第一单元 分子的空间结构
第1课时 杂化轨道理论与分子空间结构
［核心素养发展目标］ 1.了解杂化轨道理论，能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构的影响。2.通过对杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型的判断方法，建立分子空间结构分析的思维模型。
一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构
1.CH4分子的形成及空间结构
（1）杂化轨道的形成
碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道， 个2s轨道和 个2p轨道“混杂”，形成 相等、成分相同的4个 ，可表示为
（2）共价键的形成
碳原子的4个 分别与4个H原子的 轨道重叠，形成4个相同的 键。
（3）CH4分子的空间结构
甲烷分子中的4个C—H键是等同的，C—H键之间的夹角——键角都是 ，形成正四面体结构的分子。
2.BF3分子的形成及空间结构
B原子 轨道上的一个电子进入 轨道，1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成 相等、成分相同的 个 轨道，可表示为
B原子中的3个 轨道间的夹角为 ，这3个 轨道分别与F原子的2p轨道形成 键，因此BF3分子具有 结构。
3.BeCl2分子的形成及空间结构
Be原子 轨道上的一个电子进入 轨道，1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成 相等、成分相同的 个 轨道，可表示为
Be原子中的2个 轨道间的夹角为 ，这2个sp杂化轨道分别与Cl原子的3p轨道形成 键，因此BeCl2为 分子。
1.（1）乙烯分子中的成键情况
在乙烯分子中，碳原子均采用 杂化，形成3个杂化轨道，两个碳原子各以1个sp2轨道发生重叠形成1个C—C σ键，每个碳原子的2个sp2轨道与2个氢原子的1s轨道重叠形成2个C—H σ键，这样形成的5个键在同一平面上，此外每个C原子还剩下1个未杂化的2p轨道，它们发生重叠，形成1个 键。其结构示意图如下：
（2）乙炔分子中的成键情况
在乙炔分子中，碳原子均采用 杂化，形成2个杂化轨道，两个碳原子各以1个sp轨道发生重叠形成1个C—C σ键，每个碳原子的1个sp轨道与1个氢原子的1s轨道重叠形成1个C—H σ键，这样形成的3个
键在同一直线上，此外每个碳原子还有2个未杂化的2p轨道，它们发生重叠，形成2个 键。其结构示意图如下：
2.苯分子中，每个碳原子都分别与1个氢原子、2个碳原子形成σ键，同时，每个碳原子各有一个垂直于分子平面的p轨道，形成了一个以6个碳原子为中心的π键。
（1）苯分子中碳原子采用的杂化方式为 。
（2）简述苯分子的大π键的形成及表示方法。
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二、杂化轨道理论
1.轨道杂化与杂化轨道
（1）轨道的杂化：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。
（2）杂化轨道：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。
（3）轨道杂化的过程： → → 。
2.杂化轨道的特点
（1）杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数。
（2）杂化改变了原子轨道的形状、方向。
（3）杂化使原子的成键能力增强。
（4）杂化轨道只能形成σ键或容纳孤电子对，不能形成π键。
3.杂化轨道的类型
（1）sp3杂化轨道
sp3杂化轨道是由 个s轨道和 个p轨道杂化而成的，sp3杂化轨道间的夹角为 ，空间结构为 （如图所示）。
（2）sp2杂化轨道
sp2杂化轨道是由 个s轨道和 个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角为 ，空间结构为 （如图所示）。
（3）sp杂化轨道
sp杂化轨道是由 个s轨道和 个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角为 ，空间结构为 （如图所示）。
（1）发生轨道杂化的原子一定是中心原子（ ）
（2）原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的（ ）
（3）只有能量相近的轨道才能发生杂化（ ）
（4）杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键（ ）
（5）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，未参与杂化的p轨道可用于形成π键（ ）
（6）2s轨道和3p轨道能形成sp2杂化轨道（ ）
1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是（ ）
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.杂化轨道既可形成σ键，又可形成π键
D.已知CO2为直线形分子，其分子结构可以用sp杂化轨道解释
2.乙烯分子中含有4个C—H键和1个CC键，6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是（ ）
①每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化，形成两个sp杂化轨道 ②每个C原子的2s轨道与2个2p轨道杂化，形成3个sp2杂化轨道 ③每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化，形成4个sp3杂化轨道 ④每个C原子的3个外围电子占据3个杂化轨道，1个外围电子占据1个2p轨道
A.①③ B.②④
C.①④ D.②③
3.有机物CH3CHCH—C≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为（ ）
A.sp、sp2、sp3 B.sp3、sp2、sp
C.sp2、sp、sp3 D.sp3、sp、sp2
中心原子杂化类型的判断方法
（1）根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为109°28'，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。
（2）常见物质中心原子的杂化方式
①中心原子采用sp3杂化的有：有机物中饱和碳原子、NH3、H2O、金刚石中的碳原子、晶体硅中的硅原子、SiO2、N等。
②中心原子采用sp2杂化的有：有机物中的双键碳原子、BF3、石墨中的碳原子、苯环中的碳原子、SO2、SO3等。
③中心原子采用sp杂化的有：有机物中的三键碳原子、CO2、BeCl2等。
说明：注意相似结构的物质，如CO2与CS2、BF3与BBr3等，其中心原子杂化方式相同。
答案精析
一、
1.（1）1 3 能量 sp3杂化轨道 （2）sp3杂化轨道 1s σ （3）109°28'
2.2s 2p 能量 3 sp2杂化 sp2杂化 120°
sp2杂化 σ 平面三角形
3.2s 2p 能量 2 sp杂化 sp杂化 180° σ
直线形
思考交流
1.（1）sp2 π （2）sp π
2.（1）sp2杂化
（2）每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道（如图所示），这六个轨道相互平行且各有一个未成对电子，以“肩并肩”的方式相互重叠，形成属于六个碳原子共用六个电子的大π键，可表示为。
二、
1.（3）激发 杂化 轨道重叠
3.（1）1 3 109°28' 正四面体形 （2）1 2 120°
平面三角形 （3）1 1 180° 直线形
正误判断
（1）√ （2）√ （3）√ （4）√ （5）√ （6）×
应用体验
1.C ［杂化前后的轨道数不变，杂化后，各个轨道尽可能分散、对称分布，导致轨道的形状发生了改变，A正确； sp3、sp2、sp杂化轨道的空间结构分别是正四面体形、平面三角形、直线形，所以其夹角分别为109°28'、120°、180°，B正确；杂化轨道只能形成σ键，C错误；直线形分子的键角为180°，中心原子的杂化方式是sp，D正确。］
2.B ［乙烯分子中每个C原子与1个C原子和2个H原子成键，形成3个σ键，6个原子在同一平面上，则键角为120°，为sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，C原子中的1个外围电子占据1个2p轨道，2个C原子成键时形成1个π键，②④正确。］
3.B(共55张PPT)
第1课时
专题4 第一单元 分子的空间结构
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杂化轨道理论与分子空间结构
1.了解杂化轨道理论，能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构的影响。
2.通过对杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型的判断方法，建立分子空间结构分析的思维模型。
核心素养
发展目标
内容索引
一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构
二、杂化轨道理论
课时对点练
用杂化轨道理论解释分子的空间结构
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一
1.CH4分子的形成及空间结构
(1)杂化轨道的形成
碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道， 个2s轨道和 个2p轨道“混杂”，形成 相等、成分相同的4个 ，可表示为
一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构
1
3
能量
sp3杂化轨道
(2)共价键的形成
碳原子的4个 分别与4个H原子的 轨道重叠，形成4个相同的 键。
(3)CH4分子的空间结构
甲烷分子中的4个C—H键是等同的，C—H键之间的夹角——键角都是
，形成正四面体结构的分子。
sp3杂化轨道
1s
σ
109°28'
2.BF3分子的形成及空间结构
B原子 轨道上的一个电子进入 轨道，1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成 相等、成分相同的 个 轨道，可表示为
B原子中的3个 轨道间的夹角为 ，这3个 轨道分别与F原子的2p轨道形成 键，因此BF3分子具有 结构。
2s
2p
能量
3
sp2杂化
sp2杂化
120°
sp2杂化
σ
平面三角形
3.BeCl2分子的形成及空间结构
Be原子 轨道上的一个电子进入 轨道，1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成 相等、成分相同的 个 轨道，可表示为
Be原子中的2个 轨道间的夹角为 ，这2个sp杂化轨道分别与Cl原子的3p轨道形成 键，因此BeCl2为 分子。
2s
2p
能量
2
sp杂化
sp杂化
180°
σ
直线形
1.(1)乙烯分子中的成键情况
在乙烯分子中，碳原子均采用 杂化，形成3个杂化轨道，两个碳原子各以1个sp2轨道发生重叠形成1个C—C σ键，每个碳原子的2个sp2轨道与2个氢原子的1s轨道重叠形成2个C—H σ键，这样形成的5个键在同一平面上，此外每个C原子还剩下1个未杂化的2p轨道，它们发生重叠，形成1个 键。其结构示意图如下：
sp2
π
(2)乙炔分子中的成键情况
在乙炔分子中，碳原子均采用 杂化，形成2个杂化轨道，两个碳原子各以1个sp轨道发生重叠形成1个C—C σ键，每个碳原子的1个sp轨道与1个氢原子的1s轨道重叠形成1个C—H σ键，这样形成的3个键在同一直线上，此外每个碳原子还有2个未杂化的2p轨道，它们发生重叠，形成2个 键。其结构示意图如下：
sp
π
2.苯分子中，每个碳原子都分别与1个氢原子、2个碳原子形成σ键，同时，每个碳原子各有一个垂直于分子平面的p轨道，形成了一个以6个碳原子为中心的π键。
(1)苯分子中碳原子采用的杂化方式为 。
sp2杂化
(2)简述苯分子的大π键的形成及表示方法。
提示 每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道(如图所示)，这六个轨道相互平行且各有一个未成对电子，以“肩并肩”的方式相互重叠，形成属于六个碳原子共用六个电子的大π键，可表示为。
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二
杂化轨道理论
二、杂化轨道理论
1.轨道杂化与杂化轨道
(1)轨道的杂化：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。
(2)杂化轨道：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。
(3)轨道杂化的过程： → → 。
激发
杂化
轨道重叠
2.杂化轨道的特点
(1)杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数。
(2)杂化改变了原子轨道的形状、方向。
(3)杂化使原子的成键能力增强。
(4)杂化轨道只能形成σ键或容纳孤电子对，不能形成π键。
3.杂化轨道的类型
(1)sp3杂化轨道
sp3杂化轨道是由 个s轨道和 个p轨道杂化而成的，sp3杂化轨道间的夹角为 ，空间结构为 (如图所示)。
1
3
109°28'
正四面体形
(2)sp2杂化轨道
sp2杂化轨道是由 个s轨道和 个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角为 ，空间结构为 (如图所示)。
1
2
120°
平面三角形
(3)sp杂化轨道
sp杂化轨道是由 个s轨道和 个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角为 ，空间结构为 (如图所示)。
1
1
180°
直线形
(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子
(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的
(3)只有能量相近的轨道才能发生杂化
(4)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键
(5)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，未参与杂化的p轨道可用于形成π键
(6)2s轨道和3p轨道能形成sp2杂化轨道
×
√
√
√
√
√
1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是
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.杂化轨道既可形成σ键，又可形成π键
D.已知CO2为直线形分子，其分子结构可以用sp杂化轨道解释
√
杂化前后的轨道数不变，杂化后，各个轨道尽可能分散、对称分布，导致轨道的形状发生了改变，A正确；
sp3、sp2、sp杂化轨道的空间结构分别是正四面体形、平面三角形、直线形，所以其夹角分别为109°28'、120°、180°，B正确；
杂化轨道只能形成σ键，C错误；
直线形分子的键角为180°，中心原子的杂化方式是sp，D正确。
2.乙烯分子中含有4个C—H键和1个C==C键，6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是
①每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化，形成两个sp杂化轨道 ②每个C原子的2s轨道与2个2p轨道杂化，形成3个sp2杂化轨道 ③每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化，形成4个sp3杂化轨道 ④每个C原子的3个外围电子占据3个杂化轨道，1个外围电子占据1个2p轨道
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
√
乙烯分子中每个C原子与1个C原子和2个H原子成键，形成3个σ键，6个原子在同一平面上，则键角为120°，为sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，C原子中的1个外围电子占据1个2p轨道，2个C原子成键时形成1个π键，②④正确。
3.有机物CH3CH==CH—C≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为
A.sp、sp2、sp3 B.sp3、sp2、sp
C.sp2、sp、sp3 D.sp3、sp、sp2
·
·
·
√
归纳总结
中心原子杂化类型的判断方法
(1)根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为109°28'，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。
归纳总结
(2)常见物质中心原子的杂化方式
①中心原子采用sp3杂化的有：有机物中饱和碳原子、NH3、H2O、金刚石中的碳原子、晶体硅中的硅原子、SiO2、N等。
②中心原子采用sp2杂化的有：有机物中的双键碳原子、BF3、石墨中的碳原子、苯环中的碳原子、SO2、SO3等。
③中心原子采用sp杂化的有：有机物中的三键碳原子、CO2、BeCl2等。
归纳总结
说明：注意相似结构的物质，如CO2与CS2、BF3与BBr3等，其中心原子杂化方式相同。
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课时对点练
题组一 原子轨道杂化与杂化轨道
1.下列说法错误的是
A.ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和1个C原子的2p轨道
混合起来而形成的
C.孤电子对有可能参加杂化
D.s轨道和p轨道杂化不可能出现sp4杂化
√
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ⅠA族元素的外围电子排布式为ns1，由于只有1个ns电子，因此不可能形成杂化轨道；H2O分子中的氧原子采用sp3杂化，其sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，所以孤电子对有可能参加杂化；由于np能级只有3个原子轨道，所以s轨道和p轨道杂化方式只有sp3、sp2、sp 3种，不可能出现sp4杂化。
2.下列有关sp杂化轨道的叙述正确的是
A.是由一个1s轨道和一个2p轨道线性组合而成
B.sp杂化轨道中的两个杂化轨道完全相同
C.sp杂化轨道可与其他原子轨道形成σ键和π键
D.sp杂化轨道有两个，一个能量高，另一个能量低
√
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sp杂化轨道是由同一原子内同一电子层能量相近的轨道发生的杂化，A项错误；
不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新的轨道，sp杂化轨道中的两个杂化轨道完全相同，B项正确、D项错误；
杂化轨道用于形成σ键或用来容纳孤电子对，未杂化的轨道形成π键，杂化轨道不形成π键，C项错误。
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3.下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是
A.由同一电子层上的s轨道与p轨道杂化而成
B.共有3个能量相同的杂化轨道
C.每个sp2杂化轨道中s轨道成分占三分之一
D.sp2杂化轨道最多可形成2个σ键
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√
同一电子层上s轨道与p轨道的能量差异不是很大，相互杂化的轨道的能量差异不能过大，A项正确；
同种类型的杂化轨道能量相同，B项正确；
sp2杂化轨道是由1个s轨道与2个p轨道杂化而成的，C项正确；
sp2杂化轨道最多可形成3个σ键，D项错误。
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题组二 杂化类型的判断
4.下列分子中的碳原子采用sp2杂化的是
A.C2H2 B.CS2
C.HCHO D.C3H8
√
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5.甲烷中的碳原子是sp3杂化，下列用*表示的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子杂化类型一致的是
A.CH≡CH3 B.H2==CHCH3
C.CH2==HCH3 D.CH2==CHH3
√
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D项中用*表示的碳原子形成了四个σ键，与甲烷类似，其为sp3杂化。
6.在BrCH==CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是
A.sp p B.sp2 s
C.sp2 p D.sp3 p
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7.下列分子中的中心原子为sp杂化，分子的空间结构为直线形，且分子中没有形成π键的是
A.CH≡CH B.CO2 C.BeCl2 D.BBr3
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√
CH≡CH和CO2中的C原子均采取sp杂化，且都含有π键；BeCl2分子中Be采取sp杂化，没有形成π键；BBr3中B原子采取sp2杂化，且没有π键。
8.形成下列分子时，中心原子采用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是
①PF3 ②CF4 ③NH3 ④H2O
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
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√
PF3、CF4、NH3、H2O分子中的P原子、C原子、N原子、O原子都采取sp3杂化， NH3和H2O分子中H原子以1s轨道分别与N和O原子形成σ键，PF3和CF4分子中F原子以2p轨道分别与P和C原子形成σ键。
题组三 杂化轨道理论的应用
9.sp3杂化形成的AB4型分子的空间结构是
A.平面四边形 B.正四面体形
C.三角锥形 D.平面三角形
√
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10.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是
①BF3 ② ③CH≡CH ④NH3 ⑤CH4
A.①② B.①⑤
C.③④ D.③⑤
√
1
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3
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11.下列分子所含原子中，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。
12.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分子中有一个碳氧双键，故有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。
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13.白磷是一种能自燃的单质，其分子的结构模型如图所示： ，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.磷原子均为sp3杂化
C.1 mol白磷中共含6 mol非极性键
D.白磷分子的空间结构为正四面体
1
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√
14.氮的最高价氧化物为无色晶体，它由N和N构成，已知其阴离子结构为平面三角形，阳离子中氮的杂化方式为sp，则其阳离子的结构和阴离子中氮的杂化方式为
A.直线形 sp2 B.V形 sp
C.平面三角形 sp2 D.平面三角形 sp3
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N结构为平面三角形，其中氮的杂化方式为sp2；N中氮的杂化方式为sp，则其结构为直线形。
15.(2023·长沙高二期末)乙炔(C2H2)和丙烯腈(CH2==CHCN)是有机合成工业的重要原料。工业上曾用CaC2和H2O反应制取乙炔，用乙炔和氢氰酸(HCN)在氯化亚铜等催化作用下生产丙烯腈。
(1)Cu的基态核外电子排布式为 。Cu元素在周期表中的位置为 。
(2)基态N原子第一电离能比基态O原子 (填“高”“低”或“相等”)。
1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
第4周期ⅠB族
高
同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势，但N为ⅤA族元素，p轨道半充满，较稳定，不易失去电子，则第一电离能比O大。
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(3)C2H2的空间结构为 。
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C2H2中C原子采取sp杂化，空间结构为直线形。
直线形
(4)丙烯腈分子中碳原子的杂化轨道类型为 。
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丙烯腈分子结构为CH2==CH—C≡N，C==C键上的两个C原子采用sp2杂化，C≡N键上的C原子采用sp杂化。
sp2和sp
(5)1 mol丙烯腈分子中含π键的数目为 。
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丙烯腈分子结构为CH2==CH—C≡N，含有3个C—H键、1个C==C键、
1个C≡N键，一个双键含有1个π键，一个三键含有2个π键，1 mol丙烯腈分子中含π键的数目为3NA。
3NA
(6)丙烯腈(CH2==CHCN)分子中共面的原子数目最多为 。
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丙烯腈分子结构为CH2==CH—C≡N，C==C键相接的6个原子共平面，C≡N键上相接的3个原子共直线，丙烯腈(CH2==CHCN)分子中共面的原子数目最多为7。
7
16.如图是甲醛分子的结构模型，根据该图和所学化学知识回答下列问题：
(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是 ，作出该判
断的主要理由是 。
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sp2
甲醛分子的空间结构为平面三角形
原子的杂化轨道类型不同，分子的空间结构也不同。由图可知，甲醛分子为平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。
(2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是 (填序号)。
①单键 ②双键 ③σ键 ④π键 ⑤σ键和π键
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②⑤
醛类分子中都含有C==O键，所以甲醛分子中的碳氧键是双键。一般来说，双键是σ键和π键的组合。
(3)甲醛分子中C—H键与C—H键之间的夹角 (填“=”“>”或“<”) 120°，出现该现象的主要原因是__________________________________
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碳氧双键中存在π键，它对C—H键的
由于碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角小于120°。
排斥作用较强
返回作业18 杂化轨道理论与分子空间结构
(分值：100分）
（选择题1~8题，每小题5分，9~14题，每小题6分，共76分）
题组一 原子轨道杂化与杂化轨道
1.下列说法错误的是（ ）
A.ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和1个C原子的2p轨道混合起来而形成的
C.孤电子对有可能参加杂化
D.s轨道和p轨道杂化不可能出现sp4杂化
2.下列有关sp杂化轨道的叙述正确的是（ ）
A.是由一个1s轨道和一个2p轨道线性组合而成
B.sp杂化轨道中的两个杂化轨道完全相同
C.sp杂化轨道可与其他原子轨道形成σ键和π键
D.sp杂化轨道有两个，一个能量高，另一个能量低
3.下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是（ ）
A.由同一电子层上的s轨道与p轨道杂化而成
B.共有3个能量相同的杂化轨道
C.每个sp2杂化轨道中s轨道成分占三分之一
D.sp2杂化轨道最多可形成2个σ键
题组二 杂化类型的判断
4.下列分子中的碳原子采用sp2杂化的是（ ）
A.C2H2 B.CS2
C.HCHO D.C3H8
5.甲烷中的碳原子是sp3杂化，下列用*表示的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子杂化类型一致的是（ ）
A.CH≡CH3 B.H2CHCH3
C.CH2HCH3 D.CH2CHH3
6.在BrCHCHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是（ ）
A.sp p B.sp2 s
C.sp2 p D.sp3 p
7.下列分子中的中心原子为sp杂化，分子的空间结构为直线形，且分子中没有形成π键的是（ ）
A.CH≡CH B.CO2
C.BeCl2 D.BBr3
8.形成下列分子时，中心原子采用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是（ ）
①PF3 ②CF4 ③NH3 ④H2O
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
题组三 杂化轨道理论的应用
9.sp3杂化形成的AB4型分子的空间结构是（ ）
A.平面四边形 B.正四面体形
C.三角锥形 D.平面三角形
10.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是（ ）
①BF3 ② ③CH≡CH ④NH3 ⑤CH4
A.①② B.①⑤
C.③④ D.③⑤
11.下列分子所含原子中，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［］
12.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
13.白磷是一种能自燃的单质，其分子的结构模型如图所示：，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.磷原子均为sp3杂化
C.1 mol白磷中共含6 mol非极性键
D.白磷分子的空间结构为正四面体
14.氮的最高价氧化物为无色晶体，它由N和N构成，已知其阴离子结构为平面三角形，阳离子中氮的杂化方式为sp，则其阳离子的结构和阴离子中氮的杂化方式为（ ）
A.直线形 sp2 B.V形 sp
C.平面三角形 sp2 D.平面三角形 sp3
15.（14分）（2023·长沙高二期末）乙炔（C2H2）和丙烯腈（CH2CHCN）是有机合成工业的重要原料。工业上曾用CaC2和H2O反应制取乙炔，用乙炔和氢氰酸（HCN）在氯化亚铜等催化作用下生产丙烯腈。
（1）Cu的基态核外电子排布式为 。Cu元素在周期表中的位置为 。
（2）基态N原子第一电离能比基态O原子 （填“高”“低”或“相等”）。
（3）C2H2的空间结构为 。
（4）丙烯腈分子中碳原子的杂化轨道类型为 。
（5）1 mol丙烯腈分子中含π键的数目为 。
（6）丙烯腈（CH2CHCN）分子中共面的原子数目最多为 。
16.（10分）如图是甲醛分子的结构模型，根据该图和所学化学知识回答下列问题：
（1）甲醛分子中碳原子的杂化方式是 ，作出该判断的主要理由是
。
（2）下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是 （填序号）。
①单键 ②双键 ③σ键 ④π键 ⑤σ键和π键
（3）甲醛分子中C—H键与C—H键之间的夹角 （填“=”“>”或“<”）120°，出现该现象的主要原因是 。
答案精析
1.B ［ⅠA族元素的外围电子排布式为ns1，由于只有1个ns电子，因此不可能形成杂化轨道；H2O分子中的氧原子采用sp3杂化，其sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，所以孤电子对有可能参加杂化；由于np能级只有3个原子轨道，所以s轨道和p轨道杂化方式只有sp3、sp2、sp 3种，不可能出现sp4杂化。］
2.B ［sp杂化轨道是由同一原子内同一电子层能量相近的轨道发生的杂化，A项错误；不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新的轨道，sp杂化轨道中的两个杂化轨道完全相同，B项正确、D项错误；杂化轨道用于形成σ键或用来容纳孤电子对，未杂化的轨道形成π键，杂化轨道不形成π键，C项错误。］
3.D ［同一电子层上s轨道与p轨道的能量差异不是很大，相互杂化的轨道的能量差异不能过大，A项正确；同种类型的杂化轨道能量相同，B项正确；sp2杂化轨道是由1个s轨道与2个p轨道杂化而成的，C项正确；sp2杂化轨道最多可形成3个σ键，D项错误。］
4.C
5.D ［D项中用*表示的碳原子形成了四个σ键，与甲烷类似，其为sp3杂化。］
6.C
7.C ［CH≡CH和CO2中的C原子均采取sp杂化，且都含有π键；BeCl2分子中Be采取sp杂化，没有形成π键；BBr3中B原子采取sp2杂化，且没有π键。］
8.A ［PF3、CF4、NH3、H2O分子中的P原子、C原子、N原子、O原子都采取sp3杂化， NH3和H2O分子中H原子以1s轨道分别与N和O原子形成σ键，PF3和CF4分子中F原子以2p轨道分别与P和C原子形成σ键。］
9.B 10.A
11.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。］
12.B ［A分子中有一个碳氧双键，故有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.A
14.A ［N结构为平面三角形，其中氮的杂化方式为sp2；N中氮的杂化方式为sp，则其结构为直线形。］
15.（1）1s22s22p63s23p63d104s1（或［Ar］3d104s1） 第4周期ⅠB族 （2）高 （3）直线形 （4）sp2和sp
（5）3NA （6）7
解析 （2）同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势，但N为ⅤA族元素，p轨道半充满，较稳定，不易失去电子，则第一电离能比O大。（3）C2H2中C原子采取sp杂化，空间结构为直线形。（4）丙烯腈分子结构为CH2CH—C≡N，CC键上的两个C原子采用sp2杂化，C≡N键上的C原子采用sp杂化。（5）丙烯腈分子结构为CH2CH—C≡N，含有3个C—H键、1个CC键、1个C≡N键，一个双键含有1个π键，一个三键含有2个π键，1 mol丙烯腈分子中含π键的数目为3NA。（6）丙烯腈分子结构为CH2CH—C≡N，CC键相接的6个原子共平面，C≡N键上相接的3个原子共直线，丙烯腈（CH2CHCN）分子中共面的原子数目最多为7。
16.（1）sp2 甲醛分子的空间结构为平面三角形
（2）②⑤ （3）< 碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强
解析 （1）原子的杂化轨道类型不同，分子的空间结构也不同。由图可知，甲醛分子为平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。
（2）醛类分子中都含有CO键，所以甲醛分子中的碳氧键是双键。一般来说，双键是σ键和π键的组合。
（3）由于碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角小于120°。
