分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
课时2 杂化轨道理论
价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法不正确的是（ ）。
A. SO2和SO3的VSEPR模型均为平面三角形 B. PCl3、NCl3的空间构型都是三角锥形
C. BF3和NF3均为sp2杂化 D. CO2与的键角相等
2. 徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如等。下列说法错误的是( )。
A. 分子中O原子为杂化 B. 分子中C原子为杂化
C. 分子中N原子为杂化 D. 分子中C原子均为杂化
3. 下列分子所含原子中，既有杂化又有杂化的是( )。
A. B.
C. D.
4. 下列分子或离子的立体构型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. CO 三角锥形 sp3杂化
5. 根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的立体构型正确的是( )。
选项 分子式 中心原子 杂化方式 价层电子对 互斥模型 分子或离子 的立体构型
A SO2 sp 直线形 直线形
B HCHO sp2 平面三角形 三角锥形
C NF3 sp2 四面体形 平面三角形
D NH4+ sp3 正四面体形 正四面体形
6. 下列各组微粒的空间结构不相同的是( )。
A. NH和H3O+ B. H2O和SO2
C. CO2和C2H2 D. SiO和SO
7. 甲醇(CH3OH)空气氧化法是生产工业甲醛(HCHO)的常用方法。发生的反应为2CH3OH+O22+2H2O。
(1)C、H、O 三种元素的电负性由大到小的顺序为___________。
(2)H2O的中心原子上的孤电子对数为___________。
(3)HCHO分子内σ键与π键个数之比为___________，HCHO的空间结构为___________。
(4)CH3OH和HCHO分子中碳原子的杂化轨道类型分别为___________和___________。
8. 臭氧(O3)能吸收紫外线，保护人类赖以生存的环境。O3分子的结构如图所示，呈V形，键角为116.5°，请回答：
（1）O3中的O—O键是________(填“非极性键”或“极性键”)，O3中O的杂化方式是________。
（2）分子中的大π键可用符号Π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Π)，则O3中的大π键应表示为____。
（3）下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是____(填字母)。
A．H2O B．CO2 C．SO2 D．BeCl2
（4）分子中某一原子上没有跟其他原子共用的电子对叫孤电子对，O3分子中有____对孤电子对。
9. Ⅵ 族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态，含ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：
（1）S单质的常见形式是，其环状结构如图所示，S原子采用的轨道杂化方式是_______。
（2）Se的核外电子的排布式为_______。
（3）气态分子的立体构型为_______，的立体构型为_______。价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法不正确的是（ ）。
A. SO2和SO3的VSEPR模型均为平面三角形 B. PCl3、NCl3的空间构型都是三角锥形
C. BF3和NF3均为sp2杂化 D. CO2与的键角相等
【答案】C
【解析】A．SO2分子中S原子价层电子对数为2+=3，SO3分子中S原子价层电子对个数为3+=3，VSEPR模型均为平面三角形，选项A正确；B．PCl3分子中P原子价层电子对数为3+=4且含有1个孤电子对，NCl3中N原子价层电子对个数为3+=4且含有1个孤电子对，空间构型两者都是三角锥形，选项B正确；C．BF3分子中B原子价层电子对数为3+=3，NF3中N原子价层电子对个数为3+=4，B原子采用sp2杂化、N原子采用sp3杂化，选项C错误；D．CO2和互为等电子体，结构相似，所以键角相等，选项D正确。
2. 徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如等。下列说法错误的是( )。
A. 分子中O原子为杂化
B. 分子中C原子为杂化
C. 分子中N原子为杂化
D. 分子中C原子均为杂化
【答案】D
【解析】分子中O原子形成2个键，含有2对孤电子对，采取杂化，A正确；分子中C原子形成2个键，没有孤电子对，采取杂化，B正确；分子中N原子形成3个键，含有1对孤电子对，采取杂化，C正确；分子中有2个碳原子，其中甲基上的碳原子形成4个键，没有孤电子对，采取杂化，D错误。
3. 下列分子所含原子中，既有杂化又有杂化的是( )。
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】中甲基上的C为杂化，上的C为杂化，A正确； 中碳碳双键上的C为杂化，上的C为杂化，B错误；中上的C为杂化，C错误； 中甲基上的C为杂化，碳碳三键上的C为杂化，D错误。
4. 下列分子或离子的立体构型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. CO 三角锥形 sp3杂化
【答案】C
【解析】AsH3中心原子的价层电子对数=3+(5-3×1)=4，As的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，A错误；的中心原子的价层电子对数=3+(6-1-3×1)=4，O的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，B错误；H2Se中心原子的价层电子对数=2+(6-2×1)=4，Se的杂化方式为sp3，含有两对孤电子对，分子的立体构型为V形，C正确；中心原子的价层电子对数=3+(4+2-3×2)=3，C的杂化方式为sp2，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，D错误。
5. 根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的立体构型正确的是( )。
选项 分子式 中心原子 杂化方式 价层电子对 互斥模型 分子或离子 的立体构型
A SO2 sp 直线形 直线形
B HCHO sp2 平面三角形 三角锥形
C NF3 sp2 四面体形 平面三角形
D NH4+ sp3 正四面体形 正四面体形
【答案】D
【解析】SO2的中心原子杂化方式为sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，含有一个孤电子对，分子的立体构型为V型结构，A错误；HCHO分子的中心原子杂化方式为sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，B错误；NF3分子的中心原子杂化方式为sp3，价层电子对互斥模型为四面体形，含有一个孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，C错误；NH4+的中心原子杂化方式为sp3，价层电子对互斥模型为正四面体形，没有孤电子对，离子的立体构型为正四面体形，D正确。
6. 下列各组微粒的空间结构不相同的是( )。
A. NH和H3O+ B. H2O和SO2
C. CO2和C2H2 D. SiO和SO
【答案】A
【解析】的空间结构为正四面体形，的空间结构为三角锥形，二者空间结构不同，A符合题意；和的空间结构都是V形，B不符合题意；和都是直线形分子，C不符合题意；和的空间结构都是正四面体形，D不符合题意。
7. 甲醇(CH3OH)空气氧化法是生产工业甲醛(HCHO)的常用方法。发生的反应为2CH3OH+O22+2H2O
(1)C、H、O 三种元素的电负性由大到小的顺序为___________。
(2)H2O的中心原子上的孤电子对数为___________。
(3)HCHO分子内 σ 键与 π 键个数之比为___________，HCHO的空间结构为___________。
(4)CH3OH和HCHO分子中碳原子的杂化轨道类型分别为___________和___________。
【答案】（1） O＞C＞H （2）2 （3）3︰1 平面三角形 （4）sp3 sp2
【解析】(1)C、H、O三种元素非金属性：H＜C＜O，所以电负性由小到大的顺序：H＜C＜O。(2)H2O分子存在2对共用电子对，氧原子的孤对电子数=。(3)HCHO中碳原子含有3个σ 键，1个π 键，HCHO分子内 σ 键与 π 键个数之比为3 ：1，HCHO中碳原子含有3个 σ 键，不含孤电子对，所以其空间构型是平面三角形。(4)CH3OH中碳原子含有4个 σ 键，不含孤电子对，采取sp3杂化，HCHO中碳原子含有3个 σ 键，不含孤电子对，采取sp2杂化。
8. 臭氧(O3)能吸收紫外线，保护人类赖以生存的环境。O3分子的结构如图所示，呈V形，键角为116.5°，请回答：
（1）O3中的O—O键是________(填“非极性键”或“极性键”)，O3中O的杂化方式是________。
（2）分子中的大π键可用符号Π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Π)，则O3中的大π键应表示为____。
（3）下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是____(填字母)。
A．H2O B．CO2 C．SO2 D．BeCl2
（4）分子中某一原子上没有跟其他原子共用的电子对叫孤电子对，O3分子中有____对孤电子对。
【答案】（1）极性键 p2杂化 （2）Π （3）C （4）5
【解析】（1）由O3分子的结构可知，整个分子正负电荷中心不重合，属于极性分子，氧原子之间的键属于单键与双键之间的特殊键，也形成大π键，根据价键理论可知，为极性共价键；在O3中，中心的O原子采取sp2杂化。（2）O3分子呈V形，在3个原子之间还存在着1个分子平面的大 π 键，分子中的大 π 键可用符号Π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Π)，则O3中的大 π 键应表示为Π。
在O3分子中，中心的氧原子以sp2杂化，与两端的配位氧原子键合生成2个键，有1对孤电子对，使O3分子呈V形；H2O分子中含有2个键，2对孤电子对，O原子采取sp3杂化，空间结构为V形；CO2分子中含有2个键，没有孤电子对，C原子采取sp杂化，空间结构为直线形；SO2分子中含有2个键，1对孤电子对，S原子采取sp2杂化，空间结构为V形；BeCl2分子中含有2个键，没有孤电子对，Be原子采取sp杂化，空间结构为直线形；故与O3分子的结构最相似的是SO2，故选C。（4）O3分子中，中间的氧原子含有1对孤电子对，两边的氧原子各含有2对孤电子对，所以共有5对孤电子对。
9. Ⅵ族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态，含ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：
（1）S单质的常见形式是，其环状结构如图所示，S原子采用的轨道杂化方式是_______。
（2）Se的核外电子的排布式为_______。
（3）气态分子的立体构型为_______，的立体构型为_______，
【答案】（1）杂化 （2）
（3）平面正三角形 三角锥形
【解析】（1）每个S原子含有2个σ键和2个孤电子对，所以每个S原子的价层电子对个数是4，则S原子为sp3杂化。（2）硒为34号元素，处于第四周期ⅥA族，基态硒核外电子排布式为。（3）气态SeO3分子中Se原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，所以其立体构型为平面三角形，中S原子价层电子对个数=3+=4且含有一个孤电子对，所以的立体构型为三角锥形。
