考点8 杂化轨道理论
【核心考点梳理】
考点一、杂化轨道理论简介
1．杂化轨道的含义
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．杂化轨道理论要点
(1)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)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道的能量相同。
(3)杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更牢固。
(4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同。
【典型例题】
例1．（2023秋·海南儋州·高二校考期末）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
例2．（2022春·山东菏泽·高二校考开学考试）下列关于杂化轨道的叙述正确的是( )
A．杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键
B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对
C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的1个s轨道杂化而成的
D．在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—H σ键
【核心归纳】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。
考点二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系
1．杂化轨道的类型
(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。如下图所示。
(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成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形，如下图所示。
(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，如下图所示。
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，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。
杂化类型 sp sp2 sp3
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 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
【典型例题】
例1．（2023秋·湖北武汉·高二校联考期末）氯元素有多种化合价，可形成等微粒。下列说法错误的是
A．中Cl原子的杂化方式均为杂化
B．基态原子核外电子的空间运动状态有9种
C．键角：
D．的空间构型为V形，分子中的化学键的键长和键角可以通过X射线衍射实验获得
例2．（2022秋·四川绵阳·高二四川省绵阳江油中学校考期中）下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是
A．CO2与SO2 B．CH4与NH3
C．BeCl2与BF3 D．C2H6与C2H2
【核心归纳】 判断中心原子杂化轨道类型的三种方法
(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。
【必备知识基础练】
1．（2022秋·重庆沙坪坝·高二重庆八中校考阶段练习）下列描述中错误的是
A．和的中心原子杂化方式不同
B．和的具有相同的空间构型
C．和的中心原子均不满足8电子构型
D．三氧化硫的三聚分子()中S原子的杂化轨道类型为杂化
2．（2022秋·重庆沙坪坝·高二重庆一中校考期中）价电子对互斥模型(模型)可有效解释和预测分子的空间构型，下列解释均正确的是
选项 分子 中心原子上价层电子对数 杂化轨道类型 分子的空间结构
A 4 平面正三角形
B 4 正四面体形
C 2 直线形
D 3 三角锥形
3．（2022秋·四川内江·高二四川省内江市第六中学校考期中）下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是
A．AsH3 平面三角形 sp3杂化 B．H3O+ 平面三角形 sp2杂化
C．H2Se V形 sp3杂化 D．CO 三角锥形 sp3杂化
4．（2022秋·上海浦东新·高二上海市建平中学校考阶段练习）下列关于杂化轨道的叙述中，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
5．（2022春·福建泉州·高二校考期中）从微粒结构角度分析，下列说法正确的是
A．I的空间构型为V形，中心原子的杂化形式为sp3
B．ZnCO3中，阴离子空间构型为平面三角形，C原子的杂化形式为sp3
C．根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3三种分子中，中心原子价电子对数相等
D．三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体()两种存在形式，两种形式中S原子的杂化轨道类型相同
6．（2022春·广东珠海·高二校考阶段练习）回答下列问题
(1)指出下列粒子的空间结构
①OF2_______；②BeF2_______；③PF3_______；④SO3 _______。
(2)在BF3分子中，F-B-F的键角是_______，硼原子的杂化轨道类型为_______，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的空间构型为_______。
(3)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。NH3分子的空间构型是_______；N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是_______。
(4)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中氧原子采用_______杂化。H3O＋中H-O-H键角比H2O中H-O-H键角大，原因为_______。
(5)SO的空间构型是_______，其中硫原子的杂化轨道类型是_______。
【关键能力提升练】
7．（2022秋·辽宁大连·高二统考期末）已知有关氮、磷的单键和三键的键能数据(单位：kJ·mol)如下表：
193 946 197 489
下列说法不正确的是A．1 mol 中含P－P键的数目为
B．中的P原子采取杂化
C．P原子半径较大不易形成π键
D．比()能量更低所以氮元素通常以形式存在
8．（2022秋·湖南岳阳·高二校考阶段练习）下列说法正确的是
A．CHCl3分子呈正四面体形
B．H2S分子中S原子采用sp3杂化，其分子的空间构型为V形
C．二氧化碳分子中碳原子采用sp杂化，其为直线形分子
D．呈三角锥形
9.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
10.(双选)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键的数目为11NA
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
11.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,磷原子的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()。
(1)NH3、PCl3和PCl5分子中,所有原子的最外层电子数都是8的是 (填分子式),该分子的形状(空间结构)是 。
(2)有同学认为,NH5与PCl5类似,氮原子的1个2s轨道、3个2p轨道和1个2d轨道可能发生sp3d杂化。请你对该同学的观点进行评价: 。
(3)经测定,NH5中存在离子键,氮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的电子式是 。
12.按要求回答下列问题:
(1)晶体X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在的空间结构为 ,中心原子的杂化方式为 。
(2)从结构角度分析,N和H3O+两种阳离子的相同之处为 ,不同之处为 (填字母)。
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.空间结构
D.共价键类型
(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 。
(4)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中O原子采用 杂化。H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大,原因为 。
【学科素养拔高练】
13.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)氯吡苯脲晶体中,氮原子的杂化轨道类型为 ,羰基碳原子的杂化轨道类型为 。
(2)查文献可知,可用2-氯-4-氨基吡啶与异氰酸苯酯反应,生成氯吡苯脲;
+→,
反应过程中,每生成1 mol氯吡苯脲,断裂 个σ键、断裂 个π键。
(3)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 。
14．（2022春·湖南长沙·高二雅礼中学校考阶段练习）根据物质结构的基本理论，原子之间通过原子轨道的重叠方式，以不同类型的化学键结合，形成具有不同空间结构的分子或离子，按照已学的物质结构知识填写下列空白。
(1)在分子中，硼原子的电子排布式为___________，F-B-F的键角是___________。
(2)可与形成，中氧原子采用___________杂化，的空间立体构型为___________。
(3)第ⅥA族元素(O、S、Se、Te)，基态Se原子价电子排布式为_______，有___________个未成对电子；碲酸是白色固体，经X射线研究证明在碲酸分子内的6个羟基排列在碲原子周围成八面体结构，碲酸中碲原子的价层电子对数为___________。考点8 杂化轨道理论
【核心考点梳理】
考点一、杂化轨道理论简介
1．杂化轨道的含义
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．杂化轨道理论要点
(1)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)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道的能量相同。
(3)杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更牢固。
(4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同。
【典型例题】
例1．（2023秋·海南儋州·高二校考期末）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
【答案】D
【解析】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，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都成键，也可以容纳孤电子对(如NH3、H2O的形成)，故D项错误。
例2．（2022春·山东菏泽·高二校考开学考试）下列关于杂化轨道的叙述正确的是( )
A．杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键
B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对
C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的1个s轨道杂化而成的
D．在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—H σ键
【答案】B
【解析】杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能用来形成π键，故B正确，A不正确；NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的，C不正确；在乙烯分子中，1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的s轨道重叠形成2个C—H σ键，剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个C—C σ键，D不正确。
【核心归纳】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。
考点二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系
1．杂化轨道的类型
(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。如下图所示。
(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成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形，如下图所示。
(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，如下图所示。
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，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。
杂化类型 sp sp2 sp3
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 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
【典型例题】
例1．（2023秋·湖北武汉·高二校联考期末）氯元素有多种化合价，可形成等微粒。下列说法错误的是
A．中Cl原子的杂化方式均为杂化
B．基态原子核外电子的空间运动状态有9种
C．键角：
D．的空间构型为V形，分子中的化学键的键长和键角可以通过X射线衍射实验获得
【答案】C
【解析】A．的结构式为：，的结构式为：，的结构式为，VSEPR模型均为四面体，中心原子价层电子对数均为4，因此Cl的杂化方式都是sp3，A正确；
B．量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道，基态Cl原子的核外电子排布式为：1s22s22p63s23p5，s能级各有一个轨道，p能级各有3个轨道，共9个轨道。因此基态Cl原子的核外电子的空间运动状态有9种，B正确；
C．三种离子的Cl原子均为sp3杂化，中心原子孤电子对越多，对成键电子排斥越强，键角越小，有2对孤电子对，空间结构呈V形，键角为105，有1对孤电子对，空间结构呈三角锥形，键角为107，没有孤电子对，空间结构呈四面体形，键角为10928，键角关系为：，C错误；
D．中心原子为O原子，杂化方式为sp3，结构式为 ，因此空间构型为V形，分子中的化学键的键长和键角可以通过X射线衍射实验获得，D正确；
故选C。
例2．（2022秋·四川绵阳·高二四川省绵阳江油中学校考期中）下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是
A．CO2与SO2 B．CH4与NH3
C．BeCl2与BF3 D．C2H6与C2H2
【答案】B
【解析】A．CO2中C形成2个δ键，无孤电子对，为sp杂化，SO2中S形成2个δ键，孤电子对数==1，为sp2杂化，不相同，故A错误；
B．CH4中C形成4个δ键，无孤电子对，为sp3杂化，NH3中N形成3个δ键，孤电子对数==1，为sp3杂化，相同，故B正确；
C．BeCl2中Be形成2个δ键，无孤电子对，为sp杂化，BF3中B形成3个δ键，无孤电子对，为sp2杂化，不相同，故C错误；
D．C2H6中C形成4个δ键，无孤电子对，为sp3杂化，C2H2中形成2个δ键，无孤电子对，为sp杂化，不相同，故D错误；
故选B。
【核心归纳】 判断中心原子杂化轨道类型的三种方法
(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。
【必备知识基础练】
1．（2022秋·重庆沙坪坝·高二重庆八中校考阶段练习）下列描述中错误的是
A．和的中心原子杂化方式不同
B．和的具有相同的空间构型
C．和的中心原子均不满足8电子构型
D．三氧化硫的三聚分子()中S原子的杂化轨道类型为杂化
【答案】B
【解析】A． 和的中心原子杂化方式不同，前者形成3个σ键没有孤电子对，是sp2杂化，后者形成4个σ键没有孤电子对，是sp3杂化，故A正确；
B． 和的具有不相同的空间构型，前者形成3个σ键没有孤电子对，是平面三角形，后者形成3个σ键有一对孤电子对，是三角锥型，故B错误；
C． 和的中心原子均不不满足8电子构型，前者形成3个σ键没有孤电子对，是6电子结构，后者形成6个σ键没有孤电子对，12电子结构，故C正确；
D． 三氧化硫的三聚分子()中S原子均形成4个σ键，没有孤电子对，杂化轨道类型为杂化，故D正确；
故选B。
2．（2022秋·重庆沙坪坝·高二重庆一中校考期中）价电子对互斥模型(模型)可有效解释和预测分子的空间构型，下列解释均正确的是
选项 分子 中心原子上价层电子对数 杂化轨道类型 分子的空间结构
A 4 平面正三角形
B 4 正四面体形
C 2 直线形
D 3 三角锥形
A．A B．B C．C D．D
【答案】B
【解析】A．中N原子形成的σ键数为3，N原子的孤电子对数为=1，因此中心原子上价层电子对数=3+1=4，N原子为杂化，分子的空间结构为三角锥形，故A项错误；
B．中P原子形成的σ键数为4，P原子的孤电子对数为=0，因此中心原子上价层电子对数=4+0=4，P原子为杂化，分子的空间结构为正四面体，故B项正确；
C．中Be原子形成的σ键数为2，Be原子的孤电子对数为=0，因此中心原子上价层电子对数=2+0=2，Be原子为杂化，分子的空间结构为直线形，故C项错误；
D．中B原子形成的σ键数为3，B原子的孤电子对数为=0，因此中心原子上价层电子对数=3+0=3，B原子为杂化，分子的空间结构为平面三角形，故D项错误；
综上所述，正确的是B项。
3．（2022秋·四川内江·高二四川省内江市第六中学校考期中）下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是
A．AsH3 平面三角形 sp3杂化 B．H3O+ 平面三角形 sp2杂化
C．H2Se V形 sp3杂化 D．CO 三角锥形 sp3杂化
【答案】C
【解析】A．AsH3中心原子的价层电子对数=3+(5-3×1)=4，As的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，选项A错误；
B．的中心原子的价层电子对数=3+ (6-1-3×1)=4，O的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，选项B错误；
C．H2Se中心原子的价层电子对数=2+ (6-2×1)=4，Se的杂化方式为sp3，含有两对孤电子对，分子的立体构型为V形，选项C正确；
D．中心原子的价层电子对数=3+ (4+2-3×2)=3，C的杂化方式为sp2，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，选项D错误；
答案选C。
4．（2022秋·上海浦东新·高二上海市建平中学校考阶段练习）下列关于杂化轨道的叙述中，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】A．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；
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，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；
C．SO2和C2H4分子中的中心原子S和C的价层电子对数都是3，所以他们都是通过sp2杂化轨道成键，C正确；
D．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，例如NH3的杂化方式为sp3，立体构型为三角锥形，D错误；
故答案为：D。
【点睛】考查杂化轨道理论，判断中心原子的杂化轨道数是关键。杂化类型可以根据中心原子的价层电子对数或者根据等电子体来判断。中心原子价层电子对数n=(中心原子的价电子数+配位原子的成键电子数±电荷数)。注意：①当上述公式中电荷数为正值时取“-”，电荷数为负值时取“+”；②当配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为零；根据n值判断杂化类型：一般有如下规律：当n=2，sp杂化；n=3，sp2杂化；n=4，sp3杂化。
5．（2022春·福建泉州·高二校考期中）从微粒结构角度分析，下列说法正确的是
A．I的空间构型为V形，中心原子的杂化形式为sp3
B．ZnCO3中，阴离子空间构型为平面三角形，C原子的杂化形式为sp3
C．根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3三种分子中，中心原子价电子对数相等
D．三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体()两种存在形式，两种形式中S原子的杂化轨道类型相同
【答案】A
【解析】A．I中心碘原子由4对价电子对，其中2对成键电子对，2对孤电子对，空间构型为V形，中心原子的杂化形式为sp3，A正确；
B．CO中心原子碳原子的孤电子对数为0，价层电子对数是3，空间构型是平面三角形，碳原子杂化方式是sp2，B项错误；
C．H2S中心原子是S，价电子对数是2，SO2中心原子是S，价电子对数是3、SO3中中心原子的价层电子对数是3，C项错误；
D．SO3空间构型是平面三角形，硫原子杂化方式是sp2，而三聚分子固体中硫原子是sp3，D项错误；
故答案选A。
6．（2022春·广东珠海·高二校考阶段练习）回答下列问题
(1)指出下列粒子的空间结构
①OF2_______；②BeF2_______；③PF3_______；④SO3 _______。
(2)在BF3分子中，F-B-F的键角是_______，硼原子的杂化轨道类型为_______，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的空间构型为_______。
(3)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。NH3分子的空间构型是_______；N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是_______。
(4)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中氧原子采用_______杂化。H3O＋中H-O-H键角比H2O中H-O-H键角大，原因为_______。
(5)SO的空间构型是_______，其中硫原子的杂化轨道类型是_______。
【答案】(1) V形 直线形 三角锥形 平面三角形
(2) 120° sp2 正四面体形
(3) 三角锥形 sp3
(4) sp3 H2O中氧原子有2对孤电子对，H3O＋中氧原子只有1对孤电子对，排斥力较小
(5) 正四面体形 sp3
【解析】（1）1）OF2中中心原子为O，F为配位原子，价层电子对数=（6+1×2 ）/2=4，成键电子对数为2，孤电子对数为4-2=2，电子对构型为正四面体，孤电子对越多，排斥力越大，所以OF2分子构型为V型；
（2）BeF2中中心原子为Be，F为配位原子，价层电子对数=（2+1×2 ）/2=2，成键电子对数为2，孤电子对数为2-2=0，电子对构型为直线型，由于无孤电子对的排斥，所以BeF2分子构型与电子对构型相同，为直线型；
（3）PF3中中心原子为P，F为配位原子，价层电子对数=（5+1×3 ）/2=4，成键电子对数为3，孤电子对数为4-3=1，电子对构型为正四面体，由于有一个孤电子对对成键电子对的排斥，所以PF3分子构型为三角锥型。
（4）SO3中中心原子为S，O为配位原子，价层电子对数=6/2=3，成键电子对数为3，孤电子对数为3-3=0，电子对构型为平面三角形，所以SO3分子构型为平面三角形。
（2）BF3的价层电子对数为3，B原子采用sp2杂化，又因为B原子上没有孤电子对，则BF3的立体构型为平面三角形，F-B-F的键角为120°，BF中B原子价层电子对数为4，B原子采用sp3杂化，没有孤电子对，则BF为正四面体。
（3）NH3分子数为3，故孤电子对为1，价层电子对数为4，N原子采用sp3杂化，分子立体构型为三角锥形，N2H4中氮原子与NH3中氮原子杂化类型相同，均为sp3 杂化。
（4）H3O+中氧原子数为3，故孤电子对为1，价层电子对数为4，O采用sp3杂化。H2O氧原子数为2，故孤电子对为2，价层电子对数为4，O采用sp3杂化。H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，因为H2O中氧原子有2对孤电子对，H3O+中氧原子只有1对孤电子对，排斥力较小。
（5）SO的中心原子S的成键电子对数为4，无孤电子对，为正四面体结构，中心原子采用sp3 杂化；
【关键能力提升练】
7．（2022秋·辽宁大连·高二统考期末）已知有关氮、磷的单键和三键的键能数据(单位：kJ·mol)如下表：
193 946 197 489
下列说法不正确的是A．1 mol 中含P－P键的数目为
B．中的P原子采取杂化
C．P原子半径较大不易形成π键
D．比()能量更低所以氮元素通常以形式存在
【答案】A
【解析】A．由题干P4的结构简式可知，1分子P4中含有6个P-P键，故1 mol 中含P－P键的数目为，A错误；
B．P4分子中P的价层电子对数=3+=4，故P4分子中P原子采取sp3杂化，B正确；
C．π键是轨道以“肩并肩”重叠形成的共价键，P原子半径比N原子半径大，在相互靠近的时候肩并肩形成π键的概率就小，因此P和P之间不易形成π键，C正确；
D．N2中为N≡N键，N4（）中共为6个N-N键，由表可知N≡N键键能比N-N键键能大，因此N2比N4（）能量更低，更稳定，所以通常以N2形式存在，D正确；
故答案为：A。
8．（2022秋·湖南岳阳·高二校考阶段练习）下列说法正确的是
A．CHCl3分子呈正四面体形
B．H2S分子中S原子采用sp3杂化，其分子的空间构型为V形
C．二氧化碳分子中碳原子采用sp杂化，其为直线形分子
D．呈三角锥形
【答案】BC
【解析】A．CHCl3分子中碳原子采用sp3杂化，由于分子中含有3个碳氯键和1个碳氢键，因此分子呈四面体形，故A错误；
B．H2S分子中S原子价层电子对数为，采用sp3杂化，其分子的空间构型为V形，故B正确；
C．二氧化碳分子中碳原子价层电子对数为，采用sp杂化，其为直线形分子，故C正确；
D．中氮原子价层电子对数为，呈正四面体形，故D错误。
综上所述，答案为BC。
9.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
【答案】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对孤电子对,采取sp2杂化,空间结构为V形,错误;C项,C中碳原子价层电子对数=3+×(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。
10.(双选)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键的数目为11NA
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】BC
【解析】A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键,氮原子有1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项错误、B项正确;A分子中有一个碳氧双键,故有12对共用电子对、11个σ键,C项正确;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。
11.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,磷原子的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()。
(1)NH3、PCl3和PCl5分子中,所有原子的最外层电子数都是8的是 (填分子式),该分子的形状(空间结构)是 。
(2)有同学认为,NH5与PCl5类似,氮原子的1个2s轨道、3个2p轨道和1个2d轨道可能发生sp3d杂化。请你对该同学的观点进行评价: 。
(3)经测定,NH5中存在离子键,氮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的电子式是 。
【答案】(1)PCl3 三角锥形
(2)不对,因为氮原子没有2d轨道
(3)[H]+H]-
【解析】写出NH3、PCl3和PCl5分子的电子式不难发现,氢原子是2e-稳定,氯原子是8e-稳定,在PCl3中磷原子外围是8e-,PCl5中磷原子外围是10e-,所有原子的最外层电子数都是8的只有PCl3,联想到氨分子的空间结构,PCl3分子的形状(空间结构)是三角锥形。要满足氮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的电子式必须是[H]+H]-。
12.按要求回答下列问题:
(1)晶体X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在的空间结构为 ,中心原子的杂化方式为 。
(2)从结构角度分析,N和H3O+两种阳离子的相同之处为 ,不同之处为 (填字母)。
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.空间结构
D.共价键类型
(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 。
(4)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中O原子采用 杂化。H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大,原因为
。
【答案】(1)V形 sp3 (2)ABD C (3)sp3 (4)sp3 H3O+中O原子只有1对孤电子对,H2O中O原子有2对孤电子对,前者σ键电子对与孤电子对的排斥力较小,因而键角大
【解析】(1)中一个I原子为中心原子,其价层电子对数=2+=4,则中心原子采取sp3杂化,的空间结构为V形。
(2)N中N原子的价层电子对数=4+=4,采取sp3杂化,空间结构为正四面体形;H3O+中O原子的价层电子对数=3+=4,采取sp3杂化,空间结构为三角锥形;两离子中均只含极性共价键,共价键类型相同。
(3)硫原子形成2个S—S,还有2对孤电子对,杂化方式为sp3。
(4)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。
【学科素养拔高练】
13.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)氯吡苯脲晶体中,氮原子的杂化轨道类型为 ,羰基碳原子的杂化轨道类型为 。
(2)查文献可知,可用2-氯-4-氨基吡啶与异氰酸苯酯反应,生成氯吡苯脲;
+→,
反应过程中,每生成1 mol氯吡苯脲,断裂 个σ键、断裂 个π键。
(3)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)sp2、sp3 sp2 (2)NA NA (3)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)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,属于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,是sp2杂化;羰基碳原子形成2个单键和1个双键,为sp2杂化。
(2)由于σ键比π键更稳定,根据反应方程式可以看出,断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的NC中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H。
(3)①O、N属于同周期元素,O的非金属性大于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,所以为V形结构,O原子采用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,所以为三角锥形结构,N原子采用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,所以是直线形结构,C原子采用sp杂化。
14．（2022春·湖南长沙·高二雅礼中学校考阶段练习）根据物质结构的基本理论，原子之间通过原子轨道的重叠方式，以不同类型的化学键结合，形成具有不同空间结构的分子或离子，按照已学的物质结构知识填写下列空白。
(1)在分子中，硼原子的电子排布式为___________，F-B-F的键角是___________。
(2)可与形成，中氧原子采用___________杂化，的空间立体构型为___________。
(3)第ⅥA族元素(O、S、Se、Te)，基态Se原子价电子排布式为_______，有___________个未成对电子；碲酸是白色固体，经X射线研究证明在碲酸分子内的6个羟基排列在碲原子周围成八面体结构，碲酸中碲原子的价层电子对数为___________。
【答案】(1) 120°
(2) 三角锥形
(3) 2 6
【解析】(1)
B的原子序数为5，其核外电子排布为；中中心B原子的价层电子对数为，无孤对电子，形成平面三角形结构，F-B-F的键角是120°，故答案为：；120°；
(2)
中氧原子的价层电子对数为，存在一对孤电子对，O采用杂化，形成三角锥形结构，故答案为：；三角锥形；
(3)
基态Se原子价电子排布式为，其中4p轨道上有2个未成对单电子，碲酸分子内的6个羟基排列在碲原子周围成八面体结构，可知中心碲原子与周围的6个羟基成键，其价电子对数为6，故答案为：；2；6。
