第2课时 杂化轨道理论简介
[学习目标] 1.了解杂化轨道理论的基本内容。2.会用杂化轨道理论判断分子的空间结构,对分子的空间结构进行解释和预测。
知识点1 轨道杂化和杂化轨道
1.轨道杂化
例如:在形成甲烷分子时,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轨道重叠成键形成甲烷分子,所以4个C—H σ键是等同的。可表示为
2.对杂化过程的理解
3.三种杂化轨道
(1)三种杂化轨道的比较。
杂化类型 sp sp2 sp3
参与杂 化的原 子轨道 1个s和 1个p 1个s和 2个p 1个s和 3个p
杂化 轨道数 2个sp 杂化轨道 3个sp2 杂化轨道 4个sp3 杂化轨道
杂化轨道 间夹角 180° 120° 109°28'
续 表
杂化类型 sp sp2 sp3
空间指向 直线 正三角形 的三个顶点 正四面体的 四个顶点
(2)三种杂化轨道形成的示意图。
①sp3杂化。
4.判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法
(1)根据杂化轨道的空间分布结构判断。
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形,则分子的中心原子发生 sp3杂化。
②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则分子的中心原子发生 sp2杂化。
③若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则分子的中心原子发生 sp杂化。
(2)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',则分子的中心原子发生 sp3杂化。
②若杂化轨道之间的夹角为120°,则分子的中心原子发生 sp2杂化。
③若杂化轨道之间的夹角为180°,则分子的中心原子发生 sp杂化。
[深度思考]
(1)在中,中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式为 。
(2)从杂化轨道理论的角度比较键角大小的方法: 。
【答案】 (1)sp2、sp3 (2)先看中心原子杂化轨道类型,杂化轨道类型不同时,键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小;杂化轨道类型相同时,中心原子孤电子对数越多,键角越小
5.中心原子杂化轨道类型的判断
杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对,所以有公式:杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+中心原子形成的σ键个数。
代表物 杂化轨道数 中心原子的杂化轨道类型
CO2 0+2=2 sp
CH2O 0+3=3 sp2
CH4 0+4=4 sp3
SO2 1+2=3 sp2
NH3 1+3=4 sp3
H2O 2+2=4 sp3
1.判断正误。
(1)同一原子中能量相近的原子轨道才能参与杂化。( √ )
(2)孤立的原子不可能形成杂化轨道。( √ )
(3)sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个 p轨道混杂形成的4个sp3杂化轨道。( × )
(4)NH3和CH4分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键。( √ )
2.下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
[A]第ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
[B]杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键
[C]s轨道和p轨道杂化不可能有sp4杂化轨道出现
[D]孤电子对有可能参加杂化
【答案】 B
【解析】 第ⅠA族元素如果是碱金属元素,其原子易失电子,如果是H,一个电子在1s能级上,不可能杂化;杂化轨道只能形成σ键,不可能形成π键;p能级只有3个p轨道,不可能有sp4杂化。
3.下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是( )
[A]由同一能层上的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能级成分占三分之一
[D]sp2杂化轨道最多可形成2个σ键
【答案】 D
【解析】 同一能层上s轨道与p轨道的能量差异不是很大,参与杂化的轨道的能量差异也不能过大,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,s能级成分占三分之一,C项正确;sp2杂化轨道最多可形成3个σ键,D项错误。
4.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
[A]CS2与SO2
[B]CBr4与NBr3
[C]BeCl2与BF3
[D]C2H4与C2H2(结构简式为CH≡CH)
【答案】 B
【解析】 CS2分子中的C为sp杂化,SO2分子中的S为sp2杂化,A不符合题意;CBr4分子中的C为sp3杂化,NBr3分子中的N也为sp3杂化,B符合题意;BeCl2分子中的Be为sp杂化,BF3分子中的B为sp2杂化,C不符合题意;C2H2分子中的C为sp杂化,而C2H4分子中的C为sp2杂化,D不符合题意。
5.(2024·浙江师大附中段考)下列关于杂化轨道的叙述不正确的是( )
[A]苯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】 苯分子中的每个碳原子与相邻两个碳原子及与之相连的一个氢原子形成3个σ键,同时每个碳原子还有一个未参加杂化的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,而杂化轨道用于形成σ键或者容纳孤电子对,因此苯分子中所有碳原子均采取sp2杂化成键,故A项正确;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,如NH3中N是sp3杂化,所以形成4个杂化轨道,其中3个用于形成N—H σ键,还有1个用于容纳未参与成键的孤电子对,故B项正确;根据杂化轨道理论,SO2中S的杂化轨道数为2+×(6-2×2)=3,C2H4中碳原子形成2个碳氢键、1个碳碳双键,碳原子杂化轨道数为2+1=3,因此SO2和C2H4中的中心原子S和C是通过sp2杂化轨道成键,故C项正确;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,可能为三角锥形或V形结构,如NH3、H2O等,故D项错误。
杂化轨道理论的正确理解
(1)只有能量相近的原子轨道才能杂化,且参与杂化的原子轨道数目与形成的杂化轨道数目相同,如1个 s+3个p=4个sp3。
(2)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。
(3)杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。
(4)未参与杂化的p轨道可用于形成π键。以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化轨道类型:没有形成π键,采取sp3杂化,如CH4、CCl4等;形成一个π键,采取sp2杂化,如CH2CH2等;形成两个π键,采取sp杂化,如CH≡CH(乙炔)、CO2等。
知识点2 杂化轨道类型与分子的空间结构
1.杂化轨道类型与分子的空间结构的关系
(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时。
杂化 类型 sp sp2 sp3
轨道 组成 1个ns和 1个np 1个ns和 2个np 1个ns和 3个np
轨道 夹角 180° 120° 109°28'
杂化轨 道示 意图
实例 BeCl2 BF3 CH4
续 表
杂化 类型 sp sp2 sp3
分子 结构 示意图
分子的 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。
由于孤电子对参与互相排斥,会使分子的空间结构与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的4个sp3杂化轨道中有 2个被孤电子对占据,其分子不呈正四面体形,而呈 V形;氨分子中氮原子的4个sp3杂化轨道中有 1个被孤电子对占据,氨分子不呈正四面体形,而呈三角锥形。
分子组成 (A为中 心原子) 中心 原子 的孤电 子对数 中心原子 的杂化 方式 分子空间 结构 实例
AB2 0 sp 直线形 BeCl2
1 sp2 V形 SO2
2 sp3 V形 H2O
续 表
分子组成 (A为中 心原子) 中心 原子 的孤电 子对数 中心原子 的杂化 方式 分子空间 结构 实例
AB3 0 sp2 平面三角形 BF3
1 sp3 三角锥形 NH3
AB4 0 sp3 正四面体形 CH4
2.常见分子空间结构的确定
杂化轨道类型 价层电子对的空间结构 成键电 子对数 孤电子对数 价层电子对的排列方式 分子的空间结构 实例
sp 直线形 2 0 直线形 HC≡CH、 BeCl2、CO2
sp2 平面三角形 3 0 平面三角形 BF3、BCl3
2 1 V形 SO2、SnCl2
sp3 四面体形 4 0 正四面体形 CH4、CCl4
3 1 三角锥形 NH3、NF3
2 2 V形 H2O、H2S
[深度思考]
NH3、CH4分子中,N、C都采用sp3杂化,NH3分子的空间结构是三角锥形,CH4分子的空间结构是正四面体形。两种分子空间结构不同的原因是
。
【答案】 形成的4个sp3杂化轨道中,NH3分子中只有3个杂化轨道与H的1s轨道重叠形成共价键,另1个杂化轨道中有1个未成键的孤电子对,其对成键电子对有较强的排斥作用,使H—N—H键角变小,从而使分子呈三角锥形,而CH4分子中4个sp3杂化轨道分别与H的1s轨道重叠形成共价键,轨道夹角=共价键键角=109°28',分子呈正四面体形
1.判断正误。
(1)中心原子是sp杂化的分子的空间结构不一定为直线形。( × )
(2)NH3为三角锥形,N发生sp2杂化。( × )
(3)分子中中心原子若通过sp3杂化轨道成键,则该分子一定为正四面体结构。( × )
(4)凡中心原子采取sp3杂化的分子,其VSEPR模型都是(正)四面体形。( √ )
(5)H2O和P中心原子均为sp3杂化,前者空间结构为V形,后者空间结构为正四面体形。( √ )
2.下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是( )
选项 粒子 空间结构 解释
[A] 氨基负离子 (N) 直线形 N采取sp杂化
[B] 二氧化硫 (SO2) V形 S采取sp3杂化
[C] 碳酸根离子 (C) 三角锥形 C采取sp3杂化
续 表
选项 粒子 空间结构 解释
[D] 乙炔(C2H2) 直线形 C采取sp杂化 且C的价层电 子均参与成键
【答案】 D
【解析】 N中N采取sp3杂化,且孤电子对数为2,离子的空间结构为V形,A项错误;SO2中S的价层电子对数为2+×(6-2×2)=3,杂化轨道数为3,采取sp2杂化,孤电子对数为1,分子的空间结构为V形,B项错误;C中C的价层电子对数为3+×(4+2-3×2)=3,不含孤电子对,杂化轨道数为3,采取sp2杂化,离子的空间结构为平面三角形,C项错误;C2H2中C采取sp杂化,且C的价层电子均参与成键,所以分子的空间结构为直线形,D项正确。
3.下列分子或离子的空间结构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]Si:三角锥形;sp3杂化
【答案】 C
【解析】 AsH3的中心原子As的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,杂化方式为sp3杂化,含有1个孤电子对,分子的空间结构为三角锥形,A错误;H3O+的中心原子O的价层电子对数为3+×(6-1-3×1)=4,杂化方式为sp3杂化,含有 1个孤电子对,离子的空间结构为三角锥形,B错误;H2Se的中心原子Se的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4,杂化方式为sp3杂化,含有2个孤电子对,分子的空间结构为V形,C正确;Si的中心原子Si的价层电子对数为4+×(4+4-4×2)=4,杂化方式为sp3杂化,没有孤电子对,离子的空间结构为正四面体形,D错误。
4.下列分子中,中心原子的杂化轨道类型相同,分子的空间结构也相同的是( )
[A]BeCl2、CO2
[B]H2O、NH3
[C]PH3、HCHO
[D]CH2CH2、CH≡CH
【答案】 A
【解析】 氯化铍分子中铍原子的价层电子对数为2、孤电子对数为0,杂化方式为sp杂化,分子的空间结构为直线形,二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2、孤电子对数为0,杂化方式为sp杂化,分子的空间结构为直线形,两者的中心原子的杂化轨道类型相同,空间结构也相同,故A符合题意;水分子中氧原子的价层电子对数为4、孤电子对数为2,分子的空间结构为V形,氨分子中氮原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,分子的空间结构为三角锥形,两者的空间结构不同,故B不符合题意;磷化氢分子中磷原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,杂化方式为sp3杂化,分子的空间结构为三角锥形,甲醛分子中碳原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,杂化方式为sp2杂化,分子的空间结构为平面三角形,两者的中心原子的杂化轨道类型和空间结构都不相同,故C不符合题意;乙烯分子中碳原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,杂化方式为sp2杂化,分子的空间结构为平面形,乙炔分子中碳原子的价层电子对数为2、孤电子对数为0,杂化方式为sp杂化,分子的空间结构为直线形,两者的中心原子的杂化轨道类型和空间结构都不相同,故D不符合题意。
5.根据所学理论填写下表。
粒子 CS2 Ge As Se
中心原子的 杂化轨道类型
续 表
粒子 CS2 Ge As Se
空间结构
键角
【答案】
粒子 CS2 Ge As Se
中心原子的杂 化轨道类型 sp sp2 sp3 sp3
空间结构 直线形 平面 三角形 正四 面体形 正四面 体形
键角 180° 120° 109°28' 109°28'
1.常见物质中心原子的杂化方式
(1)采取sp3杂化:有机物中的饱和碳原子、NH3、H2O、金刚石中的碳原子、晶体硅中的硅原子、SiO2、N等。
(2)采取sp2杂化:有机物中的双键碳原子、BF3、石墨中的碳原子、苯环中的碳原子等。
(3)采取sp杂化:有机物中的三键碳原子、CO2、BeCl2等。
2.注意同族元素形成的结构相似的物质,如CO2与CS2、BF3与BBr3等的中心原子的杂化轨道类型和分子的空间结构分别相同。
课时作业
(分值:54分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 杂化轨道理论
1.杂化轨道理论是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较,得出的结论正确的是( )
[A]sp杂化轨道的夹角最大
[B]sp2杂化轨道的夹角最大
[C]sp3杂化轨道的夹角最大
[D]sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
【答案】 A
【解析】 sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为 109°28'、120°、180°。
2.下列关于杂化轨道的叙述中,不正确的是( )
[A]分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时,该分子不一定为正四面体结构
[B]未参与杂化的p轨道可用于形成π键
[C]NF3和CF4分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键
[D]杂化轨道理论与VSEPR模型分析分子的空间结构结果常常相互矛盾
【答案】 D
【解析】 中心原子通过sp3杂化轨道成键的分子的空间结构可能是正四面体形(如CH4)、三角锥形(如NH3)或V形(如H2O),A项正确;π键是由未参与杂化的轨道“肩并肩”形成的,B项正确;三角锥形的NF3和正四面体形的CF4分子中,中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键,C项正确;杂化轨道理论和VSEPR模型都是为了解释分子的空间结构而提出的理论,由两者分析出的结果不相互矛盾,VSEPR模型将孤电子对考虑在内,而分子的空间结构不包括孤电子对,D项错误。
3.下列属于sp杂化轨道的是( )
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 D
【解析】 A项采用的杂化方式为sp3杂化,B项采用的杂化方式为sp2杂化,C项表示的是未参与杂化的p轨道,D项采用的杂化方式为sp杂化,故选D。
4.下列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中的sp3杂化轨道是由4个氢原子的1s轨道和碳原子的2p轨道杂化而形成的
[C]凡是中心原子通过sp2杂化轨道成键的分子,其空间结构都是平面三角形
[D]凡XY2型的共价化合物,其中心原子X均通过sp杂化轨道成键
【答案】 A
【解析】 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中的sp3杂化轨道是由碳原子的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,所以中心原子通过sp2杂化轨道成键的分子的空间结构不一定是平面三角形,如SO2的空间结构为V形,C错误;XY2型的共价化合物,中心原子X也可以是sp2杂化、sp3杂化,如OF2中O为sp3杂化,SO2中S为sp2杂化,D错误。
知识点2 粒子空间结构的分析判断
5.BF3是典型的平面三角形分子,它溶于氢氟酸或NaF溶液中都形成B,则BF3和B中硼原子的杂化轨道类型分别是( )
[A]sp2、sp2 [B]sp3、sp3
[C]sp2、sp3 [D]sp、sp2
【答案】 C
【解析】 BF3中硼原子的价层电子对数为3,所以为sp2杂化,B中硼原子的价层电子对数为4,所以为sp3杂化。
6.(2025·广东珠海月考)下列描述正确的是( )
[A]CO2的空间结构为V形
[B]Cl的空间结构为平面三角形
[C]H2O的VSEPR模型为四面体形
[D]S的中心原子杂化轨道类型为sp2
【答案】 C
【解析】 CO2的空间结构为直线形,A错误;Cl中心原子Cl的价层电子对数为3+=
3+1=4,含1个孤电子对,离子的空间结构为三角锥形,B错误;H2O中心原子O的价层电子对数为2+=2+2=4,VSEPR模型为四面体形,C正确;S中心原子S的价层电子对数为3+=3+1=4,中心原子采用sp3杂化,D错误。
7.下列有关SO2、SO3、S、H2SO4的说法正确的是( )
[A]SO2的空间结构为四面体形
[B]SO3分子中S采取sp3杂化
[C]S中的键角大于SO3中的键角
[D]工业上用98.3%的浓硫酸吸收SO3
【答案】 D
【解析】 SO2的中心原子S的价层电子对数为2+=3,含1个孤电子对,则SO2的空间结构为V形,A不正确;SO3的中心原子S的价层电子对数为3+=3,采取sp2杂化,B不正确;S的中心原子S的价层电子对数为4+=4,采取sp3杂化,SO3的中心原子S采取sp2杂化,则S中的键角小于SO3中的键角,C不正确;为了防止酸雾的形成,利于SO3的吸收,工业上用98.3%的浓硫酸吸收SO3,D正确。
能力提升
8.推理是学习化学知识的一种重要方法。下列推理合理的是( )
[A]SO2中硫原子采取sp2杂化,则CO2中碳原子也采取sp2杂化
[B]NH3的空间结构是三角锥形,则NCl3的空间结构也是三角锥形
[C]H2O的键角是105°,则H3O+的键角也是105°
[D]PCl3分子中每个原子最外层达到8电子稳定结构,则BF3分子中每个原子最外层也能达到8电子稳定结构
【答案】 B
【解析】 一个二氧化碳分子中含有2个σ键且中心原子不含孤电子对,所以碳原子采取sp杂化而不是sp2杂化,A项错误;NH3、NCl3中N都采取sp3杂化,有1个孤电子对,所以分子的空间结构都是三角锥形,B项正确;H3O+的空间结构为三角锥形,键角不是105°,C项错误;BF3分子中B为+3价,硼原子最外层未达8电子稳定结构,D项错误。
9.(2025·福建漳州月考)C、—CH3、C都是重要的有机反应中间体,下列有关它们的说法正确的是( )
[A]它们的碳原子均采取sp2杂化,其中C、C的结构示意图分别为、
[B]C与OH-形成的化合物中含有离子键
[C]C的键角比C的键角小
[D]C与NH3、H3O+的VSEPR模型均为四面体形
【答案】 D
【解析】 C中C采取sp2杂化,—CH3中C采取sp3杂化,C中C采取sp3杂化,故A错误;C与OH-形成的化合物为共价化合物甲醇,不含有离子键,故B错误;由A项分析可知,C的空间结构为平面三角形,键角为120°,C的空间结构为三角锥形,键角小于109°28',故C的键角比C的键角大,故C错误。
10.化合物X是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式为。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 X分子中所含σ键的数目为10NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)
[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】 X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孤电子对,故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化,A项错误,B项正确;1个X分子中有11个σ键,则 1 mol X分子中所含σ键的数目为11NA,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。
11.奇电子化合物(分子中含有未成对电子的化合物)往往具有较高的反应活性,易聚合,容易呈现颜色。NO2就是一种典型的奇电子化合物。下列说法不正确的是( )
[A]NO2分子中,N采取sp2杂化,NO2易二聚
[B]ClO2也是一种奇电子化合物,其呈现黄绿色,其分子中心原子采取sp2杂化
[C]N2O4无色的原因是聚合时NO2中奇电子成对,N2O4中不存在奇电子
[D]NO也可以发生二聚反应生成N2O2
【答案】 B
【解析】 NO2分子中,中心原子N的价层电子对数为2+=2.5,N采取sp2杂化,NO2为奇电子化合物,易二聚,A正确;ClO2是奇电子化合物,中心原子Cl的价层电子对数为2+=3.5,Cl采取sp3杂化,B错误;NO2是奇电子化合物,N2O4由NO2二聚得到,N2O4中不存在奇电子,所以N2O4无色,C正确;NO是奇电子化合物,可以发生二聚反应生成N2O2,D正确。
12.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中As的杂化方式为sp2杂化
[B]Al的VSEPR模型为正四面体形
[C]AsCl3的空间结构为平面三角形
[D]AsH3的键角为120°
【答案】 B
【解析】 As2O3中每个As形成3个As—O共价键,As上还有1个孤电子对,As的杂化轨道数目为4,所以As的杂化方式为sp3杂化,A错误;AsCl3中As形成3个σ键,孤电子对数为×(5-3×1)=1,As采取sp3杂化,含有1个孤电子对,所以分子的空间结构为三角锥形,C错误;AsH3中As的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,含有1个孤电子对,所以分子的空间结构为三角锥形,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,所以键角小于109°28',D错误。
13.(2025·重庆第一中学期中)X、Y、Z、M是原子序数依次增大的四种短周期元素,分别位于三个不同的短周期。Y是同周期单电子数最多的元素,Y、M同族,X、Z不同族。Z为非金属元素,且无单电子。下列叙述错误的是( )
[A]键角:Y[B]第一电离能:Z>Y>M
[C]Y2X4中Y的杂化方式为sp3杂化
[D]M与Cl2反应的产物不止一种
【答案】 A
【解析】 X、Y、Z、M是原子序数依次增大的四种短周期元素,分别位于三个不同的短周期,则X为H或He;Y是同周期单电子数最多的元素,则Y是N;Y、M同族,则M是P,Z的原子序数在N和P之间,且是非金属元素,无单电子,则Z为Ne,X、Z不同族,则X为H。N的空间结构为正四面体形,键角为109°28',PH3的空间结构为三角锥形,键角小于109°28',A错误;Ne是稀有气体元素,性质稳定,同周期元素中第一电离能最大,N与P属于同主族元素,第一电离能 N>P,故第一电离能Ne>N>P,B正确;Y2X4为N2H4,中心原子为N,N的价层电子对数为4,杂化方式为sp3杂化,C正确;P与Cl2反应可以生成PCl3和PCl5,产物不止一种,D正确。
14.(5分)(2025·上海浦东新区学业质量检测,节选)某杂志上报道了一种含有碳—碳单电子σ键的化合物,其化学式为C38H30I3,丰富了经典化学键理论。该物质的结构如图,虚线和圆点表示仅有1个共用电子的σ键。
[I—I—I]-
(其中—Ph表示)
(1)(1分)上图所示物质的正离子中,碳原子的杂化方式是 (填字母)。
A.只有sp2 B.只有sp3
C.sp和sp2 D.sp2和sp3
(2)(2分)结合题干信息,从化学键角度解释上图中左侧离子带正电荷的原因: 。
(3)(2分)依据价层电子对互斥模型,负离子[I—I—I]-的中心原子I的价层电子对数为
(填字母)。
A.2 B.3 C.4 D.5
【答案】 (1)D (2)碳—碳单电子σ键少了一个电子 (3)D
【解析】 (1)题图所示物质的正离子中苯环上的碳原子采用sp2杂化,其余碳原子周围的价层电子对数为4,采用sp3杂化,即该正离子中碳原子的杂化方式是sp2、sp3,故选D。(3)依据价层电子对互斥模型,负离子[I-I-I]-的中心原子I的价层电子对数为2+×(7+1-2×1)=5,故选D。
15.(10分)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,P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)(2分)NH3、PCl3和PCl5分子中,所有原子的最外层都满足8电子稳定结构的是 (填分子式),该分子的空间结构是 。
(2)(2分)下列关于PCl5分子的说法正确的有 (填字母)。
A.PCl5分子中磷原子没有孤电子对
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
(3)(2分)N、P是同一族元素,P能形成PCl3、PCl5两种氯化物,而N只能形成一种氯化物NCl3,不能形成NCl5,原因是 。
(4)(4分)经测定,NH5中存在离子键,氮原子的最外层电子数是8,所有氢原子的最外层电子数都是2,则NH5中H的化合价为 和 ;该化合物中氮原子的杂化方式为 。
【答案】 (1)PCl3 三角锥形 (2)AB
(3)氮原子最外层无d轨道,不能发生sp3d杂化
(4)+1 -1 sp3
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第2课时 杂化轨道理论简介
课时作业
(分值:54分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 杂化轨道理论
1.杂化轨道理论是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较,得出的结论正确的是( )
[A]sp杂化轨道的夹角最大
[B]sp2杂化轨道的夹角最大
[C]sp3杂化轨道的夹角最大
[D]sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
【答案】 A
【解析】 sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为 109°28'、120°、180°。
2.下列关于杂化轨道的叙述中,不正确的是( )
[A]分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时,该分子不一定为正四面体结构
[B]未参与杂化的p轨道可用于形成π键
[C]NF3和CF4分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键
[D]杂化轨道理论与VSEPR模型分析分子的空间结构结果常常相互矛盾
【答案】 D
【解析】 中心原子通过sp3杂化轨道成键的分子的空间结构可能是正四面体形(如CH4)、三角锥形(如NH3)或V形(如H2O),A项正确;π键是由未参与杂化的轨道“肩并肩”形成的,B项正确;三角锥形的NF3和正四面体形的CF4分子中,中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键,C项正确;杂化轨道理论和VSEPR模型都是为了解释分子的空间结构而提出的理论,由两者分析出的结果不相互矛盾,VSEPR模型将孤电子对考虑在内,而分子的空间结构不包括孤电子对,D项错误。
3.下列属于sp杂化轨道的是( )
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 D
【解析】 A项采用的杂化方式为sp3杂化,B项采用的杂化方式为sp2杂化,C项表示的是未参与杂化的p轨道,D项采用的杂化方式为sp杂化,故选D。
4.下列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中的sp3杂化轨道是由4个氢原子的1s轨道和碳原子的2p轨道杂化而形成的
[C]凡是中心原子通过sp2杂化轨道成键的分子,其空间结构都是平面三角形
[D]凡XY2型的共价化合物,其中心原子X均通过sp杂化轨道成键
【答案】 A
【解析】 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中的sp3杂化轨道是由碳原子的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,所以中心原子通过sp2杂化轨道成键的分子的空间结构不一定是平面三角形,如SO2的空间结构为V形,C错误;XY2型的共价化合物,中心原子X也可以是sp2杂化、sp3杂化,如OF2中O为sp3杂化,SO2中S为sp2杂化,D错误。
知识点2 粒子空间结构的分析判断
5.BF3是典型的平面三角形分子,它溶于氢氟酸或NaF溶液中都形成B,则BF3和B中硼原子的杂化轨道类型分别是( )
[A]sp2、sp2 [B]sp3、sp3
[C]sp2、sp3 [D]sp、sp2
【答案】 C
【解析】 BF3中硼原子的价层电子对数为3,所以为sp2杂化,B中硼原子的价层电子对数为4,所以为sp3杂化。
6.(2025·广东珠海月考)下列描述正确的是( )
[A]CO2的空间结构为V形
[B]Cl的空间结构为平面三角形
[C]H2O的VSEPR模型为四面体形
[D]S的中心原子杂化轨道类型为sp2
【答案】 C
【解析】 CO2的空间结构为直线形,A错误;Cl中心原子Cl的价层电子对数为3+=
3+1=4,含1个孤电子对,离子的空间结构为三角锥形,B错误;H2O中心原子O的价层电子对数为2+=2+2=4,VSEPR模型为四面体形,C正确;S中心原子S的价层电子对数为3+=3+1=4,中心原子采用sp3杂化,D错误。
7.下列有关SO2、SO3、S、H2SO4的说法正确的是( )
[A]SO2的空间结构为四面体形
[B]SO3分子中S采取sp3杂化
[C]S中的键角大于SO3中的键角
[D]工业上用98.3%的浓硫酸吸收SO3
【答案】 D
【解析】 SO2的中心原子S的价层电子对数为2+=3,含1个孤电子对,则SO2的空间结构为V形,A不正确;SO3的中心原子S的价层电子对数为3+=3,采取sp2杂化,B不正确;S的中心原子S的价层电子对数为4+=4,采取sp3杂化,SO3的中心原子S采取sp2杂化,则S中的键角小于SO3中的键角,C不正确;为了防止酸雾的形成,利于SO3的吸收,工业上用98.3%的浓硫酸吸收SO3,D正确。
能力提升
8.推理是学习化学知识的一种重要方法。下列推理合理的是( )
[A]SO2中硫原子采取sp2杂化,则CO2中碳原子也采取sp2杂化
[B]NH3的空间结构是三角锥形,则NCl3的空间结构也是三角锥形
[C]H2O的键角是105°,则H3O+的键角也是105°
[D]PCl3分子中每个原子最外层达到8电子稳定结构,则BF3分子中每个原子最外层也能达到8电子稳定结构
【答案】 B
【解析】 一个二氧化碳分子中含有2个σ键且中心原子不含孤电子对,所以碳原子采取sp杂化而不是sp2杂化,A项错误;NH3、NCl3中N都采取sp3杂化,有1个孤电子对,所以分子的空间结构都是三角锥形,B项正确;H3O+的空间结构为三角锥形,键角不是105°,C项错误;BF3分子中B为+3价,硼原子最外层未达8电子稳定结构,D项错误。
9.(2025·福建漳州月考)C、—CH3、C都是重要的有机反应中间体,下列有关它们的说法正确的是( )
[A]它们的碳原子均采取sp2杂化,其中C、C的结构示意图分别为、
[B]C与OH-形成的化合物中含有离子键
[C]C的键角比C的键角小
[D]C与NH3、H3O+的VSEPR模型均为四面体形
【答案】 D
【解析】 C中C采取sp2杂化,—CH3中C采取sp3杂化,C中C采取sp3杂化,故A错误;C与OH-形成的化合物为共价化合物甲醇,不含有离子键,故B错误;由A项分析可知,C的空间结构为平面三角形,键角为120°,C的空间结构为三角锥形,键角小于109°28',故C的键角比C的键角大,故C错误。
10.化合物X是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式为。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 X分子中所含σ键的数目为10NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)
[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】 X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孤电子对,故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化,A项错误,B项正确;1个X分子中有11个σ键,则 1 mol X分子中所含σ键的数目为11NA,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。
11.奇电子化合物(分子中含有未成对电子的化合物)往往具有较高的反应活性,易聚合,容易呈现颜色。NO2就是一种典型的奇电子化合物。下列说法不正确的是( )
[A]NO2分子中,N采取sp2杂化,NO2易二聚
[B]ClO2也是一种奇电子化合物,其呈现黄绿色,其分子中心原子采取sp2杂化
[C]N2O4无色的原因是聚合时NO2中奇电子成对,N2O4中不存在奇电子
[D]NO也可以发生二聚反应生成N2O2
【答案】 B
【解析】 NO2分子中,中心原子N的价层电子对数为2+=2.5,N采取sp2杂化,NO2为奇电子化合物,易二聚,A正确;ClO2是奇电子化合物,中心原子Cl的价层电子对数为2+=3.5,Cl采取sp3杂化,B错误;NO2是奇电子化合物,N2O4由NO2二聚得到,N2O4中不存在奇电子,所以N2O4无色,C正确;NO是奇电子化合物,可以发生二聚反应生成N2O2,D正确。
12.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中As的杂化方式为sp2杂化
[B]Al的VSEPR模型为正四面体形
[C]AsCl3的空间结构为平面三角形
[D]AsH3的键角为120°
【答案】 B
【解析】 As2O3中每个As形成3个As—O共价键,As上还有1个孤电子对,As的杂化轨道数目为4,所以As的杂化方式为sp3杂化,A错误;AsCl3中As形成3个σ键,孤电子对数为×(5-3×1)=1,As采取sp3杂化,含有1个孤电子对,所以分子的空间结构为三角锥形,C错误;AsH3中As的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,含有1个孤电子对,所以分子的空间结构为三角锥形,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,所以键角小于109°28',D错误。
13.(2025·重庆第一中学期中)X、Y、Z、M是原子序数依次增大的四种短周期元素,分别位于三个不同的短周期。Y是同周期单电子数最多的元素,Y、M同族,X、Z不同族。Z为非金属元素,且无单电子。下列叙述错误的是( )
[A]键角:Y[B]第一电离能:Z>Y>M
[C]Y2X4中Y的杂化方式为sp3杂化
[D]M与Cl2反应的产物不止一种
【答案】 A
【解析】 X、Y、Z、M是原子序数依次增大的四种短周期元素,分别位于三个不同的短周期,则X为H或He;Y是同周期单电子数最多的元素,则Y是N;Y、M同族,则M是P,Z的原子序数在N和P之间,且是非金属元素,无单电子,则Z为Ne,X、Z不同族,则X为H。N的空间结构为正四面体形,键角为109°28',PH3的空间结构为三角锥形,键角小于109°28',A错误;Ne是稀有气体元素,性质稳定,同周期元素中第一电离能最大,N与P属于同主族元素,第一电离能 N>P,故第一电离能Ne>N>P,B正确;Y2X4为N2H4,中心原子为N,N的价层电子对数为4,杂化方式为sp3杂化,C正确;P与Cl2反应可以生成PCl3和PCl5,产物不止一种,D正确。
14.(5分)(2025·上海浦东新区学业质量检测,节选)某杂志上报道了一种含有碳—碳单电子σ键的化合物,其化学式为C38H30I3,丰富了经典化学键理论。该物质的结构如图,虚线和圆点表示仅有1个共用电子的σ键。
[I—I—I]-
(其中—Ph表示)
(1)(1分)上图所示物质的正离子中,碳原子的杂化方式是 (填字母)。
A.只有sp2 B.只有sp3
C.sp和sp2 D.sp2和sp3
(2)(2分)结合题干信息,从化学键角度解释上图中左侧离子带正电荷的原因: 。
(3)(2分)依据价层电子对互斥模型,负离子[I—I—I]-的中心原子I的价层电子对数为
(填字母)。
A.2 B.3 C.4 D.5
【答案】 (1)D (2)碳—碳单电子σ键少了一个电子 (3)D
【解析】 (1)题图所示物质的正离子中苯环上的碳原子采用sp2杂化,其余碳原子周围的价层电子对数为4,采用sp3杂化,即该正离子中碳原子的杂化方式是sp2、sp3,故选D。(3)依据价层电子对互斥模型,负离子[I-I-I]-的中心原子I的价层电子对数为2+×(7+1-2×1)=5,故选D。
15.(10分)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,P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)(2分)NH3、PCl3和PCl5分子中,所有原子的最外层都满足8电子稳定结构的是 (填分子式),该分子的空间结构是 。
(2)(2分)下列关于PCl5分子的说法正确的有 (填字母)。
A.PCl5分子中磷原子没有孤电子对
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
(3)(2分)N、P是同一族元素,P能形成PCl3、PCl5两种氯化物,而N只能形成一种氯化物NCl3,不能形成NCl5,原因是 。
(4)(4分)经测定,NH5中存在离子键,氮原子的最外层电子数是8,所有氢原子的最外层电子数都是2,则NH5中H的化合价为 和 ;该化合物中氮原子的杂化方式为 。
【答案】 (1)PCl3 三角锥形 (2)AB
(3)氮原子最外层无d轨道,不能发生sp3d杂化
(4)+1 -1 sp3
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第2课时 杂化轨道
理论简介
1.了解杂化轨道理论的基本内容。2.会用杂化轨道理论判断分子的空间结构,对分子的空间结构进行解释和预测。
轨道杂化和杂化轨道
知识点1
1.轨道杂化
能量相同
方向不同
例如:在形成甲烷分子时,碳原子的 轨道和3个 轨道发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,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轨道重叠成键形成甲烷分子,所以4个C—H σ键是等同的。可表示为
2s
2p
sp3
sp3
2.对杂化过程的理解
3.三种杂化轨道
(1)三种杂化轨道的比较。
杂化类型 sp sp2 sp3
参与杂
化的原
子轨道 1个s和
1个p 1个s和
2个p 1个s和
3个p
杂化
轨道数 个sp
杂化轨道 个sp2
杂化轨道 个sp3
杂化轨道
杂化轨道
间夹角
空间指向 直线 正三角形
的三个顶点 正四面体的
四个顶点
2
3
4
180°
120°
109°28'
(2)三种杂化轨道形成的示意图。
①sp3杂化。
4.判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法
(1)根据杂化轨道的空间分布结构判断。
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形,则分子的中心原子发生 杂化。
②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则分子的中心原子发生 杂化。
③若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则分子的中心原子发生 杂化。
sp3
sp2
sp
(2)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',则分子的中心原子发生 杂化。
②若杂化轨道之间的夹角为120°,则分子的中心原子发生 杂化。
③若杂化轨道之间的夹角为180°,则分子的中心原子发生 杂化。
sp3
sp2
sp
[深度思考]
(1)在 中,中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式为 。
sp2、sp3
(2)从杂化轨道理论的角度比较键角大小的方法:
。
先看中心原子杂化轨道类型,杂化轨道类型不同时,键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小;杂化轨道类型相同时,中心原子孤电子对数越多,键角越小
5.中心原子杂化轨道类型的判断
杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对,所以有公式:杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+中心原子形成的σ键个数。
代表物 杂化轨道数 中心原子的杂化轨道类型
CO2 0+2=2
CH2O 0+3=3
CH4 0+4=4
SO2 1+2=3
NH3 1+3=4
H2O 2+2=4
sp
sp2
sp3
sp2
sp3
sp3
1.判断正误。
(1)同一原子中能量相近的原子轨道才能参与杂化。( )
(2)孤立的原子不可能形成杂化轨道。( )
(3)sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个 p轨道混杂形成的4个sp3杂化轨道。
( )
(4)NH3和CH4分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键。( )
√
√
×
√
2.下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
[A]第ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
[B]杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键
[C]s轨道和p轨道杂化不可能有sp4杂化轨道出现
[D]孤电子对有可能参加杂化
B
【解析】 第ⅠA族元素如果是碱金属元素,其原子易失电子,如果是H,一个电子在1s能级上,不可能杂化;杂化轨道只能形成σ键,不可能形成π键;p能级只有3个p轨道,不可能有sp4杂化。
3.下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是( )
[A]由同一能层上的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能级成分占三分之一
[D]sp2杂化轨道最多可形成2个σ键
D
【解析】 同一能层上s轨道与p轨道的能量差异不是很大,参与杂化的轨道的能量差异也不能过大,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,s能级成分占三分之一,C项正确;sp2杂化轨道最多可形成3个σ键,D项错误。
4.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
[A]CS2与SO2
[B]CBr4与NBr3
[C]BeCl2与BF3
[D]C2H4与C2H2(结构简式为CH≡CH)
B
【解析】 CS2分子中的C为sp杂化,SO2分子中的S为sp2杂化,A不符合题意;
CBr4分子中的C为sp3杂化,NBr3分子中的N也为sp3杂化,B符合题意;BeCl2分子中的Be为sp杂化,BF3分子中的B为sp2杂化,C不符合题意;C2H2分子中的C为sp杂化,而C2H4分子中的C为sp2杂化,D不符合题意。
5.(2024·浙江师大附中段考)下列关于杂化轨道的叙述不正确的是( )
[A]苯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
D
【解析】 苯分子中的每个碳原子与相邻两个碳原子及与之相连的一个氢原子形成3个σ键,同时每个碳原子还有一个未参加杂化的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,而杂化轨道用于形成σ键或者容纳孤电子对,因此苯分子中所有碳原子均采取sp2杂化成键,故A项正确;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,如NH3中N是sp3杂化,所以形成4个杂化轨道,其中3个用于形成N—H σ键,还有1个用于容纳未参与成键的孤电子对,故B项正确;
归纳总结
杂化轨道理论的正确理解
(1)只有能量相近的原子轨道才能杂化,且参与杂化的原子轨道数目与形成的杂化轨道数目相同,如1个 s+3个p=4个sp3。
(2)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。
(3)杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。
归纳总结
杂化轨道类型与分子的空间结构
知识点2
杂化
类型 sp sp2 sp3
轨道
组成 个ns和 个np 个ns和 个np 个ns和 个np
轨道
夹角
1.杂化轨道类型与分子的空间结构的关系
(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时。
1
1
1
2
1
3
180°
120°
109°28'
直线
平面三角
正四面体
(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时。
由于孤电子对参与互相排斥,会使分子的空间结构与杂化轨道的形状有所
。如水分子中氧原子的4个sp3杂化轨道中有 个被 占据,其分子不呈 形,而呈 形;氨分子中氮原子的4个sp3杂化轨道中有 个被 占据,氨分子不呈 形,而呈 形。
区别
2
孤电子对
正四面体
V
1
孤电子对
正四面体
三角锥
分子组成
(A为中
心原子) 中心原子
的孤电
子对数 中心原子
的杂化
方式 分子空间
结构 实例
AB2 0 sp 形 BeCl2
1 sp2 形 SO2
2 sp3 形 H2O
直线
V
V
AB3 0 sp2 形 BF3
1 sp3 形 NH3
AB4 0 sp3 形 CH4
平面三角
三角锥
正四面体
2.常见分子空间结构的确定
杂化轨道类型 价层电子对的空间结构 成键电
子对数 孤电子对数 价层电子对的排列方式 分子的空间结构 实例
sp 直线形 2 0 形 HC≡CH、
BeCl2、CO2
直线
sp2 平面三角形 3 0 形 BF3、BCl3
2 1 形 SO2、SnCl2
平面三角
V
sp3 四面
体形 4 0
形 CH4、CCl4
3 1
形 NH3、NF3
2 2
形 H2O、H2S
正四面体
三角锥
V
[深度思考]
NH3、CH4分子中,N、C都采用sp3杂化,NH3分子的空间结构是三角锥形,
CH4分子的空间结构是正四面体形。两种分子空间结构不同的原因是
。
形成的4个sp3杂化轨道中,NH3分子中只有3个杂化轨道与H的1s轨道重叠形成共价键,另1个杂化轨道中有1个未成键的孤电子对,其对成键电子对有较强的排斥作用,使H—N—H键角变小,从而使分子呈三角锥形,而CH4分子中4个sp3杂化轨道分别与H的1s轨道重叠形成共价键,轨道夹角=共价键键角=109°28',分子呈正四面体形
(1)中心原子是sp杂化的分子的空间结构不一定为直线形。( )
(2)NH3为三角锥形,N发生sp2杂化。( )
(3)分子中中心原子若通过sp3杂化轨道成键,则该分子一定为正四面体结构。
( )
(4)凡中心原子采取sp3杂化的分子,其VSEPR模型都是(正)四面体形。( )
1.判断正误。
×
×
×
√
√
2.下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是( )
D
3.下列分子或离子的空间结构和中心原子的杂化方式均正确的是( )
C
4.下列分子中,中心原子的杂化轨道类型相同,分子的空间结构也相同的是
( )
[A]BeCl2、CO2
[B]H2O、NH3
[C]PH3、HCHO
[D]CH2 CH2、CH≡CH
A
【解析】 氯化铍分子中铍原子的价层电子对数为2、孤电子对数为0,杂化方式为sp杂化,分子的空间结构为直线形,二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2、孤电子对数为0,杂化方式为sp杂化,分子的空间结构为直线形,两者的中心原子的杂化轨道类型相同,空间结构也相同,故A符合题意;水分子中氧原子的价层电子对数为4、孤电子对数为2,分子的空间结构为V形,氨分子中氮原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,分子的空间结构为三角锥形,两者的空间结构不同,故B不符合题意;
磷化氢分子中磷原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,杂化方式为sp3杂化,分子的空间结构为三角锥形,甲醛分子中碳原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,杂化方式为sp2杂化,分子的空间结构为平面三角形,两者的中心原子的杂化轨道类型和空间结构都不相同,故C不符合题意;乙烯分子中碳原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,杂化方式为sp2杂化,分子的空间结构为平面形,乙炔分子中碳原子的价层电子对数为2、孤电子对数为0,杂化方式为sp杂化,分子的空间结构为直线形,两者的中心原子的杂化轨道类型和空间结构都不相同,故D不符合题意。
5.根据所学理论填写下表。
sp
sp2
sp3
sp3
直线形
平面三角形
正四面体形
正四面体形
180°
120°
109°28'
109°28'
归纳总结
1.常见物质中心原子的杂化方式
2.注意同族元素形成的结构相似的物质,如CO2与CS2、BF3与BBr3等的中心原子的杂化轨道类型和分子的空间结构分别相同。
