨道填充了2个电子，则p轨道上有4个电子，根据X与Y同周期可知X为氧元素；sp杂化得到夹角为180° 的直线形杂化轨道，所以CO2分子的空间构型为直线形，Y原子的杂化类型为sp；双键中一个是σ键，一个是π键，CO2的结构式为O===C===O，故1个CO2分子中含有2个π键。
20.(1)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)　第4周期ⅠB族
(2)高　(3)直线形　(4)sp2和sp　(5)3NA　(6)7
解析　(2)同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势，但N为ⅤA族元素，p轨道半充满，较稳定，不易失去电子，则第一电离能比O大。(3)C2H2中C原子采取sp杂化，空间结构为直线形。(4)丙烯腈分子结构为CH2===CH—C≡N，所以C===C键上的两个C原子采用sp2杂化，C≡N键上的C原子采用sp杂化。(5)丙烯腈分子结构为CH2===CH—C≡N，含有3个C—H键、1个C===C键、1个C≡N键，一个双键含有1个π键，一个三键含有2个π键，1 mol丙烯腈分子中含π键的数目为3NA。(6)丙烯腈分子结构为CH2===CH—C≡N，C===C键相接的6个原子共平面，C≡N键上相接的3个原子共直线，丙烯腈(CH2===CHCN)分子中共面的原子数目最多为7。

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