第3课时 杂化轨道理论
新知探究(一)——杂化轨道及其类型
1.甲烷分子形成的解释
形成CH4分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,却得到4个新的能量相同、方向不同的sp3杂化轨道。4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠,形成4个等同的C—H σ键。
2.杂化轨道形成及特点
3.杂化轨道类型及其空间结构
sp3杂 化轨道 sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。sp3杂化轨道间的夹角是109°28',空间结构为正四面体形(如图所示)
sp2杂 化轨道 sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120°,呈平面三角形(如图所示)
sp杂化 轨道 sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角是180°,呈直线形(如图所示)
[微点拨] sp、sp2两种杂化方式中还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
应用化学
如图是描述乙烯、乙炔分子中化学键的情况。
分析乙烯和乙炔分子中碳原子的杂化方式,总结原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生 ( )
(2)2s和3p轨道能混杂形成杂化轨道 ( )
(3)杂化轨道能量更集中,有利于牢固成键 ( )
(4)杂化轨道的作用是形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对 ( )
2.下列关于杂化轨道的说法错误的是 ( )
A.杂化前后的轨道数目不变,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.部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
D.杂化轨道全部参与形成化学键
3.下列分子的中心原子杂化轨道类型相同的是 ( )
A.CO2与SO2B.CH4与NH3
C.BeCl2与BF3D.C2H2与C2H4
4.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C原子为sp3杂化C.甲醛分子中的O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
5.(1)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是 和 。
(2)的空间结构为 形,中心原子的杂化方式为 。
(3)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化方式分别为 和 。
(4)Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为 。
(5)CS2分子中,C原子的杂化轨道类型是 。
(6)S中的空间结构是 。
(7)AsCl3分子的空间结构为 ,其中As的杂化轨道类型为 。
(8)化合物Cl2O的空间结构为 形,中心原子的价层电子对数为 。
新知探究(二)——杂化轨道类型与分子空间结构的关系
1.杂化轨道与分子空间结构的关系
(1)杂化轨道全部用于形成σ键:能量相同的杂化轨道彼此远离,形成的分子为对称结构。
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成 一个ns和 一个np 一个ns和 两个np 一个ns和 三个np
轨道夹角 180° 120° 109°28'
杂化轨道 示意图
分子的 空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形
实例 BeCl2 BF3 CH4
(2)杂化轨道中有未参与成键的孤电子对:孤电子对占据杂化轨道,会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状不同,形成不对称结构。
杂化类型 sp2 sp3
中心原子所在族 第ⅥA族 第ⅤA族 第ⅥA族
中心原子的孤电子对数 1 1 2
分子空间结构 V形 三角锥形 V形
实例 SO2 NH3、PCl3、PH3 H2O、H2S
2.键角大小比较
键角大小主要与中心原子的杂化轨道类型、孤电子对数以及周围电子云密度等有关。
(1)键角与中心原子杂化类型的关系
当中心原子杂化类型不同时,键角大小由杂化类型决定。
键角:sp杂化>sp2杂化>sp3杂化,例如,键角:CO2>BF3>CH4。
(2)键角与电子对斥力相对大小的关系
当中心原子杂化类型相同的粒子,键角由中心原子孤电子对数目决定,孤电子对数目越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小。例如键角:CH4>NH3>H2O。
(3)键角与中心原子周围电子云密度(电负性)的关系
当中心原子杂化方式相同且孤电子对数目也相同,键角由中心原子周围电子云密度大小(形成化学键原子的电负性相对大小)决定。中心原子周围电子云密度越大,排斥作用越大,键角越大。
例如,H2O、H2S中,中心原子均为sp3杂化,分子空间结构均为V形,由于电负性:O>S,吸引电子的能力:O>S,H2O中O—H共用电子对偏向O的程度比H2S中S—H共用电子对偏向S的程度大,O原子周围电子云密度比S大,排斥作用大,H2O中键角大,即键角:H2O(105°)>H2S(92.3°)。
(4)键角与化学键类型的关系
同一粒子中不同共价键的键角,由于斥力:双键间>双键与单键间>单键间,则键角大小不同。如甲醛中:,键角:α>β。
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致 ( )
(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角一定相同 ( )
(3)NH3分子的空间结构为三角锥形,则氮原子的杂化方式为sp3杂化 ( )
(4)C2H4分子中的键角都约是120°,则碳原子的杂化方式是sp2杂化 ( )
2.下列分子中中心原子的杂化方式和分子的空间结构均正确的是 ( )
A.C2H2:sp2、四面体形B.HClO:sp、直线形
C.H3O+:sp3、V形D.BF3:sp2、平面三角形
3.下列说法中,正确的是 ( )
A.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
B.凡是中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构都是正四面体形
C.凡是AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
D.SCl2属于AB2型共价化合物,中心原子S采取sp杂化轨道成键
4.回答下列问题。
(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.spB.sp2
C.sp3D.sp3d
(2)水分子中氧原子的杂化轨道类型是 。
(3)NH3分子中氮原子的杂化轨道类型是 。
(4)磷酸根离子的空间结构为 ,其中P的价层电子对数为 ,杂化轨道类型为 。
(5)有机碱CH3N中,N原子的杂化轨道类型是 。
5.回答下列问题。
(1)BF3中键角 (填“大于”或“小于”)CCl4中键角。
(2)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大,原因为 。
(3)乙酸分子()中键角1 (填“大于”“等于”或“小于”)键角2,原因是 。
命题热点——共价分子(或离子)中大π键的形成和判断
1.大π键(离域π键)形成条件
(1)中心原子采取sp或sp2杂化。
(2)参与形成大π键的多个原子应在同一个平面或同一直线上。
2.大π键(离域π键)共用电子数判断
(1)表示:(m表示参与形成大π键的原子数,n表示参与形成大π键的电子数)。
(2)特点:形成大π键的电子数等于垂直于分子或离子平面的p轨道中的电子数总和,形成大π键的原子数等于同一平面或同一直线上的原子数。
(3)判断方法:画出分子或离子中各原子间的σ键连接,算出各原子的最外层电子数与其周围σ键数差值,差值若为奇数,则提供1个电子,若为偶数,则提供1对电子,提供的电子总数则为形成大π键的电子数。
[微点拨] 杂化轨道中的电子不参与形成大π键。
[典例] (1)推测C中的大π键为 。
(2)已知吡咯为平面形结构,如图。
则吡咯环中的大π键应表示为 。
听课记录:
[题点多维训练]
1.B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是 ( )
A.其熔点主要取决于所含化学键的键能
B.形成大π键的电子全部由N提供
C.分子中B和N的杂化方式相同
D.分子中所有原子共平面
2.5 氨基四唑硝酸盐受热迅速生成以N2为主的环境友好型气体,并放
出大量的热,是制造HTPB火箭推进剂的重要原料。该盐结构简式如图,其中五元环为平面结构,下列说法正确的是 ( )
A.阴离子的空间结构为三角锥形
B.该化合物难溶于水
C.该化合物中五元环上的5个原子的杂化方式都相同
D.该化合物存在类似于苯分子的大π键,化学性质比较稳定
3.(2024·菏泽高二检测)胍()是一种平面形分子,其盐酸盐()是核酸检测液的主要成分。下列说法错误的是 ( )
A.胍的水溶液呈碱性
B.胍中C、N杂化方式均为sp2杂化
C.胍中存在大π键
D.胍盐中含有的化学键均为极性键
4.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
5.(1)非金属氮化物在生产、生活和科研中应用广泛。回答下列问题:
氟化硝酰(NO2F)可用作火箭推进剂中的氧化剂,NO2F中心原子的杂化方式为 。
气态N2O5的分子结构为,而固态N2O5则由一种直线形的阳离子X与一种平面正三角形的阴离子Y构成,X的化学式为 ,Y的离域π键可表示为 。
(2)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构,其局部结构如图所示。
R中阴离子中的σ键总数为 个。分子中的大π键可用符号表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为),则中的大π键应表示为 。
第3课时 杂化轨道理论
新知探究(一)
[应用化学]
提示:乙烯分子中碳原子杂化方式是sp2杂化;乙炔分子中碳原子的杂化方式是sp杂化;杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同,杂化后形成的一组杂化轨道能量相同。
[题点多维训练]
1.(1)√ (2)× (3)√ (4)√
2.选D 原子轨道发生杂化时,轨道数目不变,但轨道的形状(电子云伸展方向)发生变化,A项正确;sp3、sp2、sp杂化轨道的形状分别为正四面体形、平面三角形和直线形,夹角分别为109°28'、120°、180°,B项正确;部分四面体形、三角锥形(中心原子有1个孤电子对),V形(中心原子有2个孤电子对)分子的中心原子均采取sp3杂化,其分子结构可以用sp3杂化轨道解释,C项正确;杂化轨道用于形成σ键和容纳未成键的孤电子对,D项错误。
3.选B CO2为sp杂化,SO2为sp2杂化,A项错误;二者均为sp3杂化,B项正确;BeCl2为sp杂化,BF3为sp2杂化,C项错误;C2H2为sp杂化,C2H4为sp2杂化,D项错误。
4.选D 甲醛分子中有3个σ键,甲醛分子中的C、O原子均为sp2杂化。
5.(1)sp3杂化 sp2杂化 (2)V sp3杂化
(3)sp杂化 sp3杂化 (4)sp3杂化 (5)sp杂化
(6)正四面体形 (7)三角锥形 sp3杂化
(8)V 4
新知探究(二)
1.(1)√ (2)× (3)√ (4)√
2.选D 乙炔的结构式为H—C≡C—H,C原子采取sp杂化,为直线形结构,A错误;HClO分子的结构式为H—O—Cl,氧原子采取sp3杂化,分子结构为V形,B错误;H3O+中氧原子的价层电子对数是4,中心原子采取sp3杂化,空间结构为三角锥形,C错误;BF3分子中硼原子价层电子对数是3,孤电子对数为0,所以其空间结构为平面三角形,D正确。
3.选A 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,故A正确;中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构不一定是正四面体形,如果四个杂化轨道的成键情况不一样,就不是正四面体形,例如CH3Cl,故B错误;AB3型的共价化合物,其中心原子A不一定采取sp3杂化轨道成键,其中心原子还可能采取sp2杂化轨道成键,例如BF3,故C错误;SCl2中心原子S采取sp3杂化轨道成键,故D错误。
4.(1)5 D (2)sp3杂化 (3)sp3杂化
(4)正四面体形 4 sp3杂化 (5)sp3杂化
5.解析:(1)BF3分子的空间结构为平面三角形,键角为120°;CCl4分子的空间结构为正四面体形,键角为109°28'。(2)H3O+、H2O的中心原子的杂化类型均为sp3杂化,H2O中O原子有两个孤电子对,H3O+中O原子有一个孤电子对,因为孤电子对间的排斥力>孤电子对与成键电子对间的排斥力>成键电子对间的排斥力,导致H3O+中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大。(3)由于双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力,故乙酸分子结构中键角1大于键角2。
答案:(1)大于 (2)H2O中氧原子有两个孤电子对,H3O+中氧原子有一个孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥力较小,键角较大 (3)大于 CO对C—C的斥力大于C—O对C—C的斥力
命题热点
[典例] 解析:(1)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,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,C原子提供1个电子,每个O原子各提供1个电子形成大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。(2)吡咯环中形成大π键的原子数为5个;氮原子中未参与成键的电子为1对,可提供2个电子形成π键,还有4个碳分别提供1个电子形成大π键,共有电子数为6,所以吡咯环中的大π键应表示为。
答案:(1) (2)
[题点多维训练]
1.选A B3N3H6与苯的结构相似,属于共价化合物,共价化合物的熔点与分子间作用力有关,与化学键的键能无关,A项错误;B3N3H6中形成大π键的电子全部由N提供,B项正确;由于B3N3H6和苯的结构类似,则该分子中B和N均为sp2杂化,C项正确;由于B3N3H6和苯分子结构相似,则B3N3H6分子中12个原子共面,D项正确。
2.选C 硝酸根离子中,成键电子对为3,孤电子对数为×(5+1-3×2)=0,因此其空间结构为平面三角形,A错误;硝酸盐易溶于水,B错误;五元环为平面结构,可知该化合物中五元环上的5个原子均为sp2杂化,C正确;该化合物受热迅速生成N2,化学性质不稳定,D错误。
3.选D 胍可以和盐酸反应生成胍盐,胍的水溶液呈碱性,A正确;胍是平面形分子,C、N均采取sp2杂化,B正确;胍中存在大π键,C正确;胍盐中含有共价键和离子键,D错误。
4.选D 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键或容纳孤电子对,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道。
5.(1)sp2杂化 N (2)5 (共93张PPT)
杂化轨道理论
第3课时
目录
新知探究（一）
杂化轨道及其类型
新知探究（二）
杂化轨道类型与分子空间结构的关系
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命题热点
共价分子(或离子)中大π键的形成和判断
杂化轨道及其类型
新知探究(一)
1.甲烷分子形成的解释
形成CH4分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,却得到4个新的能量相同、方向不同的sp3杂化轨道。4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠,形成4个等同的C—H σ键。
2.杂化轨道形成及特点
3.杂化轨道类型及其空间结构
Sp3 杂化 轨道 sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。sp3杂化轨道间的夹角是109°28',空间结构为正四面体形(如图所示)
Sp2 杂化 轨道 sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120°,呈平面三角形(如图所示)
续表
sp杂化 轨道 sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角是180°,呈直线形(如图所示)
续表
[微点拨] sp、sp2两种杂化方式中还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
应用化学
如图是描述乙烯、乙炔分子中化学键的情况。
分析乙烯和乙炔分子中碳原子的杂化方式,总结原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化
提示:乙烯分子中碳原子杂化方式是sp2杂化;乙炔分子中碳原子的杂化方式是sp杂化;杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同,杂化后形成的一组杂化轨道能量相同。
题点多维训练
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生( )
(2)2s和3p轨道能混杂形成杂化轨道( )
(3)杂化轨道能量更集中,有利于牢固成键( )
(4)杂化轨道的作用是形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对( )
√
×
√
√
2.下列关于杂化轨道的说法错误的是 ( )
A.杂化前后的轨道数目不变,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.部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
D.杂化轨道全部参与形成化学键
√
解析:原子轨道发生杂化时,轨道数目不变,但轨道的形状(电子云伸展方向)发生变化,A项正确;sp3、sp2、sp杂化轨道的形状分别为正四面体形、平面三角形和直线形,夹角分别为109°28'、120°、180°,B项正确;部分四面体形、三角锥形(中心原子有1个孤电子对),V形(中心原子有2个孤电子对)分子的中心原子均采取sp3杂化,其分子结构可以用sp3杂化轨道解释,C项正确;杂化轨道用于形成σ键和容纳未成键的孤电子对,D项错误。
3.下列分子的中心原子杂化轨道类型相同的是 ( )
A.CO2与SO2 B.CH4与NH3
C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4
解析:CO2为sp杂化,SO2为sp2杂化,A项错误;二者均为sp3杂化,B项正确;BeCl2为sp杂化,BF3为sp2杂化,C项错误;C2H2为sp杂化,C2H4为sp2杂化,D项错误。
√
4.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C原子为sp3杂化
C.甲醛分子中的O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
解析:甲醛分子中有3个σ键,甲醛分子中的C、O原子均为sp2杂化。
√
5.(1)丙酮( )分子中碳原子轨道的杂化类型是________和 。
(2)的空间结构为 形,中心原子的杂化方式为 。
(3)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化方式分别为_________ 和 。
(4)Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为 。
sp3杂化
sp2杂化
V
sp3杂化
sp杂化
sp3杂化
sp3杂化
(5)CS2分子中,C原子的杂化轨道类型是 。
(6)S中的空间结构是 。
(7)AsCl3分子的空间结构为 ,其中As的杂化轨道类型为 。
(8)化合物Cl2O的空间结构为 形,中心原子的价层电子对数为 。
sp杂化
正四面体形
三角锥形
sp3杂化
V
4
新知探究(二)
杂化轨道类型与分子空间结构的关系
1.杂化轨道与分子空间结构的关系
(1)杂化轨道全部用于形成σ键:能量相同的杂化轨道彼此远离,形成的分子为对称结构。
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成 一个ns和 一个np 一个ns和 两个np 一个ns和
三个np
轨道夹角 180° 120° 109°28'
杂化轨道 示意图
分子的 空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形
实例 BeCl2 BF3 CH4
续表
(2)杂化轨道中有未参与成键的孤电子对:孤电子对占据杂化轨道,会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状不同,形成不对称结构。
杂化类型 sp2 sp3 中心原子所在族 第ⅥA族 第ⅤA族 第ⅥA族
中心原子的孤电子对数 1 1 2
分子空间结构 V形 三角锥形 V形
实例 SO2 NH3、PCl3、PH3 H2O、H2S
2.键角大小比较
键角大小主要与中心原子的杂化轨道类型、孤电子对数以及周围电子云密度等有关。
(1)键角与中心原子杂化类型的关系
当中心原子杂化类型不同时,键角大小由杂化类型决定。
键角:sp杂化>sp2杂化>sp3杂化,例如,键角:CO2>BF3>CH4。
(2)键角与电子对斥力相对大小的关系
当中心原子杂化类型相同的粒子,键角由中心原子孤电子对数目决定,孤电子对数目越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小。例如键角:CH4>NH3>H2O。
(3)键角与中心原子周围电子云密度(电负性)的关系
当中心原子杂化方式相同且孤电子对数目也相同,键角由中心原子周围电子云密度大小(形成化学键原子的电负性相对大小)决定。中心原子周围电子云密度越大,排斥作用越大,键角越大。
例如,H2O、H2S中,中心原子均为sp3杂化,分子空间结构均为V形,由于电负性:O>S,吸引电子的能力:O>S,H2O中O—H共用电子对偏向O的程度比H2S中S—H共用电子对偏向S的程度大,O原子周围电子云密度比S大,排斥作用大,H2O中键角大,即键角:H2O(105°)>H2S(92.3°)。
(4)键角与化学键类型的关系
同一粒子中不同共价键的键角,由于斥力:双键间>双键与单键间>单键间,则键角大小不同。如甲醛中: ,键角:α>β。
题点多维训练
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致( )
(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角一定相同( )
(3)NH3分子的空间结构为三角锥形,则氮原子的杂化方式为sp3杂化( )
(4)C2H4分子中的键角都约是120°,则碳原子的杂化方式是sp2杂化( )
√
×
√
√
2.下列分子中中心原子的杂化方式和分子的空间结构均正确的是 ( )
A.C2H2:sp2、四面体形 B.HClO:sp、直线形
C.H3O+:sp3、V形 D.BF3:sp2、平面三角形
√
解析:乙炔的结构式为H—C≡C—H,C原子采取sp杂化,为直线形结构,A错误;HClO分子的结构式为H—O—Cl,氧原子采取sp3杂化,分子结构为V形,B错误;H3O+中氧原子的价层电子对数是4,中心原子采取sp3杂化,空间结构为三角锥形,C错误;BF3分子中硼原子价层电子对数是3,孤电子对数为0,所以其空间结构为平面三角形,D正确。
3.下列说法中,正确的是 ( )
A.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
B.凡是中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构都是正四面体形
C.凡是AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
D.SCl2属于AB2型共价化合物,中心原子S采取sp杂化轨道成键
√
解析: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,故A正确;中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构不一定是正四面体形,如果四个杂化轨道的成键情况不一样,就不是正四面体形,例如CH3Cl,故B错误;AB3型的共价化合物,其中心原子A不一定采取sp3杂化轨道成键,其中心原子还可能采取sp2杂化轨道成键,例如BF3,故C错误;SCl2中心原子S采取sp3杂化轨道成键,故D错误。
4．回答下列问题。
(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
5
D
(2)水分子中氧原子的杂化轨道类型是________。
(3)NH3分子中氮原子的杂化轨道类型是________。
(4)磷酸根离子的空间结构为___________，其中P的价层电子对数为______，杂化轨道类型为________。
(5)有机碱CH3N中,N原子的杂化轨道类型是 。
sp3杂化
sp3杂化
正四面体形
4
sp3杂化
sp3杂化
5．回答下列问题。
(1)BF3中键角______(填“大于”或“小于”)CCl4中键角。
解析：BF3分子的空间结构为平面三角形，键角为120°；CCl4分子的空间结构为正四面体形，键角为109°28′。
大于
(2)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大，原因为___________________________________
____________________________________________________________
___________。
解析：H3O＋、H2O的中心原子的杂化类型均为sp3杂化，H2O中O原子有两个孤电子对，H3O＋中O原子有一个孤电子对，因为孤电子对间的排斥力>孤电子对与成键电子对间的排斥力>成键电子对间的排斥力，导致H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大。
H2O中氧原子有两个孤电子对，H3O＋
中氧原子有一个孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥力较小，
键角较大
(3)乙酸分子( )中键角1_____(填“大于”“等于”或“小于”)键角2，原因是______________________________________
_____。
解析：由于双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力，故乙酸分子结构中键角1大于键角2。
大于
C===O对C—C的斥力大于C—O对C—C的
斥力
命题热点
共价分子(或离子)中大π键的形成和判断
1.大π键(离域π键)形成条件
(1)中心原子采取sp或sp2杂化。
(2)参与形成大π键的多个原子应在同一个平面或同一直线上。
2.大π键(离域π键)共用电子数判断
(1)表示:(m表示参与形成大π键的原子数,n表示参与形成大π键的电子数)。
(2)特点:形成大π键的电子数等于垂直于分子或离子平面的p轨道中的电子数总和,形成大π键的原子数等于同一平面或同一直线上的原子数。
(3)判断方法:画出分子或离子中各原子间的σ键连接,算出各原子的最外层电子数与其周围σ键数差值,差值若为奇数,则提供1个电子,若为偶数,则提供1对电子,提供的电子总数则为形成大π键的电子数。
[微点拨] 杂化轨道中的电子不参与形成大π键。
[典例] (1)推测C中的大π键为 。
[解析] 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,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,C原子提供1个电子,每个O原子各提供1个电子形成大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。
(2)已知吡咯为平面形结构,如图。则吡咯环中的
大π键应表示为 。
[解析] 吡咯环中形成大π键的原子数为5个;氮原子中未参与成键的电子为1对,可提供2个电子形成π键,还有4个碳分别提供1个电子形成大π键,共有电子数为6,所以吡咯环中的大π键应表示为。
题点多维训练
1.B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是 ( )
A.其熔点主要取决于所含化学键的键能
B.形成大π键的电子全部由N提供
C.分子中B和N的杂化方式相同
D.分子中所有原子共平面
√
解析:B3N3H6与苯的结构相似,属于共价化合物,共价化合物的熔点与分子间作用力有关,与化学键的键能无关,A项错误;B3N3H6中形成大π键的电子全部由N提供,B项正确;由于B3N3H6和苯的结构类似,则该分子中B和N均为sp2杂化,C项正确;由于B3N3H6和苯分子结构相似,则B3N3H6分子中12个原子共面,D项正确。
2.5 氨基四唑硝酸盐受热迅速生成以N2为主的环境友好型气体,并放出大量的热,是制造HTPB火箭推进剂的重要原料。该盐结构简式如图,其中五元环为平面结构,下列说法正确的是 ( )
A.阴离子的空间结构为三角锥形
B.该化合物难溶于水
C.该化合物中五元环上的5个原子的杂化方式都相同
D.该化合物存在类似于苯分子的大π键,化学性质比较稳定
√
解析:硝酸根离子中,成键电子对为3,孤电子对数为×(5+1-3×2)=0,因此其空间结构为平面三角形,A错误;硝酸盐易溶于水,B错误;五元环为平面结构,可知该化合物中五元环上的5个原子均为sp2杂化,C正确;该化合物受热迅速生成N2,化学性质不稳定,D错误。
3.(2024·菏泽高二检测)胍( )是一种平面形分子,其盐酸盐( )是核酸检测液的主要成分。下列说法错误的是( )
A.胍的水溶液呈碱性
B.胍中C、N杂化方式均为sp2杂化
C.胍中存在大π键
D.胍盐中含有的化学键均为极性键
√
解析:胍可以和盐酸反应生成胍盐,胍的水溶液呈碱性,A正确;胍是平面形分子,C、N均采取sp2杂化,B正确;胍中存在大π键,C正确;胍盐中含有共价键和离子键,D错误。
4.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键或容纳孤电子对,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道。
5．(1)非金属氮化物在生产、生活和科研中应用广泛。回答下列问题：
氟化硝酰(NO2F)可用作火箭推进剂中的氧化剂，NO2F中心原子的杂化方式为________。
气态N2O5的分子结构为 ，而固态N2O5则由一种直线形的阳离子X与一种平面正三角形的阴离子Y构成，X的化学式为______，Y的离域π键可表示为_____。
sp2杂化
N
(2)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，
其局部结构如图所示。
R中阴离子中的σ键总数为 个。分子中的大π键可用符号表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为),则中的大π键应表示为 。
课时跟踪检测
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1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是 ( )
A.轨道杂化前后数目相等,形状、能量不同
B.杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键
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.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
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解析:轨道杂化前后数目相等,轨道形状发生变化,故A正确;杂化轨道只能用于形成σ键或容纳孤电子对,不能形成π键,π键是轨道之间“肩并肩”形成的,故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,这样能量才能最小,分子才能最稳定,故C正确;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,但轨道个数不变,轨道形状发生变化,故D正确。
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2.下列中心原子的杂化轨道类型和分子的空间结构不正确的是 ( )
A.CCl4中C原子为sp3杂化,为正四面体形
B.H2S分子中S原子为sp2杂化,为直线形
C.CS2中C原子为sp杂化,为直线形
D.BF3中B原子为sp2杂化,为平面三角形
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解析:CCl4中C原子的价层电子对数为4,C原子为sp3杂化,则CCl4为正四面体形,A项正确。H2S分子中S原子含有2个σ键电子对和2个孤电子对,则S原子为sp3杂化,H2S分子为V形结构,B项错误。CS2中C原子有2个σ键电子对,不含孤电子对,则C原子为sp杂化,CS2为直线形,C项正确。BF3中B原子有3个σ键电子对,不含孤电子对,则B原子为sp2杂化,BF3为平面三角形,D项正确。
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3.下列分子中的中心原子的杂化方式为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.BF3
解析:CH≡CH中含有三键,有π键,故不选A;CO2的结构式为O C
O,分子中含有碳氧双键,含有π键,故不选B;BeCl2分子中,Be原子含有两个共价单键,不含孤电子对,所以价层电子对数是2,中心原子以sp杂化轨道成键,分子中不含π键,故选C;BF3中B原子含有3个共价单键,所以价层电子对数是3,中心原子以sp2杂化轨道成键,故不选D。
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4.下列关于原子轨道的说法正确的是 ( )
A.中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其几何构型一定是正四面体
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轨道混合形成
C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混杂起来形成的一组新轨道
D.AB3型的共价化合物中,中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
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解析:中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其几何构型不都是正四面体,例如氨是三角锥形,A错误。甲烷分子中碳原子的2s轨道和2p轨道通过sp3杂化,形成4个杂化轨道,再和4个氢原子的1s轨道形成4个C—H单键,B错误。sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混杂起来形成的一组新轨道,C正确。AB3型的共价化合物,其中心原子A不都采用sp3杂化轨道成键,例如BF3中的B原子是sp2杂化,是平面三角形结构,D错误。
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5.C原子在形成化合物时,可采取多种杂化方式。杂化轨道中s轨道成分越多,C元素的电负性越强,连接在该C原子上的H原子越容易电离。下列化合物中,最有可能在碱性体系中形成阴离子的是 ( )
A.CH4 B.CH2===CH2
C.CH≡CH D.苯
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解析:CH4、CH2===CH2、CH≡CH和苯中C原子分别为sp3、sp2、sp和sp2杂化,则杂化轨道中s轨道成分最多的物质是CH≡CH,其最有可能在碱性体系中形成阴离子。
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6.下列分子或离子中键角由大到小的顺序是 ( )
①BCl3 ②NH3 ③H2O ④PC ⑤HgCl2
A.⑤④①②③ B.⑤①④②③
C.④①②⑤③ D.③②④①⑤
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解析:①BCl3中B的价层电子对数为3+=3,中心B原子为sp2杂化,键角为120°;②NH3中N的价层电子对数为3+=4,中心N原子为sp3杂化,由于NH3分子中有孤电子对存在,使键角小于109°28';③H2O中O的价层电子对数为2+=4,中心O原子为sp3杂化,理论上正四面体结构键角为109°28',由于H2O分子中存在两个孤电子对,使得键角
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比NH3分子的键角还小;④PC中P的价层电子对数为4+=4,中心P原子为sp3杂化,键角为109°28';⑤HgCl2中Hg的价层电子对数为2+=2,中心Hg原子为sp杂化,键角为180°;综上,键角由大到小的顺序为⑤①④②③。
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7.下列一组粒子的中心原子杂化轨道类型相同,分子(或离子)的键角不相同的是 ( )
A.CCl4、SiCl4、SiH4 B.H2Se、NF3、CH4
C.BCl3、NH3、CO2 D.TeO3、BF3、H3O+
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解析:H2Se、NF3、CH4的中心原子含有孤电子对数分别为2、1、0,价层电子对数均为4,则中心原子均采取sp3杂化,由于所含孤电子对数不同,孤电子对之间及孤电子对与σ键电子对之间的斥力不同,H2Se、NF3、CH4的键角依次增大,其空间结构分别为V形、三角锥形和正四面体形,B项正确。
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8.用短线“—”表示共用电子对,用“ ”表示未成键孤电子对的式子叫路易斯结构式。R分子的路易斯结构式可以表示为 ,则以下叙述错误的是( )
A.R为三角锥形 B.R可以是BF3
C.R是极性键 D.键角小于109°28'
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解析:在结构式中含有3个单键和1个孤电子对,价层电子对数为4,空间结构为三角锥形,故A正确;B原子最外层含有3个电子,BF3中B原子形成3个共价键,B原子没有孤电子对,所以R不是BF3,故B错误;由于存在孤电子对,斥力增强,键角小于109°28',故D正确。
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9.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,下列判断正确的是 ( )
A.SO2、CS2、HCN都是直线形的分子
B.BF3键角为120°,SnBr2键角大于120°
C.CH2O、C、SO3都是平面三角形的粒子
D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子
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解析:二氧化硫分子中S原子的价层电子对数=2+=2+1=3,含有1个孤电子对,二氧化硫的空间结构为V形,故A错误;SnBr2中Sn原子的价层电子对数=2+=2+1=3,含有一个孤电子对,SnBr2为V形,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;PCl5中P原子的价层电子对数=5+=
5+0=5,不含孤电子对,PCl5为三角双锥结构,故D错误。
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10.下列说法正确的是 ( )
A.BF3和NCl3分子中各原子的最外层电子都满足8电子稳定结构
B.P4和CH4都是正四面体分子且键角都为109°28'
C.N的电子式为[H︰︰H]+,离子呈三角锥形结构
D.PCl3和NH3都是三角锥形分子,都存在未成键电子对与成键电子对之间的排斥作用
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解析:NCl3分子中各原子都满足8电子稳定结构,但BF3分子中的B原子不满足8电子稳定结构,A错误;P4为正四面体分子,但其键角为60°,B错误;N为正四面体形结构,C错误;PCl3分子中的P和NH3分子中的N都有一对未成键电子,由于未成键电子对与成键电子对之间的排斥作用,使其呈三角锥形,D正确。
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11.下列关于N、NH3、N三种粒子的说法不正确的是( )
A.三种粒子所含有的电子数相等
B.三种粒子中氮原子的杂化方式相同
C.三种粒子的空间结构相同
D.键角大小关系:N>NH3>N
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解析:三种粒子含有的电子数均为10,A正确;三种粒子中氮原子的杂化方式均为sp3杂化,B正确;N的空间结构为正四面体形,NH3为三角锥形,N为V形,C错误;三种粒子的键角大小关系为N>NH3>N,D正确。
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12.根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构,试根据相关知识填空:
(1)AsCl3分子的空间结构为 ,其中As的杂化轨道类型为 。
解析:AsCl3中As元素的价层电子对数为4,因此As的杂化方式为sp3杂化,AsCl3分子的空间结构为三角锥形。
三角锥形
sp3杂化
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(2)CS2分子中C原子的杂化轨道类型是 。
解析:CS2的结构式为S===C===S,C原子形成2个双键,无孤电子对,所以为sp杂化。
(3)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型为 。
解析:CH3COOH的结构式为 ,分子中甲基上的碳原子采用sp3杂化,羧基中碳原子采用sp2杂化。
sp杂化
sp3杂化、sp2杂化
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(4)X射线衍射测定发现,I3AsF6中存在。的空间结构为 ,中心原子的杂化方式为 。
解析:中I原子为中心原子,则其孤电子对数为×(7-1-2)=2,且其形成了2个σ键,中心原子采取sp3杂化,空间结构为V形。
V形
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(5)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化方式分别为_________ 和 。
解析:CO2中C原子的价层电子对数为2,故为sp杂化,CH3OH分子中C的价层电子对数为4,故为sp3杂化。
sp杂化
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13.(1)BCl3中心原子的杂化方式为 。
解析:BCl3中B原子的价层电子对数为3+ = 3,硼原子为sp2杂化。
(2)在S的氢化物(H2S)分子中,S原子轨道的杂化类型是 。
解析:在S的氢化物(H2S)分子中,S原子的价层电子对数=2+=4且含有2个孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断S原子轨道的杂化类型为sp3。
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(3)H2O分子的空间结构为 ,中心原子的杂化轨道类型为 。COCl2中心原子的杂化轨道类型为 。
解析:水分子中O原子形成2个σ键,含有2个孤电子对,杂化轨道数目为4,为sp3杂化,所以分子的空间结构为V形;COCl2中C原子成3个σ键、1个π键,没有孤电子对,C原子采取sp2杂化。
V形(或角形)
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(4)在硅酸盐中,Si四面体(如图a)通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图b为一种无限长单链结构的多硅酸根,其中Si原子的杂化方式为 。
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解析:硅酸盐中的硅酸根(Si)为正四面体结构,所以中心原子Si采取sp3杂化方式。
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14.分子或离子中的大π键可表示为,其中x表示参与形成大π键原子总数,y表示π电子数,已知π电子数=价电子总数-(σ电子对数+孤电子对数)×2。SO2和SO3的结构如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.SO2分子中心原子S采用sp2杂化,SO3分子中心原子S采用sp3杂化
B.SO2的大π键可表示为,SO3的大π键可表示为
C.SO2和SO3不都是极性键
D.SO2与O3空间结构相似,SO3与S空间结构相似
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解析:SO2分子中S原子的价层电子对数=2+=3,且S原子含有一个孤电子对,SO3分子中S原子的价层电子对数=3+=3,且S原子不含孤电子对,则二者中心原子S都采用sp2杂化,故A错误;SO2中π电子数=18-7×2=4,SO3中π电子数=24-9×2=6,所以SO2的大π键可表示为,SO3的大π键可表示为,故B正确;SO2、SO3中都只含极性键,前者为V形结构,后者为平面三角形结构,故C错误;SO2与O3互为等电子体,
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二者空间结构相似,S中S原子的价层电子对数为4,且S原子含有一个孤电子对,则该离子为三角锥形结构,SO3为平面三角形结构,所以SO3与S的空间结构不同,故D错误。
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15.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的周期数等于其主族序数,B原子的价层电子排布为nsnnpn,D是地壳中含量最多的元素,E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,F元素的基态原子第四能层只有一个电子,其他能层均已充满电子。G元素最大能层符号为N,有4个单电子。
(1)基态E原子的价层电子排布图为 。
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解析:则题意知A的周期数等于其主族序数,A的原子序数小于B,则A为H;B原子的价层电子排布为nsnnpn,则n=2 ,B为C;D是地壳中含量最多的元素,则D为O;C的原子序数介于碳、氧之间,则C为N;E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,则E为Se; F元素的基态原子第四能层只有一个电子,其他能层均已充满电子,则F为Cu;G元素最大能层符号为N,有4个单电子,则G为Fe。(1)E是Se,基态E原子的价层电子排布图为 。
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(2)B、C、D三种元素的第一电离能由大到小的顺序为_________ (用元素符号表示)。
解析:则题意知A的周期数等于其主族序数,A的原子序数小于B,则A为H;B原子的价层电子排布为nsnnpn,则n=2 ,B为C;D是地壳中含量最多的元素,则D为O;C的原子序数介于碳、氧之间,则C为N;E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,则E为Se; F元素的基态原子第四能层只有一个电子,其他能层均已充满电子,则F为Cu;G元素最大能层符号为N,有4个单电子,则G为Fe。 (2)B、C、D三种元素分别为C、N、O,同一周期,从左到右,第一电离呈增大趋势,第ⅡA族、第ⅤA族反常,故第一电离能顺序为N>O>C。
N>O>C
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(3)B中心原子为 杂化,空间结构为 ,键角 ___120°(填“>”“<”或“=”)。
解析:则题意知A的周期数等于其主族序数,A的原子序数小于B,则A为H;B原子的价层电子排布为nsnnpn,则n=2 ,B为C;D是地壳中含量最多的元素,则D为O;C的原子序数介于碳、氧之间,则C为N;E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,则E为Se; F元素的基态原子第
sp2
平面三角形
=
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四能层只有一个电子,其他能层均已充满电子,则F为Cu;G元素最大能层符号为N,有4个单电子,则G为Fe。 (3)B即C,中心原子C的价层电子对数为3+(4+2-2×3)=3+0=3,所以杂化类型为sp2杂化,空间结构为平面三角形;因为孤电子对数为0,键角为120°。
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(4)BC-与C2结构相似,1 mol BC-中含有π键的数目为 。
解析:则题意知A的周期数等于其主族序数,A的原子序数小于B,则A为H;B原子的价层电子排布为nsnnpn,则n=2 ,B为C;D是地壳中含量最多的元素,则D为O;C的原子序数介于碳、氧之间,则C为N;E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,则E为Se; F元素的基态原子第四能层只有一个电子,其他能层均已充满电子,则F为Cu;G元素最大能层符号为N,有4个单电子,则G为Fe。(4) B为C,C为N,CN-与N2结构相似,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。
2NA(或1.204×1024)
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(5)D、E元素最简单氢化物的稳定性 (填化学式)。
解析:则题意知A的周期数等于其主族序数,A的原子序数小于B,则A为H;B原子的价层电子排布为nsnnpn,则n=2 ,B为C;D是地壳中含量最多的元素,则D为O;C的原子序数介于碳、氧之间,则C为N;E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,则E为Se; F元素的基态原子第四能层只有一个电子,其他能层均已充满电子,则F为Cu;G元素最大能层符号为N,有4个单电子,则G为Fe。 (5)D为O,E为Se,O、Se位于同一主族,O的非金属性强于Se,则D、E元素最简单氢化物的稳定性:H2O>H2Se。
H2O>H2Se
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(6)基态G2+的电子排布式为 。
解析:则题意知A的周期数等于其主族序数,A的原子序数小于B,则A为H;B原子的价层电子排布为nsnnpn,则n=2 ,B为C;D是地壳中含量最多的元素,则D为O;C的原子序数介于碳、氧之间,则C为N;E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,则E为Se; F元素的基态原子第四能层只有一个电子,其他能层均已充满电子,则F为Cu;G元素最大能层符号为N,有4个单电子,则G为Fe。 (6) G是Fe,G2+即Fe2+,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6。
1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6课时跟踪检测(十) 杂化轨道理论
1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是 ( )
A.轨道杂化前后数目相等,形状、能量不同
B.杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键
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.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
2.下列中心原子的杂化轨道类型和分子的空间结构不正确的是 ( )
A.CCl4中C原子为sp3杂化,为正四面体形
B.H2S分子中S原子为sp2杂化,为直线形
C.CS2中C原子为sp杂化,为直线形
D.BF3中B原子为sp2杂化,为平面三角形
3.下列分子中的中心原子的杂化方式为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.BF3
4.下列关于原子轨道的说法正确的是 ( )
A.中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其几何构型一定是正四面体
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轨道混合形成
C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混杂起来形成的一组新轨道
D.AB3型的共价化合物中,中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
5.C原子在形成化合物时,可采取多种杂化方式。杂化轨道中s轨道成分越多,C元素的电负性越强,连接在该C原子上的H原子越容易电离。下列化合物中,最有可能在碱性体系中形成阴离子的是 ( )
A.CH4 B.CH2CH2
C.CH≡CH D.苯
6.下列分子或离子中键角由大到小的顺序是 ( )
①BCl3 ②NH3 ③H2O ④PC ⑤HgCl2
A.⑤④①②③ B.⑤①④②③
C.④①②⑤③ D.③②④①⑤
7.下列一组粒子的中心原子杂化轨道类型相同,分子(或离子)的键角不相同的是 ( )
A.CCl4、SiCl4、SiH4 B.H2Se、NF3、CH4
C.BCl3、NH3、CO2 D.TeO3、BF3、H3O+
8.用短线“—”表示共用电子对,用“”表示未成键孤电子对的式子叫路易斯结构式。R分子的路易斯结构式可以表示为,则以下叙述错误的是 ( )
A.R为三角锥形 B.R可以是BF3
C.R是极性键 D.键角小于109°28'
9.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,下列判断正确的是 ( )
A.SO2、CS2、HCN都是直线形的分子
B.BF3键角为120°,SnBr2键角大于120°
C.CH2O、C、SO3都是平面三角形的粒子
D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子
10.下列说法正确的是 ( )
A.BF3和NCl3分子中各原子的最外层电子都满足8电子稳定结构
B.P4和CH4都是正四面体分子且键角都为109°28'
C.N的电子式为[H︰︰H]+,离子呈三角锥形结构
D.PCl3和NH3都是三角锥形分子,都存在未成键电子对与成键电子对之间的排斥作用
11.下列关于N、NH3、N三种粒子的说法不正确的是 ( )
A.三种粒子所含有的电子数相等
B.三种粒子中氮原子的杂化方式相同
C.三种粒子的空间结构相同
D.键角大小关系:N>NH3>N
12.根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构,试根据相关知识填空:
(1)AsCl3分子的空间结构为 ,其中As的杂化轨道类型为 。
(2)CS2分子中C原子的杂化轨道类型是 。
(3)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型为 。
(4)X射线衍射测定发现,I3AsF6中存在。的空间结构为 ,中心原子的杂化方式为 。
(5)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化方式分别为 和 。
13.(1)BCl3中心原子的杂化方式为 。
(2)在S的氢化物(H2S)分子中,S原子轨道的杂化类型是 。
(3)H2O分子的空间结构为 ,中心原子的杂化轨道类型为 。COCl2中心原子的杂化轨道类型为 。
(4)在硅酸盐中,Si四面体(如图a)通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图b为一种无限长单链结构的多硅酸根,其中Si原子的杂化方式为 。
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14.分子或离子中的大π键可表示为,其中x表示参与形成大π键原子总数,y表示π电子数,已知π电子数=价电子总数-(σ电子对数+孤电子对数)×2。SO2和SO3的结构如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.SO2分子中心原子S采用sp2杂化,SO3分子中心原子S采用sp3杂化
B.SO2的大π键可表示为,SO3的大π键可表示为
C.SO2和SO3不都是极性键
D.SO2与O3空间结构相似,SO3与S空间结构相似
15.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的周期数等于其主族序数,B原子的价层电子排布为nsnnpn,D是地壳中含量最多的元素,E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,F元素的基态原子第四能层只有一个电子,其他能层均已充满电子。G元素最大能层符号为N,有4个单电子。
(1)基态E原子的价层电子排布图为 。
(2)B、C、D三种元素的第一电离能由大到小的顺序为 (用元素符号表示)。
(3)B中心原子为 杂化,空间结构为 ,键角 120°(填“>”“<”或“=”)。
(4)BC-与C2结构相似,1 mol BC-中含有π键的数目为 。
(5)D、E元素最简单氢化物的稳定性 (填化学式)。
(6)基态G2+的电子排布式为 。
课时跟踪检测(十)
1.选B 轨道杂化前后数目相等,轨道形状发生变化,故A正确;杂化轨道只能用于形成σ键或容纳孤电子对,不能形成π键,π键是轨道之间“肩并肩”形成的,故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,这样能量才能最小,分子才能最稳定,故C正确;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,但轨道个数不变,轨道形状发生变化,故D正确。
2.选B CCl4中C原子的价层电子对数为4,C原子为sp3杂化,则CCl4为正四面体形,A项正确。H2S分子中S原子含有2个σ键电子对和2个孤电子对,则S原子为sp3杂化,H2S分子为V形结构,B项错误。CS2中C原子有2个σ键电子对,不含孤电子对,则C原子为sp杂化,CS2为直线形,C项正确。BF3中B原子有3个σ键电子对,不含孤电子对,则B原子为sp2杂化,BF3为平面三角形,D项正确。
3.选C CH≡CH中含有三键,有π键,故不选A;CO2的结构式为OCO,分子中含有碳氧双键,含有π键,故不选B;BeCl2分子中,Be原子含有两个共价单键,不含孤电子对,所以价层电子对数是2,中心原子以sp杂化轨道成键,分子中不含π键,故选C;BF3中B原子含有3个共价单键,所以价层电子对数是3,中心原子以sp2杂化轨道成键,故不选D。
4.选C 中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其几何构型不都是正四面体,例如氨是三角锥形,A错误。甲烷分子中碳原子的2s轨道和2p轨道通过sp3杂化,形成4个杂化轨道,再和4个氢原子的1s轨道形成4个C—H单键,B错误。sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混杂起来形成的一组新轨道,C正确。AB3型的共价化合物,其中心原子A不都采用sp3杂化轨道成键,例如BF3中的B原子是sp2杂化,是平面三角形结构,D错误。
5.选C CH4、CH2CH2、CH≡CH和苯中C原子分别为sp3、sp2、sp和sp2杂化,则杂化轨道中s轨道成分最多的物质是CH≡CH,其最有可能在碱性体系中形成阴离子。
6.选B ①BCl3中B的价层电子对数为3+=3,中心B原子为sp2杂化,键角为120°;②NH3中N的价层电子对数为3+=4,中心N原子为sp3杂化,由于NH3分子中有孤电子对存在,使键角小于109°28';③H2O中O的价层电子对数为2+=4,中心O原子为sp3杂化,理论上正四面体结构键角为109°28',由于H2O分子中存在两个孤电子对,使得键角比NH3分子的键角还小;④PC中P的价层电子对数为4+=4,中心P原子为sp3杂化,键角为109°28';⑤HgCl2中Hg的价层电子对数为2+=2,中心Hg原子为sp杂化,键角为180°;综上,键角由大到小的顺序为⑤①④②③。
7.选B H2Se、NF3、CH4的中心原子含有孤电子对数分别为2、1、0,价层电子对数均为4,则中心原子均采取sp3杂化,由于所含孤电子对数不同,孤电子对之间及孤电子对与σ键电子对之间的斥力不同,H2Se、NF3、CH4的键角依次增大,其空间结构分别为V形、三角锥形和正四面体形,B项正确。
8.选B 在结构式中含有3个单键和1个孤电子对,价层电子对数为4,空间结构为三角锥形,故A正确;B原子最外层含有3个电子,BF3中B原子形成3个共价键,B原子没有孤电子对,所以R不是BF3,故B错误;由于存在孤电子对,斥力增强,键角小于109°28',故D正确。
9.选C 二氧化硫分子中S原子的价层电子对数=2+=2+1=3,含有1个孤电子对,二氧化硫的空间结构为V形,故A错误;SnBr2中Sn原子的价层电子对数=2+=2+1=3,含有一个孤电子对,SnBr2为V形,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;PCl5中P原子的价层电子对数=5+=5+0=5,不含孤电子对,PCl5为三角双锥结构,故D错误。
10.选D NCl3分子中各原子都满足8电子稳定结构,但BF3分子中的B原子不满足8电子稳定结构,A错误;P4为正四面体分子,但其键角为60°,B错误;N为正四面体形结构,C错误;PCl3分子中的P和NH3分子中的N都有一对未成键电子,由于未成键电子对与成键电子对之间的排斥作用,使其呈三角锥形,D正确。
11.选C 三种粒子含有的电子数均为10,A正确;三种粒子中氮原子的杂化方式均为sp3杂化,B正确;N的空间结构为正四面体形,NH3为三角锥形,N为V形,C错误;三种粒子的键角大小关系为N>NH3>N,D正确。
12.解析:(1)AsCl3中As元素的价层电子对数为4,因此As的杂化方式为sp3杂化,AsCl3分子的空间结构为三角锥形。(2)CS2的结构式为SCS,C原子形成2个双键,无孤电子对,所以为sp杂化。(3)CH3COOH的结构式为,分子中甲基上的碳原子采用sp3杂化,羧基中碳原子采用sp2杂化。 (4)中I原子为中心原子,则其孤电子对数为×(7-1-2)=2,且其形成了2个σ键,中心原子采取sp3杂化,空间结构为V形。(5)CO2中C原子的价层电子对数为2,故为sp杂化,CH3OH分子中C的价层电子对数为4,故为sp3杂化。
答案:(1)三角锥形 sp3杂化 (2)sp杂化 (3)sp3杂化、sp2杂化 (4)V形 sp3杂化 (5)sp杂化 sp3杂化
13.解析:(1)BCl3中B原子的价层电子对数为3+ = 3,硼原子为sp2杂化。(2)在S的氢化物(H2S)分子中,S原子的价层电子对数=2+=4且含有2个孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断S原子轨道的杂化类型为sp3。(3)水分子中O原子形成2个σ键,含有2个孤电子对,杂化轨道数目为4,为sp3杂化,所以分子的空间结构为V形;COCl2中C原子成3个σ键、1个π键,没有孤电子对,C原子采取sp2杂化。(4)硅酸盐中的硅酸根(Si)为正四面体结构,所以中心原子Si采取sp3杂化方式。
答案:(1)sp2杂化 (2)sp3杂化 (3)V形(或角形)
sp3杂化 sp2杂化 (4)sp3杂化
14.选B SO2分子中S原子的价层电子对数=2+=3,且S原子含有一个孤电子对,SO3分子中S原子的价层电子对数=3+=3,且S原子不含孤电子对,则二者中心原子S都采用sp2杂化,故A错误;SO2中π电子数=18-7×2=4,SO3中π电子数=24-9×2=6,所以SO2的大π键可表示为,SO3的大π键可表示为,故B正确;SO2、SO3中都只含极性键,前者为V形结构,后者为平面三角形结构,故C错误;SO2与O3互为等电子体,二者空间结构相似,S中S原子的价层电子对数为4,且S原子含有一个孤电子对,则该离子为三角锥形结构,SO3为平面三角形结构,所以SO3与S的空间结构不同,故D错误。
15.解析:则题意知A的周期数等于其主族序数,A的原子序数小于B,则A为H;B原子的价层电子排布为nsnnpn,则n=2 ,B为C;D是地壳中含量最多的元素,则D为O;C的原子序数介于碳、氧之间,则C为N;E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,则E为Se; F元素的基态原子第四能层只有一个电子,其他能层均已充满电子,则F为Cu;G元素最大能层符号为N,有4个单电子,则G为Fe。(1)E是Se,基态E原子的价层电子排布图为。(2)B、C、D三种元素分别为C、N、O,同一周期,从左到右,第一电离呈增大趋势,第ⅡA族、第ⅤA族反常,故第一电离能顺序为N>O>C。(3)B即C,中心原子C的价层电子对数为3+(4+2-2×3)=3+0=3,所以杂化类型为sp2杂化,空间结构为平面三角形;因为孤电子对数为0,键角为120°。(4)B为C,C为N,CN-与N2结构相似,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。(5)D为O,E为Se,O、Se位于同一主族,O的非金属性强于Se,则D、E元素最简单氢化物的稳定性:H2O>H2Se。(6)G是Fe,G2+即Fe2+,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6。
答案:(1) (2)N>O>C (3)sp2 平面三角形 = (4)2NA(或1.204×1024) (5)H2O>H2Se
(6)1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6
