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(共54张PPT)
专题4　分子空间结构与物质性质
第一单元　分子的空间结构
微专题5　杂化轨道类型和键角大小的判断方法
专题　精讲
一、杂化轨道类型的判断
1. 由杂化轨道数目判断
杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数＝价电子对数。
即：
杂化轨道数 2 3 4
杂化轨道类型 sp sp2 sp3
2. 根据杂化轨道的空间分布判断
（1）若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形，则分子的中心原子采取sp3 杂化；
（2）若杂化轨道在空间的分布为平面三角形，则分子的中心原子采取sp2杂化；
（3）若杂化轨道在空间的分布为直线形，则分子的中心原子采取sp杂化。
3. 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'，则分子的中心原子采取sp3杂化；若杂化轨道之间 的夹角为120°，则分子的中心原子采取sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°， 则分子的中心原子采取sp杂化。
4. 有机物中碳原子的杂化方式可根据成键情况判断
若碳原子形成的全部为单键，则为sp3杂化，若有一个双键，则为sp2杂化，若有三 键，则为sp杂化。
二、键角大小的判断
1. 看中心原子杂化类型
中心原子杂化类型是决定键角大小的最根本的原因，如下表：
中心原子杂化类型 sp sp2 sp3
杂化轨道空间分布
直线形
平面三角形
正四面体形
轨道夹角 180° 120° 109°28'
中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化类型的，它们对应的键角会依次增大。
2. 中心原子孤电子对数
对于中心原子杂化类型相同的分子，中心原子所含孤电子对数目越多，键角越小。
3. 看电负性
对于中心原子杂化类型且孤电子对数相同的分子，可以比较原子的电负性。
（1）若中心原子相同，则配位原子电负性越大，键角越小；
如：NF3键角小于NCl3。
（2）若配位原子相同，则中心原子电负性越大，键角越大。
如H2O、H2S中，中心原子均为sp3杂化，分子空间结构均为V形，由于电负性：O＞ S，吸引电子的能力：O＞S，且键长：O—H键＜S—H键，使得H2O、H2S中成键电子 对间的斥力逐渐减弱，键角依次减小，即键角：H2O＞H2S。
4. 看斥力
同一粒子中不同共价键的键角，由于斥力：双键间＞双键与单键间＞单键间，则键角 大小不同。如甲醛中： ，键角：α＞β。
A. sp－p B. sp2－s
C. sp2－p D. sp3－p
C
A. BeCl2与BF3 B. CO2与SO2
C. CCl4与NH3 D. C2H2与C2H4
解析：A项中，BeCl2分子、BF3分子中杂化轨道数分别为2、3，中心原子杂化轨道类 型分别为sp、sp2；B项中，CO2分子中杂化轨道数为2，SO2分子中杂化轨道数为3，中 心原子杂化轨道类型分别为sp、sp2；C项中，中心原子杂化轨道类型均为sp3；D项 中，C2H2和C2H4中心原子杂化轨道类型分别为sp、sp2。
C
A. CH4、NH3、H2O
C. C2H4、SO2、BeCl2
D. NH3、PCl3、H3O＋
D
D. 三氧化硫的三聚分子（ ）中S原子的杂化轨道类型为sp3杂化
B
5. （1）乙二胺（H2NCH2CH2NH2）是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分 别是 、 。
sp3　
sp3　
解析：（1）乙二胺中N形成3个单键，含有1对孤电子对，属于sp3杂化；C形成4个单 键，不存在孤电子对，也是sp3杂化。
（2）NH4H2PO4中P的 杂化轨道与O的2p轨道形成 键。
sp3　
σ　
（3）抗坏血酸的分子结构如图所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为 。
sp3、sp2　
解析：（3）根据抗坏血酸的分子结构，该结构中有两种碳原子，全形成单键的碳原子和形成双键的碳原子，全形成单键的碳原子为sp3杂化，形成双键的碳原子为sp2杂化。
（4）磷酸根离子的空间结构为 ，其中P的价电子对数为 、杂化 轨道类型为 。
正四面体形　
4　
sp3　
（5）氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：
sp3　
sp2　
二、键角大小的判断
A. 等于120° B. 大于120°
C. 小于120° D. 等于180°
解析：由于SO2分子的价层电子对互斥模型为平面三角形，从理论上讲其键角应为 120°，但是由于SO2分子中的S原子有1对孤电子对，对其他的两个化学键存在排斥 作用，因此分子中的键角要小于120°。
C
A. ⑤④①②③ B. ④①②⑤③
C. ⑤①④②③ D. ③②④①⑤
C
解析：
微粒 中心原
子的孤
电子
对数 中心原
子的价
电子
对数 价层电
子对互
斥模型 杂化
轨道
类型 空间结构 键角
①BCl3 0 3 平面三角形 sp2 平面三角形 120°
②NH3 1 4 四面体形 sp3 三角锥形 107°18'
③H2O 2 4 四面体形 sp3 V形 104°30'
0 4 四面体形 sp3 正四面
体形 109°28'
⑤BeCl2 0 2 直线形 sp 直线形 180°
故键角由大到小的顺序为⑤①④②③。
A. NH3＞NF3＞NCl3
B. NCl3＞NF3＞NH3
C. NH3＞NCl3＞NF3
D. NF3＞NCl3＞NH3
解析：由于电负性F＞Cl＞H，故键角的大小顺序为NH3＞NCl3＞NF3。
C
4. （1）CH4、BF3、CO2键角从大到小的顺序为 。
解析：（1）CH4、BF3、CO2的中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化，它们对应的键角为 109°28'、120°、180°，键角会依次增大。
（2）H2O、NH3、CH4键角从大到小的顺序为 。
解析：（2）H2O、NH3、CH4分子的中心原子采取的都是sp3杂化，但孤电子对数不 同，其孤电子对数分别为2、1、0，在H2O 分子中，键角要受2对孤电子对的压缩，键 角最小。
（3）H2O与H2S键角从大到小的顺序为 。
解析：（3）H2O与H2S分子中的O与S原子都采取了sp3杂化，都有2对孤电子对，但O 原子的电负性大，H2O比H2S键角大。
CO2＞BF3＞CH4　
CH4＞NH3＞H2O
H2O＞H2S
（4）HCHO中两个C—H间的夹角 （填“＞”或“＜”）120°。
解析：（4）在HCHO分子中，C原子为sp2杂化，但由于C原子与O原子间以双键C O 结合，该双键对C—H键的斥力要更大些。所以两个C—H键的键角小于120°。
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课时作业
A. SO2、CS2、HCN都是直线形的分子
B. H2O的键角为120°，O3的键角为180°
C. PCl3、NH3、GaCl3都是三角锥形的分子
D. HCHO、AlCl3、SO3都是平面三角形的粒子
D
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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 HCHO sp2 平面三角形 三角锥形
C sp2 四面体形 平面三角形
D sp3 正四面体形 正四面体形
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A. CO2和H2O均为三原子分子，二者空间结构相同
B. CaCO3中阴离子的VSEPR模型为四面体
D. 根据VSEPR模型可知，CaCl2的空间结构为直线形
C
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解析：二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2，孤电子对数为0，分子的空间构型 为直线形，水分子中氧原子的价层电子对数为4，孤电子对数为2，分子的空间构型为 V形，二者空间结构不同，故A错误；碳酸根离子中碳原子的价层电子对数为3， VSEPR模型为平面三角形，故B错误；二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2， 孤电子对数为0，分子的空间构型为直线形，键角为180°，碳酸根离子中碳原子的价 层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，键角为120°，水分子中氧原子的价层电 子对数为4，孤电子对数为2，分子的空间构型为V形，键角为104°30'，则二氧化 碳、碳酸根离子、水的键角依次减小，故C正确；氯化钙为离子化合物，不能用 VSEPR模型预测氯化钙的空间结构，故D错误。
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A. SO2中硫原子采取sp2杂化，则CO2中碳原子也采取sp2杂化
B. NH3分子的空间结构是三角锥形，则NCl3分子的空间结构也是三角锥形
C. H2O分子的键角是104°30'，则H2S分子的键角也是104°30'
D. PCl3分子中每个原子最外层达到8电子稳定结构，则BF3分子中每个原子最外层也能 达到8电子稳定结构
B
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A. SO2与CO2的空间结构均为直线形
B. H2O和NH3中心原子的杂化方式相同
C. Si—O的键长小于C—O的键长
B
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A. 微粒的空间结构发生了改变
B. 氮原子的杂化方式发生了改变
C. 微粒的化学性质发生了改变
D. 微粒中的键角发生了改变
B
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A. 键角：NH3＜BF3
B. 酸性：CH3COOH＞CF3COOH
C. SOCl2分子中只存在σ键，不存在π键
D. CH4、NH3分子的空间结构和VSEPR模型均相同
A
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A. 三种微粒所含有的电子数相等
B. 三种微粒中氮原子的杂化方式相同
C. 三种微粒的空间构型相同
C
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A. 第一电离能：Y＞X＞Z
B. 分子中元素Y的杂化方式有两种
C. 分子ZX2和Y2X键角，前者大于后者
D. 咖啡因溶于水的原因主要是与水分子形成氢键
C
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解析：W、X、Y、Z为短周期元素，原子半径依次增大，同周期元素原子半径从左到 右逐渐减小，X、Y、Z在同一周期，则X、Y、Z原子序数依次减小，Z形成4个共价 键，可知Z为C；Y形成3个共价键，X形成2个共价键，则Y、X分别是N和O；W只能 形成1个共价键，且与X、Y、Z不在同一周期，则W为H。同一周期随着原子序数变 大，第一电离能变大，N的2p轨道为半充满稳定状态，第一电离能大于同周期相邻元 素，第一电离能：N＞O＞C，A正确；分子中形成单键的N原子为sp3杂化，形成双键 的N原子为sp2杂化，故分子中元素N的杂化方式有两种，B正确；分子ZX2和Y2X分别 为CO2、N2O，两者互为等电子体，均为直线形，则键角相等，C错误；咖啡因分子 中O、N电负性较大，可以和水分子形成氢键，其溶于水的原因主要是与水分子形成 氢键，D正确。
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选项 A B C D
SF4 ① ① ② ②
BrF3 ① ②② ① ②②
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解析：SF4的孤电子对若在①位置时，孤电子对与成键电子对夹角为90°的有三组， 而SF4的孤电子对在②位置时，孤电子对与成键电子对夹角为90°的有两组，孤电子 对在②位置时价层电子对间斥力最小；BrF3有两对孤电子对，若均在①位置上，则孤 电子对与成键电子对夹角为90°的有6组，斥力太大，若一个在①上，一个在②上， 则还有孤电子对与孤电子对之间夹角为90°的有1组，孤电子对与成键电子对夹角为 90°的有3组，斥力较大，若两个孤电子对均在②上，则孤电子对与成键电子对夹角 为90°的有4组，此时价层电子对之间斥力最小。若SF4的孤电子对在①位置，孤电子 对与成键电子对夹角为90°的有三组，BrF3有两对孤电子对，若均在①上，则孤电子 对与成键电子对夹角为90°的有6组，价层电子对之间斥力不是最小，不符合题意， A错误；若SF4的孤电子对在①位置，孤电子对与成键电子对夹角为90°的有三组， 价层电子对之间斥力不是最小，不符合题意，B错误；
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若BrF3的孤电子对在①上，则孤电子对与成键电子对夹角为90°的有6组，价层电子 对之间斥力不是最小，不符合题意，C错误；若SF4的孤电子对在②上，则孤电子对与 成键电子对夹角为90°的有两组，BrF3两个孤电子对均在②上，则孤电子对与成键电 子对夹角为90°的有4组，此时价层电子对之间斥力最小，符合题意，D正确。
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正四面
体形　
sp3　
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（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 。
平面三角形　
sp2　
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平面（正）三角形　
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（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）
ABD　
C　
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
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12. （1）F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2，OF2的立体构型为 ，其中氧原子 的杂化方式为 。
V形　
sp3　
V形　
离子键　
氧原子　
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三角锥形　
平面三角形　
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120°　
sp2　
正四面体形　
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SnBr2分子中Sn原子有一对孤电子对，孤
电子对与σ键电子对相互排斥　
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13. （1）下列一组微粒中键角按由大到小的顺序排列为 （填编号）。
①④②⑤③　
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离子 ClO－
立体构型
直线形　
V形　
三角锥形　　
正四面体形
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（3）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 杂化。
（4）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。
sp3　
sp3　
不在　
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