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提升课时2　分子的空间结构与杂化轨道
学习目标　1.能准确判断共价分子中中心原子的杂化轨道类型。2.能用杂化轨道理论和价层电子对互斥理论判断分子共价键的形成和空间构型。
粒子(分子或离子)空间结构与杂化类型的判断
一、中心原子轨道杂化类型的判断
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成 1个ns、 1个np 1个ns、2个np 1个ns、3个np
轨道夹角 180° 120° 109°28′
VSEPR 模型 直线形 平面三角形 正四面体形
价层电 子对数 2 3 4
孤电子对数 0 0 1 0 1 2
分子(离子) 空间结构 直线形 平面 三角形 V形 正四 面体形 三角 锥形 V形
实例 CO2 BF3 SO2 CH4 NH3 H2O
二、根据价层电子互斥理论推测简单分子(或离子)空间结构的方法
1.思维模型
价层电子对数VSEPR模型
分子(或离子)的空间结构
2.关键步骤
(1)确定中心原子的价层电子对数和中心原子孤电子对数。
①对简单分子(ABm型)或离子(AB型)，通过前面“中心原子杂化轨道类型的判断方法”，求出中心原子的价层电子对数n；
②根据杂化轨道数＝中心原子形成的σ键数＋中心原子孤电子对数，可推出：中心原子孤电子对数＝杂化轨道数－中心原子形成的σ键数＝中心原子的价层电子对数－配位原子的个数＝n－m。
(2)由价层电子对数确定 VSEPR 模型(即杂化轨道空间构型)。
(3)略去孤电子对，应用价层电子对互斥理论确定分子或离子空间结构(具体见表格)。
价层电子 对数(n) 2 3 4
杂化轨 道类型 sp sp2 sp3
VSEPR 模型 直线形 平面三角形 正四面体形
孤电子 对数 (n－m) 0 0 1 0 1 2
分子或离 子的空间 结构 直线形 平面 三角形 V形 正四 面体 形 三角 锥形 V形
举例 BeCl2 NO SO2 CH4 NH3 H2O
键角 180° 120° 119.5° 109°28′ 107° 105°
[例1]　(1)(2023·北京卷节选)S2O的空间结构是____________。
(2)(2023·浙江1月卷节选)硅材料在生活中占有重要地位。请回答：
Si(NH2)4分子的空间结构(以Si为中心)名称为____________，分子中氮原子的杂化轨道类型是____________。
答案　(1)四面体形　(2) 四面体形　sp3
解析　(1)SO的中心原子S的价层电子对数为4，无孤电子对，空间构型为四面体形，S2O可看作是SO中1个O原子被S原子取代，则S2O的空间构型为四面体形。(2)Si(NH2)4分子可视为SiH4分子中的4个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的，所以Si(NH2)4分子中Si原子轨道的杂化类型是sp3，分子的空间结构(以Si为中心)名称为四面体形，分子中氮原子形成3个σ键，含一个孤电子对，则其杂化方式为sp3。
[例2]　(1)(2022·湖南卷节选)科学家近期合成了一种固氮酶模型配合物，该物质可以在温和条件下直接活化H2，将N3－转化为NH，反应过程如图所示：
产物中N原子的杂化轨道类型为____________。
(2)(2022·山东卷节选)吡啶()替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的Π大π键、则吡啶中N原子的价层孤电子对占据________(填标号)。
A.2s轨道 B.2p轨道
C.sp杂化轨道 D.sp2杂化轨道
(3)(2022·全国乙卷节选)一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一个________杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl________键。
答案　(1) sp3杂化　(2)D　(3)sp2　σ
解析　(1)由结构简式可知，产物中氮原子的价层电子对数为4，原子的杂化方式为sp3杂化；(2)吡啶()替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的Π大π键，则说明吡啶中N原子也是采用sp2杂化，杂化轨道只用于形成σ键和存在孤电子对，则吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道，故答案为D；(3) 一氯乙烯的结构式为，碳为双键碳，采取sp2杂化，因此C的一个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C－Cl σ键。
1.用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是(　　)
A.直线形；三角锥形
B.V形；三角锥形
C.直线形；平面三角形
D.V形；平面三角形
答案　D
解析　在H2S中，价层电子对数为4，若无孤电子对存在，则其应为正四面体形。但中心原子S上有两个孤电子对，而且孤电子对也要占据中心原子周围的空间，它们相互排斥，因此H2S为V形结构。在BF3中，价层电子对数为3，其中心原子B上无孤电子对，因此BF3应为平面三角形。
2.PCl3的分子结构是(　　)
A.平面三角形，键角小于120°
B.平面三角形，键角120°
C.三角锥形，键角小于109°28′
D.三角锥形，键角109°28′
答案　C
解析　PCl3与NH3互为等电子体，因此PCl3的空间结构为三角锥形，键角小于109°28′。
3.白磷是一种能自燃的单质，其分子的球棍模型如图所示：，下列叙述错误的是(　　)
A.每个磷原子形成3个σ键，磷原子为sp2杂化
B.每个磷原子的价层电子对数为4，磷原子均为sp3杂化
C.1 mol白磷中共含6 mol共价键
D.白磷分子的空间结构为正四面体形
答案　A
解析　由白磷分子的球棍模型图可知，每个磷原子均形成了3个σ键，又因每个磷原子还有一个孤电子对，故价层电子对数为4，磷原子为sp3杂化，A项错误，B项正确；由图可知C、D项正确。
4.(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，其分子中氮原子、碳原子的杂化轨道类型分别是____________、____________。
(2)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中阴离子的空间结构是____________，其中心原子的杂化轨道类型为____________。
(3)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的空间结构为____________；固态三氧化硫中存在如图所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为____________。
(4)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____________。
答案　(1)sp3　sp3　(2)正四面体形　sp3　(3)平面三角形　sp3　(4)sp3
解析　(1)H2NCH2CH2NH2中N原子形成3个σ键，孤电子对数为1，C原子形成4个σ键，无孤电子对，二者的价层电子对数都为4，因此N原子、C原子的杂化轨道类型都为sp3。(2)LiAlH4中的阴离子是AlH，其中Al原子与H原子之间的σ键数为4，孤电子对数为＝0，因此其价层电子对数为4＋0＝4，故AlH的空间结构为正四面体形，其中心原子的杂化轨道类型为sp3。(3)SO3分子中，中心原子上的价层电子对数为3，孤电子对数为＝0，故SO3分子的空间结构为平面三角形；由题图可知该三聚分子中每个S原子与4个O原子形成4个σ键，故其杂化轨道类型为sp3。(4)每个硫原子形成2个S—S，孤电子对数为2，杂化方式为sp3。
选择题有1个选项符合题意
1.已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是(　　)
A.X原子一定是sp2杂化
B.X原子一定为sp3杂化
C.X原子上一定存在孤电子对
D.VSEPR模型一定是平面三角形
答案　C
解析　若X原子无孤电子对，则它一定是直线形分子，若X有一个孤电子对或两个孤电子对，则XY2一定为V形分子，此种情况下X的原子轨道可能为sp2杂化，也可能是sp3杂化，A、B项错误，C项正确；若X有两个孤电子对，则该分子的VSEPR模型为正四面体形，D项错误。
2.了解有机物分子中化学键特征以及成键方式是研究有机物性质的基础。下列关于有机物分子的成键方式的描述不正确的是(　　)
A.烷烃分子中碳原子均采用sp3杂化轨道成键
B.炔烃分子中碳碳三键由1个σ键、2个π键组成
C.甲苯分子中所有碳原子均采用sp2杂化轨道成键
D.苯环中存在6个碳原子共有的大π键
答案　C
解析　烷烃分子中碳原子均形成4个键，杂化轨道数为4，均采用sp3杂化轨道成键。碳碳三键由1个σ 键、2个π键组成；苯环中碳原子采用sp2杂化轨道成键，6个碳原子上未参与成键的p电子形成一个大π键；甲苯分子中—CH3中的C采用sp3杂化。
3.在分子中，羰基()碳原子与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为(　　)
A.sp2杂化；sp2杂化 B.sp3杂化；sp3杂化
C.sp2杂化；sp3杂化 D.sp杂化；sp3杂化
答案　C
解析　羰基上的碳原子共形成3个σ键和1个π键，为sp2杂化，两侧甲基中的碳原子共形成4个σ键无π键，为sp3杂化。
4.(2023·上海建平中学高二月考)下列关于杂化轨道的叙述，不正确的是(　　)
A.CH2===CH—CH===CH2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键或用于容纳的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
解析　CH2===CH—CH===CH2分子中所有碳原子的价层电子对数为3，均采取sp2杂化成键，A正确；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，例如NH3中，N的杂化方式为sp3，形成4个杂化轨道，其中有3个用来形成σ键，1个用于容纳未参与成键的孤电子对，B正确；SO2和C2H4分子中的中心原子S和C价层电子对数都是3，都是通过sp2杂化轨道成键，C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，还需要考虑未成键电子对，例加NH3中N的杂化方式为sp3，但NH3的空间结构为三角锥形，D错误。
5.(2023·四川内江六中高二期中)下列说法正确的是(　　)
A.二氧化碳按电子云重叠的方式分，其共价键的类型有1种
B.NH3·BH3中，B的杂化方式为sp3杂化
C.硒的两种含氧酸的酸性强弱为H2SeO4D.SeO和SeO中心原子轨道杂化都为sp3，空间结构都是正四面体形
答案　B
解析　CO2分子中含有两个碳氧双键，共价键中含有一个σ键一个π键，共价键的类型有2种，故A错误；NH3·BH3中B的价层电子对数为4，B的杂化轨道类型为sp3，故B正确；同一种元素形成的含氧酸中，非羟基O原子个数越多，其酸性越强，H2SeO4与H2SeO3可写成(OH)2SeO2、(OH)2SeO，则酸性：H2SeO4>H2SeO3，故C错误；SeO中Se原子含有的孤对电子对数是＝0，所以是正四面体形，属于sp3杂化，和VSEPR模型一致，SeO的Se原子价层电子对数为3＋＝4，其VSEPR模型为正四面体形，但中心原子的孤电子对数为1，其空间结构为三角锥形，故D错误。
6.下列分子所含碳原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是(　　)
A.乙醛
B.丙烯腈
C.甲醛
D.丙炔
答案　A
解析　乙醛中甲基的碳原子采取sp3杂化，醛基的碳原子采取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；丙炔中甲基的碳原子采取sp3杂化，碳碳三键中两个碳原子采取sp杂化。
7.下列分子中，中心原子采取sp3杂化并形成正四面体形空间结构的是(　　)
①CH4　②NH3　③CF4　④SiH4　⑤C2H4
⑥CO2　⑦CH2Cl2
A.①②③⑥ B.①③④
C.②④⑤⑦ D.①③⑤
答案　B
解析　CH4、NH3、CF4、SiH4、CH2Cl2分子的中心原子均采取sp3杂化，但只有CH4、CF4、SiH4分子中的四个sp3杂化轨道分别结合一个相同的原子，形成正四面体形结构；CH2Cl2分子是变形的四面体形；NH3分子则是三角锥形结构；C2H4分子是平面结构；CO2分子是直线形结构。
8.有X、Y两种活性反应中间体微粒，均含有1个碳原子和3个氢原子，其球棍模型如图所示：
下列说法错误的是(　　)
A.X的组成为CH
B.Y的组成为CH
C.X的价层电子对数为4
D.Y中键角小于120°
答案　C
解析　由图可知，X为平面三角形结构，其碳原子应该有三个价层电子对，其组成为CH，A项正确，C项错误；Y为三角锥形结构，其碳原子有四个价层电子对，故其组成为CH，键角比120°小，B、D项正确。
9.六氟化硫分子呈正八面体形(如图所示)，在高电压下仍有良好的绝缘性，在电器工业方面有着广泛的用途，但逸散到空气中会引起温室效应。下列有关六氟化硫的推测正确的是(　　)
A.六氟化硫易燃烧生成二氧化硫
B.六氟化硫中各原子均达到8电子稳定结构
C.六氟化硫分子中的S—F都是σ键，且键长、键能都相等
D.若将六氟化硫分子中的2个F原子换成Cl原子，可以得到3种可能结构
答案　C
解析　SF6分子中，S和F的化合价分别是＋6和－1，S的化合价已达到最高价，不会再升高，而F的氧化性比O强，所以六氟化硫不易燃烧，A错误；SF6分子中的硫原子并不是8电子稳定结构，氟原子满足8电子稳定结构，B错误；SF6分子中只有S—F极性共价单键，均为σ键，C正确；若将六氟化硫分子中的2个F原子换成Cl原子，只有2种可能的结构，D错误。
10.短周期元素X、Y、Z、M原子序数依次增大，Z的基态原子2p轨道半充满，M的最高正价与最低负价绝对值之差为4，它们组成的一种分子结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.电负性：X>Y>Z
B.原子半径：Y>Z>X
C.分子中Z原子的杂化方式均为sp2
D.Y、Z、M的最高价氧化物的水化物均为强酸
答案　B
解析　已知X、Y、Z、M为原子序数依次增大的短周期元素，Z的基态原子2p轨道半充满，则Z为N元素，M的最高正价与最低负价绝对值之差为4，则M为S元素，根据题图中共价键数目可推知，X为H元素，Y为C元素。因此，电负性：N>C>H，A项错误；H原子核外有1个电子层，而C、N原子核外均有2个电子层，电子层数越多，半径越大，电子层数相同，核电荷数越大，半径越小，则原子半径：C>N>H，B项正确；分子中N原子均形成共价单键，为sp3杂化，C项错误；C元素的最高价氧化物的水化物为H2CO3，H2CO3为弱酸，D项错误。
11.有一种化合物是很多表面涂层的重要成分，其结构如图所示，其中W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，只有X、Y在同一周期，Y无最高正价，Z的含氧酸均具有氧化性，下列有关说法错误的是(　　)
A.XW、—XW3、XW是重要的有机反应中间体，XW中所有原子共平面
B.XW与W3Y＋的空间结构相同
C.Y原子最外层电子的轨道表示式为
D.Z的两种酸反应可制得Z的单质
答案　C
解析　Y无最高正价，且能形成2个共价键，则Y是O元素；四种元素的原子序数依次增大，只有X、Y在同一周期，则W是H元素；X形成4个共价键，且原子序数小于Y(O)，则X是C元素；Z形成1个共价键，与X、Y不在同一周期，Z的含氧酸均具有氧化性，则Z是Cl元素。XW是CH，中心C原子的价层电子对数为3＋(4－1－3×1)＝3，不含孤电子对，则CH是平面三角形，所有原子共平面，A正确；XW和W3Y＋分别为CH、H3O＋，中心原子C和O的价层电子对数均为4，且均含1个孤电子对，故二者的空间结构都是三角锥形，B正确；根据洪特规则和泡利原理可知，基态O原子的最外层电子的轨道表示式为
，C错误；HClO和HCl溶液反应可生成Cl2和H2O，D正确。
12.元素周期表中第ⅥA族元素单质及其化合物有着广泛应用。O2可用作氢氧燃料电池的氧化剂；O3具有杀菌、消毒、漂白等作用。硫有多种单质，如S2、S4、S6、S8等，用硫黄熏蒸中药材的传统由来已久。硫与氧气反应制得的SO2可用来生产H2SO4，硫酸及硫酸盐是重要化工原料；H2S是一种易燃的有毒气体(燃烧热为562.2 kJ·mol－1)，是制取多种硫化物的原料；用SO2与SeO2(白色晶体)的水溶液反应可制备硒，硒(34Se)是一种半导体材料。碲(52Te)的单质及其化合物在电子、冶金、材料等领域有广阔的发展前景，工业上以电解强碱性Na2TeO3溶液制备Te。下列说法正确的是(　　)
A.S2、S4、S6、S8互为同位素
B.SO2中S原子杂化轨道类型为sp2
C.34Se核外电子排布式为[Ar]4s24p4
D.H2S和H2O的空间结构相同，且均为非极性分子
答案　B
解析　S2、S4、S6、S8为硫元素形成的不同单质，应互为同素异形体，A错误；SO2中S的价层电子对数为2＋(6－2×2)＝3，故原子杂化轨道类型为sp2，B正确；34Se位于第四周期第ⅥA族，核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4，C错误；H2S和H2O的中心原子均为sp3杂化，空间结构均为V形，故均为极性分子，D错误。
13.能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。
(1)钛铁合金具有吸氢特性，在制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面有广阔的应用前景，基态Ti原子核外有________个运动状态不同的电子，在基态Fe2＋中，电子占据的能量最高的轨道为________。
(2)多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)薄膜电池等。镉(Cd)在周期表中位于第五周期，与Zn同族，则Cd的价层电子排布式为________，第一电离能：Ga________(填“大于”“小于”或“等于”)As；H2S分子的VSEPR模型为________。
(3)三氟化氮(NF3)是一种无色、无臭、无毒且不可燃的气体，在太阳能电池制造中得到广泛应用。NF3的沸点比NH3的沸点更低，原因是
____________________________________________________________________。
(4)富勒烯衍生物由于具有良好的光电性能，在太阳能电池的应用上具有非常光明的前途。富勒烯(C60)的结构如图所示，分子中碳原子轨道的杂化类型为________；1个C60分子中σ键的数目为________个。
答案　(1)22　3d
(2)4d105s2　小于　正四面体形
(3)NH3存在分子间氢键，分子间作用力大，沸点高
(4)sp2　90
解析　(1)Ti为22号元素，一个电子就是一种运动状态，因此基态Ti原子核外有22个运动状态不同的电子；Fe为26号元素，其基态原子价层电子排布式为[Ar]3d64s2，其基态Fe2＋的价层电子排布式为3d6，电子占据的能量最高的轨道为3d。(2)Zn的价电子排布式为3d104s2，镉(Cd)在周期表中位于第五周期，与Zn同族，则Cd的价电子排布式为4d105s2；同周期从左到右，第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族大于第ⅢA族，第ⅤA族大于第ⅥA族，因此第一电离能：Ga小于As；H2S分子中心原子价层电子对数为2＋(6－1×2)＝2＋2＝4，其VSEPR模型为正四面体形。(4)根据结构分析，分子中每个碳原子形成3个σ键，不含孤电子对，因此碳原子轨道的杂化类型为sp2；由于分子中每个碳原子形成3个σ键，每个碳原子占有个σ键，则1个C60分子中σ键的数目为×60＝90个。
14.磷是人体含量较多的元素之一，磷的化合物在药物生产和农药制造等方面用途非常广泛。请回答下列问题。
(1)酸性关系：H3PO4________H2SO4(填“>”“<”或“＝”)，请利用元素周期律解释该酸性关系：P和S原子的能层数相同，____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)P4S3可用于制造火柴，其分子结构如图所示。
①电负性：磷________硫(填“>”“<” 或“＝”)。
②P4S3分子中硫原子的杂化轨道类型为________。
③1 mol P4S3分子中孤电子对的数目为________。
④∠S—P—S________109°28′(填“>”“<”或“＝”)。
(3)在BF3分子中，F—B—F的键角度数是________， BF3与过量NaF反应可生成NaBF4，BF的空间结构为________。
答案　(1)<　硫原子的最外层电子数比磷原子多，原子半径更小，更容易获得电子，非金属性比磷强，最高价氧化物对应的水化物的酸性更强
(2)①<　②sp3　③10NA　④<
(3)120°　正四面体形
解析　(2)①同周期元素的电负性从左到右逐渐增强，故电负性：磷<硫。②从P4S3分子结构图可知，硫原子有2个σ键和2个孤电子对，其杂化轨道类型为sp3杂化。③从P4S3分子结构图得知，每个S原子有2个孤电子对，每个P原子有1个孤电子对，则1 mol P4S3分子中孤电子对的数目为10NA。④从P4S3分子结构图可知，P原子有1个孤电子对，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对与成键电子对之间的排斥力，故∠S—P—S小于正四面体的夹角，即∠S—P—S<109°28′。(3)在BF3分子中，中心原子B原子价层电子对数为3，是sp2杂化，分子呈平面三角形结构，F—B—F的键角度数是120°；BF中，中心原子B原子价层电子对数为4，是sp3杂化，其空间结构为正四面体形。提升课时2　分子的空间结构与杂化轨道
学习目标　1.能准确判断共价分子中中心原子的杂化轨道类型。2.能用杂化轨道理论和价层电子对互斥理论判断分子共价键的形成和空间构型。
粒子(分子或离子)空间结构与杂化类型的判断
一、中心原子轨道杂化类型的判断
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成 1个ns、 1个np 1个ns、2个np 1个ns、3个np
轨道夹角 180° 120° 109°28'
VSEPR模型 直线形 平面三角形 正四面体形
价层电子对数 2 3 4
孤电子对数 0 0 1 0 1 2
分子(离子) 空间结构 直线形 平面 三角形 V形 正四 面体形 三角 锥形 V形
实例 CO2 BF3 SO2 CH4 NH3 H2O
二、根据价层电子互斥理论推测简单分子(或离子)空间结构的方法
1.思维模型
价层电子对数VSEPR模型分子(或离子)的空间结构
2.关键步骤
(1)确定中心原子的价层电子对数和中心原子孤电子对数。
①对简单分子(ABm型)或离子(A型),通过前面“中心原子杂化轨道类型的判断方法”,求出中心原子的价层电子对数n;
②根据杂化轨道数=中心原子形成的σ键数+中心原子孤电子对数,可推出:中心原子孤电子对数=杂化轨道数-中心原子形成的σ键数=中心原子的价层电子对数-配位原子的个数=n-m。
(2)由价层电子对数确定 VSEPR 模型(即杂化轨道空间构型)。
(3)略去孤电子对,应用价层电子对互斥理论确定分子或离子空间结构(具体见表格)。
价层电子对数(n) 2 3 4
杂化轨道类型 sp sp2 sp3
VSEPR模型 直线形 平面三角形 正四面体形
孤电子对数(n-m) 0 0 1 0 1 2
分子或离 子的空间结构 直线形 平面三角形 V形 正四面体形 三角锥形 V形
举例 BeCl2 N SO2 CH4 NH3 H2O
键角 180° 120° 119.5° 109°28' 107° 105°
[例1]　(1)(2023·北京卷节选)S2的空间结构是　　　　　　。
(2)(2023·浙江1月卷节选)硅材料在生活中占有重要地位。请回答:
Si(NH2)4分子的空间结构(以Si为中心)名称为　　　　　　,分子中氮原子的杂化轨道类型是　　　　　　。
[例2]　(1)(2022·湖南卷节选)科学家近期合成了一种固氮酶模型配合物,该物质可以在温和条件下直接活化H2,将N3-转化为N,反应过程如图所示:
产物中N原子的杂化轨道类型为　　　　　　。
(2)(2022·山东卷节选)吡啶()替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的大π键、则吡啶中N原子的价层孤电子对占据　　　　(填标号)。
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.2s轨道 B.2p轨道
C.sp杂化轨道 D.sp2杂化轨道
(3)(2022·全国乙卷节选)一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一个　　　　杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl　　　　键。
1.用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构,两个结论都正确的是 (　　)
A.直线形;三角锥形 B.V形;三角锥形
C.直线形;平面三角形 D.V形;平面三角形
2.PCl3的分子结构是 (　　)
A.平面三角形,键角小于120°
B.平面三角形,键角120°
C.三角锥形,键角小于109°28'
D.三角锥形,键角109°28'
3.白磷是一种能自燃的单质,其分子的球棍模型如图所示:,下列叙述错误的是 (　　)
A.每个磷原子形成3个σ键,磷原子为sp2杂化
B.每个磷原子的价层电子对数为4,磷原子均为sp3杂化
C.1 mol白磷中共含6 mol共价键
D.白磷分子的空间结构为正四面体形
4.(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,其分子中氮原子、碳原子的杂化轨道类型分别是　　　　　　、　　　　　　。
(2)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中阴离子的空间结构是　　　　　　,其中心原子的杂化轨道类型为　　　　　　。
(3)气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的空间结构为　　　　　　;固态三氧化硫中存在如图所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为　　　　　　。
(4)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　　　　　　。
:课后完成　第二章　提升课时2
高考真题体验(二)
章末测评验收卷(二)(共44张PPT)
提升课时 　分子的空间结构与杂化轨道
2
第二章
分子结构与性质
第三节　分子结构与物质的性质
1.能准确判断共价分子中中心原子的杂化轨道类型。
2.能用杂化轨道理论和价层电子对互斥理论判断分子共价键的形成和空间构型。
学习目标
粒子(分子或离子)空间结构与杂化类型的判断
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
粒子(分子或离子)空间结构与
杂化类型的判断
题型突破
对点训练
一、中心原子轨道杂化类型的判断
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成 1个ns、1个np 1个ns、2个np 1个ns、3个np
轨道夹角 180° 120° 109°28′
VSEPR模型 直线形 平面三角形 正四面体形
价层电子对数 2 3 4
孤电子对数 0 0 1 0 1 2
分子(离子) 空间结构 直线形 平面三角形 V形 正四面体形 三角锥形 V形
实例 CO2 BF3 SO2 CH4 NH3 H2O
二、根据价层电子互斥理论推测简单分子(或离子)空间结构的方法
1.思维模型
2.关键步骤
(2)由价层电子对数确定 VSEPR 模型(即杂化轨道空间构型)。
(3)略去孤电子对,应用价层电子对互斥理论确定分子或离子空间结构(具体见表格)。
价层电子对数(n) 2 3 4
杂化轨道类型 sp sp2 sp3
VSEPR模型 直线形 平面三角形 正四面体形
孤电子对数(n－m) 0 0 1 0 1 2
分子或离子的空间结构 直线形 平面三角形 V形 正四面体形 三角锥形 V形
举例 BeCl2 NO SO2 CH4 NH3 H2O
键角 180° 120° 119.5° 109°28′ 107° 105°
四面体形
四面体形
sp3
sp3杂化
D
sp2
σ
1.用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是(　　)
A.直线形；三角锥形
B.V形；三角锥形
C.直线形；平面三角形
D.V形；平面三角形
解析　在H2S中，价层电子对数为4，若无孤电子对存在，则其应为正四面体形。但中心原子S上有两个孤电子对，而且孤电子对也要占据中心原子周围的空间，它们相互排斥，因此H2S为V形结构。在BF3中，价层电子对数为3，其中心原子B上无孤电子对，因此BF3应为平面三角形。
D
2.PCl3的分子结构是(　　)
A.平面三角形，键角小于120°
B.平面三角形，键角120°
C.三角锥形，键角小于109°28′
D.三角锥形，键角109°28′
解析　PCl3与NH3互为等电子体，因此PCl3的空间结构为三角锥形，键角小于109°28′。
C
解析　由白磷分子的球棍模型图可知，每个磷原子均形成了3个σ键，又因每个磷原子还有一个孤电子对，故价层电子对数为4，磷原子为sp3杂化，A项错误，B项正确；由图可知C、D项正确。
A
4.(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，其分子中氮原子、碳原子的杂化轨道类型分别是____________、____________。
(2)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中阴离子的空间结构是____________，其中心原子的杂化轨道类型为____________。
(3)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的空间结构为____________；固态三氧化硫中存在如图所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为____________。
sp3
sp3
正四面体形
sp3
平面三角形
sp3
(4)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____________。
sp3
解析 (4)每个硫原子形成2个S—S，孤电子对数为2，杂化方式为sp3。
课后巩固训练
选择题有1个选项符合题意
1.已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是(　　)
A.X原子一定是sp2杂化 B.X原子一定为sp3杂化
C.X原子上一定存在孤电子对 D.VSEPR模型一定是平面三角形
解析　若X原子无孤电子对，则它一定是直线形分子，若X有一个孤电子对或两个孤电子对，则XY2一定为V形分子，此种情况下X的原子轨道可能为sp2杂化，也可能是sp3杂化，A、B项错误，C项正确；若X有两个孤电子对，则该分子的VSEPR模型为正四面体形，D项错误。
C
2.了解有机物分子中化学键特征以及成键方式是研究有机物性质的基础。下列关于有机物分子的成键方式的描述不正确的是(　　)
A.烷烃分子中碳原子均采用sp3杂化轨道成键
B.炔烃分子中碳碳三键由1个σ键、2个π键组成
C.甲苯分子中所有碳原子均采用sp2杂化轨道成键
D.苯环中存在6个碳原子共有的大π键
解析　烷烃分子中碳原子均形成4个键，杂化轨道数为4，均采用sp3杂化轨道成键。碳碳三键由1个σ 键、2个π键组成；苯环中碳原子采用sp2杂化轨道成键，6个碳原子上未参与成键的p电子形成一个大π键；甲苯分子中—CH3中的C采用sp3杂化。
C
解析　羰基上的碳原子共形成3个σ键和1个π键，为sp2杂化，两侧甲基中的碳原子共形成4个σ键无π键，为sp3杂化。
C
4.(2023·上海建平中学高二月考)下列关于杂化轨道的叙述，不正确的是(　　)
A.CH2===CH—CH===CH2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键或用于容纳的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
D
解析　CH2===CH—CH===CH2分子中所有碳原子的价层电子对数为3，均采取sp2杂化成键，A正确；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，例如NH3中，N的杂化方式为sp3，形成4个杂化轨道，其中有3个用来形成σ键，1个用于容纳未参与成键的孤电子对，B正确；SO2和C2H4分子中的中心原子S和C价层电子对数都是3，都是通过sp2杂化轨道成键，C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，还需要考虑未成键电子对，例加NH3中N的杂化方式为sp3，但NH3的空间结构为三角锥形，D错误。
5.(2023·四川内江六中高二期中)下列说法正确的是(　　)
B
6.下列分子所含碳原子中，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，醛基的碳原子采取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；丙炔中甲基的碳原子采取sp3杂化，碳碳三键中两个碳原子采取sp杂化。
7.下列分子中，中心原子采取sp3杂化并形成正四面体形空间结构的是(　　)
①CH4　②NH3　③CF4　④SiH4　⑤C2H4 ⑥CO2　⑦CH2Cl2
A.①②③⑥ B.①③④ C.②④⑤⑦ D.①③⑤
解析　CH4、NH3、CF4、SiH4、CH2Cl2分子的中心原子均采取sp3杂化，但只有CH4、CF4、SiH4分子中的四个sp3杂化轨道分别结合一个相同的原子，形成正四面体形结构；CH2Cl2分子是变形的四面体形；NH3分子则是三角锥形结构；C2H4分子是平面结构；CO2分子是直线形结构。
B
8.有X、Y两种活性反应中间体微粒，均含有1个碳原子和3个氢原子，其球棍模型如图所示：
C
9.六氟化硫分子呈正八面体形(如图所示)，在高电压下仍有良好的绝缘性，在电器工业方面有着广泛的用途，但逸散到空气中会引起温室效应。下列有关六氟化硫的推测正确的是(　　)
A.六氟化硫易燃烧生成二氧化硫
B.六氟化硫中各原子均达到8电子稳定结构
C.六氟化硫分子中的S—F都是σ键，且键长、键能都相等
D.若将六氟化硫分子中的2个F原子换成Cl原子，可以得到3种可能结构
C
解析　SF6分子中，S和F的化合价分别是＋6和－1，S的化合价已达到最高价，不会再升高，而F的氧化性比O强，所以六氟化硫不易燃烧，A错误；SF6分子中的硫原子并不是8电子稳定结构，氟原子满足8电子稳定结构，B错误；SF6分子中只有S—F极性共价单键，均为σ键，C正确；若将六氟化硫分子中的2个F原子换成Cl原子，只有2种可能的结构，D错误。
10.短周期元素X、Y、Z、M原子序数依次增大，Z的基态原子2p轨道半充满，M的最高正价与最低负价绝对值之差为4，它们组成的一种分子结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.电负性：X>Y>Z
B.原子半径：Y>Z>X
C.分子中Z原子的杂化方式均为sp2
D.Y、Z、M的最高价氧化物的水化物均为强酸
B
解析　已知X、Y、Z、M为原子序数依次增大的短周期元素，Z的基态原子2p轨道半充满，则Z为N元素，M的最高正价与最低负价绝对值之差为4，则M为S元素，根据题图中共价键数目可推知，X为H元素，Y为C元素。因此，电负性：N>C>H，A项错误；H原子核外有1个电子层，而C、N原子核外均有2个电子层，电子层数越多，半径越大，电子层数相同，核电荷数越大，半径越小，则原子半径：C>N>H，B项正确；分子中N原子均形成共价单键，为sp3杂化，C项错误；C元素的最高价氧化物的水化物为H2CO3，H2CO3为弱酸，D项错误。
11.有一种化合物是很多表面涂层的重要成分，其结构如图所示，其中W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，只有X、Y在同一周期，Y无最高正价，Z的含氧酸均具有氧化性，下列有关说法错误的是(　　)
C
12.元素周期表中第ⅥA族元素单质及其化合物有着广泛应用。O2可用作氢氧燃料电池的氧化剂；O3具有杀菌、消毒、漂白等作用。硫有多种单质，如S2、S4、S6、S8等，用硫黄熏蒸中药材的传统由来已久。硫与氧气反应制得的SO2可用来生产H2SO4，硫酸及硫酸盐是重要化工原料；H2S是一种易燃的有毒气体(燃烧热为562.2 kJ·mol－1)，是制取多种硫化物的原料；用SO2与SeO2(白色晶体)的水溶液反应可制备硒，硒(34Se)是一种半导体材料。碲(52Te)的单质及其化合物在电子、冶金、材料等领域有广阔的发展前景，工业上以电解强碱性Na2TeO3溶液制备Te。下列说法正确的是(　　)
A.S2、S4、S6、S8互为同位素
B.SO2中S原子杂化轨道类型为sp2
C.34Se核外电子排布式为[Ar]4s24p4
D.H2S和H2O的空间结构相同，且均为非极性分子
B
13.能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。
(1)钛铁合金具有吸氢特性，在制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面有广阔的应用前景，基态Ti原子核外有________个运动状态不同的电子，在基态Fe2＋中，电子占据的能量最高的轨道为________。
(2)多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)薄膜电池等。镉(Cd)在周期表中位于第五周期，与Zn同族，则Cd的价层电子排布式为________，第一电离能：Ga________(填“大于”“小于”或“等于”)As；H2S分子的VSEPR模型为_____________。
22
3d
4d105s2
小于
正四面体形
(3)三氟化氮(NF3)是一种无色、无臭、无毒且不可燃的气体，在太阳能电池制造中得到广泛应用。NF3的沸点比NH3的沸点更低，原因是
_____________________________________________。
(4)富勒烯衍生物由于具有良好的光电性能，在太阳能电池的应用上具有非常光明的前途。富勒烯(C60)的结构如图所示，分子中碳原子轨道的杂化类型为________；1个C60分子中σ键的数目为________个。
NH3存在分子间氢键，分子间作用力大，沸点高
sp2
90
14.磷是人体含量较多的元素之一，磷的化合物在药物生产和农药制造等方面用途非常广泛。请回答下列问题。
(1)酸性关系：H3PO4________H2SO4(填“>”“<”或“＝”)，请利用元素周期律解释该酸性关系：P和S原子的能层数相同，_________________________________________________________________
____________________________________________________。
<
硫原子的最外层电子数比磷原子多，原子半径更小，更容易获得电子，非金属性比磷强，最高价氧化物对应的水化物的酸性更强
(2)P4S3可用于制造火柴，其分子结构如图所示。
①电负性：磷________硫(填“>”“<” 或“＝”)。
②P4S3分子中硫原子的杂化轨道类型为________。
③1 mol P4S3分子中孤电子对的数目为________。
④∠S—P—S________109°28′(填“>”“<”或“＝”)。
<
sp3
10NA
<
120°
正四面体形

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