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第30讲　价层电子对互斥模型　杂化轨道理论
1.能根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论,分析常见粒子的空间结构。2.会分析比较键角的大小,并能规范描述其原因。3.能根据杂化轨道理论,分析大π键的形成方式。
考点一　价层电子对互斥模型　杂化轨道理论
1.价层电子对互斥(VSEPR)模型
(1)理论要点
①价层电子对在空间上彼此相距最远时,排斥力最小,体系的能量最低。
②孤电子对的排斥力较大,孤电子对数越多,排斥力越大,键角越小。
(2)价层电子对数的计算
①a表示中心原子的价电子数。
对于主族元素:a=原子的最外层电子数。
对于阳离子:a=中心原子的价电子数-离子的电荷数。
对于阴离子:a=中心原子的价电子数+离子的电荷数(绝对值)。
②x表示与中心原子结合的原子数。
③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(氢为1,其他原子=8-该原子的价电子数。如氧族元素均为2,卤族元素均为1)。
2.杂化轨道理论
(1)理论要点:中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来,重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。
(2)杂化轨道的三种类型
(3)杂化轨道数目的判断
杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对,所以有关系式:杂化轨道数目=中心原子上的孤电子对数+中心原子的σ键电子对数=中心原子的价层电子对数。
3.VSEPR模型与粒子空间结构的关系
实例 价层 电子对数 σ键 电子对数 孤电子 对数 中心原子杂化 轨道类型 VSEPR 模型 分子(离子) 空间结构
BeCl2 2 2 0 sp 直线形 直线形
CO2
BF3 3 3 0 sp2 平面三角形 平面三角形
SO2 2 1 V形
CH4 4 4 0 sp3 四面体形 正四面体形
NH3 3 1 三角锥形
H2O 2 2 V形
C 3 3 0 sp2 平面三角形 平面三角形
N 4 4 0 sp3 四面体形 正四面体形
判断正误。
(1)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。(　√　)
(2)分子中中心原子若通过sp3杂化轨道成键,则该分子一定为正四面体形结构。(　×　)
(3)只要分子的空间结构为平面三角形,中心原子均为sp2杂化。(　√　)
(4)价层电子对互斥模型中,π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数。(　√　)
(5)六氟化硫分子空间结构呈正八面体形,其中心原子的价层电子对数为4。(　×　)
1.价层电子对互斥理论可以预测某些粒子的空间结构。下列说法正确的是(　B　)
A.CO2和SO2的空间结构均为直线形
B.NH3和H2S的价层电子对互斥模型均为四面体形
C.BF3和NF3均为非极性分子
D.S的键角相等
解析:CO2的价层电子对数为2+=2,无孤电子对,分子为直线形,SO2的价层电子对数为2+=3,有1个孤电子对,分子为V形,A错误。NH3的价层电子对数为3+=4,H2S的价层电子对数为2+=4,价层电子对互斥模型均为四面体形,B正确。BF3的价层电子对数为3+=3,无孤电子对,为平面三角形,是非极性分子;NF3的价层电子对数为3+=4,有1个孤电子对,为三角锥形,是极性分子,C错误。S=4,C=3,键角不同,D错误。
2.下图表示某原子在形成分子时的杂化过程。关于该过程,下列说法正确的是(　C　)
A.该过程表示的是sp3杂化
B.图中的s轨道可能属于K层
C.杂化后,pz轨道可用于形成π键
D.杂化前,p轨道可能比s轨道的能量低
解析:该过程表示的是sp2杂化,同一能层上的1个s轨道和2个p轨道杂化形成键角为120°的3个sp2杂化轨道,还有1个pz轨道未参与杂化,A错误;K层上只有1s轨道,没有p轨道,则题图中的s轨道不可能属于K层,B错误;该过程表示sp2杂化,未参与杂化的pz轨道用于形成π键,C正确;由杂化原则可知,只有能量相近的轨道才能相互杂化,即同一能级上的ns和np轨道才能杂化,则杂化前,p轨道比s轨道的能量高,D错误。
3.下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是(　D　)
选项 粒子 空间结构 杂化方式
A SO3 平面三角形 S原子采取sp杂化
B SO2 V形 S原子采取sp3杂化
C C 三角锥形 C原子采取sp2杂化
D C2H2 直线形 C原子采取sp杂化
解析:A项,SO3分子中硫原子的价层电子对数=3+×(6-3×2)=3,不含孤电子对,采取sp2杂化,空间结构为平面三角形,错误;B项,SO2分子中硫原子的价层电子对数=2+×(6-2×2)=3,含1个孤电子对,采取sp2杂化,空间结构为V形,错误;C项,C×(4+2-3×2)=3,不含孤电子对,采取sp2杂化,空间结构为平面三角形,错误;D项,乙炔(CH≡CH)分子中每个碳原子均形成2个σ键和2个π键,价层电子对数是2,为sp杂化,空间结构为直线形,正确。
考点二　键角的比较方法　大π键的判断
1.键角大小比较的思维方法
(1)中心原子杂化类型不同:sp(180°)>sp2(120°)>sp3(109°28')。
(2)中心原子杂化类型相同:中心原子孤电子对数越多,键角越小。[排斥力大小:孤电子对—孤电子对>孤电子对—成键电子对>成键电子对—成键电子对]
(3)杂化类型和中心原子孤电子对数相同,看原子电负性(以AXn为例):
①中心原子电负性越强,A—X形成的共用电子对之间的斥力越强,键角越大:如NH3>PH3。
②成键原子电负性越强,A—X形成的共用电子对之间的斥力越弱,键角越小:如NCl3(4)化学键类型:双键间斥力>双键与单键间斥力>单键间斥力,如COCl2中∠O==C—Cl>∠Cl—C—Cl。
2.大π键(离域π键)的分析与判断
(1)大π键的含义
多个原子有相互平行的p轨道,它们“肩并肩”重叠在一起,p电子在这个整体内运动形成离域π键,称为大π键。如苯:
苯环中C采取sp2杂化,每个碳原子有一个未参与杂化的p轨道,6个p轨道“肩并肩”重叠,每个碳原子有一个未成对的p电子,形成了大π键。
(2)大π键的表示方法
表示方法:;m为形成大π键的原子数,n为形成大π键的电子数,且n<2m。
(3)形成条件
①所有参与形成离域π键的原子必须在同一平面上,所以中心原子只能采取sp2或sp杂化。
②参与形成离域π键的原子都必须提供一个没有杂化的互相平行并垂直于该平面的p轨道。
③形成离域π键的p电子的总数小于p轨道数的两倍。
请推测C中的大π键,并用来表示。
根据价层电子对互斥模型判断C为平面三角形结构,中心C原子为sp2杂化,价层电子轨道表示式为,每个O原子有两个单电子,三个O分别用一个单电子与中心C原子形成三个C—O σ键,另一个单电子参与形成大π键,形成两个负电荷的电子也参与形成大π键,则大π键的电子总数为1+3+2=6,表示为。
一、键角的大小比较
1.比较下列分子或离子中的键角大小,并解释原因。
(1)O与S元素位于同一主族,键角:H2O<(填“>”“<”或“=”)CS2,其原因是H2O分子中O原子采取sp3杂化,键角为109°28';CS2分子中C原子采取sp杂化,键角为180°。
(2)H2O、NH3、CH4三种分子中,键角由大到小的顺序是CH4>NH3>H2O,原因为CH4分子中无孤电子对,NH3分子中含有1个孤电子对,H2O分子中含有2个孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥作用依次增大,故键角逐渐减小。
(3)①键角:NH3>(填“>”“<”或“=”)PH3,原因是中心原子的电负性N强于P,中心原子的电负性越大,成键电子对离中心原子越近,斥力越大,键角也越大。
②键角:NF3<(填“>”“<”或“=”)NH3,理由是F的电负性比H大,NF3中成键电子对离中心原子较远,斥力较小,因而键角也较小。
(4)在分子中,键角:∠HCO>(填“>”“<”或“=”)∠HCH。理由是π键斥力大于σ键斥力。
二、大π键(离域π键)的分析判断
2.已知:多原子分子中,若原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道,则p电子可在多个原子间运动,形成“离域π键”(或大π键)。大π键可用表示,其中m、n分别代表参与形成大π键的电子数和原子个数,如苯分子中大π键表示为。回答下列问题:
(1)下列粒子中存在“离域π键”的是ad(填字母)。
a.O3 b.S
c.H2S d.N
(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大π键,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据D(填字母)。
A.2s轨道 B.2p轨道
C.sp杂化轨道 D.sp2杂化轨道
(3)经X射线衍射测得化合物
(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl的晶体结构,其局部结构如图所示。
该化合物中阴离子中的σ键总数为5个,大π键应表示为。
(4)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl σ键,并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键()。
②一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中,C—Cl键长的顺序是一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔,理由:(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多,形成C—Cl越强;(ⅱ)Cl参与形成的大π键越多,形成的C—Cl越强,对应的C—Cl的键长越短。
解析:(1)形成“离域π键”的形成条件是“原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道”,O3为V形结构,有相互平行的p轨道,可以形成“离域π键”;硫酸根离子是正四面体形结构,原子不处于同一平面内,不能形成“离域π键”;硫化氢中H原子和S原子没有平行的p轨道,不能形成“离域π键”;N为平面三角形,有相互平行的p轨道,可形成“离域π键”。(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键和容纳孤电子对,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道。(3)根据题图可知,中的σ键总数为5;中每个N原子采取sp2杂化,未参与杂化的p轨道垂直于该离子平面形成大π键,每个p轨道各提供一个电子,再加上一个单位的负电荷,所以中一共有6个电子参与形成大π键,应表示为。(4)①一氯乙烯的结构式为,碳形成双键,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。②一氯乙烷、一氯乙烯、一氯乙炔分子中碳原子的杂化方式分别是sp3、sp2、sp,由“(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多,形成的C—Cl越强”,说明一氯乙烷、一氯乙烯、一氯乙炔分子中,C—Cl键长依次变短;一氯乙烯中Cl的3p轨道与C的2p轨道形成3中心4电子的大π键,一氯乙炔中Cl的2个3p轨道分别与C的2个2p轨道形成2个3中心4电子的大π键,一氯乙烷中不含大π键,因此可推知Cl参与形成的大π键越多,形成的C—Cl越强,对应的C—Cl的键长越短。
1.(2025·山东卷)用硫酸和NaN3可制备一元弱酸HN3。下列说法错误的是(　B　)
A.NaN3的水溶液显碱性
B.的空间结构为V形
C.NaN3为含有共价键的离子化合物
D.的中心N原子所有价电子均参与成键
解析:由HN3为一元弱酸可知,易水解:+H2O HN3+OH-,故NaN3的水溶液呈碱性,A正确;=0,结合中心N原子成键电子对数为2,的空间结构为直线形,B错误;中存在共价键,Na+与以离子键相连,故C正确;由的空间结构为直线形知,其中心N原子的杂化方式为sp,孤电子对数为0,故中心N原子所有价电子均参与成键,D正确。
2.(2024·甘肃卷)温室气体N2O在催化剂作用下可分解为O2和N2,也可作为氧化剂氧化苯制苯酚。下列说法错误的是(　D　)
A.相同条件下N2比O2稳定
B.N2O与N的空间结构相同
C.N2O中N—O比N—N更易断裂
D.N2O中σ键和大π键的数目不相等
解析:N2分子中存在N==N,O2分子中虽然也存在双键,但是其键能小于N==N,因此,相同条件下N2比O2稳定,A正确;N2O与N均为直线形分子,两者空间结构相同,B正确;N2O的中心原子是N,N2O在催化剂作用下可分解为O2和N2,说明N2O中N—O比N—N更易断裂,C正确;N2O的结构式为N≡N→O,中心N原子采取sp轨道杂化,形成在同一条直线上的两个sp杂化轨道,分别与两侧的原子形成O—N和N≡N中的σ键,另外两个未杂化的2p轨道与两侧原子的同位置2p轨道互相“肩并肩”重叠形成两个互相垂直的三中心大π键,故N2O中σ键和大π键的数目均为2,因此,σ键和大π键的数目相等,D不正确。
3.(2024·河北卷) NH4ClO4是火箭固体燃料重要的氧载体,与某些易燃物作用可全部生成气态产物,如:NH4ClO4+2C===NH3↑+2CO2↑+HCl↑。下列有关化学用语或表述正确的是(　B　)
A.HCl的形成过程可表示为H·+·→]-
B.NH4ClO4中的阴、阳离子有相同的VSEPR模型和空间结构
C.在C60、石墨、金刚石中,碳原子有sp 、sp2和sp3三种杂化方式
D.NH3和CO2都能作制冷剂是因为它们有相同类型的分子间作用力
解析:HCl是共价化合物,其电子式为,HCl的形成过程可表示为H×+·→,故A错误;NH4ClO4中N×(5-1-4×1)=0,价层电子对数为4,×(7+1-4×2)=0,价层电子对数为4,则二者的VSEPR模型和空间结构均为正四面体形,故B正确;C60、石墨、金刚石中碳原子的杂化方式分别为sp2、sp2、sp3,共有2种杂化方式,故C错误;NH3易液化,其汽化时吸收热量,可作制冷剂,干冰易升华,升华时吸收热量,也可作制冷剂,NH3分子间作用力为氢键和范德华力,CO2分子间仅存在范德华力,故D错误。
4.(2023·湖北卷)价层电子对互斥理论可以预测某些粒子的空间结构。下列说法正确的是(　A　)
A.CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体
B.S的空间结构均为平面三角形
C.CF4和SF4均为非极性分子
D.XeF2与XeO2的键角相等
解析:甲烷分子的中心原子的价层电子对数为4,水分子的中心原子价层电子对数也为4,所以它们的VSEPR模型都是四面体,A正确;S的孤电子对数为1,C的孤电子对数为0,所以S的空间结构为三角锥形,C的空间结构为平面三角形,B错误;CH4为正四面体结构,为非极性分子,SF4中心原子有孤电子对,为极性分子,C错误;XeF2和XeO2分子中,孤电子对数不相等,孤电子对数越多,对成键电子对排斥力越大,所以键角不相等,D错误。
5.(2023·山东卷节选)ClO2中心原子为Cl,Cl2O中心原子为O,二者均为V形结构,但ClO2中存在大π键()。ClO2中Cl原子的轨道杂化方式为sp2;O—Cl—O键角>(填“>”“<”或“=”)Cl—O—Cl键角。比较ClO2与Cl2O中Cl—O键的键长并说明原因:ClO2分子中Cl—O的键长小于Cl2O中Cl—O的键长,其原因是ClO2分子中既存在σ键,又存在大π键,原子轨道重叠的程度较大,因此其中Cl—O的键长较小,而Cl2O只存在σ键。
课时作业30(总分:60分)
1.(3分)对于短周期元素形成的各分子,下表所述的对应关系错误的是(　B　)
选项 A B C D
分子式 CH4 NH3 CO2 SCl2
VSEPR 模型 正四面体形 四面体形 直线形 四面体形
分子的 空间结构 正四面体形 平面三角形 直线形 V形
2.(3分)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(　C　)
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
解析:羰基上的碳原子共形成3个σ键,为sp2杂化,两侧甲基中的碳原子共形成4个σ键,为sp3杂化。
3.(3分)(2025·黑龙江佳木斯期中)已知某XY2分子属于V形分子,下列说法正确的是(　C　)
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:X原子可能是sp2杂化,如SO2分子中S的价层电子对数为2+1=3,含有2个σ键和1个孤电子对,采用sp2杂化,分子空间结构为V形,所以X原子可能是sp2杂化,但也可能是sp3杂化,如OF2分子中O的价层电子对数为2+2=4,所以中心原子为sp3杂化,其VSEPR模型为正四面体形,该分子中含有2个孤电子对,所以其空间结构为V形,A、B错误;X原子一定存在孤电子对,C正确;VSEPR模型不一定是平面三角形,如OF2分子的VSEPR 模型为四面体形,D错误。
4.(3分)下列分子或离子中心原子的杂化方式和空间结构均判断错误的是(　C　)
A.N:sp2、平面三角形
B.OF2:sp3、V形
C.Si:sp3、三角锥形
D.C2H4:sp2、平面形
解析:N的中心原子为氮原子,氮原子的杂化方式为sp2杂化,离子呈平面三角形,A项正确;OF2的中心原子为氧原子,氧原子的杂化方式为sp3杂化,分子呈V形,B项正确;Si的中心原子为硅原子,硅原子的杂化方式为sp2杂化,离子呈平面三角形,C项错误;C2H4的中心原子为碳原子,碳原子的杂化方式为sp2杂化,分子呈平面形,D项正确。
5.(3分)用价层电子对互斥模型(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构,有时也能用来推测键角大小,下列判断错误的是(　B　)
A.CS2、HCN都是直线形分子
B.BF3键角为120°,SnBr2键角大于120°
C.B均为正四面体形结构
D.PCl3、AsH3都是三角锥形分子
解析:二硫化碳结构式为S==C==S,CS2中心原子C的价层电子对数为2+=2+0=2,无孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断CS2为直线形;HCN结构式为H—C≡N,HCN中心原子C的价层电子对数为2+=2+0=2,无孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断HCN为直线形,故A正确。BF3中心原子B的价层电子对数为3+=3+0=3,无孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断BF3为平面三角形结构,键角为120°;SnBr2中心原子Sn的价层电子对数为2+=2+1=3,含有一个孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断SnBr2为V形结构,孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,SnBr2键角小于120°,故B错误。B×(3+1-4×1)=4,无孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断B为正四面体形;P×(5+3-4×2)=4,无孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断P为正四面体形,故C正确。PCl3中心原子P的价层电子对数为3+=3+1=4,含有一个孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断PCl3为三角锥形结构;AsH3中心原子As的价层电子对数为3+=3+1=4,含有一个孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断AsH3为三角锥形结构,故D正确。
6.(3分)科学研究发现C3O2是金星大气的成分之一,化学性质与CO相似。C3O2的结构式为O==C==C==C==O,下列说法中不正确的是(　B　)
A.一个C3O2分子价电子总数为24
B.CO分子中σ键和π键的个数比为1︰1
C.C3O2分子中C原子的杂化方式均为sp
D.C3O2与CO2分子空间结构相同
解析:对于主族元素的价电子数等于主族序数或最外层电子数,故C3O2的价电子总数为24,故A项正确;CO中含有三键,故σ键和π键的个数比为1︰2,故B项不正确;根据C3O2的结构式判断C原子采取sp杂化,故C项正确;根据碳原子的杂化方式判断,C3O2和CO2的杂化方式相同,故分子的空间结构相同,故D项正确。
7.(3分)(2025·湖北武汉二模)键角是重要的键参数之一。下列键角的大小比较正确的是(　A　)
选项 键角 键角的大小比较
A ∠H—N—H [Cu(NH3)4]2+>NH3
B ∠C—C—C 金刚石>石墨
C ∠O—S—O SO3D ∠H—C—H C
解析:氨分子中氮原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,四氨合铜离子中中心离子为提供空轨道的铜离子,配体为提供孤电子对的氨分子,配离子中氮原子的价层电子对数为4、孤电子对数为0,孤电子对数越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小,则四氨合铜离子的键角∠H—N—H大于氨分子,故A正确;金刚石中碳原子的杂化方式为sp3杂化,石墨中碳原子的杂化方式为sp2杂化,则金刚石中键角∠C—C—C小于石墨,故B错误;三氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,亚硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,离子的空间结构为三角锥形,则三氧化硫分子中键角∠O—S—O大于亚硫酸根离子,故C错误;C中碳原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,离子的空间结构为平面三角形,C中碳原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,离子的空间结构为三角锥形,则C中的,故D错误。
8.(3分)下列关于BeF2和SF2的说法错误的是(　C　)
A.BeF2分子中,中心原子Be的价层电子对数等于2,成键电子对数也等于2
B.BeF2分子的孤电子对数为0
C.SF2分子中,中心原子S的价层电子对数等于4,其空间结构为四面体形,成键电子对数等于2,没有孤电子对
D.在气相中,BeF2是直线形而SF2是V形
解析:SF2分子中,中心原子S的孤电子对数为=2,成键电子对数为2,故价层电子对数为4,分子的空间结构为V形。
9.(3分)(2025·安徽安庆模拟)已知:NH4NO2+NH4HSO3+SO2+2H2O===[NH3OH]+HS+(NH4)2SO4。下列有关说法错误的是(　A　)
A.H2O很稳定是因为分子间含有氢键
B.SO2的空间结构为V形
C.NH2OH的H—N—H键角小于N中
H—N—H键角
D.H2O、N的VSEPR模型相同
解析:H2O是共价化合物,其性质稳定,是因为O—H的键能较大,与分子间含有氢键无关,A错误;SO2分子中S原子的价层电子对数为2+×(6-2×2)=3,VSEPR模型为平面三角形,含有1个孤电子对,则SO2的空间结构为V形,B正确;NH2OH分子与N中N的价层电子对数都是4,VSEPR模型均为四面体形,N中H—N—H的键角为109°28',但NH2OH分子中N原子含有1个孤电子对,对成键电子对的排斥作用较大,导致H—N—H的键角小于109°28',C正确;H2O中O的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4、N×(5-1-4×1)=4,S×(6+2-4×2)=4,则它们的VSEPR模型相同,都是四面体形,D正确。
10.(3分)有几种含氯阴离子的信息如下:
阴离子 Cl Cl M ClO-
氯元素化合价 +5 +3 +1
氯原子杂化类型 sp3 sp3
下列推断不正确的是(　A　)
A.Cl的价电子总数相同
B.M的化学式为Cl
C.Cl、ClO-中氯原子的杂化类型都为sp3
D.M的空间结构为V形
解析:Cl的价电子总数分别为7+3×6+1=26、4+3×6+2=24,不相同,A项错误;M中Cl的化合价是+3价,杂化轨道类型是sp3,因此M的化学式为Cl,B项正确;Cl=4,ClO-中氯原子价层电子对数是1+=4,因此氯原子的杂化类型都为sp3,C项正确;Cl=4,含有2个孤电子对,所以空间结构为V形,D项正确。
11.(16分)(1)胸腺嘧啶是构成DNA的一种含氮碱基,结构简式如图所示。其分子中σ键和π键的数目之比为5︰1。
(2)依据原子轨道重叠的方式,判断HClO4中的H—O属于σ键,该键是氢原子的s轨道和氧原子的p轨道重叠形成的,Cl的VSEPR模型名称为正四面体。
(3)IMI的结构为,IMI中大π键可表示为,分子中2号N原子的杂化方式为sp2,p轨道有孤电子对的N原子是2号N原子(填“1号N原子”或“2号N原子”)。
(4)含有碳元素的有机化合物分布极广,最简单的为碳正离子(C),该离子的空间结构为平面三角形;如图是叶绿素的结构示意图,配体是一种平面大环有机物,该结构中N原子的杂化方式为sp2,C—N σ键有8个。
12.(14分)(1)Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为5,下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是D(填字母)。
A.sp　　 B.sp2
C.sp3　　 D.sp3d
(2)SiCl4是生产高纯硅的前驱体,其中Si采取的杂化类型为sp3。SiCl4可发生水解反应,机理如下:
含s、p、d轨道的杂化类型有①dsp2、②sp3d、③sp3d2,中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为②(填序号)。
(3)NH3分子在独立存在时,H—N—H键角为107°。如图是[Zn(NH3)6]2+的部分结构以及H—N—H键角的测量值。解释NH3形成如图所示的配合物后H—N—H键角变大的原因:NH3分子中N原子的孤电子对进入Zn2+的空轨道形成配位键后,原孤电子对与成键电子对间的排斥作用变为成键电子对间的排斥作用,排斥作用减弱。
(4)乙酸分子()中键角1大于键角2,其原因为乙酸分子中C==O与C—C之间的斥力大于C—O与C—C之间的斥力。
解析:(1)XeF2易升华,所以是分子晶体,其中心原子的价层电子对数为2+=5,其中心原子的杂化方式应为sp3d。(2)根据SiCl4的结构式可知,Si的价层电子对数为4,故Si采取sp3杂化;根据SiCl4(H2O)的结构式可知Si的价层电子对数为5,采取sp3d杂化。(共69张PPT)
第六章　物质结构与性质　
元素周期律
第30讲　价层电子对互斥模型　杂化轨道理论
目
录
考点二　键角的比较方法　大π键的判断
课时作业
考点一　价层电子对互斥模型　杂化轨道理论
真题演练 感悟高考
复习目标
1.能根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论,分析常见粒子的空间结构。2.会分析比较键角的大小,并能规范描述其原因。3.能根据杂化轨道理论,分析大π键的形成方式。
一
考点一 价层电子对互斥模型 杂化轨道理论
1.价层电子对互斥(VSEPR)模型
(1)理论要点
①价层电子对在空间上彼此相距最远时,排斥力最小,体系的能量最低。
②孤电子对的排斥力较大,孤电子对数越多,排斥力越大,键角越小。
(2)价层电子对数的计算
①a表示中心原子的_________。
对于主族元素:a=___________________。
对于阳离子:a=__________________________________。
对于阴离子:a=__________________________________________。
②x表示_______________________。
③b表示与中心原子结合的原子___________________(氢为___,其他原子=____________________。如氧族元素均为2,卤族元素均为1)。
价电子数
原子的最外层电子数
中心原子的价电子数-离子的电荷数
中心原子的价电子数+离子的电荷数(绝对值)
与中心原子结合的原子数
最多能接受的电子数
1
8-该原子的价电子数
2.杂化轨道理论
(1)理论要点:中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来,重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。
(2)杂化轨道的三种类型
1个s轨道
1个p轨道
180°
直线形
1个s轨道
2个p轨道
120°
平面三角形
1个s轨道
3个p轨道
109°28'
四面体形
(3)杂化轨道数目的判断
杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对,所以有关系式:杂化轨道数目=中心原子上的孤电子对数+中心原子的σ键电子对数=中心原子的价层电子对数。
3.VSEPR模型与粒子空间结构的关系
实例 价层 电子对数 σ键 电子对数 孤电子 对数 中心原子杂 化轨道类型 VSEPR 模型 分子(离子)
空间结构
BeCl2 2 2 0 sp _______ ________
CO2
BF3 3 3 0 ______ __________ _________
SO2 2 1 ______
CH4 4 4 0 ______ __________ _________
NH3 3 1 三角锥形
H2O 2 2 ______
C ____ ____ ____ ______ __________ _________
N ____ ____ ____ ______ _________ _________
直线形
直线形
sp2
平面三角形
平面三角形
V形
sp3
四面体形
正四面体形
V形
3
3
0
sp2
平面三角形
平面三角形
4
4
0
sp3
四面体形
正四面体形
判断正误。
(1)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。(　　)
(2)分子中中心原子若通过sp3杂化轨道成键,则该分子一定为正四面体形结构。(　　)
(3)只要分子的空间结构为平面三角形,中心原子均为sp2杂化。(　　)
(4)价层电子对互斥模型中,π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数。(　　)
(5)六氟化硫分子空间结构呈正八面体形,其中心原子的价层电子对数为4。(　　)
微点助学
√
×
√
√
×
1.价层电子对互斥理论可以预测某些粒子的空间结构。下列说法正确的是(　　)
A.CO2和SO2的空间结构均为直线形
B.NH3和H2S的价层电子对互斥模型均为四面体形
C.BF3和NF3均为非极性分子
D.S的键角相等
B
解析:CO2的价层电子对数为2+=2,无孤电子对,分子为直线形,SO2的价层电子对数为2+=3,有1个孤电子对,分子为V形,A错误。NH3的价层电子对数为3+=4,H2S的价层电子对数为2+=4,价层电子对互斥模型均为四面体形,B正确。BF3的价层电子对数为3+=3,无孤电子对,为平面三角形,是非极性分子;NF3的价层电子对数为3+=4,有1个孤电子对,为三角锥形,是极性分子,C错误。S=4,C=3,键角不同,D错误。
2.下图表示某原子在形成分子时的杂化过程。关于该过程,下列说法正确的是(　　)
A.该过程表示的是sp3杂化
B.图中的s轨道可能属于K层
C.杂化后,pz轨道可用于形成π键
D.杂化前,p轨道可能比s轨道的
能量低
C
解析:该过程表示的是sp2杂化,同一能层上的1个s轨道和2个p轨道杂化形成键角为120°的3个sp2杂化轨道,还有1个pz轨道未参与杂化,A错误;K层上只有1s轨道,没有p轨道,则题图中的s轨道不可能属于K层,B错误;该过程表示sp2杂化,未参与杂化的pz轨道用于形成π键,C正确;由杂化原则可知,只有能量相近的轨道才能相互杂化,即同一能级上的ns和np轨道才能杂化,则杂化前,p轨道比s轨道的能量高,D错误。
3.下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是(　　)
选项 粒子 空间结构 杂化方式
A SO3 平面三角形 S原子采取sp杂化
B SO2 V形 S原子采取sp3杂化
C C 三角锥形 C原子采取sp2杂化
D C2H2 直线形 C原子采取sp杂化
D
解析:A项,SO3分子中硫原子的价层电子对数=3+×(6-3×2)=3,不含孤电子对,采取sp2杂化,空间结构为平面三角形,错误;B项,SO2分子中硫原子的价层电子对数=2+×(6-2×2)=3,含1个孤电子对,采取sp2杂化,空间结构为V形,错误;C项,C×(4+2-3×2)=3,不含孤电子对,采取sp2杂化,空间结构为平面三角形,错误;D项,乙炔(CH≡CH)分子中每个碳原子均形成2个σ键和2个π键,价层电子对数是2,为sp杂化,空间结构为直线形,正确。
二
考点二 键角的比较方法 大π键的判断
1.键角大小比较的思维方法
(1)中心原子杂化类型不同:sp(180°)>sp2(120°)>sp3(109°28')。
(2)中心原子杂化类型相同:中心原子孤电子对数越多,键角越___。[排斥力大小:孤电子对—孤电子对>孤电子对—成键电子对>成键电子对—成键电子对]
小
(3)杂化类型和中心原子孤电子对数相同,看原子电负性(以AXn为例):
①中心原子电负性越强,A—X形成的共用电子对之间的斥力越____,键角越____:如NH3>PH3。
②成键原子电负性越强,A—X形成的共用电子对之间的斥力越____,键角越____:如NCl3(4)化学键类型:双键间斥力>双键与单键间斥力>单键间斥力,如COCl2中∠O==C—Cl>∠Cl—C—Cl。
强
大
弱
小
2.大π键(离域π键)的分析与判断
(1)大π键的含义
多个原子有相互平行的p轨道,它们“肩并肩”重叠在一起,p电子在这个整体内运动形成离域π键,称为大π键。如苯:
苯环中C采取sp2杂化,每个碳原子有一个未参与杂化的p轨道,6个p轨道“肩并肩”重叠,每个碳原子有一个未成对的p电子,形成了大π键。
(2)大π键的表示方法
表示方法:;m为形成大π键的原子数,n为形成大π键的电子数,且n<2m。
(3)形成条件
①所有参与形成离域π键的原子必须在同一平面上,所以中心原子只能采取sp2或sp杂化。
②参与形成离域π键的原子都必须提供一个没有杂化的互相平行并垂直于该平面的p轨道。
③形成离域π键的p电子的总数小于p轨道数的两倍。
请推测C中的大π键,并用来表示。
根据价层电子对互斥模型判断C为平面三角形结构,中心C原子为
sp2杂化,价层电子轨道表示式为 　　　　　,每个O原子有两个单电子,
三个O分别用一个单电子与中心C原子形成三个C—O σ键,另一个单电子参与形成大π键,形成两个负电荷的电子也参与形成大π键,则大π键的电子总数为1+3+2=6,表示为。
微点助学
一、键角的大小比较
1.比较下列分子或离子中的键角大小,并解释原因。
(1)O与S元素位于同一主族,键角:H2O____(填“>”“<”或“=”)CS2,其原因是__________________________________________________________
______________________________________。
(2)H2O、NH3、CH4三种分子中,键角由大到小的顺序是______________,
原因为__________________________________________________________
__________________________________________________________________________。
<
H2O分子中O原子采取sp3杂化,键角为109°28';CS2分子中C原子采取sp杂化,键角为180°
CH4>NH3>H2O
CH4分子中无孤电子对,NH3分子中含有1个孤电子对,H2O分子中含有2个孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥作用依次增大,故键角逐渐减小
(3)①键角:NH3_____(填“>”“<”或“=”)PH3,原因是______________
________________________________________________________________________________。
②键角:NF3_____(填“>”“<”或“=”)NH3,理由是_________________
________________________________________________________。
(4)在 　　 　分子中,键角:∠HCO_____(填“>”“<”或“=”)
∠HCH。理由是____________________。
>
中心原子的电负
性N强于P,中心原子的电负性越大,成键电子对离中心原子越近,斥力越大,键角也越大
<
F的电负性比H大,
NF3中成键电子对离中心原子较远,斥力较小,因而键角也较小
>
π键斥力大于σ键斥力
二、大π键(离域π键)的分析判断
2.已知:多原子分子中,若原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道,则p电子可在多个原子间运动,形成“离域π键”(或大π键)。大π键可用表示,其中m、n分别代表参与形成大π键的电子数和原子个数,如苯分子中大π键表示为。回答下列问题:
(1)下列粒子中存在“离域π键”的是_____(填字母)。
a.O3 b.S
c.H2S d.N
ad
解析:形成“离域π键”的形成条件是“原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道”,O3为V形结构,有相互平行的p轨道,可以形成“离域π键”;硫酸根离子是正四面体形结构,原子不处于同一平面内,不能形成“离域π键”;硫化氢中H原子和S原子没有平行的p轨道,不能形成“离域π键”;N为平面三角形,有相互平行的p轨道,可形成“离域π键”。
(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大π键,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据____(填字母)。
A.2s轨道 B.2p轨道
C.sp杂化轨道 D.sp2杂化轨道
解析: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键和容纳孤电子对,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道。
D
(3)经X射线衍射测得化合物
(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl的晶体结构,其局部结构如图所示。
该化合物中阴离子中的σ键总数为____个,大π键应表示为______。
5
解析:根据题图可知,中的σ键总数为5;中每个N原子采取sp2杂化,未参与杂化的p轨道垂直于该离子平面形成大π键,每个p轨道各提供一个电子,再加上一个单位的负电荷,所以中一共有6个电子参与形成大π键,应表示为。
(4)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一个_____杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl____键,并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键()。
②一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中,C—Cl键长的顺序是_____________________________,理由:(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多,形成C—Cl越强;(ⅱ)__________________________________
____________________________。
sp2
σ
一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔
Cl参与形成的大π键越多,形成的C—Cl
越强,对应的C—Cl的键长越短
解析:①一氯乙烯的结构式为 　　　 　,碳形成双键,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。②一氯乙烷、一氯乙烯、一氯乙炔分子中碳原子的杂化方式分别是sp3、sp2、sp,由“(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多,形成的C—Cl越强”,说明一氯乙烷、一氯乙烯、一氯乙炔分子中,C—Cl键长依次变短;一氯乙烯中Cl的3p轨道与C的2p轨道形成3中心4电子的大π键,一氯乙炔中Cl的2个3p轨道分别与C的2个2p轨道形成2个3中心4电子的大π键,一氯乙烷中不含大π键,因此可推知Cl参与形成的大π键越多,形成的C—Cl越强,对应的C—Cl的键长越短。
三
真题演练 感悟高考
1.(2025·山东卷)用硫酸和NaN3可制备一元弱酸HN3。下列说法错误的是(　　)
A.NaN3的水溶液显碱性
B.的空间结构为V形
C.NaN3为含有共价键的离子化合物
D.的中心N原子所有价电子均参与成键
B
解析:由HN3为一元弱酸可知,易水解:+H2O HN3+OH-,故NaN3的水溶液呈碱性,A正确;=0,结合中心N原子成键电子对数为2,的空间结构为直线形,B错误;中存在共价键,Na+与以离子键相连,故C正确;由的空间结构为直线形知,其中心N原子的杂化方式为sp,孤电子对数为0,故中心N原子所有价电子均参与成键,D正确。
2.(2024·甘肃卷)温室气体N2O在催化剂作用下可分解为O2和N2,也可作为氧化剂氧化苯制苯酚。下列说法错误的是(　　)
A.相同条件下N2比O2稳定
B.N2O与N的空间结构相同
C.N2O中N—O比N—N更易断裂
D.N2O中σ键和大π键的数目不相等
D
解析:N2分子中存在N==N,O2分子中虽然也存在双键,但是其键能小于N==N,因此,相同条件下N2比O2稳定,A正确;N2O与N均为直线形分子,两者空间结构相同,B正确;N2O的中心原子是N,N2O在催化剂作用下可分解为O2和N2,说明N2O中N—O比N—N更易断裂,C正确;N2O的结构式为N≡N→O,中心N原子采取sp轨道杂化,形成在同一条直线上的两个sp杂化轨道,分别与两侧的原子形成O—N和N≡N中的σ键,另外两个未杂化的2p轨道与两侧原子的同位置2p轨道互相“肩并肩”重叠形成两个互相垂直的三中心大π键,故N2O中σ键和大π键的数目均为2,因此,σ键和大π键的数目相等,D不正确。
3.(2024·河北卷) NH4ClO4是火箭固体燃料重要的氧载体,与某些易燃物作用可全部生成气态产物,如:NH4ClO4+2C===NH3↑+2CO2↑+HCl↑。下列有关化学用语或表述正确的是(　　)
A.HCl的形成过程可表示为H·+·→]-
B.NH4ClO4中的阴、阳离子有相同的VSEPR模型和空间结构
C.在C60、石墨、金刚石中,碳原子有sp 、sp2和sp3三种杂化方式
D.NH3和CO2都能作制冷剂是因为它们有相同类型的分子间作用力
B
解析:HCl是共价化合物,其电子式为,HCl的形成过程可表示为H×+·→,故A错误;NH4ClO4中N
×(5-1-4×1)=0,价层电子对数为4,
×(7+1-4×2)=0,价层电子对数为4,则二者的VSEPR模型和空间结构均为正四面体形,故B正确;C60、石墨、金刚石中碳原子的杂化方式分别为sp2、sp2、sp3,共有2种杂化方式,故C错误;NH3易液化,其汽化时吸收热量,可作制冷剂,干冰易升华,升华时吸收热量,也可作制冷剂,NH3分子间作用力为氢键和范德华力,CO2分子间仅存在范德华力,故D错误。
4.(2023·湖北卷)价层电子对互斥理论可以预测某些粒子的空间结构。下列说法正确的是(　　)
A.CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体
B.S的空间结构均为平面三角形
C.CF4和SF4均为非极性分子
D.XeF2与XeO2的键角相等
A
解析:甲烷分子的中心原子的价层电子对数为4,水分子的中心原子价层电子对数也为4,所以它们的VSEPR模型都是四面体,A正确;S的孤电子对数为1,C的孤电子对数为0,所以S的空间结构为三角锥形,C的空间结构为平面三角形,B错误;CH4为正四面体结构,为非极性分子,SF4中心原子有孤电子对,为极性分子,C错误;XeF2和XeO2分子中,孤电子对数不相等,孤电子对数越多,对成键电子对排斥力越大,所以键角不相等,D错误。
5.(2023·山东卷节选)ClO2中心原子为Cl,Cl2O中心原子为O,二者均为V形结构,但ClO2中存在大π键()。ClO2中Cl原子的轨道杂化方式为____;O—Cl—O键角____(填“>”“<”或“=”)Cl—O—Cl键角。比较ClO2与Cl2O中Cl—O键的键长并说明原因:___________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________。
sp2
>
ClO2分子中Cl—O的键长小于
Cl2O中Cl—O的键长,其原因是ClO2分子中既存在σ键,又存在大π键,原子轨道重叠的程度较大,因此其中Cl—O的键长较小,而Cl2O只存在σ键
四
课时作业30
1.(3分)对于短周期元素形成的各分子,下表所述的对应关系错误的是(　　)
选项 A B C D
分子式 CH4 NH3 CO2 SCl2
VSEPR 模型 正四面体形 四面体形 直线形 四面体形
分子的 空间结构 正四面体形 平面三角形 直线形 V形
B
2.(3分)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
解析:羰基上的碳原子共形成3个σ键,为sp2杂化,两侧甲基中的碳原子共形成4个σ键,为sp3杂化。
C
3.(3分)(2025·黑龙江佳木斯期中)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
C
解析:X原子可能是sp2杂化,如SO2分子中S的价层电子对数为2+1=3,含有2个σ键和1个孤电子对,采用sp2杂化,分子空间结构为V形,所以X原子可能是sp2杂化,但也可能是sp3杂化,如OF2分子中O的价层电子对数为2+2=4,所以中心原子为sp3杂化,其VSEPR模型为正四面体形,该分子中含有2个孤电子对,所以其空间结构为V形,A、B错误;X原子一定存在孤电子对,C正确;VSEPR模型不一定是平面三角形,如OF2分子的VSEPR 模型为四面体形,D错误。
4.(3分)下列分子或离子中心原子的杂化方式和空间结构均判断错误的是(　　)
A.N:sp2、平面三角形 B.OF2:sp3、V形
C.Si:sp3、三角锥形 D.C2H4:sp2、平面形
解析:N的中心原子为氮原子,氮原子的杂化方式为sp2杂化,离子呈平面三角形,A项正确;OF2的中心原子为氧原子,氧原子的杂化方式为sp3杂化,分子呈V形,B项正确;Si的中心原子为硅原子,硅原子的杂化方式为sp2杂化,离子呈平面三角形,C项错误;C2H4的中心原子为碳原子,碳原子的杂化方式为sp2杂化,分子呈平面形,D项正确。
C
5.(3分)用价层电子对互斥模型(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构,有时也能用来推测键角大小,下列判断错误的是(　　)
A.CS2、HCN都是直线形分子
B.BF3键角为120°,SnBr2键角大于120°
C.B均为正四面体形结构
D.PCl3、AsH3都是三角锥形分子
B
解析:二硫化碳结构式为S==C==S,CS2中心原子C的价层电子对数为2+=2+0=2,无孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断CS2为直线形;HCN结构式为H—C≡N,HCN中心原子C的价层电子对数为2+=2+0=2,无孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断HCN为直线形,故A正确。BF3中心原子B的价层电子对数为3+=3+0=3,无孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断BF3为平面三角形结构,键角为120°;SnBr2中心原子Sn的价层电子对数为2+=2+1=3,含有一个孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断SnBr2为V形结构,孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,SnBr2键角小于120°,故B错误。
B×(3+1-4×1)=4,无孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断B为正四面体形;P
×(5+3-4×2)=4,无孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断P为正四面体形,故C正确。PCl3中心原子P的价层电子对数为3+=3+1=4,含有一个孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断PCl3为三角锥形结构;AsH3中心原子As的价层电子对数为3+=3+1=4,含有一个孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断AsH3为三角锥形结构,故D正确。
6.(3分)科学研究发现C3O2是金星大气的成分之一,化学性质与CO相似。C3O2的结构式为O==C==C==C==O,下列说法中不正确的是(　　)
A.一个C3O2分子价电子总数为24
B.CO分子中σ键和π键的个数比为1︰1
C.C3O2分子中C原子的杂化方式均为sp
D.C3O2与CO2分子空间结构相同
B
解析:对于主族元素的价电子数等于主族序数或最外层电子数,故C3O2的价电子总数为24,故A项正确;CO中含有三键,故σ键和π键的个数比为1︰2,故B项不正确;根据C3O2的结构式判断C原子采取sp杂化,故C项正确;根据碳原子的杂化方式判断,C3O2和CO2的杂化方式相同,故分子的空间结构相同,故D项正确。
7.(3分)(2025·湖北武汉二模)键角是重要的键参数之一。下列键角的大小比较正确的是(　　)
选项 键角 键角的大小比较
A ∠H—N—H [Cu(NH3)4]2+>NH3
B ∠C—C—C 金刚石>石墨
C ∠O—S—O SO3D ∠H—C—H C
A
解析:氨分子中氮原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,四氨合铜离子中中心离子为提供空轨道的铜离子,配体为提供孤电子对的氨分子,配离子中氮原子的价层电子对数为4、孤电子对数为0,孤电子对数越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小,则四氨合铜离子的键角∠H—N—H大于氨分子,故A正确;金刚石中碳原子的杂化方式为sp3杂化,石墨中碳原子的杂化方式为sp2杂化,则金刚石中键角∠C—C—C小于石墨,故B错误;三氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,亚硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,离子的空间结构为三角锥形,则三氧化硫分子中键角∠O—S—O大于亚硫酸根离子,故C错误;C中碳原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,离子的空间结构为平面三角形,C中碳原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,离子的空间结构为三角锥形,则C中的,故D错误。
8.(3分)下列关于BeF2和SF2的说法错误的是(　　)
A.BeF2分子中,中心原子Be的价层电子对数等于2,成键电子对数也等于2
B.BeF2分子的孤电子对数为0
C.SF2分子中,中心原子S的价层电子对数等于4,其空间结构为四面体形,成键电子对数等于2,没有孤电子对
D.在气相中,BeF2是直线形而SF2是V形
解析:SF2分子中,中心原子S的孤电子对数为=2,成键电子对数为2,故价层电子对数为4,分子的空间结构为V形。
C
9.(3分)(2025·安徽安庆模拟)已知:NH4NO2+NH4HSO3+SO2+2H2O===
[NH3OH]+HS+(NH4)2SO4。下列有关说法错误的是(　　)
A.H2O很稳定是因为分子间含有氢键
B.SO2的空间结构为V形
C.NH2OH的H—N—H键角小于N中H—N—H键角
D.H2O、N的VSEPR模型相同
A
解析:H2O是共价化合物,其性质稳定,是因为O—H的键能较大,与分子间含有氢键无关,A错误;SO2分子中S原子的价层电子对数为2+×(6-2×2)=3,VSEPR模型为平面三角形,含有1个孤电子对,则SO2的空间结构为V形,B正确;NH2OH分子与N中N的价层电子对数都是4,VSEPR模型均为四面体形,N中H—N—H的键角为109°28',但NH2OH分子中N原子含有1个孤电子对,对成键电子对的排斥作用较大,导致H—N—H的键角小于109°28',C正确;H2O中O的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4、N×(5-1-4×1)=4, S
×(6+2-4×2)=4,则它们的VSEPR模型相同,都是四面体形,D正确。
10.(3分)有几种含氯阴离子的信息如下:
阴离子 Cl Cl M ClO-
氯元素化合价 +5 +3 +1
氯原子杂化类型 sp3 sp3
下列推断不正确的是(　　)
A.Cl的价电子总数相同
B.M的化学式为Cl
C.Cl、ClO-中氯原子的杂化类型都为sp3
D.M的空间结构为V形
A
解析:Cl的价电子总数分别为7+3×6+1=26、4+3×6+2=24,不相同,A项错误;M中Cl的化合价是+3价,杂化轨道类型是sp3,因此M的化学式为Cl,B项正确;Cl=4,ClO-中氯原子价层电子对数是1+=4,因此氯原子的杂化类型都为sp3,C项正确;Cl=4,含有2个孤电子对,所以空间结构为V形,D项正确。
11.(16分)(1)胸腺嘧啶是构成DNA的一种含氮碱基,结构简式如图所示。其分子中σ键和π键的数目之比为______。
(2)依据原子轨道重叠的方式,判断HClO4中的H—O属于____键,该键是氢原子的s轨道和氧原子的____轨道重叠形成的,Cl的VSEPR模型名称为________。
5︰1
σ
p
正四面体
(3)IMI的结构为 　　　　　,IMI中大π键可表示为,分子中2号N原子的杂化方式为____,p轨道有孤电子对的N原子是_________(填“1号N原子”或“2号N原子”)。
sp2
2号N原子
(4)含有碳元素的有机化合物分布极广,最简单的为碳正离子(C),该离子的空间结构为___________;如图是叶绿素的结构示意图,配体是一种平面大环有机物,该结构中N原子的杂化方式为____,C—N σ键有___个。
平面三角形
sp2
8
12.(14分)(1)Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为____,下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是____(填字母)。
A.sp　　 B.sp2
C.sp3　　 D.sp3d
解析:XeF2易升华,所以是分子晶体,其中心原子的价层电子对数为2+=5,其中心原子的杂化方式应为sp3d。
5
D
(2)SiCl4是生产高纯硅的前驱体,其中Si采取的杂化类型为______。SiCl4可发生水解反应,机理如下:
含s、p、d轨道的杂化类型有①dsp2、②sp3d、③sp3d2,中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为____(填序号)。
sp3
②
解析:根据SiCl4的结构式可知,Si的价层电子对数为4,故Si采取sp3杂化;根据SiCl4(H2O)的结构式可知Si的价层电子对数为5,采取sp3d杂化。
(3)NH3分子在独立存在时,H—N—H键角为107°。如图是[Zn(NH3)6]2+的部分结构以及H—N—H键角的测量值。解释NH3形成如图所示的配合物后H—N—H键角变大的原因:____________________________________
__________________________________________________________________________________________________。
NH3分子中N原子的孤电子对进入Zn2+
的空轨道形成配位键后,原孤电子对与成键电子对间的排斥作用变为成键电子对间的排斥作用,排斥作用减弱
(4)乙酸分子( 　　　　　　)中键角1大于键角2,其原因为______________
___________________________________________________。
乙酸分子中
C==O与C—C之间的斥力大于C—O与C—C之间的斥力
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