第2课时 杂化类型的判断方法(能力课)
素养 目标 1．掌握杂化轨道理论，价电子对互斥理论，建立理论模型，并能运用模型解决分子空间结构与杂化类型关系的判断。 2．掌握共价键类型，能运用等电子体理论判断分子空间结构，利用分子空间结构与杂化类型的关系解决问题。 3．能运用取代法判断杂化类型、提升知识的迁移应用能力。
旧知 回顾 1．杂化轨道 (1)原子轨道的杂化：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。 (2)杂化轨道特点：不仅改变了原有轨道的空间取向，而且使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大，形成的共价键更牢固。 2．杂化轨道类型及其空间结构 (1)sp3杂化：由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的，夹角是109°28′，呈正四面体形。 (2)sp2杂化：是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的，夹角是120°，呈平面三角形。 (3)sp杂化：由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的，夹角是180°，呈直线形。
1．根据分子的空间结构判断
分子或离子的空间结构 常见分子或离子 中心原子杂化轨道类型
直线形 CO2、CS2、BeCl2、 HC≡CH、HC≡N等 sp
平面三角形 BF3、BCl3、SO3、、等 sp2
正四面体形 CH4、CCl4、SiF4、、、、等 sp3
三角锥形 NH3、NCl3、PH3、、等 sp3
[注意] 常见的C2H4、C6H6为平面形分子，键角约为120°，可推断其碳原子的杂化轨道类型为sp2。
2．根据价电子对互斥理论判断
(1)ABm型共价分子或离子的空间结构和中心原子杂化轨道类型的关系如下：
中心原子价电子对数 杂化轨道空间结构 中心原子杂化轨道类型
2 直线形 sp
3 平面三角形 sp2
4 四面体形 sp3
(2)运用价电子对互斥理论计算中心原子的价电子对数的方法：
[注意] 对于阳离子，a＝中心原子价电子数－离子电荷数；对于阴离子，a＝中心原子价电子数＋|离子电荷数|。
3．应用等电子原理判断
等电子体具有相同的结构特征，一般来说，等电子体的中心原子的杂化类型相同。
一些常见的等电子体
二原子10电子的等电子体：N2、CO、CN－、NO＋、、；
二原子11电子的等电子体：NO、；
三原子16电子的等电子体：CO2、CS2、N2O、CNO－、SCN－；
三原子18电子的等电子体：、O3、SO2；
四原子24电子的等电子体：、、BF3、SO3(g)、；
四原子26电子的等电子体：NF3、PCl3、NCl3、；
五原子8电子的等电子体：CH4、、SiH4。
4．根据共价键类型判断
从杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未杂化轨道形成π键，杂化轨道形成σ键。对于能够明确结构式的分子、离子，可直接用下式判断其中心原子的杂化轨道类型：杂化轨道数n＝中心原子的σ键数＋中心原子的孤电子对数(双键、三键中只有一个σ键，其余均为π键)。
如三聚氰胺(结构简式如图所示)中有两种不同化学环境的氮原子，环外氮原子分别形成3个σ键，用去基态氮原子5个价电子中的3个，余下1个孤电子对，n＝4，则环外氮原子采用sp3杂化；环内氮原子分别形成2个σ键、1个π键，用去基态氮原子5个价电子中的3个，余下1个孤电子对，n＝3，则环内氮原子采用sp2杂化。
5．应用取代法判断
以中学常见的、熟悉的基础物质分子为原型，用其他原子或原子团取代原型分子中的部分原子或原子团，得到的新分子的中心原子与原型分子对应的中心原子的杂化轨道类型相同。如：
(1)CH3CH==CH2分子中碳原子的杂化轨道类型判断，可看作乙烯基取代了甲烷分子中的一个氢原子，则甲基碳原子采用sp3杂化，也可看作甲基取代了乙烯分子中的一个氢原子，故两个不饱和碳原子均采用sp2杂化。
(2)B(OH)3可看作三个羟基取代了BF3中的氟原子，可知B(OH)3中硼原子采用sp2杂化。
【例1】 下列粒子的中心原子形成sp3杂化轨道且该粒子的空间结构为三角锥形的是( )
D．[PCl4]＋
B [中心原子形成sp3杂化轨道且该粒子的空间结构为三角锥形，说明该微粒中心原子价电子对数是4且含有一个孤电子对。的中心原子S原子价电子对数为4＋＝4且不含孤电子对为正四面体形结构，A错误；的中心原子C原子价电子对数为3＋＝4且含有一个孤电子对为三角锥形结构，B正确；的中心原子Cl原子价电子对数为2＋＝4且含有两个孤电子对为角形结构，C错误；[PCl4]＋的中心原子P原子价电子对数为4＋＝4且不含孤电子对，[PCl4]＋为正四面体形结构，D错误。]
【例2】 下列分子或离子的中心原子杂化轨道类型不同的是( )
与SO3 B．CH4与H2O
C．PCl3与 D．BF3与
A [
选项 成键电子对数 孤电子对数 价电子对数 杂化轨道类型
3 ×(6＋2－3×2)＝1 4 sp3
SO3 3 ×(6－3×2)＝0 3 sp2
B CH4 4 ×(4－4×1)＝0 4 sp3
H2O 2 ×(6－2×1)＝2 4 sp3
C PCl3 3 ×(5－3×1)＝
3 ×(7＋1－3×2)＝1 4 sp3
D BF3 3 ×(3－3×1)＝
3 ×(4＋2－3×2)＝0 3 sp2
1．(双选)BF3是有刺激性臭味的无色气体，与水反应生成HBF4和H3BO3，下列说法错误的是( )
A．BF3和HBF4中B原子杂化方式相同
为正四面体形结构
C．B—F键键长小于B—O键键长
D．HBF4和H3BO3中B原子都是sp3杂化
AD [F原子半径小于O，所以B—F键键长小于B—O键键长，C正确；HBF4的中B原子价电子对数为4＋＝4，且不含孤电子对，是sp3杂化呈正四面体形结构，B正确；由B项知，HBF4中B原子为sp3杂化，BF3、H3BO3中B原子价电子对数分别为3＋＝3、3＋＝3，且不含孤电子对，则为sp2杂化，A、D错误。]
2．下表中关于各微粒的描述完全正确的一项是( )
选项 A B C D
分子或离子 的化学式
中心原子的杂 化轨道类型 sp sp3 sp2 sp3
VSEPR模型 直线形 四面体形 平面三角形 正四面体形
分子或离子的空间结构 直线形 正四面体形 V形 三角锥形
C [A．H2F＋离子中氟原子的价电子对数为4，则离子的VSEPR模型为四面体形，故A错误；B．三氯化磷分子中磷原子的价电子对数为4，孤电子对数为1，则氮分子的VSEPR模型为四面体形、分子的空间结构为三角锥形，故B错误；C．亚硝酸根离子中氮原子的价电子对数为3，孤电子对数为1，则氮原子的杂化方式为sp2杂化，离子的VSEPR模型为平面三角形，分子的空间结构为角形，故C正确；D．四氢合硼离子中硼原子的价电子对数为4，孤电子对数为0，则离子的空间结构为正四面体形，故D错误。]
3．指出下列分子或离子的中心原子杂化轨道类型，并判断分子或离子的空间结构。
(1)GeCl4中Ge的杂化轨道类型为________，分子空间结构为________________。
(2)AsCl3中As的杂化轨道类型为________，分子空间结构为________________。
中Se的杂化轨道类型为________，离子空间结构为________________。
(4)BCl3中的B采用________杂化，空间结构为________________________。
(5)PH3中的P采用________杂化，空间结构为________________________。
中的N采用________杂化，空间结构为________________________。
[解析] (1)GeCl4：Ge的价电子对数＝4＋×(4－4×1)＝4＋0＝4，Ge采用sp3杂化，因为中心原子上没有孤电子对，故分子空间结构为正四面体形。(2)AsCl3：As的价电子对数＝3＋×(5－3×1)＝3＋1＝4，As采用sp3杂化，因为中心原子上有1个孤电子对，故分子空间结构为三角锥形。：Se的价电子对数＝4＋×(6＋2－4×2)＝4＋0＝4，Se采用sp3杂化，因为中心原子上没有孤电子对，故离子空间结构为正四面体形。(4)BCl3：B采用sp2杂化，三个杂化轨道分别与三个Cl形成σ键，没有孤电子对，分子空间结构为平面正三角形。：P采用sp3杂化，因为中心原子上有一个孤电子对，故分子空间结构为三角锥形。：N采用sp2杂化，中心原子有一个孤电子对，离子空间结构为角形。
[答案] (1)sp3 正四面体形
(2)sp3 三角锥形
(3)sp3 正四面体形
(4)sp2 平面正三角形
(5)sp3 三角锥形
(6)sp2 角形
1．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-sp2σ键的是( )
A．N2 B．C2H4
C．C2H2 D．HCl
B [C2H4中，C原子为sp2杂化，存在s-sp2σ键，B项正确。]
2．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
C [中碳原子形成了3个σ键，无孤电子对，需要形成3个杂化轨道，采用的杂化方式是sp2。甲基上的碳原子各自形成了4个σ键，无孤电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的是sp3杂化。]
3．(双选)SO3和O3的混合气体经光解作用可生成一种新分子，结构简式如图所示，下列说法正确的是( )
A．O3的键角为109°28′
B．O3和SO2的空间结构均为角形
C．SO3 的空间结构为平面三角形
D．SO3中心原子为sp3杂化
BC [A．O3分子中心原子的价电子对数是2＋＝3，存在1个孤电子对，空间结构为角形，键角不是109°28′，A错误；B．O3和SO2为等电子体，空间结构为角形，B正确；C．SO3分子中硫原子价电子对数是3＋＝3，不存在孤电子对，SO3的空间结构为平面三角形，C正确；D．SO3中心原子价电子对数是3，所以中心原子为sp2杂化，D错误。]
4．乙烯分子中含有四个C—H键和一个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每个碳原子的2s轨道与2p轨道杂化形成两个sp杂化轨道 ②每个碳原子的2s轨道与两个2p轨道杂化，形成三个sp2杂化轨道 ③每个碳原子的2s轨道与三个2p轨道杂化形成四个sp3杂化轨道 ④每个碳原子的三个价电子占据三个杂化轨道，一个价电子占据一个2p轨道
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
B [乙烯分子中每个碳原子与另一个碳原子和两个氢原子成键，形成三个σ键，六个原子在同一平面上，为sp2杂化，形成三个sp2杂化轨道，一个价电子占据一个2p轨道，两个碳原子成键时形成一个π键。]
5．回答下列问题：
(1)BCl3和NCl3中心原子的杂化类型分别为________和________。
(2)CS2、N2O等与CO2互为等电子体，则CS2的结构式为________，空间结构为________。
(3)乙炔与氢氰酸(HCN)反应可得丙烯腈 (CH2==CHCN)。丙烯腈分子中σ键和π键的个数之比为________，分子中处于同一直线上的原子数目最多为________。
(4)已知在水中存在平衡2H2O H3O＋＋OH－，H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，原因为________。
[答案] (1)sp2 sp3 (2)S==C==S 直线形
(3)2∶1 3 (4)H2O分子中O原子有两对孤电子对，H3O＋中O原子只有一个孤电子对，排斥作用较小
课时分层作业(十一) 杂化类型的判断方法
一、选择题(每小题只有一个选项符合题目要求)
1．关于原子轨道的说法正确的是( )
A．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道杂化形成的一组能量相同的新轨道
B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道杂化而形成的
C．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体结构都是正四面体形
D．凡AB2型的共价化合物，其中心原子A均采用sp杂化轨道成键
A [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轨道杂化形成的一组能量相同的新轨道，A正确；CH4分子中的sp3杂化轨道是由C原子的2s轨道和2p轨道杂化而形成的，B错误；由于孤电子对也会占据杂化轨道，所以中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子的空间结构不一定是正四面体形，如水分子为角形，氨分子为三角锥形，C错误；AB2型的共价化合物，中心原子A也可以不是sp杂化，如SO2中S原子为sp2杂化，D错误。]
2．价电子对互斥理论和杂化轨道理论都可以判断、解释分子或离子的空间结构，下列说法正确的是( )
和的键角相同
、的中心原子价电子对数相同
C．SO2、中S原子的杂化方式相同
D．C2H2、H2O2都是直线形的分子
B 的价电子对数为2，呈直线形的价电子对数为3，呈平面三角形，所以二者的键角不同，A不正确；、的中心原子价电子对数都为＝4，B正确；C．SO2、中S原子分别发生sp2、sp3杂化，二者的杂化方式不同，C不正确；D．C2H2为直线形分子，H2O2为二面角结构分子，D不正确。]
3．甲醛(H2C==O)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醛、甲醇分子内C原子的杂化方式分别为( )
A．sp2 sp2 B．sp3 sp2
C．sp2 sp3 D．sp sp3
C [甲醛(H2C==O)分子中中心原子C原子上的价电子对数为3＋×(4－2－2×1)＝3，故该C原子采用sp2杂化，甲醇(CH3OH)分子中中心原子C原子上的价电子对数为4＋×[4－3×1－(2－1)]＝4，故该C原子采用sp3杂化。]
4．下列分子的空间结构用sp2杂化轨道来解释的是( )
①BF3；②CH2==CH2；③；④CH≡CH；⑤NH3；⑥CH4
A．①②③ B．①⑤⑥
C．①②⑤ D．②③⑥
A [可用sp2杂化轨道来解释说明中心原子杂化轨道数目为3。BF3分子中B原子孤电子对数＝＝0，价电子对数为3＋0＝3，B原子为sp2杂化，①符合题意；CH2==CH2分子中C原子孤电子对数＝＝0，价电子对数为3＋0＝3，C原子采取sp2杂化，②符合题意；苯分子中C原子形成3个σ键，没有孤电子对，价电子对数为3，所以采取sp2杂化，③符合题意；CH≡CH分子中每个碳原子形成1个C—H，1个碳碳三键，没有孤电子对，价电子对数为2，所以C原子采取sp杂化，④不符合题意；NH3中N原子含有1个孤电子对，价电子对数为4，N原子采取sp3杂化，⑤不符合题意；CH4中碳原子没有孤电子对，价电子对数为4，C原子采取sp3杂化，⑥不符合题意。]
5．反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O可用于实验室制备CO2气体。下列有关该反应中各物质的说法正确的是( )
A．CO2和H2O均为三原子分子，二者空间结构相同
B．CaCO3中阴离子的VSEPR模型为四面体形
C．键角由大到小的顺序为>H2O
D．根据VSEPR模型可知，CaCl2的空间结构为直线形
C [A．二氧化碳分子中碳原子的价电子对数为2，孤电子对数为0，分子的空间结构为直线形，水分子中氧原子的价电子对数为4，孤电子对数为2，分子的空间结构为角形，二者空间结构不同，故A错误；B．碳酸根离子中碳原子的价电子对数为3，分子的VSEPR模型为平面三角形，故B错误；C．二氧化碳分子中碳原子的价电子对数为2，孤电子对数为0，分子的空间结构为直线形，键角为180°，碳酸根离子中碳原子的价电子对数为3，分子的VSEPR模型为平面三角形，键角为120°，水分子中氧原子的价电子对数为4，孤电子对数为2，分子的空间结构为角形，键角约为104.5°，则二氧化碳、碳酸根离子、水的键角依次减小，故C正确；D．氯化钙为离子化合物，不能用VSEPR模型预测氯化钙的空间结构，故D错误。]
6．SiCl4可发生水解反应，机理如下：
中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为( )
A．dsp2 B．sp3d
C．sp3d2 D．sp3
B [Si原子核外有14个电子，最外层为M能层，含有4个电子，价电子排布式为3s23p2；在SiCl4中Si原子与4个Cl原子形成4个Si—Cl σ键，且Si原子上无孤电子对，则Si原子为sp3杂化；中间体SiCl4(H2O)中Si分别与Cl、O形成5个共价键，故Si原子应为sp3d杂化，合理选项是B。]
7．合成某种滴眼液的原料为4-二甲氨基吡啶。下列叙述错误的是( )
A．该分子中C原子的杂化类型有sp2、sp3
B．该分子中N原子的杂化类型有sp2、sp3
C．1 mol该分子所含σ键为15NA(NA为阿伏加德罗常数的值)
D．该分子中含有大π键
C [由结构简式可知，4-二甲氨基吡啶分子中单键碳原子的杂化方式都为sp3，双键碳原子的杂化方式都为sp2，A正确；由结构简式可知，4-二甲氨基吡啶分子中单键氮原子的杂化方式都为sp3，双键氮原子的杂化方式都为sp2，B正确；有机物分子中单键为σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，由结构简式可知，1 mol 4-二甲氨基吡啶分子中含有的σ键为19NA，C错误；由结构简式可知，4-二甲氨基吡啶分子的六元环上5个碳原子和1个氮原子都为sp2杂化，未杂化的p轨道都提供1个电子形成大π键，D正确。]
二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求)
8．As2O3(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示)，溶于盐酸生成AsCl3，AsCl3用LiAlH4还原生成AsH3。下列说法正确的是( )
A．As2O3分子中As原子的杂化方式为sp2
B．LiAlH4为共价化合物
C．AsCl3的空间结构为平面正三角形
D．基态As原子的价电子排布式为4s24p3
D [As2O3中As原子形成3个σ键，含有1个孤电子对，价电子对数是4，根据价电子对互斥理论，As原子的杂化类型为sp3，A错误； 只含共价键的化合物为共价化合物，含有离子键的化合物为离子化合物，该物质是由Li＋和构成的，为离子化合物，B错误；AsCl3中As原子价电子对数为3＋×(5－3×1)＝3＋1＝4，含有1个孤电子对，根据价电子对互斥理论，AsCl3的空间结构为三角锥形，C错误；已知As为33号元素，故基态As原子的价电子排布式为4s24p3 ，D正确。]
9．多位化学家用简单的偶联反应合成了如下这个有趣的“纳米小人”分子。下列有关该分子的结构说法不正确的是( )
A．该分子中的C原子采取的杂化方式有：sp、sp2、sp3
B．该分子中的O原子采取sp3杂化
C．“纳米小人”头部的所有原子可能在同一平面内
D．“纳米小人”手、脚部位的碳原子不杂化
CD [A．该分子中碳碳三键上的C原子采取sp杂化，苯环上的C原子采取sp2杂化，其他碳原子采取sp3杂化，A正确；B．该分子中的O原子有2个成键电子对，有2个孤电子对，故其采取sp3杂化，B正确；C．“纳米小人”头部的C原子均为sp3杂化，“纳米小人”头部所有原子不在同一平面上，C错误；D．“纳米小人”手、脚部位的碳原子都属于饱和碳原子，均采取sp3杂化，D错误。]
10．离子液体广泛应用于科研和生产中。某离子液体结构如图，其中阳离子有类似苯环的特殊稳定性。下列说法错误的是( )
A．阳离子中所有C、N原子不可能共面
B．阴离子的VSEPR模型为正四面体形
C．阳离子中存在的大π键为
D．—C2H5中C原子的杂化方式为sp3
AC [A．已知阳离子有类似苯环的特殊稳定性，苯环是平面形结构，则阳离子中C与N原子共面，A错误；B．阴离子[AlCl4]－的价电子对数＝4＋＝4，VSEPR模型为正四面体形，B正确；C．大π键中每个碳原子提供1个电子，每个氮原子提供2个电子，共7个电子，因是阳离子，故含有的电子数为6，大π键为错误；D．—C2H5中C原子的杂化方式类似乙烷中的碳原子，为sp3杂化，D正确。]
11．P原子在形成PCl5分子时，3s、3p轨道和1个3d轨道参与形成sp3d杂化，PCl5的空间结构为三角双锥形(如图所示)。下列关于PCl5分子的说法不正确的是( )
A．PCl5分子中价电子对数为5
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
D．SF4分子中S原子也采用sp3d杂化
C [PCl5中心P原子的价电子对数为5＋＝5，A正确；PCl5分子中是由P—Cl单键构成的，没有π键，B正确；根据图知，平面上键角(Cl—P—Cl)为120°、上顶点和平面上的Cl原子形成的键角(Cl—P—Cl)为90°，上下顶点和P原子形成的键角(Cl—P—Cl)为180°，C错误；SF4分子中S原子有一个孤电子对，成键电子对数与孤电子对数总和为4＋1＝5，也采用sp3d杂化，D正确。]
三、非选择题
12．(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是________________________________________、____________。
(2)NH4H2PO4中，P的________杂化轨道与O的2p轨道形成________键。
(3)X射线衍射测定发现，I3AsF6中存在离子。离子的空间结构为________，中心原子的杂化形式为________。
[解析] (1)乙二胺分子中，氮原子的孤电子对数为1，σ键数目为3，故氮原子采取sp3杂化；碳原子的孤电子对数为0，σ键数目为4，故碳原子采取sp3杂化。
(2)NH4H2PO4中P原子的价电子对数为4，故为sp3杂化，P原子的sp3杂化轨道与O的2p轨道形成σ键。
(3)中心原子的价电子对数为2＋＝4，为sp3杂化，中心I原子的孤电子对数为＝的空间结构为角形。
[答案] (1)sp3 sp3 (2)sp3 σ (3)角形 sp3
13．已知A、B、C、D是原子序数依次增大的四种短周期主族元素，A是原子半径最小的短周期元素，B原子的价电子排布式为nsnnpn，D是地壳中含量最多的元素。E是第4周期的p区元素且最外层只有2对成对电子。
(1)基态E原子的价电子轨道表示式为________。
(2)B、C、D三元素电负性由大到小的顺序为________(用元素符号表示)。
中心原子为________杂化，空间结构为________；中心原子为________杂化，空间结构为________。
(4)1 mol BC－中含有π键的数目为________NA(NA为阿伏加德罗常数的值)。
(5)D、E元素最简单氢化物的稳定性比较：________________(填化学式)。
[解析] B原子的价电子排布式为nsnnpn，n＝2 ，则B为C元素；D是地壳中含量最多的元素，则D为O元素；C的原子序数介于碳、氧之间，则C为N元素；A是原子半径最小的短周期元素，则A为H元素；E是第4周期的p区元素且最外层只有2对成对电子，则E为Se元素。
即，中心原子的价电子对数为3＋×(4＋2－2×3)＝3＋0＝3，所以杂化类型为sp2，空间结构为平面三角形；即，中心原子的价电子对数为4＋×(5－1－1×4)＝4＋0＝4，所以杂化类型为sp3杂化，空间结构为正四面体形。
(4)CN－ 与氮气互为等电子体，氮气的结构式为N≡N ，所以1 mol BC－即CN－中含有π键的数目为2NA。
[答案] (1)
(3)sp2 平面三角形 sp3 正四面体形 (4)2 (5)H2O>H2Se
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第2课时 杂化类型的判断方法(能力课)
第2章 微粒间相互作用与物质性质
第2节 共价键与分子的空间结构
素养目标 1．掌握杂化轨道理论，价电子对互斥理论，建立理论模型，并能运用模型解决分子空间结构与杂化类型关系的判断。
2．掌握共价键类型，能运用等电子体理论判断分子空间结构，利用分子空间结构与杂化类型的关系解决问题。
3．能运用取代法判断杂化类型、提升知识的迁移应用能力。
旧知回顾 1．杂化轨道
(1)原子轨道的杂化：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。
(2)杂化轨道特点：不仅改变了原有轨道的空间取向，而且使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大，形成的共价键更牢固。
旧知
回顾 2．杂化轨道类型及其空间结构
(1)sp3杂化：由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的，夹角是109°28′，呈正四面体形。
(2)sp2杂化：是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的，夹角是120°，呈平面三角形。
(3)sp杂化：由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的，夹角是180°，呈直线形。
探究要点 典例导航
[要点精讲]
1．根据分子的空间结构判断
分子或离子的空间结构 常见分子或离子 中心原子杂化轨道类型
直线形 CO2、CS2、BeCl2、
HC≡CH、HC≡N等 sp
分子或离子的空间结构 常见分子或离子 中心原子杂化轨道类型
平面三角形 sp2
正四面体形 sp3
三角锥形 sp3
[注意] 常见的C2H4、C6H6为平面形分子，键角约为120°，可推断其碳原子的杂化轨道类型为sp2。
2．根据价电子对互斥理论判断
(1)ABm型共价分子或离子的空间结构和中心原子杂化轨道类型的关系如下：
中心原子价电子对数 杂化轨道空间结构 中心原子杂化轨道类型
2 直线形 sp
3 平面三角形 sp2
4 四面体形 sp3
(2)运用价电子对互斥理论计算中心原子的价电子对数的方法：
[注意] 对于阳离子，a＝中心原子价电子数－离子电荷数；对于阴离子，a＝中心原子价电子数＋|离子电荷数|。
4．根据共价键类型判断
从杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未杂化轨道形成π键，杂化轨道形成σ键。对于能够明确结构式的分子、离子，可直接用下式判断其中心原子的杂化轨道类型：杂化轨道数n＝中心原子的σ键数＋中心原子的孤电子对数(双键、三键中只有一个σ键，其余均为π键)。
如三聚氰胺(结构简式如图所示)中有两种不同化学环境的氮原子，环外氮原子分别形成3个σ键，用去基态氮原子5个价电子中的3个，余下1个孤电子对，n＝4，则环外氮原子采用sp3杂化；环内氮原子分别形成2个σ键、1个π键，用去基态氮原子5个价电子中的3个，余下1个孤电子对，n＝3，则环内氮原子采用sp2杂化。
5．应用取代法判断
以中学常见的、熟悉的基础物质分子为原型，用其他原子或原子团取代原型分子中的部分原子或原子团，得到的新分子的中心原子与原型分子对应的中心原子的杂化轨道类型相同。如：
(1)CH3CH==CH2分子中碳原子的杂化轨道类型判断，可看作乙烯基取代了甲烷分子中的一个氢原子，则甲基碳原子采用sp3杂化，也可看作甲基取代了乙烯分子中的一个氢原子，故两个不饱和碳原子均采用sp2杂化。
(2)B(OH)3可看作三个羟基取代了BF3中的氟原子，可知B(OH)3中硼原子采用sp2杂化。
√
√
A [
选项 成键电子对数 孤电子对数 价电子对数 杂化轨道类型
3 4 sp3
SO3 3 3 sp2
选项 成键电子对数 孤电子对数 价电子对数 杂化轨道
类型
B CH4 4 4 sp3
H2O 2 4 sp3
C PCl3 3
3 4 sp3
选项 成键电子对数 孤电子对数 价电子
对数 杂化轨道
类型
D BF3 3
3 3 sp2
]
√
√
2．下表中关于各微粒的描述完全正确的一项是( )
选项 A B C D
分子或离子的化学式
中心原子的杂化轨道类型 sp sp3 sp2 sp3
VSEPR模型 直线形 四面体形 平面三角形 正四面体形
分子或离子的空间结构 直线形 正四面体形 V形 三角锥形
√
C [A．H2F＋离子中氟原子的价电子对数为4，则离子的VSEPR模型为四面体形，故A错误；B．三氯化磷分子中磷原子的价电子对数为4，孤电子对数为1，则氮分子的VSEPR模型为四面体形、分子的空间结构为三角锥形，故B错误；C．亚硝酸根离子中氮原子的价电子对数为3，孤电子对数为1，则氮原子的杂化方式为sp2杂化，离子的VSEPR模型为平面三角形，分子的空间结构为角形，故C正确；D．四氢合硼离子中硼原子的价电子对数为4，孤电子对数为0，则离子的空间结构为正四面体形，故D错误。]
3．指出下列分子或离子的中心原子杂化轨道类型，并判断分子或离子的空间结构。
(1)GeCl4中Ge的杂化轨道类型为________，分子空间结构为________________。
(2)AsCl3中As的杂化轨道类型为________，分子空间结构为________________。
sp3
正四面体形
sp3
三角锥形
sp3
正四面体形
sp2
平面正三角形
sp3
三角锥形
sp2
角形
知能反馈 随堂评估
1．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-sp2σ键的是( )
A．N2 B．C2H4
C．C2H2 D．HCl
√
2
4
3
题号
1
5
B [C2H4中，C原子为sp2杂化，存在s-sp2σ键，B项正确。]
2．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
2
3
题号
1
4
√
5
C [ 中碳原子形成了3个σ键，无孤电子对，需要形成3个杂化轨道，采用的杂化方式是sp2。甲基上的碳原子各自形成了4个σ键，无孤电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的是sp3杂化。]
3．(双选)SO3和O3的混合气体经光解作用可生成一种新分子，结构简式如图所示，下列说法正确的是( )
A．O3的键角为109°28′
B．O3和SO2的空间结构均为角形
C．SO3 的空间结构为平面三角形
D．SO3中心原子为sp3杂化
2
3
题号
4
1
√
5
√
2
3
题号
4
1
5
4．乙烯分子中含有四个C—H键和一个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每个碳原子的2s轨道与2p轨道杂化形成两个sp杂化轨道 ②每个碳原子的2s轨道与两个2p轨道杂化，形成三个sp2杂化轨道 ③每个碳原子的2s轨道与三个2p轨道杂化形成四个sp3杂化轨道 ④每个碳原子的三个价电子占据三个杂化轨道，一个价电子占据一个2p轨道
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
2
4
3
题号
1
5
√
B [乙烯分子中每个碳原子与另一个碳原子和两个氢原子成键，形成三个σ键，六个原子在同一平面上，为sp2杂化，形成三个sp2杂化轨道，一个价电子占据一个2p轨道，两个碳原子成键时形成一个π键。]
2
4
3
题号
1
5
5．回答下列问题：
(1)BCl3和NCl3中心原子的杂化类型分别为________和________。
(2)CS2、N2O等与CO2互为等电子体，则CS2的结构式为____________，空间结构为________。
2
4
3
题号
1
5
sp2
sp3
S==C==S
直线形
(3)乙炔与氢氰酸(HCN)反应可得丙烯腈 (CH2==CHCN)。丙烯腈分子中σ键和π键的个数之比为________，分子中处于同一直线上的原子数目最多为________。
(4)已知在水中存在平衡2H2O H3O＋＋OH－，H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，原因为______________________________________________________________________________。
2
4
3
题号
1
5
2∶1
3
H2O分子中O原子有两对
孤电子对，H3O＋中O原子只有一个孤电子对，排斥作用较小
