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第2节　共价键与分子的空间结构
第1课时　分子空间结构的理论分析
［核心素养发展目标］　1.了解常见分子的空间结构。2.理解杂化轨道理论的主要内容，并能用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间结构。
一、杂化轨道理论
1.杂化轨道理论的提出
(1)基态碳原子的价电子排布及原子轨道图
(2)杂化轨道理论的提出
研究证实，甲烷(CH4)—　　　　　　　形结构，H—C—H键角为　　。分子结构如图。
根据价键理论，碳原子的价电子中只有两个未成对的2p电子。若碳原子与氢原子结合，应形成 CH2而不是 CH4，即使碳原子的一个 2s电子受外界条件影响跃迁到2p空轨道，使碳原子具有四个未成对电子，但这四个价电子的原子轨道是3个相互垂直的2p轨道与1个球形的 2s 轨道，它与四个氢原子形成的分子也不应当具有规则的正四面体形结构。为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。
2.甲烷(CH4)分子中碳原子的杂化类型
3.杂化轨道的形成及其特点
4.杂化轨道的类型
杂化类型 sp sp2 sp3
用于杂化的原子轨道及数目 ns
np
杂化轨道的数目
杂化轨道间的夹角
1.正误判断
(1)任意能级的s轨道和p轨道都可以形成杂化轨道(　　)
(2)有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道(　　)
(3)甲烷分子中杂化轨道能量相同(　　)
(4)sp2杂化后轨道数目是2(　　)
(5)sp杂化轨道是直线形，夹角为180°(　　)
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.轨道杂化前后轨道数目可以相等，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、最小排斥原理
D.杂化轨道可分为sp、sp2、sp3杂化等
3.ns轨道和np轨道杂化的类型不可能有(　　)
A.sp杂化 B.sp2杂化
C.sp3杂化 D.sp4杂化
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空间取向，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、典型分子的空间结构
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.CH4分子的空间结构
CH4分子中碳原子的杂化过程如图：
四个杂化轨道的未成对电子与四个氢原子的1s电子配对形成　　键。因为四个共价键的键长、键角均　　　，所以CH4分子的空间结构为　　　　　形。
2.乙烯分子的空间结构
乙烯分子中碳原子的杂化过程如图：
乙烯分子中每个碳原子的杂化轨道中含一个未成对电子，两个碳原子各以一个sp2杂化轨道重叠形成一个　　键，每个碳原子都以另外两个sp2杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个　　键，剩下的一个未参与杂化的2p轨道以“　　　　　”的方式重叠，形成一个　　键。
3.乙炔分子的空间结构
乙炔分子中碳原子的杂化过程如图：
乙炔分子中碳原子的杂化轨道中各含一个未成对电子，两个碳原子各用一个sp杂化轨道形成一个　　键，再用另外一个sp杂化轨道分别与氢原子的1s轨道形成一个　　键，剩下的两个未参与杂化的2p轨道以“　　　　　”的方式重叠，形成　　个　　键。
4.苯分子的空间结构与大π键
5.NH3分子的空间结构
(1)NH3分子为　　　　形，分子中N—H键的键角为　　　　，分子空间结构如图：
(2)NH3分子中N原子的杂化类型及成键情况：
氮原子的 2s 和 2p 轨道发生杂化，形成4个sp3杂化轨道，夹角应为　　　　　　　。其中3个sp3杂化轨道与H原子的1s轨道形成3个sp3 s σ键，剩余一个杂化轨道，存在一对未成键电子，称为　　　　　　　。它对成键电子对的排斥作用较强，使3个N—H键的键角　　　　　　，空间结构发生变化。
6.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
参与杂化的原子轨道及数目 ns
np
空间结构
实例 CO2、BeCl2、 CH≡CH BF3、SO3 CH4、CCl4
(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，由于孤电子对的排斥作用，会使分子的空间结构，如H2O和NH3，O与N原子的杂化类型都为　　　杂化，孤电子对数分别为　　、　　，分子空间结构分别为　　形、　　　　形。
1.如何用杂化轨道理论解释BeCl2分子的空间结构？
2.NH3、CH4两分子中，N、C原子都采用sp3杂化，为什么NH3分子空间结构是三角锥形，CH4分子是正四面体形？
1.正误判断
(1)ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道(　　)
(2)孤电子对有可能参与杂化(　　)
(3)杂化轨道用于形成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.下列关于NH3和CO2的说法正确的是(　　)
A.都是直线形结构
B.中心原子都采取sp杂化
C.NH3为三角锥形结构，CO2为直线形结构
D.N原子和C原子上都没有孤电子对
3.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
4.(2023·青岛高二质检)下列说法正确的是(　　)
A.CHCl3是正四面体形结构，中心原子为sp3杂化
B.H2O分子中氧原子为sp2杂化，其分子空间结构为角形
C.二氧化碳中碳原子为sp杂化，为直线形分子结构
D.N中N原子为sp3杂化，是四边形结构
5.判断下列中心原子的杂化轨道类型(标“·”的原子为中心原子)。
微粒 杂化轨道数 杂化轨道类型
①H3
②CH2H2
③Cl4
④Cl3
⑤H3
1.有机物中碳原子的杂化类型判断
(1)根据碳原子形成的σ键数目判断
有机物中，碳原子杂化轨道形成σ键，未杂化轨道形成π键。
(2)由碳原子的饱和程度判断
①饱和碳原子采取sp3杂化；
②双键上的碳原子或苯环上的碳原子采取sp2杂化；
③三键上的碳原子采取sp杂化。
2.杂化轨道类型的判断方法
(1)根据轨道夹角判断
(2)根据分子(或离子)的空间结构判断
空间结构 中心原子杂化类型
正四面体形 sp3杂化
三角锥形 sp3杂化
平面三角形 sp2杂化
直线形 sp杂化
(3)对于ABm型分子，中心原子A的杂化方式判断方法：n=
说明：①n为中心原子杂化轨道数目，n=2时，为sp杂化，n=3时，为sp2杂化，n=4时，为sp3杂化。
②配位原子B为氧原子或硫原子时，成键电子数为0；配位原子为氢原子或ⅦA族元素时，每个配位原子有一个成键电子。
答案精析
一、
1.(2)正四面体　109°28'
2.2s　2p　能量相同
3.相近　相同　等于　空间取向　大　牢固
4.1　1　1　1　2　3　2　3　4　180°　120°　109°28'
应用体验
1.(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√
2.B　［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，轨道数不变，轨道形状发生变化，A正确、B错误；杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理，这样形成的分子才能最稳定，C正确。］
3.D　［p能级只有3个轨道，不可能有sp4杂化。］
二、
1.σ　相同　正四面体
2.σ　σ　肩并肩　π
3.σ　σ　肩并肩　两　π
4.sp2　σ　平面正六边　12
5.(1)三角锥　107.3°　(2)109°28'　孤电子对　减小
6.(1)1　1　1　1　2　3　直线形　平面三角形　正四面体形　(2)sp3　2　1　角　三角锥
深度思考
1.基态铍原子的核外电子排布式为1s22s2，从表面上看铍原子似乎不能形成共价键，但是在激发态下，铍原子2s轨道上的一个电子可以进入2p空轨道，经过杂化形成两个sp杂化轨道，如图1所示。
铍原子的两个sp杂化轨道分别与两个氯原子的3p轨道重叠形成两个sp p σ键。由于杂化轨道间的夹角为180°，所以BeCl2分子的空间结构为直线形，如图2所示。
2.形成的4个sp3杂化轨道中，NH3分子中只有三个杂化轨道与H原子的1s轨道重叠成键。另1个杂化轨道中有一对孤电子对不参与成键，但对成键电子对有较强的排斥作用，使三个N—H键键角变小，成为三角锥形。而CH4分子中4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成共价键，轨道间夹角=共价键键角=109°28'，故CH4为正四面体形。
应用体验
1.(1)√　(2)√　(3)√
2.C　［NH3和CO2分子的中心原子分别采取sp3杂化、sp杂化，但NH3分子的N原子上有1对孤电子对未参与成键，根据杂化轨道理论，NH3的空间结构应为三角锥形，CO2的空间结构为直线形。］
3.C　4.C
5.①4　sp3　②3　sp2　③4　sp3　④4　sp3
⑤4　sp3
解析　杂化轨道数为2时杂化方式为sp，杂化轨道数为3时杂化方式为sp2，杂化轨道数为4时杂化方式为sp3，类比H2O、NH3、CH4等分子中中心原子的杂化类型可得出正确答案。(共73张PPT)
分子空间结构的理论分析
第2章　第2节
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第1课时
核心素养
发展目标
1.了解常见分子的空间结构。
2.理解杂化轨道理论的主要内容，并能用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间结构。
内容索引
一、杂化轨道理论
二、典型分子的空间结构
课时对点练
杂化轨道理论
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一
1.杂化轨道理论的提出
(1)基态碳原子的价电子排布及原子轨道图
一、杂化轨道理论
(2)杂化轨道理论的提出
研究证实，甲烷(CH4)— 形结构，H—C—H键
角为 。分子结构如图。
根据价键理论，碳原子的价电子中只有两个未成对的2p电子。若碳原子与氢原子结合，应形成 CH2而不是 CH4，即使碳原子的一个 2s电子受外界条件影响跃迁到2p空轨道，使碳原子具有四个未成对电子，但这四个价电子的原子轨道是3个相互垂直的2p轨道与1个球形的 2s 轨道，它与四个氢原子形成的分子也不应当具有规则的正四面体形结构。为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。
正四面体
109°28'
2.甲烷(CH4)分子中碳原子的杂化类型
2s
2p
能量相同
3.杂化轨道的形成及其特点
相近
相同
等于
空间取向
大
牢固
4.杂化轨道的类型
杂化类型 sp Sp2 sp3
用于杂化的原子轨道及数目 ns __ __ __
np __ __ __
杂化轨道的数目 __ __ __
杂化轨道间的夹角 ____ ____ ________
1
1
1
1
2
3
2
3
4
180°
120°
109°28'
1.正误判断
(1)任意能级的s轨道和p轨道都可以形成杂化轨道
(2)有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道
(3)甲烷分子中杂化轨道能量相同
(4)sp2杂化后轨道数目是2
(5)sp杂化轨道是直线形，夹角为180°
√
×
√
×
√
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.轨道杂化前后轨道数目可以相等，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、最小排斥原理
D.杂化轨道可分为sp、sp2、sp3杂化等
√
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，轨道数不变，轨道形状发生变化，A正确、B错误；
杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理，这样形成的分子才能最稳定，C正确。
3.ns轨道和np轨道杂化的类型不可能有
A.sp杂化 B.sp2杂化
C.sp3杂化 D.sp4杂化
√
p能级只有3个轨道，不可能有sp4杂化。
归纳总结
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。
归纳总结
(3)成键能力增强
杂化改变原有轨道的空间取向，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。
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二
典型分子的空间结构
二、典型分子的空间结构
1.CH4分子的空间结构
CH4分子中碳原子的杂化过程如图：
四个杂化轨道的未成对电子与四个氢原子的1s电子配对形成 键。因为四个共价键的键长、键角均 ，所以CH4分子的空间结构为____
_____形。
σ
相同
正四
面体
2.乙烯分子的空间结构
乙烯分子中碳原子的杂化过程如图：
乙烯分子中每个碳原子的杂化轨道中含一个未成对电子，两个碳原子各以一个sp2杂化轨道重叠形成一个 键，每个碳原子都以另外两个sp2杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个 键，剩下的一个未参与杂化的2p轨道以“ ”的方式重叠，形成一个 键。
σ
σ
肩并肩
π
3.乙炔分子的空间结构
乙炔分子中碳原子的杂化过程如图：
乙炔分子中碳原子的杂化轨道中各含一个未成对电子，两个碳原子各用一个sp杂化轨道形成一个 键，再用另外一个sp杂化轨道分别与氢原子的1s轨道形成一个 键，剩下的两个未参与杂化的2p轨道以
“________”的方式重叠，形成 个 键。
σ
σ
肩并肩
两
π
4.苯分子的空间
结构与大π键
sp2
σ
平面正六边
12
5.NH3分子的空间结构
(1)NH3分子为 形，分子中N—H键的键角为 ，分子空间结构如图：
三角锥
107.3°
(2)NH3分子中N原子的杂化类型及成键情况：
氮原子的 2s 和 2p 轨道发生杂化，形成4个sp3杂化轨道，夹角应为
。其中3个sp3杂化轨道与H原子的1s轨道形成3个sp3 s σ键，剩余一个杂化轨道，存在一对未成键电子，称为 。它对成键电子对的排斥作用较强，使3个N—H键的键角 ，空间结构发生变化。
109°28'
孤电子对
减小
6.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
参与杂化的原子轨道及数目 ns __ __ __
np __ __ __
空间结构 _______ __________ __________
实例 CO2、BeCl2、CH≡CH BF3、SO3 CH4、CCl4
1
1
1
1
2
3
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，由于孤电子对的排斥作用，会使分子的空间结构，如H2O和NH3，O与N原子的杂化类型都为
杂化，孤电子对数分别为 、 ，分子空间结构分别为 形、
形。
sp3
2
1
角
三角锥
1.如何用杂化轨道理论解释BeCl2分子的空间结构？
深度思考
提示　基态铍原子的核外电子排布式为1s22s2，
从表面上看铍原子似乎不能形成共价键，但是
在激发态下，铍原子2s轨道上的一个电子可以
进入2p空轨道，经过杂化形成两个sp杂化轨道，
如图1所示。铍原子的两个sp杂化轨道分别与
两个氯原子的3p轨道重叠形成两个sp p σ键。由
于杂化轨道间的夹角为180°，所以BeCl2分子的空间结构为直线形，如图2所示。
2.NH3、CH4两分子中，N、C原子都采用sp3杂化，为什么NH3分子空间结构是三角锥形，CH4分子是正四面体形？
深度思考
提示　形成的4个sp3杂化轨道中，NH3分子中只有三个杂化轨道与H原子的1s轨道重叠成键。另1个杂化轨道中有一对孤电子对不参与成键，但对成键电子对有较强的排斥作用，使三个N—H键键角变小，成为三角锥形。而CH4分子中4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成共价键，轨道间夹角=共价键键角=109°28'，故CH4为正四面体形。
1.正误判断
(1)ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
(2)孤电子对有可能参与杂化
(3)杂化轨道用于形成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.下列关于NH3和CO2的说法正确的是
A.都是直线形结构
B.中心原子都采取sp杂化
C.NH3为三角锥形结构，CO2为直线形结构
D.N原子和C原子上都没有孤电子对
√
NH3和CO2分子的中心原子分别采取sp3杂化、sp杂化，但NH3分子的N原子上有1对孤电子对未参与成键，根据杂化轨道理论，NH3的空间结构应为三角锥形，CO2的空间结构为直线形。
3.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
√
4.(2023·青岛高二质检)下列说法正确的是
A.CHCl3是正四面体形结构，中心原子为sp3杂化
B.H2O分子中氧原子为sp2杂化，其分子空间结构为角形
C.二氧化碳中碳原子为sp杂化，为直线形分子结构
D.N中N原子为sp3杂化，是四边形结构
√
5.判断右面中心原子的杂化轨道类型(标“·”的原子为中心原子)。
微粒 杂化轨道数 杂化轨道类型
①H3
②CH2==H2
③Cl4
④Cl3
⑤H3
4
sp3
3
sp2
4
sp3
4
sp3
4
sp3
杂化轨道数为2时杂化方式为sp，杂化轨道数为3时杂化方式为sp2，杂化轨道数为4时杂化方式为sp3，类比H2O、NH3、CH4等分子中中心原子的杂化类型可得出正确答案。
方法规律
1.有机物中碳原子的杂化类型判断
(1)根据碳原子形成的σ键数目判断
有机物中，碳原子杂化轨道形成σ键，未杂化轨道形成π键。
(2)由碳原子的饱和程度判断
①饱和碳原子采取sp3杂化；
②双键上的碳原子或苯环上的碳原子采取sp2杂化；
③三键上的碳原子采取sp杂化。
方法规律
2.杂化轨道类型的判断方法
(1)根据轨道夹角判断
方法规律
(2)根据分子(或离子)的空间结构判断
空间结构 中心原子杂化类型
正四面体形 sp3杂化
三角锥形 sp3杂化
平面三角形 sp2杂化
直线形 sp杂化
方法规律
(3)对于ABm型分子，中心原子A的杂化方式判断方法：
n=
说明：①n为中心原子杂化轨道数目，n=2时，为sp杂化，n=3时，为sp2杂化，n=4时，为sp3杂化。
②配位原子B为氧原子或硫原子时，成键电子数为0；配位原子为氢原子或ⅦA族元素时，每个配位原子有一个成键电子。
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课时对点练
题组一　杂化轨道理论
1.(2023·济南高二期末)下列关于杂化轨道的说法错误的是
A.并不是所有的原子轨道都参与杂化
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.杂化轨道都用来成键
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
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16
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3
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16
参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p的能量相差太大，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、B正确；
杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成的化学键更牢固，故C正确；
并不是所有的杂化轨道都成键，也可以容纳孤电子对(如NH3、H2O的形成)，故D错误。
2.下列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，其空间结构都是正四面体形
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
合起来而形成的
C.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轨道重新组
合而形成的一组能量相同的新轨道
D.凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化成键
√
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中心原子采取sp3杂化，但如果中心原子还有孤电子对，分子的空间结构则不是正四面体形；CH4分子中的sp3杂化轨道是由C原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的；AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。
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3.(2023·长沙南雅中学高二检测)能正确表示CH4中碳原子的成键方式的示意图为
A.
B.
C.
D.
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√
碳原子的2s轨道与2p轨道形成4个相同的杂化轨道，因此碳原子的4个价电子分占在4个sp3杂化轨道上，且自旋状态相同。
1
2
3
4
5
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16
4.s轨道与s轨道重叠形成的共价键可用符号表示为s s σ键，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p p σ键，请你指出下列分子中含有s sp2 σ键的是
A.N2 B.C2H4
C.C2H2 D.HCl
√
1
2
3
4
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7
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13
14
15
16
N2存在p p σ键和π键，A项错误；
C2H4中，C原子为sp2杂化，存在s sp2 σ键，B项正确；
C2H2中中心C原子发生sp杂化，存在s sp σ键，C项错误；
HCl中只存在s p σ键，D项错误。
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5.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( )
√
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甲基中C原子为sp3杂化，—CHO中C原子为sp2杂化，A项正确；
碳碳双键中C原子为sp2杂化，—CN中C原子为sp杂化，B项错误；
—CHO中C原子为sp2杂化，C项错误；
甲基中C原子为sp3杂化，碳碳三键中C原子为sp杂化，D项错误。
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2
3
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题组二　常见分子的空间结构
6.下列分子的空间结构是正四面体形的是
①CH4　②NH3　③CF4　④SiH4　⑤C2H4
A.①②③ B.①③④
C.②④⑤ D.①③⑤
√
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16
7.甲醛分子的结构式为 ，下列描述正确的是
A.甲醛分子中有4个σ键
B.甲醛分子中的碳原子为sp3杂化
C.甲醛分子中的氧原子为sp杂化
D.甲醛分子为平面三角形，有一个π键垂直于三角形平面
√
1
2
3
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5
6
7
8
9
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16
甲醛分子为平面三角形，所以中心原子碳应为sp2杂化，形成三个杂化轨道，分别与氧原子和两个氢原子形成σ键，还有一个未参与杂化的p轨道与氧原子形成π键，该π键垂直于杂化轨道的平面。
1
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8.下列关于N、NH3、N三种微粒的说法不正确的是
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.三种微粒的空间结构相同
D.键角大小关系：N>NH3>N
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√
N、NH3、N中含有的电子数均为10，A正确；
N、NH3、N三种微粒中氮原子的杂化方式均为sp3杂化，B正确；
N为正四面体形，NH3为三角锥形，N为角形，则键角大小关系为N>NH3>N，C错误、D正确。
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9.下列说法正确的是
A.含有四个原子的分子的空间结构不可能为正四面体形
B.分子式为AB2的分子的空间结构一定为角形
C.在S中硫原子的杂化方式为sp2，是正四面体形结构
D.C中中心碳原子的孤电子对数为0，故其结构为平面三角形
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P4分子的空间结构是正四面体形，A错误；
BeCl2中铍原子成键电子对数是2，无孤电子对，是sp杂化，分子是直线形，B错误；
在S中硫原子的孤电子对数是0，与其相连的原子数为4，根据杂化轨道理论可推知硫原子为sp3杂化，S的空间结构是正四面体形，C错误；
C中中心碳原子的成键电子对数为3，孤电子对数为0，该离子是平面三角形结构，D正确。
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10.下列关于丙烯(CH3—CH==CH2)的说法正确的是
A.丙烯分子有8个σ键，1个π键
B.丙烯分子中3个碳原子都是sp3杂化
C.丙烯分子中不存在非极性键
D.丙烯分子中3个碳原子不在同一平面
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11.(2024·洛阳高二月考)下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是
A.键角为180°的分子，空间结构是直线形
B.键角为120°的分子，空间结构是平面三角形
C.键角为60°的分子，空间结构可能是正四面体形
D.键角为90°~109°28'的分子，空间结构可能是角形
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键角为180°的分子，空间结构是直线形，如CO2分子是直线形，A项正确；
苯分子的空间结构是平面正六边形，键角为120°，B项错误；
白磷分子的键角为60°，空间结构为正四面体形，C项正确；
水分子的键角为104.5°，空间结构为角形，D项正确。
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12.下列说法错误的是
A.H2SO4分子中S原子以杂化轨道成键
B.N的电子式为，该离子呈正四面体形
C.CH4分子中的4个C—H键都是由氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道重
叠形成的
D.CH4分子中碳原子的sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成
4个C—H键
√
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CH4分子中碳原子的1个2s轨道与3个2p轨道进行杂化形成4个sp3杂化轨道，然后碳原子的sp3杂化轨道与氢原子的1s轨道重叠形成C—H σ键，C项错误、D项正确。
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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
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键数为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
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√
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错误、B正确；
1个A分子中有11个σ键，C错误；
由于氮原子为sp3杂化，故相应的四个原子形成的是三角锥形结构，不可能共平面，D错误。
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14.小明同学上网查阅了如下资料：
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中心原子杂化类型的判断方法：
(1)公式：n=。
说明：配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为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；当n=3时为sp2杂化；当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。
(1)NH3：n=　　，　　杂化。
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sp3
NH3中n==4，N为sp3杂化。
(2)N：n=　 ，　　杂化。
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N中n==3，N为sp2杂化。
(3)N：n=　　，　　杂化。
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sp3
N中n==4，N为sp3杂化。
(4)SO2：n=　　，　　杂化。
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SO2中n==3，S为sp2杂化。
15.已知：①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5，氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。
②PCl5分子中，P原子的1个3s轨道、3个3p轨道和1个3d
轨道发生杂化形成5个sp3d杂化轨道，PCl5分子呈三角双
锥形(结构如图)。
(1)NH3、PCl3和PCl5分子中，所有原子的最外层电子数
都是8个的是　　(填分子式)，该分子的空间结构是　 　　　。
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PCl3
三角锥形
(2)下列关于PCl5分子的说法正确的有　　(填字母)。
A.PCl5分子中磷原子没有孤电子对
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
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AB
(3)N、P是同一族元素，P能形成PCl3、PCl5两种氯化物，而N只能形成一种氯化物NCl3，而不能形成NCl5，原因是　　 　　。
N原子最外层无d轨道，不能发生sp3d杂化，故无NCl5
(4)经测定，NH5中存在离子键，N原子最外层电子数是8，所有氢原子的最外层电子数都是2，则NH5中H元素的化合价为　　和　 ；该化合物中N原子的杂化方式为___
杂化。
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+1
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sp3
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：　　　　。
(2)三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这两种
氮原子的杂化轨道类型分别是　　、　　。
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1s22s22p2
sp2
sp3
三聚氰胺环上的N原子、—NH2中的N原子分别形成2、3个σ键且均有一对孤电子对，所以分别采取sp2、sp3杂化。
(3)一个三聚氰胺分子中有　　个σ键。
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除每个双键上有1个π键外，其余均为σ键，共15个。
(4)三聚氰胺与三聚氰酸( )分子相互之间通过氢键
结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中C原子采取
　 杂化。该分子的结构简式中，每个碳氧原子之间的共
价键是____(填字母)。
A.2个σ键　　　　　 B.2个π键 C.1个σ键，1个π键
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sp2
C
由于该分子中C与O形成双键，则C原子应采取sp2杂化方式成键，sp2杂化的碳原子与氧原子间有1个σ键、1个π键。
返回作业11　分子空间结构的理论分析
（选择题1~9题，每小题4分，10~13题，每小题6分，共60分）
题组一　杂化轨道理论
1.（2023·济南高二期末）下列关于杂化轨道的说法错误的是 （　　）
A.并不是所有的原子轨道都参与杂化
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.杂化轨道都用来成键
2.下列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，其空间结构都是正四面体形
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轨道混合起来而形成的
C.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轨道重新组合而形成的一组能量相同的新轨道
D.凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化成键
3.（2023·长沙南雅中学高二检测）能正确表示CH4中碳原子的成键方式的示意图为 （　　）
A.
B.
C.
D.
4.s轨道与s轨道重叠形成的共价键可用符号表示为s s σ键，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p p σ键，请你指出下列分子中含有s sp2 σ键的是 （　　）
A.N2 B.C2H4
C.C2H2 D.HCl
5.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（）
题组二　常见分子的空间结构
6.下列分子的空间结构是正四面体形的是 （　　）
①CH4　②NH3　③CF4　④SiH4　⑤C2H4
A.①②③ B.①③④
C.②④⑤ D.①③⑤
7.甲醛分子的结构式为，下列描述正确的是 （　　）
A.甲醛分子中有4个σ键
B.甲醛分子中的碳原子为sp3杂化
C.甲醛分子中的氧原子为sp杂化
D.甲醛分子为平面三角形，有一个π键垂直于三角形平面
8.下列关于N、NH3、N三种微粒的说法不正确的是 （　　）
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.三种微粒的空间结构相同
D.键角大小关系：N>NH3>N
9.下列说法正确的是 （　　）
A.含有四个原子的分子的空间结构不可能为正四面体形
B.分子式为AB2的分子的空间结构一定为角形
C.在S中硫原子的杂化方式为sp2，是正四面体形结构
D.C中中心碳原子的孤电子对数为0，故其结构为平面三角形
10.下列关于丙烯（CH3—CHCH2）的说法正确的是 （　　）
A.丙烯分子有8个σ键，1个π键
B.丙烯分子中3个碳原子都是sp3杂化
C.丙烯分子中不存在非极性键
D.丙烯分子中3个碳原子不在同一平面
11.（2024·洛阳高二月考）下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是 （　　）
A.键角为180°的分子，空间结构是直线形
B.键角为120°的分子，空间结构是平面三角形
C.键角为60°的分子，空间结构可能是正四面体形
D.键角为90°~109°28'的分子，空间结构可能是角形
12.下列说法错误的是 （　　）
A.H2SO4分子中S原子以杂化轨道成键
B.N的电子式为，该离子呈正四面体形
C.CH4分子中的4个C—H键都是由氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道重叠形成的
D.CH4分子中碳原子的sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—H键
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 （　　）
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键数为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
14.（16分）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=。 说明：配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为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；当n=3时为sp2杂化；当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。
（1）NH3：n=　　　　，　　　　杂化。
（2）N：n=　　　　，　　　　杂化。
（3）N：n=　　　　，　　　　杂化。
（4）SO2：n=　　　　，　　　　杂化。
15.（14分）已知：①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5，氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。
②PCl5分子中，P原子的1个3s轨道、3个3p轨道和1个3d轨道发生杂化形成5个sp3d杂化轨道，PCl5分子呈三角双锥形（结构如图）。
（1）NH3、PCl3和PCl5分子中，所有原子的最外层电子数都是8个的是　　　　（填分子式），该分子的空间结构是　　　　。
（2）下列关于PCl5分子的说法正确的有　　　　（填字母）。
A.PCl5分子中磷原子没有孤电子对
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
（3）N、P是同一族元素，P能形成PCl3、PCl5两种氯化物，而N只能形成一种氯化物NCl3，而不能形成NCl5，原因是　　　　。
（4）经测定，NH5中存在离子键，N原子最外层电子数是8，所有氢原子的最外层电子数都是2，则NH5中H元素的化合价为　　　　和　　　　；该化合物中N原子的杂化方式为　　　　杂化。
16.（10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）写出基态碳原子的电子排布式：　　　　。
（2）三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这两种氮原子的杂化轨道类型分别是　　　　　　、　　　　　　。
（3）一个三聚氰胺分子中有　　　　个σ键。
（4）三聚氰胺与三聚氰酸（）分子相互之间通过氢键结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中C原子采取　　　　杂化。该分子的结构简式中，每个碳氧原子之间的共价键是　　　　（填字母）。
A.2个σ键　　　　　　　B.2个π键
C.1个σ键，1个π键
答案精析
1.D　［参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p的能量相差太大，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、B正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成的化学键更牢固，故C正确；并不是所有的杂化轨道都成键，也可以容纳孤电子对(如NH3、H2O的形成)，故D错误。］
2.C　［中心原子采取sp3杂化，但如果中心原子还有孤电子对，分子的空间结构则不是正四面体形；CH4分子中的sp3杂化轨道是由C原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的；AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。］
3.D　［碳原子的2s轨道与2p轨道形成4个相同的杂化轨道，因此碳原子的4个价电子分占在4个sp3杂化轨道上，且自旋状态相同。］
4.B　［N2存在p p σ键和π键，A项错误；C2H4中，C原子为sp2杂化，存在s sp2 σ键，B项正确；C2H2中中心C原子发生sp杂化，存在s sp σ键，C项错误；HCl中只存在s p σ键，D项错误。］
5.A　［甲基中C原子为sp3杂化，—CHO中C原子为sp2杂化，A项正确；碳碳双键中C原子为sp2杂化，—CN中C原子为sp杂化，B项错误；—CHO中C原子为sp2杂化，C项错误；甲基中C原子为sp3杂化，碳碳三键中C原子为sp杂化，D项错误。］
6.B
7.D　［甲醛分子为平面三角形，所以中心原子碳应为sp2杂化，形成三个杂化轨道，分别与氧原子和两个氢原子形成σ键，还有一个未参与杂化的p轨道与氧原子形成π键，该π键垂直于杂化轨道的平面。］
8.C　［N、NH3、N中含有的电子数均为10，A正确；N、NH3、N三种微粒中氮原子的杂化方式均为sp3杂化，B正确；N为正四面体形，NH3为三角锥形，N为角形，则键角大小关系为N>NH3>N，C错误、D正确。］
9.D　［P4分子的空间结构是正四面体形，A错误；BeCl2中铍原子成键电子对数是2，无孤电子对，是sp杂化，分子是直线形，B错误；在S中硫原子的孤电子对数是0，与其相连的原子数为4，根据杂化轨道理论可推知硫原子为sp3杂化，S的空间结构是正四面体形，C错误；C中中心碳原子的成键电子对数为3，孤电子对数为0，该离子是平面三角形结构，D正确。］
10.A
11.B　［键角为180°的分子，空间结构是直线形，如CO2分子是直线形，A项正确；苯分子的空间结构是平面正六边形，键角为120°，B项错误；白磷分子的键角为60°，空间结构为正四面体形，C项正确；水分子的键角为104.5°，空间结构为角形，D项正确。］
12.C　［CH4分子中碳原子的1个2s轨道与3个2p轨道进行杂化形成4个sp3杂化轨道，然后碳原子的sp3杂化轨道与氢原子的1s轨道重叠形成C—H σ键，C项错误、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错误、B正确；1个A分子中有11个σ键，C错误；由于氮原子为sp3杂化，故相应的四个原子形成的是三角锥形结构，不可能共平面，D错误。］
14.(1)4　sp3　(2)3　sp2　(3)4　sp3　(4)3　sp2
解析　(1)NH3中n==4，N为sp3杂化。(2)N中n==3，N为sp2杂化。(3)N中n==4，N为sp3杂化。(4)SO2中n==3，S为sp2杂化。
15.(1)PCl3　三角锥形　(2)AB　(3)N原子最外层无d轨道，不能发生sp3d杂化，故无NCl5
(4)+1　-1　sp3
16.(1)1s22s22p2　(2)sp2　sp3　(3)15
(4)sp2　C
解析　(2)三聚氰胺环上的N原子、—NH2中的N原子分别形成2、3个σ键且均有一对孤电子对，所以分别采取sp2、sp3杂化。(3)除每个双键上有1个π键外，其余均为σ键，共15个。(4)由于该分子中C与O形成双键，则C原子应采取sp2杂化方式成键，sp2杂化的碳原子与氧原子间有1个σ键、1个π键。

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