课时分层作业(七) 杂化轨道理论简介
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
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N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的1个s轨道杂化而成的
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 [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，不能用来形成π键，故B正确，A不正确；NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的，C不正确；在乙烯分子中，1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的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，剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个C—C
σ键，D不正确。]
2．甲烷分子(CH4)失去一个H＋，形成甲基阴离子(CH)，在这个过程中，下列描述不合理的是( )
A．碳原子的杂化类型发生了改变
B．粒子的形状发生了改变
C．粒子的稳定性发生了改变
D．粒子中的键角发生了改变
A [CH4为正四面体结构，而CH为三角锥形结构，形状、键角、稳定性均发生改变，但杂化类型不变，仍是sp3杂化。]
3．在SO2分子中，分子的空间结构为V形，S原子采用sp2杂化，那么SO2的键角( )
A．等于120°
B．大于120°
C．小于120°
D．等于180°
C [由于SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上讲其键角应为120°，但是由于SO2分子中的S原子有一对孤电子对，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此分子中的键角要小于120°。]
4．下列关于价层电子对互斥理论及杂化轨道理论的叙述不正确的是( )
A．价层电子对互斥理论将分子分成两类：中心原子有孤电子对的和无孤电子对的
B．价层电子对互斥理论既适用于单质分子，也适用于化合物分子
C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道通过杂化形成的一组能量相近的新轨道
D．AB2型共价化合物的中心原子A采取的杂化方式可能不同
B [在VSEPR理论中，将分子分成了含孤电子对与不含孤电子对两种情况，显然分子的VSEPR模型与空间结构可能相同(不含孤电子对的情况下)，也可能不同(含孤电子对的情况下)，A项正确；VSEPR模型的研究对象仅限于化合物分子，不适用于单质分子，B项错误；AB2型共价化合物由于其中心原子具有的孤电子对数和σ键电子对数可能不同，则其采取的杂化方式也可能不同，D项正确。]
5．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 [中间的碳原子形成了3个σ键，无未成键电子对，需要形成3个杂化轨道，采用的杂化方式是sp2杂化；两边的碳原子各自形成了4个σ键，无未成键电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的杂化方式是sp3杂化。]
6．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BF，则BF3和BF中B原子的杂化轨道类型分别是( )
A．sp2、sp2
B．sp3、sp3
C．sp2、sp3
D．sp、sp2
C [BF3中B原子的价层电子对数为3，所以为sp2杂化，BF中B原子的价层电子对数为4，所以为sp3杂化。]
7．下列分子所含原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是( )
A [乙醛中甲基的碳原子采取sp3杂化，醛基中的碳原子采取sp2杂化；丙烯腈中碳碳双键的两个碳原子均采取sp2杂化，另一个碳原子采取sp杂化；甲醛中碳原子采取sp2杂化；丙炔中甲基的碳原子采取sp3杂化，碳碳三键中两个碳原子均采取sp杂化。]
8．(双选)苯分子(C6H6)为平面正六边形结构，下列有关苯分子的说法错误的是( )
A．苯分子中的中心原子C的杂化方式为sp2
B．苯分子内的共价键键角为120°
C．苯分子中的共价键的键长均相等
D．苯分子的化学键是单、双键相交替的结构
CD [由于苯分子的结构为平面正六边形，可以说明分子内的键角为120°，所以中心原子的杂化方式均为sp2杂化，所形成的碳碳共价键是完全相同的。其中碳碳键的键长完全相同，而与碳氢键的键长不相等。]
9．下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是( )
选项
粒子
空间结构
杂化方式
A
SO3
平面三角形
S原子采取sp杂化
B
SO2
V形
S原子采取sp3杂化
C
CO
三角锥形
C原子采取sp2杂化
D
C2H2
直线形
C原子采取sp杂化
D [A项，SO3分子中硫原子的价层电子对数＝3＋×(6－3×2)＝3，不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；B项，SO2分子中硫原子的价层电子对数＝2＋×(6－2×2)＝3，含1对孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为V形，错误；C项，CO中碳原子价层电子对数＝3＋×(4＋2－3×2)＝3，不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；D项，乙炔(CH≡CH)分子中每个碳原子均形成2个σ键和2个π键，价层电子对数是2，为sp杂化，空间结构为直线形，正确。]
10．下列有关二氯化锡(SnCl2)分子的说法正确的是( )
A．有一个σ键、一个π键
B．是直线形分子
C．中心原子Sn是sp2杂化
D．键角等于120°
C [氯原子只能形成单键，而单键只能是σ键，A项错误；由于中心原子Sn形成了两个σ键、还有一对孤电子对，故它是sp2杂化，SnCl2为V形结构，受孤电子对的影响，键角小于120°，B、D项错误，C项正确。]
[素养培优练]
11．下列关于NH、NH3、NH三种微粒的说法不正确的是( )
A．三种微粒所含有的电子数相等
B．三种微粒中氮原子的杂化方式相同
C．三种微粒的空间构型相同
D．键角大小关系：NH>NH3>NH
C [NH、NH3、NH含有的电子数均为10，A正确；NH、NH3、NH三种微粒中氮原子的杂化方式均为sp3杂化，B正确；NH空间结构为正四面体形，NH3为三角锥形，NH为V形，C错误；NH、NH3、NH三种粒子的键角大小关系为NH>NH3>NH，D正确。]
12．下列说法正确的是( )
A．CH2Cl2分子的空间结构为正四面体形
B．H2O分子中氧原子的杂化轨道类型为sp2，分子的立体构型为V形
C．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp，分子的立体构型为直线形
D．SO的空间结构为平面三角形
C [CH4中4个共价键完全相同，为正四面体形，CH2Cl2分子的4个共价键不完全相同，所以分子的空间结构不是正四面体形，A错误；H2O分子中O原子的价层电子对数＝2＋×(6－1×2)＝4，为sp3杂化，含有2个孤电子对，分子的空间结构为V形，B错误；CO2中C原子的价层电子对数＝2＋×(4－2×2)＝2，为sp杂化，分子的空间结构为直线形，C正确；SO中S原子的价层电子对数＝3＋×(6＋2－3×2)＝4，为sp3杂化，含1对孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，D错误。]
13．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之间是未参加杂化的2p轨道形成π键
D．C—C之间是sp2形成σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成π键
A [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5个σ键，未杂化的2p轨道形成π键。]
14．如图是甲醛分子的模型，根据该图和所学化学知识回答下列问题：
甲醛分子的比例模型 甲醛分子的球棍模型
(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是________，作出该判断的主要理由是__________________________________________。
(2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是________(填序号)。
①单键 ②双键 ③σ键 ④π键 ⑤σ键和π键
(3)甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角________(填“＝”“>”或“<”)120°，出现该现象的主要原因是___________________________________
________________________________________________________________
_________________________________________________________。
[解析] (1)原子的杂化轨道类型不同，分子的空间结构也不同。由图可知，甲醛分子为平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。
(2)醛类分子中都含有C===O键，所以甲醛分子中的碳氧键是双键。一般来说，双键是σ键和π键的组合。
(3)由于碳氧双键中存在π键，它对C—H的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H与C—H间的夹角小于120°。
[答案] (1)sp2杂化 甲醛分子的空间结构为平面三角形 (2)②⑤ (3)< 碳氧双键中存在π键，它对C—H的排斥作用较强
15．(1))蓝矾(CuSO4·5H2O)的结构如图所示：
SO的空间结构是________，其中S原子的杂化轨道类型是________；基态O原子的价轨道表示式为______________________________________。
(2)气态SO3分子的空间结构为________；将纯液态SO3冷却到289.8
K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构如图，此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是________。
[解析] (1)SO中S有4个σ键，孤电子对数是＝0，因此价层电子对数为4，空间结构是正四面体形，杂化轨道数＝价层电子对数＝4，即杂化类型为sp3杂化；基态O原子的价电子排布式为2s22p4，故价轨道表示式是。
(2)SO3中价层电子对数为3，没有孤电子对，空间结构为平面三角形；图中固态SO3中S原子形成4个共价单键，其杂化轨道类型是sp3杂化。
[答案] (1)正四面体形 sp3杂化
(2)平面三角形 sp3杂化
16．(素养题)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原子的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)NH3、PCl3和PCl5分子中，所有原子的最外层电子数都是8个的是________(填分子式)，该分子的空间结构是________。
(2)有同学认为，NH5与PCl5类似，N原子的1个2s轨道、3个2p轨道和1个2d轨道可能发生sp3d杂化。请你对该同学的观点进行评价：_______________。
(3)经测定，NH5中存在离子键，N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的电子式是________________。
[解析] (1)写出NH3、PCl3和PCl5分子的电子式不难发现，氢原子是2e－稳定，氯原子是8e－稳定。在PCl3中磷原子外围是8e－，PCl5中磷原子外围是10e－，所有原子的最外层电子数都是8个的只有PCl3；联想到氨分子的空间结构，PCl3分子的空间结构是三角锥形。(3)要满足N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的电子式应是
。
[答案] (1)PCl3 三角锥形
(2)不对，因为N原子没有2d轨道
(3)
7/7第二节 分子的空间结构
第1课时 分子结构的测定 多样的分子空间结构价层电子对互斥模型
发
展
目
标
体
系
构
建
1.了解分子结构的测定方法。2.认识共价分子结构的多样性和复杂性。3.理解价层电子对互斥理论的含义。4.能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构。
一、分子结构的测定
1．早年的科学家主要靠对物质的化学性质进行系统总结得出规律后推测分子的结构。
2．如今，科学家应用红外光谱、晶体X射线衍射等现代仪器和方法测定分子的结构。
3．红外光谱工作原理
(1)原理：红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到谱图上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知分子中含有何种化学键或官能团的信息。
(2)红外光谱仪原理示意图
微点拨：用红外光谱仪测定化学键或官能团信息。用质谱法测定分子的相对分子质量，在质谱图中质荷比最大的数据代表所测物质的相对分子质量。
二、多样的分子空间结构
分子类型
化学式
空间结构
结构式
键角
空间填充模型
球棍模型
三原子分子
CO2
直线形
O===C===O
180°
H2O
V形
105°
四原子分子
CH2O
平面三角形
120°
NH3
三角锥形
107°
五原子分子
CH4
四面体形
109°28′
科学家研制出可望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3如图所示。已知
该分子中N—N—N键角都是108.1°。试推测四个氮原子围成的空间是空间正四面体吗？
[提示] 不是。由于N—N—N键角都是108.1°。所以四个氮原子围成的空间不是正四面体而是三角锥形。
三、价层电子对互斥模型
1．价层电子对互斥理论
分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。
2．中心原子上价层电子对的计算
(1)价层电子对
(2)计算
①σ键电子对的计算
由分子式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。如H2O分子中，O有2对σ键电子对，NH3分子中，N有3对σ键电子对。
②中心原子上的孤电子对的计算
中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)
a．a表示中心原子的价电子数。
对于主族元素：a＝原子的最外层电子数。
对于阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数。
对于阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值)。
b．x表示与中心原子结合的原子数。
c．b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。
(3)VSEPR模型与分子或离子的空间结构
σ键电子对数＋孤电子对数＝价层电子对数VSEPR模型分子或离子的空间结构。
分子或离子
孤电子对数
价层电子对数
VSEPR模型名称
分子或离子的空间结构名称
CO2
0
2
直线形
直线形
SO2
1
3
平面三角形
V形
CO
0
3
平面三角形
平面三角形
H2O
2
4
四面体形
V形
NH3
1
4
四面体形
三角锥形
CH4
0
4
正四面体形
正四面体形
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)CH2Cl2分子只有一种，可说明CH4的空间结构为正四面体形。
(√)
(2)分子的VSEPR模型和相应分子的立体构型是相同的。
(×)
(3)根据价层电子对互斥理论，H3O＋的立体构型为平面正三角形。
(×)
(4)SO2分子与CO2分子的组成相似，故它们都是直线形分子。
(×)
2．下列分子的空间结构错误的是( )
A．SO2：
B．NH3：
C．CS2：
D．CH4：
B [NH3的空间结构为三角锥形。]
3．为了解释和预测分子的空间结构，科学家在归纳了许多已知分子空间结构的基础上，提出了一种十分简单的理论模型——价层电子对互斥理论。这种模型把分子分成两类：一类是中心原子________(填“有孤电子对”或“无孤电子对”，下同)；另一类是中心原子______________。BF3和NF3都是四个原子的分子，BF3分子的立体构型是平面三角形，而NF3分子的立体构型是三角锥形的原因是___________________________________________________________
________________________________________________________________。
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
[答案] 无孤电子对 有孤电子对 BF3分子中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键而形成平面三角形；而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成共价键，还有1对未成键的孤电子对，占据了N原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形
利用价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间结构
ABm型分子的价层电子对数n＝
利用上式计算A原子的价层电子对数时，需注意：
(1)氧族元素的原子作为中心原子A时提供6个价电子，作为配位原子B时不提供价电子。
(2)卤素原子作为中心原子A时提供7个价电子，作为配位原子B时提供1个价电子。
(3)若为分子，电荷数为0；若为阳离子，则减去电荷数，如NH，n＝＝4；若为阴离子，则加上电荷数，如SO，n＝＝4。
(1)根据上面背景信息分析BCl3的价层电子对数、价层电子对空间结构、分子空间结构是怎样的？
提示：BCl3的价层电子对数有3对，价层电子对空间结构为平面三角形，分子空间结构为平面三角形。
(2)NF3的价层电子对、价层电子对空间结构、分子空间结构是怎样的？
提示：NF3的价层电子对为4对，价层电子对空间结构为四面体形，分子空间结构为三角锥形。
(3)通过(1)、(2)两例分析价层电子对的空间结构与分子的空间结构一定相同吗？二者之间有何规律存在？
提示：价层电子对的空间结构与分子的空间结构不一定一致，分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的空间结构一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的空间结构不一致。
利用价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间结构解题思路
说明：(1)若ABn型分子中，A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成，则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一对电子对看待。
(2)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对－孤电子对＞孤电子对－成键电子对＞成键电子对－成键电子对。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减小，键角也减小。如CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小。
1．若ABn分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价层电子对互斥理论，下列说法正确的是( )
A．若n＝2，则分子的空间结构为V形
B．若n＝3，则分子的空间结构为三角锥形
C．若n＝4，则分子的空间结构为正四面体形
D．以上说法都不正确
C [若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子的空间结构为直线形；当n＝3时，分子的空间结构为平面三角形；当n＝4时，分子的空间结构为正四面体形。]
2．用价层电子对互斥理论(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，下列判断错误的是( )
A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子
B．BF3键角为120°
C．BF3、SO3都是平面三角形的分子
D．PCl3、NH3都是三角锥形的分子
A [A.SO2中价层电子对数＝2＋×(6－2×2)＝3且含有1对孤电子对，所以SO2为V形结构，CS2、HI为直线形结构，故A错误；B.BF3中价层电子对数＝3＋×(3－3×1)＝3，为平面三角形结构，所以BF3键角为120°，故B正确；C.BF3、SO3中中心原子价层电子对数都是3且不含孤电子对，所以这两种分子都是平面三角形结构，故C正确；D.PCl3、NH3中价层电子对数＝3＋×(5－3×1)＝4，且含有1对孤电子对，所以PCl3、NH3均为三角锥形结构，故D正确。]
3．(1)计算下列分子中标“·”原子的价层电子对数：
①Cl4________；②eCl2________；③Cl3________；
④Cl3________。
(2)计算下列分子中标“·”原子的孤电子对数：
①H2
________；②Cl5________；③F3________；
④H3________。
[答案] (1)①4 ②2 ③3 ④4
(2)①2 ②0 ③0 ④1
用价层电子对互斥理论推测分子或离子的空间结构时的常见错误
?1?计算阴、阳离子的中心原子的价层电子对数时未考虑离子所带电荷而计算错误。
?2?由电子式或路易斯结构式判断中心原子价层电子对数时未将双键或三键当作一对价层电子对计算。
?3?不能准确区分和判断孤电子对和成键电子对。判断ABn型分子中孤电子对数的简单方法为孤电子对数＝价层电子对数－n。
?4?误将VSEPR模型当作分子或离子的空间结构。
?5?错误地利用相似性规律判断分子或离子的空间结构。
1．下列叙述正确的是( )
A．NH3分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心
B．CCl4分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心
C．H2O分子中O原子处在2个H原子所组成的直线的中央
D．CO2是非极性分子，分子中C原子处在2个O原子所连接的直线的中央
D [NH3分子为三角锥形分子，N原子位于锥顶，A错误；CCl4分子为正四面体形分子，B错误；H2O分子为V形结构，C错误；CO2分子为直线形，C原子位于两个O原子连线的中央，D正确。]
2．下列分子结构与分子中共价键键角对应正确的是( )
A．直线形分子：180°
B．平面正三角形：120°
C．三角锥形：109°28′
D．正四面体形：109°28′
B [A项，HCl也是直线形分子，因只有一个共价键，故不存在键角，A项错误；氨分子呈三角锥形，键角为107°，C项错误；甲烷、白磷分子均是正四面体形分子，但键角分别为109°28′、60°，D项错误，故选B项。]
3．下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是( )
A．价层电子对就是σ键电子对
B．孤电子对数由分子式来确定
C．分子的空间结构是价层电子对互斥的结果
D．孤电子对数等于π键数
C [价层电子对数是σ键电子对数与中心原子上的孤电子对数之和，中心原子上的孤电子对数是指没有成键的价电子对数，其与中心原子价层电子总数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子数及与中心原子结合的原子数有关，A、B、D项错误。]
4．下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的是( )
A．H2O
B．HCl C．NH D．PCl3
A [A项，氧原子有两对未成键的价电子对；B项，HCl分子属于AB型分子，没有中心原子；C项，NH的中心原子的价电子全部参与成键；D项，磷原子有一对未成键的价电子对。]
5．用价层电子对互斥理论完成下列问题(点“·”的原子为中心原子)。
分子或离子
σ键电子对数
中心原子上的孤电子对数
分子或离子的空间结构名称
H2S
Cl3
Cl3
O2
O
[答案]
分子或离子
σ键电子对数
中心原子上的孤电子对数
分子或离子的空间结构名称
H2S
2
2
V形
Cl3
3
0
平面三角形
Cl3
3
1
三角锥形
O2
2
1
V形
O
4
0
正四面体形
2/9第2课时 杂化轨道理论简介
发
展
目
标
体
系
构
建
1.
知道杂化轨道理论的基本内容。2.能根据杂化轨道理论确定简单分子的空间结构。
1．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
在形成CH4分子时，碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道发生混杂，形成4个能量相等的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C—Hσ键，所以4个C—H键是等同的。
2．杂化轨道的形成及其特点
3．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(如下图所示)。
(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(如下图所示)。
(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(如下图所示)。
微点拨：sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成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。
(4)VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
杂化轨道类型
VSEPR模型
典型分子
空间结构
sp
CO2
直线形
sp2
SO2
V形
sp3
H2O
V形
sp2
SO3
平面三角形
sp3
NH3
三角锥形
sp3
CH4
正四面体形
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。
(√)
(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。
(√)
(3)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是正四面体形。
(×)
(4)凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。
(×)
2．能正确表示CH4中碳原子的成键方式的示意图为( )
D [碳原子的2s轨道与2p轨道形成4个等性的杂化轨道，因此碳原子4个价电子分占在4个sp3杂化轨道上，且自旋状态相同。]
3．ClO－、ClO、ClO、ClO中，中心原子Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键，则ClO－的空间结构是________；ClO的空间结构是________；ClO的空间结构是________；ClO的空间结构是________。
[解析] ClO－的组成决定其空间结构为直线形。其他
3种离子的中心原子的杂化方式都为sp3杂化，从离子的组成上看其空间结构依次类似于H2O、NH3、CH4(或NH)。
[答案] 直线形 V形 三角锥形 正四面体形
杂化类型及分子空间结构的判断
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。双原子分子中，不存在杂化过程。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下：
(1)观察上述杂化过程，分析原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？
提示：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。
(2)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不在同一能级，能量相差较大。
(3)用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构？
提示：NH3分子中N原子的价电子排布式为2s22p3。1个2s轨道和3个2p经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另1个杂化轨道中是成对电子，不与H原子形成共价键，sp3杂化轨道为正四面体形，但由于孤电子对的排斥作用，使3个N—H的键角变小，成为三角锥形的空间结构。H2O分子中O原子的价电子排布式为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H原子的1s轨道形成共价键，另2个杂化轨道是成对电子，不与H原子形成共价键，sp3杂化轨道为正四面体形，但由于2对孤电子对的排斥作用，使2个O—H的键角变得更小，成为V形的空间结构。
(4)CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都为sp3，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法？
提示：CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子的孤电子对数依次为0个、1个、2个。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。比较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时：一般键角按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。
1．杂化轨道理论要点
(1)只有能量相近的原子轨道才能杂化。
(2)杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等，杂化轨道能量相同。
(3)杂化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。
(4)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。
(5)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。
(6)未参与杂化的p轨道可用于形成π键。
2．中心原子轨道杂化类型的判断
(1)利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路：
价层电子对杂化轨道数杂化类型杂化轨道构型。
(2)根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。
(3)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取sp3杂化，连接双键的碳原子采取sp2杂化，连接三键的碳原子采取sp杂化。
1．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、直线形
B．SO：sp3、三角锥形
C．H3O＋：sp3、V形
D．BF3：sp2、平面三角形
D [乙炔的结构式为H—C≡C—H，每个碳原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，所以C原子采用sp杂化，为直线形结构；SO中硫原子的价层电子对数＝4，孤电子对数为0，采取sp3杂化，为正四面体形；H3O＋中氧原子的价层电子对数＝3＋1＝4，所以中心原子原子轨道为sp3杂化，该离子中含有一个孤电子对，所以其空间结构为三角锥形；BF3分子中硼原子价层电子对数＝3＋0＝3，杂化轨道数为3，孤电子对数为0，所以其空间结构为平面三角形。]
2．下列说法中正确的是( )
A．NCl3分子呈三角锥形，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或三角锥形或V形
D．AB3型的分子空间结构必为平面三角形
C [NCl3分子中心氮原子上的价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝3＋＝4，因此NCl3分子中氮原子以sp3杂化，选项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，选项B错误；一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到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，如NH3、PCl3分子是三角锥形，选项D错误，选项C正确。
]
3．计算下列各粒子中心原子的杂化轨道数、判断中心原子的杂化轨道类型、写出VSEPR模型名称。
[答案] (1)2 sp 直线形 (2)4 sp3 正四面体形 (3)4 sp3 四面体形 (4)4 sp3 四面体形 (5)3 sp2 平面三角形
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 [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项正确；并不是所有的杂化轨道中都成键，也可以容纳孤电子对(如NH3、H2O的形成)，故D项错误。]
2．三氯化磷分子中的中心原子以sp3杂化，下列有关叙述正确的是( )
①3个P—Cl键长、键角均相等
②空间结构为平面三角形
③空间结构为正四面体形
④空间结构为三角锥形
A．①②
B．②③
C．③④
D．①④
D [PCl3中P原子采取sp3杂化，有一对孤电子对，结构类似于NH3分子，3个P—Cl键长、键角均相等，空间结构为三角锥形。]
3．有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是( )
A．两个碳原子采用sp杂化方式
B．两个碳原子采用sp2杂化方式
C．每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成π键
D．两个碳原子形成两个π键
B [乙炔中每个碳原子价层电子对数是2且不含孤电子对，所以碳原子采用sp杂化，A正确，B错误；每个碳原子中两个未杂化的2p轨道肩并肩重叠形成π键，C正确；两个碳原子之间形成1个σ键2个π键，D正确。]
4．下列关于原子轨道的说法正确的是( )
A．杂化轨道形成共价键时，只能形成σ键不能形成π键
B．凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
C．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其空间结构都是正四面体形
D．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轨道混合起来而形成的
A [AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化，B错误；中心原子采取sp3杂化，轨道形状是正四面体，但如果中心原子还有孤电子对，分子的空间结构则不是正四面体，C错误；CH4分子中的sp3杂化轨道是C原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的，D错误。]
5．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原子轨道杂化类型为________。
[解析] (1)AsCl3中As元素价电子对数为4，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。
[答案] (1)三角锥形 sp3 (2)sp (3)sp3、sp2
8/9课时分层作业(六) 分子结构的测定 多样的分子空间结构价层电子对互斥模型
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
1．H2O2的结构式为H—O—O—H，下列有关H2O2的说法正确的是( )
A．是直线形分子
B．是三角锥形分子
C．氧原子有1对孤电子对
D．氧原子的价层电子对数为4
D [H2O2中的每个氧原子有6个价电子，形成了2个σ键，故还有4个电子没有成键，孤电子对数为2，价层电子对数为4，C项错误，D项正确；以氧为中心的三个原子呈V形结构，H2O2中相当于有两个V形结构，故不可能是直线形或三角锥形分子，A、B项错误。]
2．下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是( )
A．键角为180°的分子，空间结构是直线形
B．键角为120°的分子，空间结构是平面三角形
C．键角为60°的分子，空间结构可能是正四面体形
D．键角为90°～109°28′之间的分子，空间结构可能是V形
B [键角为180°的分子，空间结构是直线形，例如CO2分子是直线形分子，A正确；苯分子的键角为120°，但其空间结构是平面正六边形，B错误；白磷分子的键角为60°，空间结构为正四面体形，C正确；水分子的键角为105°，空间结构为V形，D正确。]
3．下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面的是( )
A．CH4、CS2、BF3
B．CO2、H2O、NH3
C．C2H4、C2H2、C6H6
D．CCl4、BeCl2、PH3
C [题中的CH4和CCl4为正四面体形分子，NH3和PH3为三角锥形分子，这几种分子中所有原子不可能都在同一平面上。CS2、CO2、C2H2和BeCl2为直线形分子，C2H4为平面形分子，C6H6为平面正六边形分子，这些分子中所有原子都是平面形结构。故选C项。]
4．下列分子或离子中，中心原子的价层电子对的空间结构为正四面体形且分子或离子的空间结构为V形的是( )
A．NH
B．PH3
C．H3O＋
D．OF2
D [中心原子价层电子对的空间结构为正四面体形，且分子或离子的空间结构为V形的只有3个原子构成的分子或离子，OF2为V形结构。A选项NH是三角锥形的NH3结合了一个H＋，呈正四面体形，B项中PH3为三角锥形，C中H3O＋是V形的H2O结合了一个H＋，呈三角锥形。]
5．下列分子或离子的中心原子，带有一对孤电子对的是( )
A．H2O
B．BeCl2
C．CH4
D．PCl3
D [方法1：选项中四种物质的电子式依次为
。H2O有2对孤电子对，BeCl2和CH4没有孤电子对，PCl3有一对孤电子对。
方法2：将选项中各物质的未知数据代入公式：中心原子上的孤电子对数＝×(a－xb)，经计算知，选项中原子上的孤电子对数依次为2、0、0、1。]
6．下列粒子的价层电子对数正确的是(点“·”的原子为中心原子)( )
A.H4 4
B.H4O2 1
C.H4F3 2
D.H4O3 2
A [对ABm型分子中心原子价电子对数：n＝
。
CH4中，n＝＝4，A正确；CO2中，n＝＝2，B不正确；
BF3中，n＝＝3，C不正确；SO3中，n＝＝3，D不正确。]
7．下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)的叙述中不正确的是( )
A．VSEPR模型可用来预测分子的空间结构
B．分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构
C．中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥
D．分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大，分子越稳定
D [VSEPR模型可用来预测分子的空间结构，注意实际空间结构要去掉孤电子对，
A正确；空间结构与价电子对相互排斥有关，所以分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构，
B正确；中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间的排斥力＞孤电子对和成对电子对间的排斥力，
C正确；分子的稳定性与键角没有关系，
D不正确。]
8．用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的空间结构，两个结论都正确的是( )
A．直线形；三角锥形
B．V形；三角锥形
C．直线形；平面三角形
D．V形；平面三角形
D [H2S与H2O类似，中心原子S上有2对孤电子对，为了减小孤电子对的排斥作用，只能将H和孤电子对相间排列，H2S分子构型呈V形；BF3分子的中心原子B上无孤电子对，当分子构型呈平面三角形时，成键电子对之间的斥力最小，分子最稳定。]
9．氯的含氧酸根离子有ClO－、ClO、ClO、ClO等，关于它们的说法中不正确的是( )
A．ClO－中Cl显＋1价
B．ClO的空间结构为直线形
C．ClO的空间结构为三角锥形
D．ClO是SO的等电子体
B [ClO空间结构为V形。]
10．已知CH4中C—H间的键角为109°28′，NH3中N—H间的键角为107°，H2O中O—H间的键角为105°，则下列说法中正确的是( )
A．孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力
B．孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力
C．孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力
D．题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力和成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系
A [电子对间排斥力的大小顺序为孤电子对与孤电子对＞孤电子对与成键电子对＞成键电子对与成键电子对，恰好可以解释上述分子的键角大小关系。]
[素养培优练]
11．短周期主族元素A、B可形成AB3分子，下列有关叙述正确的是( )
A．若A、B为同一周期元素，则AB3分子一定为平面正三角形
B．若AB3分子中的价电子个数为24个，则AB3分子可能为平面正三角形
C．若为A、B为同一主族元素，则AB3分子一定为三角锥形
D．若AB3分子为三角形锥形，则AB3分子一定为NH3
B [A项，若为PCl3，则分子为三角锥形，错误；B项，BCl3满足要求，其分子为平面正三角形，正确；C项，若分子为SO3，则为平面正三角形，错误；D项，分子不一定为NH3，也可能为NF3等。]
12．以下分子或离子的结构为正四面体形且键与键夹角为109°28′的是( )
①CH4 ②SiCl4 ③CH3Cl ④P4 ⑤SO
A．①②④
B．①②③④⑤
C．①②
D．①②⑤
D [在CH4和SiCl4中，中心原子价层电子对数均为4，且没有孤电子对，4个氢原子和4个氯原子在空间呈正四面体形排列，且键角为109°28′；CH3Cl可看成CH4中一个氢原子被一个氯原子替换，由于氢原子与氯原子间的排斥作用力不同且氢原子与氯原子半径不同，故CH3Cl的空间结构不是正四面体形；P4是正四面体结构，但键角为60°；SO中，S原子价层电子对数为4，没有孤电子对，SO为正四面体形，键角为109°28′。]
13．(双选)下列有关NH3和BF3的说法正确的是( )
A．NH3的空间结构是三角锥形
B．NH3中N原子上有1对孤电子对，BF3中B原子上无孤电子对
C．NH3和BF3形成的化合物NH3·BF3中各原子都达到8电子稳定结构
D．NH3和BF3的中心原子的价层电子对数均为4
AB [B项，NH3中N原子上的孤电子对数＝×(5－3×1)＝1，BF3中B原子上的孤电子对数＝×(3－3×1)＝0，正确；C项，NH3·BF3中氢原子形成2电子稳定结构，错误；D项，BF3中B原子的价层电子对数为3＋0＝3，错误。]
14．(1)硫化氢(H2S)分子中，两个H—S键的夹角接近90°，说明H2S分子的空间结构为________。
(2)二硫化碳(CS2)分子中，两个C===S键的夹角是180°，说明CS2分子的空间结构为________。
(3)能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是________(双选)。
a．两个键之间的夹角为109°28′
b．C—H键为极性共价键
c．4个C—H键的键能、键长都相等
d．二氯甲烷(CH2Cl2)只有一种(不存在同分异构体)
[解析]
(1)、(2)中可由键角直接判断分子的空间结构。(3)五原子分子CH4可能有平面四边形和正四面体两种空间结构，不管为哪种，b、c两项都成立；若为前者，则键角为90°，CH2Cl2有两种：和；若为后者，则键角为109°28′，CH2Cl2只有一种。
[答案]
(1)V形 (2)直线形 (3)ad
15．(1)利用VSEPR理论推测分子或离子的空间结构：
ClO________；AlBr3(共价分子)________。
(2)有两种活性反应中间体，它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种粒子的球棍模型，写出相应的化学式：
________；
________。
(3)按要求写出由第二周期非金属元素的原子构成的中性分子的化学式。
平面形分子________；三角锥形分子________；四面体形分子________。
[解析] (1)ClO是AB3型离子，价层电子对数是4，孤电子对数是1，为三角锥形。AlBr3是AB3型分子，价层电子对数是3，孤电子对数为0，是平面三角形。(2)AB3型分子或离子中，中心原子无孤电子对的呈平面三角形，有一对孤电子对的呈三角锥形，所以分别是CH、CH。(3)由第二周期非金属元素构成的中性分子中，呈三角锥形的是NF3，呈平面三角形的是BF3，呈四面体形的是CF4。
[答案] (1)三角锥形 平面三角形
(2)CH CH (3)BF3 NF3 CF4
16．20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥理论(简称VSEPR模型)，用于预测简单分子空间结构。其要点可以概括：
Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成，A为中心原子，X为与中心原子相结合的原子，E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，(n＋m)称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥，均匀地分布在中心原子周围的空间；
Ⅱ.分子的空间结构是指分子中的原子在空间中的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对；
Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力主要顺序为ⅰ.孤电子对之间的斥力>孤电子对与共用电子对之间的斥力>共用电子对之间的斥力；ⅱ.双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键与单键之间的斥力；ⅲ.X原子得电子能力越弱，A—X形成的共用电子对之间的斥力越强；ⅳ.其他。
请仔细阅读上述材料，回答下列问题：
(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表：
n＋m
2
________
VSEPR理想模型
正四面体形
价层电子对之间的理想键角
____
109°28′
(2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因：
_________________________________________________________。
(3)H2O分子的空间构型为________，请你预测水分子中∠H—O—H的大小范围并解释原因：_________________________________________________。
(4)SO2Cl2和SO2F2都属AX4E0型分子，S与O之间以双键结合，S与Cl、S与F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的空间结构：________________，SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl________(选填“<”“>”或“＝”)SO2F2分子中∠F—S—F。
[解析] VSEPR模型的判断方法：在分子中当n＋m＝2为直线形分子；当n＋m＝3时，如果没有孤电子对时为平面三角形，如果有孤电子对时为V形；当n＋m＝4时，如果没有孤电子对时为正四面体形，如果有一对孤电子对时为三角锥形，如果有两对孤电子对时为V形。所以水分子中n＋m＝4，且有两对孤电子对，所以是V形结构，又由于孤电子对的作用力强于成键的共用电子对，所以使其角度小于109°28′。再如SO2Cl2和SO2F2中的硫原子是中心原子，此时n＋m＝4且没有孤电子对，所以它应为正四面体形，但由于原子种类不同，所以不是正四面体形。
[答案] (1)
n＋m
2
4
VSEPR理想模型
直线形
正四面体形
价层电子对之间的理想键角
180°
109°28′
(2)CO2属于AX2E0，n＋m＝2，故为直线形
(3)V形 水分子属于AX2E2，n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体形，价层电子对之间的夹角均为109°28′，根据Ⅲ中的ⅰ，应有∠H—O—H<109°28′(4)四面体形 >
7/7
