第2课时 杂化轨道理论简介
[学习目标] 1.通过杂化轨道理论的学习,能描述杂化轨道的形成及特点,能分析判断简单分子中中心原子杂化轨道(sp、sp2、sp3)的类型。2.通过实例了解共价分子具有特定的空间结构,能从微观角度解释中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响,能运用杂化轨道理论对分子或离子的空间结构进行解释。
学习任务1 认识杂化轨道理论
1.杂化轨道理论的提出
杂化轨道理论是一种价键理论,是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。
2.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
在形成CH4分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,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个氢原子的1s轨道重叠,形成4个C—Hσ键。可表示为
3.常见杂化轨道类型及其空间结构
(1)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)。
(2)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)。
(3)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)。
杂化轨道理论是一种价键理论,是鲍林为解释分子的空间结构提出的。在形成多原子分子时,中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程,叫做轨道的杂化。
探究 轨道杂化过程的正确理解
问题1:任意轨道之间都可以杂化吗 2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道
提示:不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道,2s与3p不在同一能层,能量相差较大,不可杂化。
问题2:杂化轨道与原轨道相比,数量、能量、轨道形状及延伸方向等是否改变
提示:形成的杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。杂化会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。
问题3:sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道,它参与形成的化学键和杂化轨道形成的化学键是否相同
提示:不相同。sp、sp2两种杂化形式中未参与杂化的p轨道用于形成π键,而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。
问题4:杂化轨道数与价层电子对数有何关系
提示: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。
杂化轨道理论的正确理解
1.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正确;并不是所有的杂化轨道都用来成键,也可以容纳孤电子对(如NH3、H2O的形成),故D错误。
2.(2024·云南师范大学附属中学月考)下列关于原子轨道的说法正确的是( )
[A] 杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键
[B] CH4中的sp3杂化轨道是由4个H的1s轨道和1个C的2p轨道混合形成的
[C] s轨道和p轨道杂化不可能有sp4杂化轨道出现
[D] 凡XY3型的共价化合物,其中心原子X均采用sp3杂化轨道成键
【答案】 C
【解析】 杂化轨道不可能形成π键,A错误;CH4中的sp3杂化轨道是由中心碳原子的能量相近的1个2s轨道和3个2p轨道杂化形成的,B错误;p能级只有3个p轨道,不可能有sp4杂化,C正确;BF3中硼原子的价层电子对数为3,硼原子采取sp2杂化,D错误。
学习任务2 探究杂化轨道类型与分子空间结构的关系
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
(1)没有孤电子对:能量相同的杂化轨道彼此远离→形成的分子为对称结构。
(2)有孤电子对:孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥→形成的分子的空间结构发生变化。
2.杂化轨道与分子的空间结构的关系
(1)杂化轨道全部用于形成σ键。
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
实例 BeCl2 BF3 CH4
分子的 空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形
(2)杂化轨道中有未参与成键的孤电子对。
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
用价层电子对互斥模型只能解释分子的空间结构,却无法解释许多深层次的问题,如无法解释甲烷分子中四个C—H的键长、键能相同及H—C—H的键角为109°28′。杂化轨道理论不仅可以解释CH4的空间结构,还能解释CO2、SO2、SO3、H2O、NH3等诸多典型物质的空间结构。
探究 杂化轨道类型与分子空间结构的关系
问题1:CH4、NH3、H2O中中心原子的杂化轨道类型都是sp3,试用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构为何与CH4不同。
提示:NH3分子中氮原子的价层电子排布式为2s22p3。1个 2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中3个sp3杂化轨道分别与 3个氢原子的1s原子轨道重叠,形成3个 N—Hσ键,1个sp3杂化轨道被1个孤电子对占据。sp3杂化轨道为正四面体形,故NH3为三角锥形的空间结构,由于孤电子对的排斥作用,使3个N—H键角变小。H2O分子中氧原子的价层电子排布式为2s22p4。1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与氢原子的1s轨道重叠形成σ键,另2个杂化轨道被孤电子对占据,不与氢原子成键,因此分子空间结构为V形。由于2个孤电子对的排斥作用,使2个O—H的键角变小。
问题2:根据甲烷、乙烯和乙炔中碳原子的杂化方式分析,分子的空间结构与杂化轨道类型有何关系
提示: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;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。
1.常见ABn型分子杂化类型与空间结构的关系如下表。
ABn型分子 中心原子 杂化类型 价层电子 对数 中心原子 孤电子对数 空间结构 实例
AB2或(B2A) sp 2 0 直线形 CO2
sp2 3 1 V形 SO2
sp3 4 2 V形 H2O、H2S、N
AB3 sp2 3 0 平面三角形 BF3、SO3
sp3 4 1 三角锥形 NH3、PCl3、NF3、H3O+
AB4 sp3 4 0 四面体形 CH4、SiH4、CCl4、CH3Cl
2.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。
1.(2025·江苏无锡开学考)下列分子或离子中采用sp3杂化,但是空间结构为V形的是( )
[A] NH3 [B] H2S [C] BeCl2 [D] N
【答案】 B
【解析】 氨分子的中心原子N的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,采用sp3杂化,有一个孤电子对,分子空间结构为三角锥形,A不符合题意;硫化氢分子的中心原子S的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4,采用sp3杂化,有两个孤电子对,分子空间结构为V形,B符合题意;二氯化铍分子的中心原子Be的价层电子对数为2+×(2-2×1)=2,采用sp杂化,分子空间结构为直线形,C不符合题意;硝酸根离子的中心原子N的价层电子对数为3+×(5+1-3×2)=3,采用sp2杂化,离子空间结构为平面三角形,D不符合题意。
2.(2024·辽宁朝阳月考)下列中心原子的杂化轨道类型和分子或离子的空间结构不正确的是( )
[A] PCl3中P采取sp3杂化,分子的空间结构为三角锥形
[B] N中N采取sp3杂化,离子的空间结构为正四面体形
[C] H2S中S采取sp杂化,分子的空间结构为直线形
[D] SO2中S采取sp2杂化,分子的空间结构为V形
【答案】 C
【解析】 PCl3中P形成3个σ键,孤电子对数为=1,则为sp3杂化,分子的空间结构为三角锥形,A正确;N中N形成4个σ键,孤电子对数为=0,则为sp3杂化,离子的空间结构为正四面体形,B正确;H2S中S形成2个σ键,孤电子对数为=2,则为sp3杂化,分子的空间结构为V形,C错误;SO2中S形成2个σ键,孤电子对数为=1,则为sp2杂化,分子的空间结构为V形,D正确。
3.根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构,试根据相关知识回答下列问题。
(1)AsCl3的空间结构为 ,其中As的杂化轨道类型为 。
(2)CS2中C的杂化轨道类型为 。
(3)CH3COOH中C的杂化类型为 。
【答案】 (1)三角锥形 sp3 (2)sp (3)sp3、sp2
【解析】 (1)AsCl3中As的价层电子对数为4,As采用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形成2个双键,无孤电子对,所以C采用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。
判断中心原子杂化轨道类型的常用方法
方法一:根据中心原子的价层电子对数判断
中心原子的价层电子对数=σ键数+孤电子对数
中心原子价层电子对数 2 3 4
杂化类型 sp sp2 sp3
[说明]s、p能级共有4个轨道,全部杂化最多有4个杂化轨道,当计算出价层电子对数超过4时,必然有d轨道参与杂化,且参与杂化的d轨道数=价层电子对数-4。
示例 价层电 子对数 孤电子 对数 杂化 类型 分子的 空间结构
PCl5 5 0 sp3d
SF6 6 0 sp3d2
方法二:根据分子的结构式判断
杂化类型 sp3 sp2 sp
C的成键方式 4个 单键 1个双键和2个单键 2个双键或1个三键和1个单键
N的成键方式 3个 单键 1个双键和1个单键 1个三键
[说明]该方法一般用于有机物分子中C、N的杂化类型判断。
方法三:根据杂化轨道之间的夹角判断
内容 夹角 杂化轨道类型
不同的杂化方式,其杂化轨道之间的夹角不同,所以可根据杂化轨道间的夹角判断分子或离子中中心原子的杂化轨道类型 109°28′ sp3
120° sp2
180° sp
方法四:根据分子的空间结构判断
分子的空间结构 杂化轨道类型
四面体形或三角锥形 sp3
平面三角形 sp2
直线形 sp
[footnoteRef:0] 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。 [0:
命题解密与解题指导
情境解读:以氯吡苯脲及其合成过程、代谢产物等为载体考查中心原子的杂化轨道类型、分子空间结构判断及反应过程中断裂共价键的类型判断、分子稳定性的原因解释等。
素养立意:结合原子的成键特点判断其杂化轨道类型,利用价层电子对互斥模型预测分子空间结构,以此强化证据推理与模型认知素养;通过反应过程中共价键断裂的分]
(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为 。
(2)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 。
(3)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:
[footnoteRef:1]反应过程中,每生成1 mol氯吡苯脲,断裂 个σ键,断裂 个π键。 [1:
析,以及从共价键强弱角度分析物质稳定的原因,培养宏观辨识与微观探析素养。
思维建模:ABm型分子或离子中中心原子杂化类型的判断
价层电子对互斥模型理论中心原子的价层电子对数中心原子的杂化轨道数中心原子的杂化轨道类型。]
(4)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 ,中心原子的杂化轨道类型分别是 。
【答案】 (1)1 (2)sp2、sp3 sp2 (3)NA NA
(4)①O、N属于同周期元素,O的半径小于N的,H—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)根据构造原理可知,氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,所以未成对电子数为1。
(2)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,为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,为sp2杂化;羰基碳原子形成2个单键和1个双键,为sp2杂化。
(3)由于σ键比π键更稳定,根据化学方程式可以看出,断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中NC中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H(σ键)。
(4)①O、N属于同周期元素,O的半径小于N的,H—O的键能大于H—N的键能,所以H2O分子比NH3分子稳定。②H2O中O的价层电子对数为2+=4,孤电子对数为2,所以为V形结构,O采用sp3杂化;NH3中N的价层电子对数为3+=4,孤电子对数为1,所以为三角锥形结构,N采用sp3杂化;CO2中C的价层电子对数为2+=2,不含孤电子对,所以是直线形结构,C采用sp杂化。
(时间:30分钟 满分:60分)
(选择题1~15题,每小题3分,共45分)
(一)杂化轨道理论
1.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中氮原子的sp3杂化轨道是由氮原子的3个p 轨道与氢原子的s轨道杂化而成
[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,没有杂化的轨道形成π键,故A错误,B正确;NH3中氮原子的sp3杂化轨道是由氮原子的3个2p轨道与2s轨道杂化而成的,形成4个相同的杂化轨道,故C错误;乙烯分子中,每个碳原子形成2个C—H,即1个碳原子的 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,故D错误。
2.甲醛(H2CO)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醛、甲醇分子内碳原子的杂化方式分别为( )
[A] sp2、sp2 [B] sp3、sp2
[C] sp2、sp3 [D] sp、sp3
【答案】 C
【解析】 甲醛(HCHO)分子中的中心原子C采用sp2杂化,甲醇(CH3OH)分子中的中心原子C采用sp3杂化。故选C。
3.如图所示,在乙烯分子中有5个σ键和一个π键,它们分别是( )
[A] sp2杂化轨道形成σ键,未杂化的2p轨道形成π键
[B] sp2杂化轨道形成π键,未杂化的2p轨道形成σ键
[C] C—H之间是sp2形成σ键,C—C之间是未参与杂化的2p轨道形成π键
[D] C—C之间是sp2形成σ键,C—H之间是未参与杂化的2p轨道形成π键
【答案】 A
【解析】 在乙烯分子中碳原子与相连的氢原子、碳原子形成平面三角形,所以乙烯分子中每个碳原子均采取sp2杂化,其中杂化轨道形成σ键,未杂化的2p轨道形成π键。故选A。
4.下列说法正确的是( )
[A] NCl3的空间结构为三角锥形,这是氮原子采取sp2杂化的结果
[B] sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道
[C] 中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构可能是四面体形、三角锥形或V形
[D] XY3型的分子的空间结构必为平面三角形
【答案】 C
【解析】 NCl3的中心原子N上的价层电子对数为3+=4,因此NCl3中氮原子采取sp3杂化,A错误;sp3杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道“混杂”起来,形成能量相等、成分相同的4个轨道,B错误;一般中心原子采取sp3杂化的分子的空间结构为四面体形,如甲烷分子,但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据,则空间结构发生变化,C正确;XY3型的分子如NH3、PCl3,其空间结构是三角锥形,D错误。
(二)杂化轨道理论与分子的空间结构的关系
5.(2024·湖北武汉月考)根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断,下列说法不正确的是( )
选项 粒子 中心原子 杂化方式 VSEPR 模型 空间 结构
[A] CO2 sp 直线形 直线形
[B] NH3 sp3 四面体形 三角锥形
[C] Cl sp2 四面体形 平面三角形
[D] H3O+ sp3 四面体形 三角锥形
【答案】 C
【解析】 CO2的中心原子C的孤电子对数为=0,成键电子对数为2,中心原子采取sp杂化,VSEPR模型为直线形,空间结构为直线形,故A正确;NH3的中心原子N的孤电子对数为=1,成键电子对数为3,中心原子采取sp3杂化,VSEPR模型为四面体形,空间结构为三角锥形,故B正确;Cl的中心原子Cl的孤电子对数为=1,成键电子对数为3,中心原子采取sp3杂化,VSEPR模型为四面体形,空间结构为三角锥形,故C错误;H3O+的中心原子O的孤电子对数为=1,成键电子对数为3,中心原子采取sp3杂化,VSEPR模型为四面体形,空间结构为三角锥形,故D正确。
6.下列描述错误的是( )
[A] BF3和B的中心原子杂化方式不同
[B] C和Cl的空间结构相同
[C] BBr3和SF6的中心原子均不满足8电子结构
[D] 三氧化硫的三聚分子()中硫原子的杂化轨道类型为sp3
【答案】 B
【解析】 BF3和B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;C和Cl的空间结构不同,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,有一个孤电子对,是三角锥形,故B错误;BBr3和SF6的中心原子均不满足8电子结构,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,是12电子结构,故C正确;三氧化硫的三聚分子()中硫原子均形成4个σ键,没有孤电子对,杂化轨道类型为 sp3,故D正确。
7.(2024·福建三明月考)下列有关苯分子的描述不正确的是( )
[A] 碳原子均以sp2杂化轨道形成正六边形的碳环,键角为120°
[B] 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,相互间以“肩并肩”方式重叠,形成一个大π键
[C] 6个碳碳键完全等同,共有6个原子处于同一平面
[D] 每个碳原子的一个sp2杂化轨道与H的1s轨道重叠形成σ键
【答案】 C
【解析】 在苯分子中,碳原子都采取sp2杂化,通过sp2杂化轨道形成正六边形的碳环,键角为120°,故A正确;每个碳原子还有一个未参与杂化的2p轨道,它们均有一个未成对电子,这些2p轨道相互平行,以“肩并肩”方式相互重叠,形成一个大π键,故B正确;苯分子呈平面正六边形,分子中共有12个原子共面,故C错误;每个碳原子含有3个sp2杂化轨道,两个分别与相邻碳原子形成sp2-sp2 σ键,另外一个与H的1s轨道重叠形成sp2-s σ键,故D正确。
8.VSEPR模型和杂化轨道理论常用于预测和解释分子的空间结构。下列说法正确的是( )
[A] 凡是XY3型的共价化合物,其中心原子X均采用sp2杂化轨道成键
[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] 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
[D] 凡是分子中形成π键的原子,均采用sp2杂化
【答案】 C
【解析】 XY3型的共价化合物,其中心原子X可能采用sp3杂化也可能采用sp2杂化,如BF3中B采用sp2杂化,NH3中N采用sp3杂化,故A错误;中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构可能是正四面体形、三角锥形、V形,CCl4、NH3、H2O中中心原子都采用sp3杂化,但是其空间结构分别是正四面体形、三角锥形、V形,故B错误;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,没有杂化的p轨道形成π键,故C正确;分子中形成π键的原子,可能采用sp2杂化,也可能采用sp杂化,如HC≡CH 分子中的C形成 π键,采用sp杂化,故D错误。
9.(2024·黑龙江哈九中月考)短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大,四种元素组成的一种食品添加剂结构如图所示,Z的原子半径在短周期中最大,W基态原子的s能级电子总数是p能级电子总数的。下列说法正确的是( )
[A] Y、Z形成的简单离子半径:Y[B] W、Y形成的简单氢化物稳定性:Y[C] WX3、X2Y中W原子和Y原子的杂化轨道类型相同
[D] Z分别与X、Y形成的化合物中所含化学键类型一定完全相同
【答案】 C
【解析】 短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大,Z的原子半径在短周期中最大,则Z为Na;W基态原子的s能级电子总数是p能级电子总数的,则W为P;由题给结构可知,Y形成2个共价键,X形成1个共价键,则Y为O,X为H。根据同电子层结构“核多径小”原则,Y、Z形成的简单离子半径:O2->Na+,A错误;O的非金属性强于P的,则对应简单氢化物的稳定性:H2O>PH3,B错误;PH3中磷原子的价层电子对数为4,杂化类型为sp3杂化,H2O中氧原子的价层电子对数为4,杂化类型为sp3杂化,杂化轨道类型相同,C正确;Z分别与X、Y形成的化合物中所含化学键类型不一定完全相同,例如NaH中只有离子键,Na2O2中含有离子键和非极性共价键,D错误。
综合应用
10.如图为某硅氧离子的空间结构示意图(虚线不表示共价键)。通过观察分析,下列叙述正确的是( )
[A] 键角为120°
[B] 化学组成为Si
[C] Si采用sp2杂化
[D] 化学组成为Si
【答案】 D
【解析】 由题给结构示意图可知,4个O构成正四面体,Si位于正四面体的中心,键角为109°28′,A项错误;Si形成4个Si—O,Si的化合价为+4价,O的化合价为-2价,则该离子的化学组成为Si,B项错误,D项正确;Si形成4个Si—O σ键,Si上没有孤电子对,则中心原子Si采取sp3杂化,C项错误。
11.(2024·安徽滁州期末)S的含氧酸根离子有多种,如S、S、S2、S2等,其中S2是S中的一个O被S取代的产物。下列说法正确的是( )
[A] S中O—S—O的键角为120°
[B] S与S中S的杂化方式相同
[C] S2的空间结构为正四面体形
[D] S2中S与O之间的化学键的键长均相等
【答案】 B
【解析】 S中S的孤电子对数为=1,故S的杂化方式为sp3杂化,空间结构为三角锥形,O—S—O的键角不是120°,A错误;S中S的杂化方式为sp3杂化,S中S的孤电子对数为=0,杂化方式为sp3杂化,B正确;S2是S中的1个O被1个S取代的产物,结构式为,其中SS与SO键长不相等,则S2的空间结构为四面体形,不是正四面体形,C错误;S2中S的最高化合价为+6价,则其中O的化合价不全是-2价,其结构式为,其中S与O之间的化学键的键长不完全相等,D错误。
12.氮的最高价氧化物为无色晶体,它由两种离子构成,已知其阴离子的空间结构为平面三角形,则其阳离子的空间结构和阳离子中氮的杂化方式为( )
[A] 平面三角形 sp2杂化
[B] V形 sp2杂化
[C] 三角锥形 sp3杂化
[D] 直线形 sp杂化
【答案】 D
【解析】 氮的最高价氧化物为N2O5,由两种离子构成,其中阴离子的空间结构为平面三角形,化学式应为N,则其阳离子的化学式为N,其中心氮原子价层电子对数为2+×(5-1-2×2)=2,所以其中的氮原子按sp方式杂化,阳离子的空间结构为直线形,故合理选项是D。
13.X、Y、Z、Q、E、M六种元素中,X原子的基态价层电子排布式为2s2,Y的基态原子的核外有5种运动状态不同的电子,Z元素的两种同位素原子通常作为示踪原子研究生物化学反应和测定文物的年代,Q是元素周期表中电负性最大的元素,E的阳离子通常存在于硝石、明矾和草木灰中,M的原子序数比E的大1。下列说法正确的是( )
[A] EYQ4中阴离子的中心原子的杂化方式为sp3
[B] X、Y元素的第一电离能大小关系:X[C] Z的空间结构为三角锥形
[D] MZ2含离子键和非极性共价键,阴、阳离子数之比为1∶2
【答案】 A
【解析】 X原子的基态价层电子排布式为2s2,则X为Be;Y的基态原子的核外有5种运动状态不同的电子,每个电子为一种运动状态,则Y为B;Z元素的两种同位素原子通常作为示踪原子研究生物化学反应和测定文物的年代,则Z为C;Q是元素周期表中电负性最大的元素,则Q为F;E的阳离子通常存在于硝石、明矾和草木灰中,则E为K;M的原子序数比E的大1,则M为Ca。EYQ4为KBF4,KBF4中阴离子的中心原子的价层电子对数为4+=4,不含孤电子对,所以阴离子的中心原子的杂化方式为sp3,故A正确;Be的2s轨道为全充满稳定结构,第一电离能较大,则X、Y元素的第一电离能大小关系为X>Y,故B错误;碳酸根离子中的中心原子上的价层电子对数为3+=3,不含孤电子对,中心原子的杂化方式为sp2,Z的空间结构为平面三角形,故C错误;CaC2属于离子化合物,含有离子键、非极性共价键,阴、阳离子个数之比为1∶1,故D错误。
14.化合物P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 P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
【答案】 B
【解析】 P分子中碳、氮原子各形成了3个σ键,氮原子有1个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错误,B正确;1个P分子中有11个σ键,故1 mol P分子中所含σ键的数目为11NA,C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错误。
15.As2O3(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示),与盐酸反应生成AsCl3,AsCl3被LiAlH4还原生成AsH3。下列说法正确的是( )
[A] As2O3中As的杂化类型为sp3杂化
[B] LiAlH4为共价化合物
[C] AsCl3的空间结构为平面三角形
[D] AsH3的键角大于109°28′
【答案】 A
【解析】 由题给结构可知,As2O3中As的价层电子对数是4,含有一个孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断,As的杂化类型为sp3杂化,故A正确;LiAlH4是由Li+和Al构成的,为离子化合物,故B错误;AsCl3中As的价层电子对数为3+=4,含有一个孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断,其空间结构为三角锥形,故C错误;AsH3中As的价层电子对数为3+=4,含有一个孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断,其空间结构为三角锥形,键角小于109°28′,故D错误。
16.(15分)含有NaOH的新制Cu(OH)2可用于检验醛基,也可用于和葡萄糖反应制备纳米Cu2O。
(1)Cu+基态核外电子排布式为 。
(2)醛基中碳原子的杂化轨道类型是 ;1 mol乙醛分子中含有σ键的数目为 。
(3)甲醛(H2CO)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醇分子内的O—C—H键角
(填“大于”“等于”或“小于”)甲醛分子内的O—C—H键角。
(4)(3分)CH3CHCH2分子中碳原子采取的杂化方式与甲醛不同的是 。
(5)EDTA()可以与铜离子形成配合物。其中碳原子的杂化轨道类型为 ,氮原子的杂化轨道类型为 。
【答案】 (1)1s22s22p63s23p63d10
(2)sp2 6NA(或6×6.02×1023)
(3)小于 (4)甲基上的碳原子采取sp3杂化
(5)sp3、sp2 sp3
【解析】 (1)Cu的原子序数为29,Cu的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s1,故Cu+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。
(2)醛基结构式为,碳原子形成3个 σ键和1个π键,杂化轨道形成σ键,未杂化的p轨道形成π键,故醛基中碳原子采取sp2杂化;1个CH3CHO 分子中含6个σ键,4个 C—H σ键、1个C—C σ键和1个CO中的σ键,故 1 mol CH3CHO中含有6NA个σ键。
(3)甲醇分子内碳原子的杂化类型为sp3,无孤电子对,O—C—H键角接近109°28′,甲醛分子中碳原子的杂化类型为sp2杂化,无孤电子对,O—C—H键角约120°,所以甲醇分子内O—C—H 键角比甲醛分子内O—C—H键角小。
(4)双键上的碳原子采取sp2杂化,不同的是甲基上的碳原子采取sp3杂化。
(5)EDTA分子中—CH2—上的碳原子形成4个σ键,碳原子采取sp3杂化,—COOH上的碳原子形成3个σ键和1个 π键,碳原子采取sp2杂化。氮原子形成3个σ键并有1个孤电子对未参与成键,氮原子采取sp3杂化。
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第2课时 杂化轨道理论简介
1.通过杂化轨道理论的学习,能描述杂化轨道的形成及特点,能分析判断简单分子中中心原子杂化轨道(sp、sp2、sp3)的类型。2.通过实例了解共价分子具有特定的空间结构,能从微观角度解释中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响,能运用杂化轨道理论对分子或离子的空间结构进行解释。
认识杂化轨道理论
学习任务1
1.杂化轨道理论的提出
杂化轨道理论是一种 理论,是 为了解释分子的空间结构提出的。
2.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
在形成CH4分子时,碳原子的 轨道和3个 轨道发生混杂,混杂时保持轨道总数 ,得到4个新的能量相同、方向不同的 杂化轨道。4个
杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠,形成4个C—H 键。可表示为
价键
鲍林
2s
2p
不变
sp3
sp3
σ
3.常见杂化轨道类型及其空间结构
(1)sp3杂化轨道。
sp3杂化轨道是由 个s轨道和 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 (如图所示)。
1
3
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杂化轨道间的夹角是 ,呈 (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杂化轨道间的夹角是 ,呈 (如图所示)。
1
1
180°
直线形
杂化轨道理论是一种价键理论,是鲍林为解释分子的空间结构提出的。在形成多原子分子时,中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程,叫做轨道的杂化。
探究 轨道杂化过程的正确理解
问题1:任意轨道之间都可以杂化吗 2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道
提示:不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道,2s与3p不在同一能层,能量相差较大,不可杂化。
问题2:杂化轨道与原轨道相比,数量、能量、轨道形状及延伸方向等是否改变
提示:形成的杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。杂化会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。
问题3:sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道,它参与形成的化学键和杂化轨道形成的化学键是否相同
提示:不相同。sp、sp2两种杂化形式中未参与杂化的p轨道用于形成π键,而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。
问题4:杂化轨道数与价层电子对数有何关系
提示: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。
杂化轨道理论的正确理解
归纳拓展
1.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
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正确;并不是所有的杂化轨道都用来成键,也可以容纳孤电子对(如NH3、H2O的形成),故D错误。
2.(2024·云南师范大学附属中学月考)下列关于原子轨道的说法正确的是
( )
[A] 杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键
[B] CH4中的sp3杂化轨道是由4个H的1s轨道和1个C的2p轨道混合形成的
[C] s轨道和p轨道杂化不可能有sp4杂化轨道出现
[D] 凡XY3型的共价化合物,其中心原子X均采用sp3杂化轨道成键
C
【解析】 杂化轨道不可能形成π键,A错误;CH4中的sp3杂化轨道是由中心碳原子的能量相近的1个2s轨道和3个2p轨道杂化形成的,B错误;p能级只有3个p轨道,不可能有sp4杂化,C正确;BF3中硼原子的价层电子对数为3,硼原子采取sp2杂化,D错误。
探究杂化轨道类型与
分子空间结构的关系
学习任务2
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
(1)没有孤电子对:能量相同的杂化轨道彼此远离→形成的分子为对称结构。
(2)有孤电子对:孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥→形成的分子的空间结构发生变化。
2.杂化轨道与分子的空间结构的关系
(1)杂化轨道全部用于形成σ键。
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
实例 BeCl2 BF3 CH4
分子的
空间结构
直线形
平面三角形
正四面体形
(2)杂化轨道中有未参与成键的孤电子对。
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
用价层电子对互斥模型只能解释分子的空间结构,却无法解释许多深层次的问题,如无法解释甲烷分子中四个C—H的键长、键能相同及H—C—H的键角为109°28′。杂化轨道理论不仅可以解释CH4的空间结构,还能解释CO2、SO2、SO3、H2O、NH3等诸多典型物质的空间结构。
探究 杂化轨道类型与分子空间结构的关系
问题1:CH4、NH3、H2O中中心原子的杂化轨道类型都是sp3,试用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构为何与CH4不同。
提示:NH3分子中氮原子的价层电子排布式为2s22p3。1个 2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中3个sp3杂化轨道分别与 3个氢原子的1s原子轨道重叠,形成3个 N—Hσ键,1个sp3杂化轨道被1个孤电子对占据。sp3杂化轨道为正四面体形,故NH3为三角锥形的空间结构,由于孤电子对的排斥作用,使3个N—H键角变小。
H2O分子中氧原子的价层电子排布式为2s22p4。1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与氢原子的1s轨道重叠形成σ键,另2个杂化轨道被孤电子对占据,不与氢原子成键,因此分子空间结构为V形。由于2个孤电子对的排斥作用,使2个O—H的键角变小。
问题2:根据甲烷、乙烯和乙炔中碳原子的杂化方式分析,分子的空间结构与杂化轨道类型有何关系
提示: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;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。
1.常见ABn型分子杂化类型与空间结构的关系如下表。
归纳拓展
归纳拓展
AB3 sp2 3 0 平面三角形 BF3、SO3
sp3 4 1 三角锥形 NH3、PCl3、NF3、H3O+
AB4 sp3 4 0 四面体形 CH4、SiH4、CCl4、CH3Cl
2.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。
1.(2025·江苏无锡开学考)下列分子或离子中采用sp3杂化,但是空间结构为V形的是( )
B
2.(2024·辽宁朝阳月考)下列中心原子的杂化轨道类型和分子或离子的空间结构不正确的是( )
[A] PCl3中P采取sp3杂化,分子的空间结构为三角锥形
[C] H2S中S采取sp杂化,分子的空间结构为直线形
[D] SO2中S采取sp2杂化,分子的空间结构为V形
C
3.根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构,试根据相关知识回答下列
问题。
(1)AsCl3的空间结构为 ,其中As的杂化轨道类型为 。
三角锥形
sp3
【解析】 (1)AsCl3中As的价层电子对数为4,As采用sp3杂化,AsCl3分子的空间结构为三角锥形。
(2)CS2中C的杂化轨道类型为 。
sp
(3)CH3COOH中C的杂化类型为 。
sp3、sp2
模型认知
判断中心原子杂化轨道类型的常用方法
方法一:根据中心原子的价层电子对数判断
中心原子的价层电子对数=σ键数+孤电子对数
中心原子价层
电子对数 2 3 4
杂化类型 sp sp2 sp3
模型认知
[说明]s、p能级共有4个轨道,全部杂化最多有4个杂化轨道,当计算出价层电子对数超过4时,必然有d轨道参与杂化,且参与杂化的d轨道数=价层电子对数-4。
示例 价层电子对数 孤电子对数 杂化类型 分子的空间结构
PCl5 5 0 sp3d
SF6 6 0 sp3d2
模型认知
方法二:根据分子的结构式判断
杂化类型 sp3 sp2 sp
C的成键方式 4个
单键 1个双键和2个单键 2个双键或1个三键和
1个单键
N的成键方式 3个
单键 1个双键和1个单键 1个三键
[说明]该方法一般用于有机物分子中C、N的杂化类型判断。
模型认知
方法三:根据杂化轨道之间的夹角判断
内容 夹角 杂化轨道类型
不同的杂化方式,其杂化轨道之间的夹角不同,所以可根据杂化轨道间的夹角判断分子或离子中中心原子的杂化轨道类型 109°28′ sp3
120° sp2
180° sp
模型认知
方法四:根据分子的空间结构判断
分子的空间结构 杂化轨道类型
四面体形或三角锥形 sp3
平面三角形 sp2
直线形 sp
知识整合
(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为 。
1
【解析】 (1)根据构造原理可知,氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,所以未成对电子数为1。
(2)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 。
sp2、sp3
sp2
【解析】 (2)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,为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,为sp2杂化;羰基碳原子形成2个单键和1个双键,为sp2杂化。
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)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:
NA
NA
(4)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:
。
O、N属于同周期元素,O的半径小于N的,H—O的键能大于H—N的键能
【解析】 (4)①O、N属于同周期元素,O的半径小于N的,H—O的键能大于H—N的键能,所以H2O分子比NH3分子稳定。
②H2O、NH3、CO2分子的空间结构分别是 ,中心原子的杂化轨道类型分别是 。
V形、三角锥形、直线形
sp3、sp3、sp
命题解密与解题指导
情境解读:以氯吡苯脲及其合成过程、代谢产物等为载体考查中心原子的杂化轨道类型、分子空间结构判断及反应过程中断裂共价键的类型判断、分子稳定性的原因解释等。
素养立意:结合原子的成键特点判断其杂化轨道类型,利用价层电子对互斥模型预测分子空间结构,以此强化证据推理与模型认知素养;通过反应过程中共价键断裂的分析,以及从共价键强弱角度分析物质稳定的原因,培养宏观辨识与微观探析素养。
思维建模:ABm型分子或离子中中心原子杂化类型的判断
(时间:30分钟 满分:60分)
(选择题1~15题,每小题3分,共45分)
(一)杂化轨道理论
1.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中氮原子的sp3杂化轨道是由氮原子的3个p 轨道与氢原子的s轨道杂化而成
[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
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,没有杂化的轨道形成π键,故A错误,B正确;NH3中氮原子的sp3杂化轨道是由氮原子的3个2p轨道与2s轨道杂化而成的,形成4个相同的杂化轨道,故C错误;乙烯分子中,每个碳原子形成2个C—H,即1个碳原子的 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,故D错误。
[A] sp2、sp2 [B] sp3、sp2
[C] sp2、sp3 [D] sp、sp3
C
【解析】 甲醛(HCHO)分子中的中心原子C采用sp2杂化,甲醇(CH3OH)分子中的中心原子C采用sp3杂化。故选C。
3.如图所示,在乙烯分子中有5个σ键和一个π键,它们分别是( )
[A] sp2杂化轨道形成σ键,未杂化的2p轨道形成π键
[B] sp2杂化轨道形成π键,未杂化的2p轨道形成σ键
[C] C—H之间是sp2形成σ键,C—C之间是未参与杂化的2p轨道形成π键
[D] C—C之间是sp2形成σ键,C—H之间是未参与杂化的2p轨道形成π键
A
【解析】 在乙烯分子中碳原子与相连的氢原子、碳原子形成平面三角形,所以乙烯分子中每个碳原子均采取sp2杂化,其中杂化轨道形成σ键,未杂化的2p轨道形成π键。故选A。
4.下列说法正确的是( )
[A] NCl3的空间结构为三角锥形,这是氮原子采取sp2杂化的结果
[B] sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道
[C] 中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构可能是四面体形、三角锥形或V形
[D] XY3型的分子的空间结构必为平面三角形
C
(二)杂化轨道理论与分子的空间结构的关系
5.(2024·湖北武汉月考)根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断,下列说法不正确的是( )
C
6.下列描述错误的是( )
B
7.(2024·福建三明月考)下列有关苯分子的描述不正确的是( )
[A] 碳原子均以sp2杂化轨道形成正六边形的碳环,键角为120°
[B] 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,相互间以
“肩并肩”方式重叠,形成一个大π键
[C] 6个碳碳键完全等同,共有6个原子处于同一平面
[D] 每个碳原子的一个sp2杂化轨道与H的1s轨道重叠形成σ键
C
【解析】 在苯分子中,碳原子都采取sp2杂化,通过sp2杂化轨道形成正六边形的碳环,键角为120°,故A正确;每个碳原子还有一个未参与杂化的2p轨道,它们均有一个未成对电子,这些2p轨道相互平行,以“肩并肩”方式相互重叠,形成一个大π键,故B正确;苯分子呈平面正六边形,分子中共有12个原子共面,故C错误;每个碳原子含有3个sp2杂化轨道,两个分别与相邻碳原子形成sp2-sp2 σ键,另外一个与H的1s轨道重叠形成sp2-s σ键,故D正确。
8.VSEPR模型和杂化轨道理论常用于预测和解释分子的空间结构。下列说法正确的是( )
[A] 凡是XY3型的共价化合物,其中心原子X均采用sp2杂化轨道成键
[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] 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
[D] 凡是分子中形成π键的原子,均采用sp2杂化
C
【解析】 XY3型的共价化合物,其中心原子X可能采用sp3杂化也可能采用sp2杂化,如BF3中B采用sp2杂化,NH3中N采用sp3杂化,故A错误;中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构可能是正四面体形、三角锥形、V形,CCl4、NH3、H2O中中心原子都采用sp3杂化,但是其空间结构分别是正四面体形、三角锥形、V形,故B错误;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,没有杂化的p轨道形成π键,故C正确;分子中形成π键的原子,可能采用sp2杂化,也可能采用sp杂化,如HC≡CH 分子中的C形成 π键,采用sp杂化,故D错误。
C
[A] Y、Z形成的简单离子半径:Y[B] W、Y形成的简单氢化物稳定性:Y[C] WX3、X2Y中W原子和Y原子的杂化轨道类型相同
[D] Z分别与X、Y形成的化合物中所含化学键类型一定完全相同
O的非金属性强于P的,则对应简单氢化物的稳定性:H2O>PH3,B错误;PH3中磷原子的价层电子对数为4,杂化类型为sp3杂化,H2O中氧原子的价层电子对数为4,杂化类型为sp3杂化,杂化轨道类型相同,C正确;Z分别与X、Y形成的化合物中所含化学键类型不一定完全相同,例如NaH中只有离子键,Na2O2中含有离子键和非极性共价键,D错误。
10.如图为某硅氧离子的空间结构示意图(虚线不表示共价键)。通过观察分析,下列叙述正确的是( )
D
综合应用
B
12.氮的最高价氧化物为无色晶体,它由两种离子构成,已知其阴离子的空间结构为平面三角形,则其阳离子的空间结构和阳离子中氮的杂化方式为
( )
[A] 平面三角形 sp2杂化
[B] V形 sp2杂化
[C] 三角锥形 sp3杂化
[D] 直线形 sp杂化
D
13.X、Y、Z、Q、E、M六种元素中,X原子的基态价层电子排布式为2s2,Y的基态原子的核外有5种运动状态不同的电子,Z元素的两种同位素原子通常作为示踪原子研究生物化学反应和测定文物的年代,Q是元素周期表中电负性最大的元素,E的阳离子通常存在于硝石、明矾和草木灰中,M的原子序数比E的大1。下列说法正确的是( )
[A] EYQ4中阴离子的中心原子的杂化方式为sp3
[B] X、Y元素的第一电离能大小关系:XA
[D] MZ2含离子键和非极性共价键,阴、阳离子数之比为1∶2
【解析】 X原子的基态价层电子排布式为2s2,则X为Be;Y的基态原子的核外有5种运动状态不同的电子,每个电子为一种运动状态,则Y为B;Z元素的两种同位素原子通常作为示踪原子研究生物化学反应和测定文物的年代,则Z为C;Q是元素周期表中电负性最大的元素,则Q为F;E的阳离子通常存在于硝石、明矾和草木灰中,则E为K;M的原子序数比E的大1,则M为Ca。
B
[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 P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
【解析】 P分子中碳、氮原子各形成了3个σ键,氮原子有1个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错误,B正确;1个P分子中有11个σ键,故1 mol P分子中所含σ键的数目为11NA,C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错误。
15.As2O3(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示),与盐酸反应生成AsCl3,
AsCl3被LiAlH4还原生成AsH3。下列说法正确的是( )
[A] As2O3中As的杂化类型为sp3杂化
[B] LiAlH4为共价化合物
[C] AsCl3的空间结构为平面三角形
[D] AsH3的键角大于109°28′
A
16.(15分)含有NaOH的新制Cu(OH)2可用于检验醛基,也可用于和葡萄糖反应制备纳米Cu2O。
(1)Cu+基态核外电子排布式为 。
1s22s22p63s23p63d10
【解析】 (1)Cu的原子序数为29,Cu的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s1,故Cu+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。
(2)醛基中碳原子的杂化轨道类型是 ;1 mol乙醛分子中含有σ键的数目为 。
sp2
6NA(或6×6.02×1023)
小于
【解析】 (3)甲醇分子内碳原子的杂化类型为sp3,无孤电子对,O—C—H键角接近109°28′,甲醛分子中碳原子的杂化类型为sp2杂化,无孤电子对,
O—C—H键角约120°,所以甲醇分子内O—C—H 键角比甲醛分子内
O—C—H键角小。
甲基上的碳原子采取sp3杂化
【解析】 (4)双键上的碳原子采取sp2杂化,不同的是甲基上的碳原子采取sp3杂化。
sp3、sp2
【解析】 (5)EDTA分子中—CH2—上的碳原子形成4个σ键,碳原子采取sp3杂化,—COOH上的碳原子形成3个σ键和1个 π键,碳原子采取sp2杂化。氮原子形成3个σ键并有1个孤电子对未参与成键,氮原子采取sp3杂化。
sp3
