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第二章　第二节　第2课时
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1．近日科学家在Science杂志首次报道了具有半导体特性的18个原子纯碳环分子(如图所示)。下列说法正确的是( D )
A．该分子中碳杂化方式有sp、sp3两种
B．该分子可能要比苯更加稳定
C．该分子属于有机物
D．该分子具有半导体的功能，可以使类似的直碳链成为分子级电子元件
答案：D
解析：由分子结构知，该分子中存在碳碳单键、碳碳三键交替排列，碳原子均采取sp杂化，A错误；苯分子内形成了较稳定的大π键，而该分子内含有碳碳三键，故该分子可能比苯更加活泼，B错误；有机物通常指含碳元素的化合物，该分子中只有碳元素，属于单质，不属于有机物，C错误；由题给信息知，该分子具有半导体特性，因而可以使类似的直碳链成为分子级电子元件，D正确。故选D。
2．下列有关多原子分子中中心原子杂化的说法正确的是( B )
A．同一元素的原子在不同的分子中杂化方式相同
B．杂化轨道用于解释分子的立体构型，杂化轨道数目等于价层电子对数目
C．若分子中含有同一元素的多个原子，则在该分子中此原子的杂化方式完全相同
D．杂化轨道用于形成σ键、容纳孤电子对和肩并肩形成π键
答案：B
解析：同一元素的原子在不同的分子中杂化方式不一定相同，如C原子在CH4中采用sp3杂化，在CH2===CH2中采用sp2杂化，在HC≡CH中采用sp杂化，A错误；杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对，价层电子对数也是σ键加孤电子对数，则杂化轨道用于解释分子的立体构型，杂化轨道数目等于价层电子对数目，B正确；若分子中含有同一元素的多个原子，则在该分子中此原子的杂化方式不一定完全相同，如CH3CH＝CHC≡CH中C原子从左往右分别采用sp3、sp2、sp2、sp、sp杂化，C错误；杂化轨道用于形成σ键、容纳孤电子对，杂化轨道不用于形成肩并肩形成π键，D错误。故选B。
3．H2S2的结构式为H—S—S—H，下列有关H2S2的说法错误的是( A )
A．四个原子在一条直线上
B．S原子有两对孤电子对
C．S原子的杂化方式为sp3
D．H2S2分子中既有极性键又有非极性键
答案：A
解析：H2S2中S的σ键数为2，孤电子对数为2，S原子的价层电子对数为2＋2＝4，孤对电子会对成键电子有排斥作用，因此四个原子不在一条直线上，A错误；H2S2中S的σ键数为2，孤电子对数为2，B正确；H2S2中S的σ键数为2，孤电子对数为2，S原子的价层电子对数为2＋2＝4，S原子为sp3杂化，C正确；H2S2分子中既有H—S极性键又有S—S非极性键，D正确。故选A。
4．下列说法中正确的是( B )
A．P4和CH4都是正四面体形分子，且键角都为109°28′
B．乙烯分子中，碳原子的sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键
C．s电子与s电子间形成的键一定是σ键，p电子与p电子间形成的键一定是π键
D．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
答案：B
解析：P4是正四面体形分子，但键角为60°，A不正确；乙烯分子中，碳原子核外2s、2p轨道发生sp2杂化，3个杂化轨道形成3个σ键，两个碳原子的未杂化的2p轨道形成π键，B正确；p电子与p电子间形成的键可能是π键，也可能是σ键，如乙烯分子中的碳碳键，1个是σ键、1个是π键，C不正确；p轨道电子能量可能低于s轨道电子能量，如2p轨道能量低于3s轨道的能量，D不正确。故选B。
5．下列说法正确的是( B )
A．Na＋的电子排布式为1s22s22p63s1
B．SO2分子的立体构型是V形
C．HF的分子间作用力大于HCl，故HF比HCl更稳定
D．有机物CH2===CH—CH3中杂化类型有sp3和sp2，其中有一个π键，2个σ键
答案：B
解析：已知Na是11号元素，则Na＋的电子排布式为1s22s22p6，A错误；SO2中心S原子周围的价层电子对数为2＋×(6－2×2)＝3，有1对孤对电子，根据价层电子对互斥理论可知，其分子的立体构型是V形，B正确；HF的分子间作用力大于HCl，决定HF的熔沸点比HCl的高，HF比HCl更稳定是由于H—F键的键能比H—Cl键的键能大，C错误；已知单键均为σ键，双键是1个σ键和1个π键，故有机物CH2===CH—CH3中杂化类型有双键所在的碳原子采用sp2杂化，另一个碳原子采用sp3杂化，其中只有一个π键，8个σ键，D错误。故选B。
6．氨分子的空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为( C )
A．两种分子的中心原子杂化类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化
B．NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道
C．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强
D．NH3分子中氮元素的电负性比CH4分子中碳元素的电负性大
答案：C
解析：NH3价层电子对数为3＋1＝4，杂化类型为sp3杂化，CH4价层电子对数为4＋0＝4，杂化类型为sp3杂化，故A不符合题意；根据A选项分析NH3杂化类型为sp3杂化，分子中氮原子形成4个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道，故B不符合题意；NH3分子中有一对未成键的孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥力比成键电子对对成键电子对的排斥力强，因而形成三角锥形，故C符合题意；氮元素的电负性比碳元素的电负性大，但与空间构型无关，故D不符合题意。故选C。
7．氯化亚硫(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚硫分子的空间结构和中心原子(S)采取何种杂化方式的说法正确的是( A )
A．三角锥形、sp3 B．平面三角形、sp2
C．平面三角形、sp3 D．三角锥形、sp2
答案：A
解析：根据VSEPR，SOCl2的中心原子S原子的价层电子对数为3＋＝4，中心原子采用sp3杂化，其中S原子含有一对孤对电子，空间构型为三角锥形，故选A。
8．关于原子轨道的说法正确的是( C )
A．凡是中心原子采取sp3杂化的分子，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轨道杂化形成的一组新轨道
D．凡AB型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
答案：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；AB型分子不需要杂化，直接形成s－p σ键，D错误。故选C。
9．有几种阴离子的信息如下：
阴离子 ClO ClO M ClO－
中心元素化合价 ＋5 ＋3 ＋1
中心原子杂化类型 sp3 sp3
下列推断不正确的是( A )
A．ClO和CO的价电子总数相同
B．M的化学式为ClO
C．ClO、ClO－中氯原子的杂化类型都为sp3
D．M的空间结构为V形
答案：A
解析：ClO和CO的价电子总数分别为7＋3×6＋1＝26、4＋3×6＋2＝24，不相同，A错误；M中Cl元素的化合价是＋3价，杂化轨道类型是sp3，因此M的化学式为ClO，B正确；ClO中价层电子对数是3＋＝4，ClO－中价层电子对数是1＋＝4，因此氯原子的杂化类型都为sp3，C正确；M中价层电子对数是2＋＝4，含有2对孤对电子，所以空间结构为V形，D正确。故选A。
10．下列说法正确的是( C )
A．凡是中心原子采取sp3杂化的分子，其立体构型都是正四面体形
B．P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109.5°
C．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强
D．凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
答案：C
解析：通过sp3杂化形成的中性分子，分子中价层电子对数是4，若不含孤电子对，如CH4或CF4，分子为正四面体结构；分子中价层电子对数是4，若含有一对孤电子对，如NH3或NF3，分子为三角锥形结构；分子中价层电子对数是4，若含有两对孤电子对，如H2O，分子为V形结构，故A错误；P4的空间结构为正四面体，体中心无原子，键角是60°，故B错误；NH3分子中N原子价层电子对数＝3＋×(5－3×1)＝4，有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强，分子呈三角锥形，故C正确；AB3型的共价化合物，其中心原子A不一定采用sp3杂化轨道成键，如BF3中B原子价层电子对数＝3＋×(3－3×1)＝3，B采用sp2杂化，故D错误。故选C。
11．氯的含氧酸根离子有ClO－、ClO、ClO、ClO等，关于它们的说法不正确的是( C )
A．ClO的中心Cl原子采取sp3杂化
B．ClO的空间结构为三角锥形
C．ClO的空间结构为直线形
D．ClO－中Cl原子的杂化类型与ClO相同
答案：C
解析：ClO的中心Cl原子的孤电子对数为0，与中心Cl原子结合的O原子数为4，则Cl原子采取sp3杂化，A正确；ClO的中心Cl原子的价层电子对数为3＋＝4，且含有1对孤电子对，空间结构为三角锥形，B正确；ClO的中心Cl原子的价层电子对数为2＋＝4，且含有2对孤电子对，空间结构为V形，C错误；ClO－中Cl原子的孤电子对数为3，与Cl原子结合的O原子数为1，Cl原子采取sp3杂化，ClO中Cl原子的孤电子对数为2，与Cl原子结合的O原子数为2，Cl原子采取sp3杂化，D正确。故选C。
12．X、Y、Z、Q、E五种元素中，X原子的基态价电子排布式为2s2，Y位于元素周期表第二周期第ⅢA族，Z的两种同位素原子常用于测定文物的年代，Q是元素周期表中电负性最大的元素，E的阳离子通常存在于明矾和草木灰中。下列说法正确的是( B )
A．第一电离能：XB．EYQ4中阴离子中心原子的杂化方式为sp3杂化
C．ZO的空间构型为V形
D．原子半径：X答案：B
解析：X、Y、Z、Q、E五种元素中，X原子的基态价电子排布式为2s2，则X为Be元素；Y位于元素周期表第二周期第ⅢA族，则Y为B元素；Z的两种同位素原子常用于测定文物的年代，则Z为C元素；Q是元素周期表中电负性最大的元素，则Q为F元素；E的阳离子通常存在于明矾和草木灰中，则E为K元素，以此分析解答。Be的2s能级处于全满稳定状态，其第一电离能大于同周期相邻元素，则第一电离能：Be＞B，故A错误；EYQ4的阴离子为BF，其中心原子B的杂化轨道数为4＋＝4，则B原子的杂化方式为sp3杂化，故B正确；ZO为CO，CO的中心原子C的杂化轨道数为3＋＝3，C原子的杂化方式为sp2杂化，且没有未成键电子对，则CO的构型为平面三角形，故C错误；主族元素同周期从左向右原子半径逐渐减小，则原子半径：Be＞B＞C，故D错误。故选B。
二、非选择题
13．(1)COCl2分子中所有原子均满足8电子构型，COCl2分子中σ键和π键的个数比为 　　　　　，中心原子的杂化方式为 　　　　　。
(2)AlH中，Al原子的轨道杂化方式为 　　　　　；列举与AlH空间构型相同的一种粒子： 　　　　　。
(3)用价层电子对互斥理论推断SnBr2分子中，Sn原子的轨道杂化方式为 　　　　　，SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角 　　　　　120°(填“>”“＜”或“＝”)。
答案：(1)3∶1　sp2　(2)sp3　CH4、NH　(3)sp2　<
解析：(1)COCl2分子中所有原子均满足8电子构型，则其结构式应为CClOCl，单键均为σ键，双键中有一个π键一个σ键，所以COCl2分子中σ键和π键的个数比为3∶1；中心C原子的价层电子对数为3＋＝3，所以杂化方式为sp2。
(2)AlH中，Al原子的孤电子对数为＝0，杂化轨道数目＝4＋0＝4，Al原子杂化方式为sp3，互为等电子体的微粒空间构型相同，与AlH空间构型相同的离子，可以用C原子替换Al原子则不带电荷：CH4，可以用N原子与1个单位正电荷替换Al原子：NH。
(3)SnBr2分子中Sn原子价层电子对个数＝2＋＝3，所以Sn原子的轨道杂化方式为sp2杂化，且含有一对孤电子对，所以该分子为V形分子，孤电子对对成键电子对排斥作用较大，所以其键角小于120°。
14．请依据相关化学知识与原理完成下列各题。
(1)下列一组微粒中键角按由大到小的顺序排列为 　　　　　(填编号)。
①HCN　②SiF4　③SCl2　④CO　⑤H3O＋
(2)ClO－、ClO、ClO、ClO中，Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键，将它们的立体构型填入表格中：
离子 ClO－ ClO ClO ClO
立体构型 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　　 　　　　　　
(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是 　　　　　杂化，N2H4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　不在
解析：(1)①HCN分子中C原子孤电子对数为＝0，C原子形成2个σ键，所以HCN为直线形分子，键角180°；
②SiF4分子中Si原子价电子对数是4，VSEPR构型为正四面体，无孤电子对；
③SCl2分子中S原子价电子对数是4，VSEPR构型为正四面体，有2个孤电子对；
④CO中碳原子价电子对数为3，VSEPR构型为平面三角形，无孤电子对；
⑤H3O＋中O原子价电子对数是4，VSEPR构型为正四面体，有1个孤电子对；
所以键角按由大到小的顺序排列为①④②⑤③。
(2)ClO－是2个原子构成的微粒，立体构型为直线形；ClO中Cl价电子对数是4，有2个孤电子对，立体构型为V形；ClO中Cl价电子对数是4，有1个孤电子对，立体构型为三角锥形；ClO中Cl价电子对数是4，无孤电子对，立体构型为正四面体形。
(3)N2H4分子中氮原子形成3个σ键，孤电子对数为＝1，轨道的杂化类型是sp3杂化，N2H4中的六个原子不在同一个平面上。
15．氯吡苯脲是一种常用的膨大剂，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，其反应方程式如下：
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)膨大剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有H2O、NH3、CO2等。
①请用共价键知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因为 　　　　　　　　　。
②H2O、NH3、CO2分子的空间结构分别是 　　　　　　　　　，中心原子的杂化类型分别是 　　　　　　　　　。
答案：(1)1　(2)sp2、sp3　sp2　(3)NA　NA
(4)①H—O键的键能大于H—N键的键能
②V形、三角锥形、直线形　sp3、sp3、sp
解析：(1)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，是sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，为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—H键；故每生成1 mol氯吡苯脲，断裂1 mol σ键，断裂1 mol π 键，则断裂NA个σ键，断裂NA个π键。
(4)①O、N属于同周期元素，O的原子半径小于N，H—O键的键能大于H—N键的键能，所以H2O分子比NH3分子稳定。
②H2O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；
NH3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。
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第二章　分子结构与性质
第二节　分子的空间结构
第2课时　杂化轨道理论
1．通过对杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构的影响。
2．通过对杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法，建立分子空间结构分析的思维模型。
1．杂化轨道的含义
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新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。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。
2．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
在形成CH4分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，得到4个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角109°28′，称为sp3杂化轨道，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—H σ键，呈现正四面体的空间结构。
一、杂化轨道及其类型
3．杂化轨道的形成及其特点
1个
3个
109°28′
1个
2个
1个
1个
正|误|判|断
1．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，孤立的原子时不可能发生杂化。(　 　)
3．只有能量相近的轨道才能杂化。(　 　)
4．杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键。(　 　)
5．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，未参与杂化的p轨道可用于形成π键。(　 　)
6．2s轨道和3p轨道能形成sp2杂化轨道。(　 　)
√
√
√
√
√
×
深|度|思|考
1．常见的杂化轨道类型有哪些？什么是sp3杂化轨道？
提示：常见的杂化轨道类型有sp、sp2、sp3。同一原子内由1个s轨道和3个p轨道参与的杂化称为sp3杂化。
2．如何判断杂化轨道类型？
提示：判断杂化轨道类型，首先判断杂化轨道数，杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，由杂化轨道数即可判断杂化轨道类型。
3．填写下表：
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型
CO2 _____________ _________
CH2O _____________ _________
CH4 _____________ _________
SO2 _____________ _________
NH3 _____________ _________
H2O _____________ _________
0＋2＝2
sp
0＋3＝3
sp2
0＋4＝4
sp3
1＋2＝3
sp2
1＋3＝4
sp3
2＋2＝4
sp3
应|用|体|验
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．杂化轨道可用于形成σ键
答案：A
解析：同一原子中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，A项错误，B项正确；杂化轨道能量集中，形成牢固的化学键，C项正确；杂化轨道可用于形成σ键，D项正确。故选A。
2．下列有关杂化轨道的说法不正确的是(　 　)
A．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
B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°
C．杂化轨道全部参加形成化学键
D．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变
答案：C
解析：中心原子采取sp3杂化的分子，VSEPR模型是四面体，但其立体构形不一定是正四面体，如：水和氨气分子中中心原子采取sp3杂化，但H2O是V形，NH3是三角锥形，故四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释，故A正确；sp3、sp2、sp杂化轨道其空间构型分别是正四面体、平面三角形、直线形，所以其夹角分别为109°28′、120°、180°，故B正确；杂化轨道可以部分参加形成化学键，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，故C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，故D正确。故选C。
3．下列关于杂化轨道的叙述中，不正确的是(　 　)
A．苯分子中所有碳原子均采取sp2杂化成键
B．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
C．SO2和C2H4分子中的中心原子S和C是通过sp2杂化轨道成键
D．中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子一定为四面体结构
答案：D
碳氢键，1个碳碳双键，C原子杂化轨道数为2＋1＝3，因此SO2和C2H4分子中的中心原子S和C是通过sp2杂化轨道成键，故C项正确；中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为四面体结构，可能为三角锥形或V形，如NH3、H2O等，故D项错误。故选D。
(1)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。
⑥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，未参与杂化的p轨道可用于形成π键。
(2)以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化轨道类型
①没有形成π键，采取sp3杂化，如CH4、CCl4等；
②形成一个π键，采取sp2杂化，如CH2===CH2等；
③形成两个π键，采取sp杂化，如CH≡CH、CO2等。
1．当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。
二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道夹角 180° 120° 109°28′
杂化轨道示意图
杂化类型 sp sp2 sp3
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，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。
ABn型分子 中心原子
杂化类型 中心原子孤电子对数 空间结构 实例
AB2 sp2 1 _______ SO2
AB3 sp3 1 ___________ NH3、PCl3、NF3、H3O＋
AB2或(B2A) 2 _______ H2S、NH
V形
三角锥形
V形
4．等电子原理：原子总数相同、价电子总数相同的分子，具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。满足等电子原理的分子称为等电子体。例如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体。
正|误|判|断
1．杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致。(　 　)
2．杂化轨道间的夹角与分子内的键角一定相同。(　 　)
3．NH3分子的空间结构为三角锥形，则氮原子的杂化方式为sp3。(　 　)
4．C2H4分子中的键角都约是120°，则碳原子的杂化方式是sp2。(　 　)
√
×
√
√
深|度|思|考
CH4、NH3、H2O中心原子的杂化轨道类型都是sp3，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小。
提示：CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。比较键角时，先看中心原子杂化轨道类型，杂化轨道类型不同时，键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化轨道类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。
应|用|体|验
1．下列粒子的中心原子的杂化轨道类型和粒子的空间结构不正确的是(　 　)
A．PCl3中P原子为sp3杂化，分子空间结构为三角锥形
B．OF2中O原子为sp杂化，分子空间结构为直线形
答案：B
答案：D
中心原子杂化轨道类型的判断方法
(1)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′，则中心原子采取sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子采取sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子采取sp杂化。
(2)根据价层电子对数判断：若价层电子对数为4，则中心原子采取sp3杂化；若价层电子对数为3，则中心原子采取sp2杂化；若价层电子对数为2，则中心原子采取sp杂化。
(3)常见物质中心原子的杂化方式
①采取sp3杂化的：有机物中饱和碳原子、NH3、H2O、金刚石中的碳原子、晶体硅中的硅原子、SiO2、NH等。
②采取sp2杂化的：有机物中的双键碳原子、BF3、石墨中的碳原子、苯环中的碳原子等。
③采取sp杂化的：有机物中的三键碳原子、CO2、BeCl2等。
说明：注意结构相似的物质，如CO2与CS2、BF3与BBr3等的杂化轨道类型分别相同。
随堂演练·知识落实
1．关于原子轨道的说法正确的是(　 　)
A．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道杂化形成的一组能量相同的新轨道
B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道杂化而形成的
C．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体构型都是正四面体
D．凡AB2型的共价化合物，其中心原子A均采用sp杂化轨道成键
答案：A
解析：sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的1个s轨道和3个p轨道杂化形成的一组能量相同、数量与原理相同的新轨道，A正确；CH4分子中的sp3杂化轨道是由C原子的2s轨道和2p轨道杂化而形成的，B错误；由于孤电子对也会占据杂化轨道，所以中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子的立体构型不一定是正面体形，如水分子为V形，氨气分子为三角锥形，C错误；AB2型的共价化合物，中心原子A也可以是sp2杂化、sp3杂化，如H2O中O为sp3杂化，SO2中S为sp2杂化，D错误。故选A。
2．s轨道与s轨道重叠形成的共价键可用符号表示为σ s－s，p轨道与p轨道以“头碰头”方式重叠形成的共价键可用符号表示为σ p－p，请你指出下列分子中含有σ s－sp2键的是(　 　)
A．N2 B．C2H4
C．C2H2 D．HCl
答案：B
解析：N2存在σ p－p和π键，A项错误；C2H4中，C原子为sp2杂化，存在σ s－sp2键，B项正确；C2H2中，中心C原子发生sp杂化，形成σ s－sp键，C项错误；HCl中只存在σ s－p键，D项错误。故选B。
3．下表中各粒子对应的立体结构及杂化方式均正确的是(　 　)
答案：D
解析：SO3分子中价层电子对个数＝σ键个数＋孤电子对个数＝3＋(6－3×2)/2＝3，所以硫原子采用sp2杂化，为平面三角形结构，故A错误；SO2的价层电子对个数＝2＋(6－2×2)/2＝3，硫原子采取sp2杂化，该分子为V形结构，故B错误；碳酸根离子中价层电子对个数＝σ键个数＋孤电子对个数＝3＋(4＋2－3×2)/2＝3，所以原子杂化方式是sp2，为平面三角形结构，故C错误；乙炔(CH≡CH)分子中每个C原子含有2个σ键和2个π键，价层电子对个数是2，为sp杂化，为直线形，故D正确。故选D。
4．P原子在形成PCl5分子时，3s、3p轨道和1个3d轨道参与形成sp3d杂化，PCl5的空间构型为三角双锥形(如下图所示)。下列关于PCl5分子的说法不正确的是(　 　)
A．PCl5分子中价电子对数为5
B．PCl5分子中没有形成π键
C．PCl5分子中所有的Cl—P—Cl键角都相等
D．SF4分子中S原子也采用sp3d杂化
答案：C
5．如图是甲烷分子中C原子sp3杂化轨道电子云图：
(1)甲烷分子中C—H键的键角为____________。
(2)乙烯和乙炔的电子式分别为____________、_______________，请你比较乙烯和乙炔分子中“C===C”和“C≡C”的键长大小：_______
_________。乙炔和乙烯一样都能和溴水发生加成反应并使溴水褪色，请你预测在同浓度同体积的溴水中分别通入乙烯和乙炔时，_______(选填“乙烯”或“乙炔”)使溴水褪色的时间短；同温同压下，使等体积等浓度的溴水正好褪色，消耗的_________(选填“乙烯”或“乙炔”)少。
(3)苯分子中C原子以sp2杂化轨道成键，6个C原子中每个C原子的2s轨道和其中2个2p轨道形成3个sp2杂化轨道，其中1个sp2杂化轨道与1个H原子形成1个σ键、另外2个sp2杂化轨道分别与另外2个C原子的sp2杂化轨道形成2个σ键而形成1个六元环，而每个C原子未参与杂化的另1个sp2轨道均垂直于这个六元环所处的平面且相互之间“肩并肩”重叠形成1个“大π键”，如图：
请你猜想：
①苯分子中每个碳碳键的键长是否相等？__________________；
②苯分子中碳碳键的键长与C—C键、C===C键、C≡C键的键长相比，处于____________________的键长之间。
(3)①苯分子中碳碳键键长相等；
②由于C—C键中只含有1个σ键，碳碳双键中含有1个σ键和1个仅被2个碳原子共有的π键，所以苯分子中碳碳键的键长介于C—C键和C===C键之间。

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