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基础课时9　杂化轨道理论简介
学习目标　1.通过杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。2.通过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。
一、杂化轨道理论简介
(一)知识梳理
1.杂化轨道理论及应用
(1)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。
(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，形成4个能量相等的sp3杂化轨道。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，4个C—H是等同的，因此CH4呈正四面体形结构。
(3)概念：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.杂化轨道的形成及其特点
3.杂化轨道三种基本类型
(1)sp3杂化轨道——正四面体形
sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有s和p的成分，sp3杂化轨道间的夹角为109°28′，空间结构为正四面体形。如图所示。
(2)sp2杂化轨道——平面三角形
sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有s和p的成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形，如图所示。
(3)sp杂化——直线形
sp杂化轨道是由1个ns轨道和1个np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有s和p的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如图所示。
微点拨：sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
4.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
杂化轨道类型 VSEPR模型 典型分子 空间结构
sp CO2 直线形
sp2 SO2 V形
sp2 SO3 平面三角形
sp3 H2O V形
sp3 NH3 三角锥形
sp3 CH4 正四面体形
1.判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。(　　)
(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。(　　)
(3)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是正四面体形。(　　)
(4)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　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×
解析　(1)形成杂化轨道过程中，形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。参与杂化的原子轨道能量是不同的。
(2)分子内的键角是成键电子对和孤电子对相互排斥的结果，与杂化轨道间的夹角不一定相同。
(3)中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构有四面体形、三角锥形和V形。
(4)AB3型的共价化合物，其中心原子A不是都采用sp3杂化轨道成键、还有其他的成键方式。
2.下列关于杂化轨道的说法中，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.s轨道和p轨道杂化不可能有sp4杂化轨道出现
D.杂化轨道可容纳孤电子对
答案　B
解析　第ⅠA族元素如果是碱金属，易失电子，如果是H，一个电子在1s能级上，不可能杂化；杂化轨道只能形成σ键，不可能形成π键；p能级只有3个p轨道，不可能有sp4杂化。
3.下列图形表示sp2杂化轨道的电子云轮廓图的是(　　)
答案　D
解析　A项，杂化轨道的空间结构为直线形，夹角为180°，共有2个杂化轨道，为sp杂化，错误；B项，未形成杂化轨道，错误；C项，杂化轨道的空间结构为正四面体形，共有4个杂化轨道，为sp3杂化，错误；D项，杂化轨道的空间结构为平面三角形，夹角为120°，共有3个杂化轨道，为sp2杂化，正确。
【题后归纳】　杂化轨道理论四要点
1.能量相近
原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。
2.数目不变
形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。
3.成键能力增强
杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。
4.排斥力最小
杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。
二、杂化轨道理论的应用
1.判断中心原子杂化轨道类型的三方法
(1)根据杂化轨道数目判断
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：杂化轨道数目＝价层电子对数目＝σ键电子对数目＋中心原子的孤电子对数目，再由杂化轨道数目确定杂化类型。
杂化轨道数目 2 3 4
杂化类型 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，则中心原子发生sp杂化。
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断
①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。
2.杂化轨道类型与分子空间结构的关系
(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 一个ns和一个np 一个ns和两个np 一个ns和三个np
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
分子空间结构名称 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 V形 SO2
AB3 sp3 1 三角锥形 NH3、PCl3、 NF3、H3O＋
AB2或(B2A) 2 V形 H2S、NH
(3)有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法
饱和碳原子均采取sp3杂化；连接双键的碳原子均采取sp2杂化；连接三键的碳原子均采取sp杂化。
1.下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是(　　)
A.杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变
B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°
C.四面体形、三角锥形的结构可以用sp3杂化轨道解释
D.杂化轨道全部参与形成化学键
答案　D
解析　杂化过程中，原子轨道总数不变，即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等，杂化后轨道的形状发生变化，A正确；sp3、sp2与sp杂化轨道的空间结构分别为正四面体形、平面三角形和直线形，因此其杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°和180°，B正确；部分四面体形、三角锥形和V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释，如甲烷分子、氨分子、水分子，C正确；杂化轨道可以部分参与形成化学键，如NH3中N原子采取sp3杂化，形成了4个sp3杂化轨道，但是只有3个杂化轨道参与形成化学键，D错误。
2.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
答案　A
解析　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夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；③与②相似；④乙炔中的碳原子为sp杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。
3.如图在乙烯分子中有5个σ键、一个π键，它们分别是(　　)
A.sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C.C—H之间是sp2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sp2形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
答案　A
解析　CH2===CH2中含有5个σ键：其中4个是在C—H之间，另一个是在C—C之间；且在C—C之间还有一个未杂化的2p轨道形成π键。
4.已知下列微粒：①CH4　②CH2===CH2
③CH≡CH　④NH3　⑤NH　⑥BF3　⑦H2O
⑧H2O2。试回答下列问题。
(1)分子空间构型为正四面体形的是________________ (填序号，下同)。
(2)中心原子为sp3杂化的是____________，中心原子为sp2杂化的是____________，中心原子为sp杂化的是____________。
(3)所有原子共平面(含共直线)的是_________________________，
共直线的是____________。
答案　(1)①⑤
(2)①④⑤⑦⑧　②⑥　③
(3)②③⑥⑦　③
解析　①CH4中C原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝4＋0＝4，所以C原子采取sp3杂化，CH4的空间构型为正四面体形；②CH2===CH2中C原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋0＝3，所以C原子采取sp2杂化，CH2===CH2中所有原子共平面；③CH≡CH中C原子采取sp杂化，CH≡CH的空间构型为直线形；④NH3中N原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋1＝4，所以N原子采取sp3杂化，NH3的空间构型为三角锥形；⑤NH中N原子采取sp3杂化，NH的空间构型为正四面体形；⑥BF3中B原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋0＝3，所以B原子采取sp2杂化，BF3的空间构型为平面三角形；⑦H2O中O原子杂化轨道数为4，孤电子对数为2，采取sp3杂化，空间构型V形；⑧H2O2中O原子杂化轨道数为4，孤电子对数为2，采取sp3杂化，为书页形分子。
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)杂化轨道理论简介
1.用鲍林的杂化轨道理论解释CH4分子的正四面体形结构，下列说法不正确的是(　　)
A.C原子的4个杂化轨道的能量一样
B.C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样
C.C原子的4个价层电子分别占据4个sp3杂化轨道
D.C原子有1个sp3杂化轨道由孤电子对占据
答案　D
解析　甲烷中C原子采取sp3杂化，每个杂化轨道上有1个电子分别与1个H原子上的电子结合形成共价键，这四个共价键完全相同，轨道间的夹角为109°28′，形成正四面体形的分子。
2.水分子在特定条件下容易得到一个H＋，形成水合氢离子(H3O＋)。下列对上述过程的描述不合理的是(　　)
A.氧原子的杂化类型发生了改变
B.微粒的形状发生了改变
C.微粒的化学性质发生了改变
D.微粒中的键角发生了改变
答案　A
解析　水中氧的杂化为sp3，H3O＋中氧的杂化为sp3，则氧原子的杂化类型没有改变，故A不合理；水分子为V形，H3O＋为三角锥形，则微粒的形状发生了改变，故B合理；因结构不同，则性质不同，微粒的化学性质发生了改变，故C合理；水分子为V形，H3O＋为三角锥形，微粒中的键角发生了改变，故D合理。
3.下列关于杂化轨道的叙述中，不正确的是(　　)
A.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
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.NH3和CH4两个分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键
D.用杂化轨道理论与VSEPR模型分析分子空间结构的结果常常相互矛盾
答案　D
解析　中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子可能是正四面体形(如CH4)、三角锥形(如NH3)或者V形(如H2O)，A正确；π键是由未参与杂化的轨道“肩并肩”重叠形成的，杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳孤电子对，B正确；正四面体形的CH4和三角锥形的NH3中，中心原子C和N都是通过sp3杂化轨道成键，C正确；杂化轨道理论和VSEPR模型都是为了解释分子的空间结构而提出的理论，两者不矛盾，可以先通过VSEPR模型判断出分子的空间结构，再判断出中心原子的杂化轨道类型，D错误。
4.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，NH3中N原子为sp2杂化，而CH4中C原子是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　C
解析　NH3和CH4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NH3分子中N原子利用其中3个sp3杂化轨道与3个H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NH3分子为三角锥形，而CH4分子中4个sp3杂化轨道全部用于形成4个C—H，所以CH4分子为正四面体形。
(二)杂化轨道的应用
5.有机物(如图)中下方标有数字“1”“2”“3”的碳原子的杂化方式依次为(　　)
A.sp、sp2、sp3 B.sp2、sp、sp3
C.sp3、sp2、sp D.sp、sp、sp3
答案　B
解析　苯环上碳原子的价层电子对数为3，则为sp2杂化，中心原子碳为平面三角形结构，所以键角为120°，此时每个碳原子还剩一个单电子，就形成一个大π键，就是介于碳碳单键与碳碳双键之间的特殊键；“1”苯环上碳原子杂化方式是sp2；“2”碳碳三键两端的C原子含有2个σ键，则碳原子采用sp杂化；“3”甲基含有4个σ键，则碳原子采用sp3杂化。
6.已知H2O2分子的空间结构可在二面角中表示，如图所示，下列有关H2O2结构的说法正确的是(　　)
A.H2O2中有3个σ键、1个π键
B.H2O2为非极性分子
C.H2O2中氧原子为sp杂化
D.H2O2沸点高达158 ℃，可推测H2O2分子间可形成氢键
答案　D
解析　A.过氧化氢分子内都是单键，所以H2O2中有3个σ键，故A错误；B.H2O2分子中正电中心和负电中心不重合，所以是由极性键形成的极性分子，故B错误；C.H2O2中氧原子形成两个单键和两个孤电子对，所以氧原子为sp3杂化，故C错误；D. 氢键主要存在于N、F、O三种元素的氢化物分子之间，可使物质的熔沸点变大，而H2O2沸点高达158 ℃，可推测H2O2分子间可形成氢键，故D正确。
7.As2O3(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示)，与盐酸反应生成AsCl3，AsCl3被LiAlH4还原生成AsH3。下列说法正确的是(　　)
A.As2O3分子中As原子的杂化方式为sp2
B.LiAlH4为共价化合物
C.AsCl3空间结构为平面三角形
D.AsH3分子中键角小于109°28′
答案　D
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AlH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；AsH3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，AsH3空间构型为三角锥形，键角小于109°28′，故D正确。
8.原子形成化合物时，电子云间的相互作用对物质的结构和性质会产生影响。
请回答下列问题：
(1)BF3分子的空间结构为____________，NF3分子的空间结构为____________。
(2)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，碳原子采取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____________。
(3)已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是CH4>NH3>H2O，请分析可能的原因是___________________________________________
____________________________________________________________________。
答案　(1)平面三角形　三角锥形
(2)CH≡CH　CH2===CH2、　CH3CH3
(3)三者中心原子都为sp3杂化，CH4分子中的C原子上没有孤电子对，NH3分子中的N原子上有1个孤电子对，H2O分子中的O原子上有2个孤电子对，中心原子上孤电子对数越多，对成键电子对的排斥作用越大，则键角越小
解析　(1)BF3分子中的B原子采取sp2杂化，没有孤电子对，所以其分子的空间结构为平面三角形；NF3分子中的N原子采取sp3杂化，存在一个孤电子对，所以其分子的空间结构为三角锥形。(2)乙烷分子中的碳原子采取sp3杂化，乙烯和苯分子中的碳原子均采取sp2杂化，乙炔分子中的碳原子采取sp杂化。(3)H2O、NH3、CH4分子中的O、N、C原子均采取sp3杂化，而在O原子上有2个孤电子对，对成键电子对的排斥作用最大，键角最小；N原子上有1个孤电子对，对成键电子对的排斥作用没有水分子的大；C原子上无孤电子对，键角最大。
B级　素养培优练
9.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(NH) 直线形 N原子采取sp杂化
B 二氧化硫(SO2) V形 S原子采取sp2杂化
C 碳酸根离子(CO) 三角锥形 C原子采取sp3杂化
D 乙炔(C2H2) 平面形 C原子采取sp2杂化且C原子的价电子均参与成键
答案　B
解析　NH中中心N原子的价层电子对数为2＋×(5＋1－2×1)＝4，孤电子对数为2，杂化轨道数为4，采取sp3杂化，空间结构为V形，A项错误；SO2中中心S原子的价层电子对数为2＋×(6－2×2)＝3，孤电子对数为1，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，空间结构为V形，B项正确；CO中中心C原子的价层电子对数为3＋×(4＋2－3×2)＝3，不含孤电子对，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，C项错误；C2H2中C原子采取sp杂化，且C原子的价电子均参与成键，空间结构为直线形，D项错误。
10.几种含氯阴离子的信息如表所示：
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.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中中心Cl原子的价层电子对数是3＋＝4，ClO－中中心Cl原子的价层电子对数是1＋＝4，因此氯原子的杂化类型都为sp3，C正确；M(ClO)中中心Cl原子的价层电子对数是2＋＝4，含有2个孤电子对，所以空间结构为V形，D正确。
11.顺铂[Pt(NH3)2Cl2]是1969年发现的第一种具有抗癌活性的金属配合物，碳铂是1，1 环丁二羧酸二氨合铂(Ⅱ)的简称，属于第二代铂族抗癌药物，结构简式如图所示，其毒副作用低于顺铂。NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　)
A.顺铂分子中氮原子的杂化方式是sp2
B.碳铂分子中所有碳原子在同一平面上
C.碳铂分子中sp3杂化的碳原子与sp2杂化的碳原子数目之比为2∶1
D.1 mol碳铂分子中含有σ键的数目为18NA
答案　C
解析　在顺铂分子中，一个氮原子形成三个共价键且含有1个孤电子对，氮原子采用sp3杂化，故A错误；碳铂分子中有4个碳原子采用sp3杂化，故所有碳原子不可能在同一平面，故B错误；根据碳原子成键特点形成4个单键的碳原子采用sp3杂化，有4个，形成1个双键和2个单键的碳原子采用sp2杂化，有2个，数目之比为2∶1，故C正确；根据单键是σ键，双键中有1个σ键和1个π键进行判断，1 mol碳铂分子中含有σ键的数目应为24NA，故D错误。
12.化合物A是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式为，下列说法正确的是(　　)
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
答案　B
解析　A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键，氮原子有1个孤电子对而碳原子没有孤电子对，故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化，A项错误、B项正确；1个A分子中有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。
13.按要求回答下列问题：
(1)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型是____________。
(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结构为____________，阴离子的中心原子采取____________杂化。
(4)X的单质与氢气可化合生成气体G，G的水溶液的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原子采取的轨道杂化方式是____________________________________________________________________。
(6)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中O原子采取____________杂化。H3O＋中H—O—H夹角比H2O中H—O—H夹角大，为什么？____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
答案　(1)sp3、sp2　(2)sp2　(3)三角锥形　sp3　(4)sp3　(5)sp3
(6)sp3　H3O＋中O原子只有1个孤电子对，H2O中O原子有2个孤电子对，前者σ键电子对与孤电子对间的排斥力较小，因而键角大
解析　(1)CH3COOH分子中，－CH3和－COOH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，采取sp2杂化。(4)G是NH3，N原子采取sp3杂化。(5)硫原子形成2个S—S，还有2个孤电子对，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。
14.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有____________，羰基碳原子的杂化轨道类型为____________。
(3)已知，可用异氰酸苯酯与2 氯 4 氨基吡啶反应生成氯吡苯脲：
＋―→，反应过程中，每生成1 mol氯吡苯脲，断裂____________mol σ键，断裂____________mol 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请用共价键的相关知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因：____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
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)1　1
(4)①H—O的键能大于H—N的键能
②V形、三角锥形、直线形　sp3、sp3、sp
解析　(1)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，采取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，采取sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，采取sp2杂化。(3)由于σ键比π键稳定，根据反应方程式可知，断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N===C中的π键和2 氯 4 氨基吡啶分子中的N—H。(4)①O、N属于同周期元素，O的原子半径小于N，H—O的键能大于H—N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，所以其空间结构为V形，O原子采取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，所以其空间结构为三角锥形，N原子采取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，所以其空间结构为直线形，C原子采取sp杂化。基础课时9　杂化轨道理论简介
学习目标　1.通过杂化轨道理论的学习,能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。2.通过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。
一、杂化轨道理论简介
(一)知识梳理
1.杂化轨道理论及应用
(1)杂化轨道理论是一种　　　　　　　理论,是　　　　为了解释分子的空间结构提出的。
(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　　　　轨道和3个　　　　轨道发生混杂,形成4个能量相等的　　　　杂化轨道。4个　　　　杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—H 　　　　键,4个C—H是等同的,因此CH4呈正四面体形结构。
(3)概念: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.杂化轨道的形成及其特点
3.杂化轨道三种基本类型
(1)sp3杂化轨道——正四面体形
sp3杂化轨道是由　　　　　　个ns轨道和　　　　　　个np轨道杂化而成,每个sp3杂化轨道都含有p的成分,sp3杂化轨道间的夹角为　　　　　　,空间结构为正四面体形。如图所示。
(2)sp2杂化轨道——平面三角形
sp2杂化轨道是由　　　　　　个ns轨道和　　　　　　个np轨道杂化而成的,每个sp2杂化轨道含有s和p的成分,sp2杂化轨道间的夹角都是120°,呈平面三角形,如图所示。
(3)sp杂化——直线形
sp杂化轨道是由　　　　个ns轨道和　　　　个np轨道杂化而成的,每个sp杂化轨道含有s和p的成分,sp杂化轨道间的夹角为　　　　　　,呈直线形,如图所示。
微点拨:sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
4.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
杂化轨道类型 VSEPR模型 典型分子 空间结构
sp CO2 　　　　形
sp2 SO2 　　　　形
sp2 SO3 　　　　形
　 H2O V形
　 NH3 三角锥形
　 CH4 正四面体形
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.判断正误(对的在括号内打“√”,错的在括号内打“×”。)
(1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同。 (　　)
(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。 (　　)
(3)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是正四面体形。 (　　)
(4)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。 (　　)
2.下列关于杂化轨道的说法中,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.s轨道和p轨道杂化不可能有sp4杂化轨道出现
D.杂化轨道可容纳孤电子对
3.下列图形表示sp2杂化轨道的电子云轮廓图的是 (　　)
【题后归纳】　杂化轨道理论四要点
1.能量相近
原子在成键时,同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。
2.数目不变
形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。
3.成键能力增强
杂化改变原有轨道的形状和伸展方向,使原子形成的共价键更牢固。
4.排斥力最小
杂化轨道为使相互间的排斥力最小,故在空间取最大夹角分布,不同的杂化轨道伸展方向不同。
二、杂化轨道理论的应用
1.判断中心原子杂化轨道类型的三方法
(1)根据杂化轨道数目判断
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系:杂化轨道数目=价层电子对数目=σ键电子对数目+中心原子的孤电子对数目,再由杂化轨道数目确定杂化类型。
杂化轨道数目 2 3 4
杂化类型 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,则中心原子发生sp杂化。
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断
①若杂化轨道之间的夹角为109°28',则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道之间的夹角为120°,则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道之间的夹角为180°,则中心原子发生sp杂化。
2.杂化轨道类型与分子空间结构的关系
(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 一个ns和 一个np 一个ns和 两个np 一个ns和 三个np
轨道夹角 180° 120° 109°28'
杂化轨道 示意图
实例 BeCl2 BF3 CH4
杂化类型 sp sp2 sp3
分子结构 示意图
分子空间 结构名称 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 V形 SO2
AB3 sp3 1 三角锥形 NH3、PCl3、 NF3、H3O+
AB2或(B2A) 2 V形 H2S、N
(3)有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法
饱和碳原子均采取sp3杂化;连接双键的碳原子均采取sp2杂化;连接三键的碳原子均采取sp杂化。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是 (　　)
A.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°
C.四面体形、三角锥形的结构可以用sp3杂化轨道解释
D.杂化轨道全部参与形成化学键
2.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
3.如图在乙烯分子中有5个σ键、一个π键,它们分别是 (　　)
A.sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C.C—H之间是sp2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sp2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.已知下列微粒:①CH4　②CH2==CH2 ③CH≡CH　④NH3　⑤N　⑥BF3　⑦H2O
⑧H2O2。试回答下列问题。
(1)分子空间构型为正四面体形的是　　　　　　　　　 (填序号,下同)。
(2)中心原子为sp3杂化的是　　　　　　,中心原子为sp2杂化的是　　　　　　,中心原子为sp杂化的是　　　　　　。
(3)所有原子共平面(含共直线)的是　　　　　　　　　　, 共直线的是　　　　　　。
:课后完成　第二章　基础课时9(共61张PPT)
第二节　分子的空间结构
基础课时 杂化轨道理论简介
9
第二章
分子结构与性质
1.通过杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。
2.通过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。
学习目标
一、杂化轨道理论简介
二、杂化轨道理论的应用
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、杂化轨道理论简介
对点训练
(一)知识梳理
1.杂化轨道理论及应用
(1)杂化轨道理论是一种______理论，是_____为了解释分子的空间结构提出的。
(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______轨道和3个______轨道发生混杂，形成4个能量相等的________杂化轨道。4个________杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—H ____键，4个C—H是等同的，因此CH4呈正四面体形结构。
(3)概念：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。
价键
鲍林
2s
2p
sp3
sp3
σ
2.杂化轨道的形成及其特点
3.杂化轨道三种基本类型
1
3
109°28′
1
2
1
1
180°
微点拨：sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
4.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
杂化轨道类型 VSEPR模型 典型分子 空间结构
sp CO2 ______形
sp2 SO2 ____形
sp2 SO3 __________形
直线
V
平面三角
4.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
杂化轨道类型 VSEPR模型 典型分子 空间结构
H2O V形
NH3 三角锥形
CH4 正四面体形
sp3
sp3
sp3
1.判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。(　　)
(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。(　　)
(3)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是正四面体形。(　　)
(4)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。(　　)
√
√
×
×
解析　(1)形成杂化轨道过程中，形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。参与杂化的原子轨道能量是不同的。
(2)分子内的键角是成键电子对和孤电子对相互排斥的结果，与杂化轨道间的夹角不一定相同。
(3)中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构有四面体形、三角锥形和V形。
(4)AB3型的共价化合物，其中心原子A不是都采用sp3杂化轨道成键、还有其他的成键方式。
2.下列关于杂化轨道的说法中，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.s轨道和p轨道杂化不可能有sp4杂化轨道出现
D.杂化轨道可容纳孤电子对
解析　第ⅠA族元素如果是碱金属，易失电子，如果是H，一个电子在1s能级上，不可能杂化；杂化轨道只能形成σ键，不可能形成π键；p能级只有3个p轨道，不可能有sp4杂化。
B
3.下列图形表示sp2杂化轨道的电子云轮廓图的是(　　)
解析　A项，杂化轨道的空间结构为直线形，夹角为180°，共有2个杂化轨道，为sp杂化，错误；B项，未形成杂化轨道，错误；C项，杂化轨道的空间结构为正四面体形，共有4个杂化轨道，为sp3杂化，错误；D项，杂化轨道的空间结构为平面三角形，夹角为120°，共有3个杂化轨道，为sp2杂化，正确。
D
【题后归纳】　杂化轨道理论四要点
1.能量相近
原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。
2.数目不变
形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。
3.成键能力增强
杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。
4.排斥力最小
杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。
二、杂化轨道理论的应用
对点训练
1.判断中心原子杂化轨道类型的三方法
(1)根据杂化轨道数目判断
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：杂化轨道数目＝价层电子对数目＝σ键电子对数目＋中心原子的孤电子对数目，再由杂化轨道数目确定杂化类型。
杂化轨道数目 2 3 4
杂化类型 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，则中心原子发生sp杂化。
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断
①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。
2.杂化轨道类型与分子空间结构的关系
(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 一个ns和一个np 一个ns和两个np 一个ns和三个np
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
分子空间结构名称 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。
(3)有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法
饱和碳原子均采取sp3杂化；连接双键的碳原子均采取sp2杂化；连接三键的碳原子均采取sp杂化。
1.下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是(　　)
A.杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变
B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°
C.四面体形、三角锥形的结构可以用sp3杂化轨道解释
D.杂化轨道全部参与形成化学键
D
解析　杂化过程中，原子轨道总数不变，即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等，杂化后轨道的形状发生变化，A正确；sp3、sp2与sp杂化轨道的空间结构分别为正四面体形、平面三角形和直线形，因此其杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°和180°，B正确；部分四面体形、三角锥形和V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释，如甲烷分子、氨分子、水分子，C正确；杂化轨道可以部分参与形成化学键，如NH3中N原子采取sp3杂化，形成了4个sp3杂化轨道，但是只有3个杂化轨道参与形成化学键，D错误。
2.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是(　　)
A
解析　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夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；③与②相似；④乙炔中的碳原子为sp杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。
3.如图在乙烯分子中有5个σ键、一个π键，它们分别是(　　)
A.sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C.C—H之间是sp2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sp2形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
A
解析　CH2===CH2中含有5个σ键：其中4个是在C—H之间，另一个是在C—C之间；且在C—C之间还有一个未杂化的2p轨道形成π键。
(1)分子空间构型为正四面体形的是________________ (填序号，下同)。
(2)中心原子为sp3杂化的是____________，中心原子为sp2杂化的是____________，中心原子为sp杂化的是____________。
(3)所有原子共平面(含共直线)的是___________，共直线的是____________。
①⑤
①④⑤⑦⑧
②⑥
③
②③⑥⑦
③
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)杂化轨道理论简介
1.用鲍林的杂化轨道理论解释CH4分子的正四面体形结构，下列说法不正确的是(　　)
A.C原子的4个杂化轨道的能量一样
B.C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样
C.C原子的4个价层电子分别占据4个sp3杂化轨道
D.C原子有1个sp3杂化轨道由孤电子对占据
D
解析　甲烷中C原子采取sp3杂化，每个杂化轨道上有1个电子分别与1个H原子上的电子结合形成共价键，这四个共价键完全相同，轨道间的夹角为109°28′，形成正四面体形的分子。
2.水分子在特定条件下容易得到一个H＋，形成水合氢离子(H3O＋)。下列对上述过程的描述不合理的是(　　)
A.氧原子的杂化类型发生了改变 B.微粒的形状发生了改变
C.微粒的化学性质发生了改变 D.微粒中的键角发生了改变
解析　水中氧的杂化为sp3，H3O＋中氧的杂化为sp3，则氧原子的杂化类型没有改变，故A不合理；水分子为V形，H3O＋为三角锥形，则微粒的形状发生了改变，故B合理；因结构不同，则性质不同，微粒的化学性质发生了改变，故C合理；水分子为V形，H3O＋为三角锥形，微粒中的键角发生了改变，故D合理。
A
3.下列关于杂化轨道的叙述中，不正确的是(　　)
A.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
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.NH3和CH4两个分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键
D.用杂化轨道理论与VSEPR模型分析分子空间结构的结果常常相互矛盾
D
解析　中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子可能是正四面体形(如CH4)、三角锥形(如NH3)或者V形(如H2O)，A正确；π键是由未参与杂化的轨道“肩并肩”重叠形成的，杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳孤电子对，B正确；正四面体形的CH4和三角锥形的NH3中，中心原子C和N都是通过sp3杂化轨道成键，C正确；杂化轨道理论和VSEPR模型都是为了解释分子的空间结构而提出的理论，两者不矛盾，可以先通过VSEPR模型判断出分子的空间结构，再判断出中心原子的杂化轨道类型，D错误。
4.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，NH3中N原子为sp2杂化，而CH4中C原子是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
C
解析　NH3和CH4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NH3分子中N原子利用其中3个sp3杂化轨道与3个H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NH3分子为三角锥形，而CH4分子中4个sp3杂化轨道全部用于形成4个C—H，所以CH4分子为正四面体形。
(二)杂化轨道的应用
5.有机物(如图)中下方标有数字“1”“2”“3”的碳原子的杂化方式依次为(　　)
A.sp、sp2、sp3 B.sp2、sp、sp3
C.sp3、sp2、sp D.sp、sp、sp3
解析　苯环上碳原子的价层电子对数为3，则为sp2杂化，中心原子碳为平面三角形结构，所以键角为120°，此时每个碳原子还剩一个单电子，就形成一个大π键，就是介于碳碳单键与碳碳双键之间的特殊键；“1”苯环上碳原子杂化方式是sp2；“2”碳碳三键两端的C原子含有2个σ键，则碳原子采用sp杂化；“3”甲基含有4个σ键，则碳原子采用sp3杂化。
B
6.已知H2O2分子的空间结构可在二面角中表示，如图所示，下列有关H2O2结构的说法正确的是(　　)
A.H2O2中有3个σ键、1个π键
B.H2O2为非极性分子
C.H2O2中氧原子为sp杂化
D.H2O2沸点高达158 ℃，可推测H2O2分子间可形成氢键
D
解析　A.过氧化氢分子内都是单键，所以H2O2中有3个σ键，故A错误；B.H2O2分子中正电中心和负电中心不重合，所以是由极性键形成的极性分子，故B错误；C.H2O2中氧原子形成两个单键和两个孤电子对，所以氧原子为sp3杂化，故C错误；D. 氢键主要存在于N、F、O三种元素的氢化物分子之间，可使物质的熔沸点变大，而H2O2沸点高达158 ℃，可推测H2O2分子间可形成氢键，故D正确。
7.As2O3(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示)，与盐酸反应生成AsCl3，AsCl3被LiAlH4还原生成AsH3。下列说法正确的是(　　)
A.As2O3分子中As原子的杂化方式为sp2
B.LiAlH4为共价化合物
C.AsCl3空间结构为平面三角形
D.AsH3分子中键角小于109°28′
D
8.原子形成化合物时，电子云间的相互作用对物质的结构和性质会产生影响。
请回答下列问题：
(1)BF3分子的空间结构为____________，NF3分子的空间结构为____________。
(2)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，碳原子采取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____________。
平面三角形
三角锥形
CH≡CH
CH2===CH2、
CH3CH3
(3)已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是CH4>NH3>H2O，请分析可能的原因是___________________________________________________
____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________。
三者中心原子都为sp3杂化，CH4分子中的C原子上没有孤电子对，NH3分子中的N原子上有1个孤电子对，H2O分子中的O原子上有2个孤电子对，中心原子上孤电子对数越多，对成键电子对的排斥作用越大，则键角越小
解析　(1)BF3分子中的B原子采取sp2杂化，没有孤电子对，所以其分子的空间结构为平面三角形；NF3分子中的N原子采取sp3杂化，存在一个孤电子对，所以其分子的空间结构为三角锥形。(2)乙烷分子中的碳原子采取sp3杂化，乙烯和苯分子中的碳原子均采取sp2杂化，乙炔分子中的碳原子采取sp杂化。(3)H2O、NH3、CH4分子中的O、N、C原子均采取sp3杂化，而在O原子上有2个孤电子对，对成键电子对的排斥作用最大，键角最小；N原子上有1个孤电子对，对成键电子对的排斥作用没有水分子的大；C原子上无孤电子对，键角最大。
B级　素养培优练
9.表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是(　　)
B
10.几种含氯阴离子的信息如表所示：
A
11.顺铂[Pt(NH3)2Cl2]是1969年发现的第一种具有抗癌活性的金属配合物，碳铂是1，1 环丁二羧酸二氨合铂(Ⅱ)的简称，属于第二代铂族抗癌药物，结构简式如图所示，其毒副作用低于顺铂。NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　)
A.顺铂分子中氮原子的杂化方式是sp2
B.碳铂分子中所有碳原子在同一平面上
C.碳铂分子中sp3杂化的碳原子与sp2杂化的碳原子数目之比为2∶1
D.1 mol碳铂分子中含有σ键的数目为18NA
C
解析　在顺铂分子中，一个氮原子形成三个共价键且含有1个孤电子对，氮原子采用sp3杂化，故A错误；碳铂分子中有4个碳原子采用sp3杂化，故所有碳原子不可能在同一平面，故B错误；根据碳原子成键特点形成4个单键的碳原子采用sp3杂化，有4个，形成1个双键和2个单键的碳原子采用sp2杂化，有2个，数目之比为2∶1，故C正确；根据单键是σ键，双键中有1个σ键和1个π键进行判断，1 mol碳铂分子中含有σ键的数目应为24NA，故D错误。
B
解析　A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键，氮原子有1个孤电子对而碳原子没有孤电子对，故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化，A项错误、B项正确；1个A分子中有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。
13.按要求回答下列问题：
sp3、sp2
sp2
三角锥形
sp3
sp3
(5)S单质的常见形式为S8，其环状结构如图所示，S原子采取的轨道杂化方式是________。
(6)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中O原子采取____________杂化。H3O＋中H—O—H夹角比H2O中H—O—H夹角大，为什么？____________________________________________________________________
_________________________________________。
sp3
sp3
H3O＋中O原子只有1个孤电子对，H2O中O原子有2个孤电子对，前者σ键电子对与孤电子对间的排斥力较小，因而键角大
解析 (5)硫原子形成2个S—S，还有2个孤电子对，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。
(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有____________，羰基碳原子的杂化轨道类型为____________。
1
sp2、sp3
sp2
解析　(1)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，采取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，采取sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，采取sp2杂化。
(3)已知，可用异氰酸苯酯与2- 氯- 4- 氨基吡啶反应生成氯吡苯脲：
(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请用共价键的相关知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因：_____________________________。
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____________。
1
1
H—O的键能大于H—N的键能
V形、三角锥形、直线形
sp3、sp3、sp

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