高中化学选修3第二章 第二节 第2课时Word下载.docx

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C．孤电子对有可能参加杂化

D．s轨道和p轨道杂化不可能有sp4出现

【考点】　杂化轨道理论

【题点】　杂化轨道理论的理解

答案　B

解析　第ⅠA族元素的价电子排布式为ns1，由于只有1个ns电子，因此不可能形成杂化轨道；

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；

H2O分子中的氧原子采取sp3杂化，其sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，所以孤电子对有可能参加杂化；

由于np能级只有3个原子轨道，所以s轨道和p轨道杂化只有sp3、sp2、sp3种，不可能出现sp4杂化。

例2　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，相互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杂化轨道是由一个s轨道与2个p轨道杂化而成的，C项正确；

sp2杂化轨道最多可形成3个σ键，D项错误。

二、杂化轨道理论的应用

1．杂化轨道类型的判断

因为杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳孤电子对，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＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂化类型。

例如：

代表物

杂化轨道数

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

2.分子的构型与杂化类型的关系

（1）当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的立体构型与杂化轨道的立体构型相同。

轨道夹角

180°

120°

109°

28′

杂化轨道示意图

实例

BeCl2

BF3

分子结构示意图

分子立体构型

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，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的立体构型与杂化轨道的形状有所不同。

ABn型分子

中心原子杂化类型

中心原子孤电子对数

立体构型

AB2

1

V形

AB3

三角锥形

NH3、PCl3、NF3、H3O＋

AB2或（B2A）

H2S、NH

例3　有机物

H3CH==

H—

≡CH中标有“·

”的碳原子的杂化方式依次为（　　）

A．sp、sp2、sp3B．sp3、sp2、sp

C．sp2、sp、sp3D．sp3、sp、sp2

【考点】　杂化轨道理论的应用

【题点】　中心原子杂化类型的判断

解析　根据价层电子对互斥理论可判断C原子的杂化方式，价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。

若价层电子对数是4，则C原子采取sp3杂化；

若价层电子对数是3，则C原子采取sp2杂化；

若价层电子对数是2，则C原子采取sp杂化。

甲基上C原子有4对σ键电子对，没有孤电子对，则C原子采取sp3杂化；

碳碳双键两端的2个C原子均有3对σ键电子对，没有孤电子对，则C原子采取sp2杂化；

碳碳三键两端的2个C原子均有2对σ键电子对，没有孤电子对，则C原子采取sp杂化。

方法规律——中心原子杂化类型的判断方法

（1）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。

（2）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。

例4　（2018·

深州中学期中）下列分子中中心原子的杂化方式和分子的立体构型均正确的是（　　）

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

【题点】　利用杂化轨道理论判断立体构型

解析　乙炔的结构式为H—C≡C—H，每个碳原子价层电子对数是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

中硫原子价层电子对数是4，孤电子对数为0，采取sp3杂化，为正四面体形；

H3O＋中氧原子价层电子对数＝3＋1＝4，所以中心原子的杂化方式为sp3杂化，该离子中含有一对孤电子对，所以其立体构型为三角锥形；

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，所以其立体构型为平面三角形。

VSEPR模型

典型分子

SO3

1．正误判断

（1）所有的原子轨道都参与杂化（　×

　）

（2）杂化轨道能量集中，有利于牢固成键（　√　）

（3）杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同（　√　）

（4）杂化轨道的键角与分子内的键角不一定相同（　√　）

（5）只要分子的立体构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化（　√　）

（6）杂化方式相同的分子，立体构型一定相同（　×

2．（2019·

荆门高二月考）在CH3COCH3中，中间碳原子和两边碳原子成键所采用的杂化方式分别是（　　）

A．sp2、sp3B．sp3、sp3

C．sp2、sp2D．sp、sp3

答案　A

解析　首先写出CH3COCH3的结构简式：

，由此知两边的碳均为sp3杂化（与CH4类似）；

中间碳原子采用了sp2杂化。

3．鲍林是两位获得诺贝尔奖不同奖项的人之一，杂化轨道是鲍林为了解释分子的立体结构提出的。

下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是（　　）

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

【题点】　利用杂化轨道理论解释分子立体构型

解析　sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°

28′、120°

、180°

，故A项正确。

4．对于短周期元素形成的各分子，下表所述的对应关系错误的是（　　）

选项

A

B

C

D

分子式

SCl2

四面体形

分子的立体构型

【题点】　利用杂化轨道理论判断分子立体构型

解析　A项，C原子形成了4个σ键，孤电子对数为0，VSEPR模型及分子的立体构型均是正四面体形，正确；

B项，N原子有1对孤电子对且形成了3个σ键，VSEPR模型为四面体形，分子的立体构型为三角锥形，错误；

C项，C原子的价层电子对数为2＋

×

（4－2×

2）＝2，VSEPR模型为直线形，分子的立体构型也为直线形，正确；

D项，S原子有2对孤电子对且形成了2个σ键，VSEPR模型为四面体形，分子的立体构型为V形，正确。

5．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－的立体构型是________；

ClO

的立体构型是________；

的立体构型是__________；

的立体构型是______________。

答案　直线形　V形　三角锥形　正四面体形

解析　ClO－的组成决定其立体构型为直线形。

其他3种离子的中心原子的杂化方式都为sp3杂化，中心原子的孤电子对数分别为2、1、0，由此判断其立体构型依次类似于H2O、NH3、CH4（或NH

）。

题组一　原子轨道杂化与杂化轨道

1．下列有关杂化轨道的说法不正确的是（　　）

A．杂化前后的轨道数不变，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°

C．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　杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对。

2．（2018·

福建厦门月考）如图是乙烯分子的模型，对乙烯分子中的化学键分析正确的是（　　）

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杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未能参加杂化的2p轨道形成的π键

D．C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未能参加杂化的2p轨道形成的π键

解析　乙烯分子中存在4个C—H键和1个C==C键，C原子上孤电子对数为0，σ键电子对数为3，则C原子采取sp2杂化，C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间有1个是sp2杂化轨道形成的σ键，还有1个是未参加杂化的2p轨道形成的π键。

3．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，其立体构型都是正四面体形

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

【考点】杂化轨道理论

【题点】杂化轨道理论的理解

解析　中心原子采取sp3杂化，轨道形状可能是正四面体，如果中心原子还有孤电子对，分子的立体构型则不是正四面体；

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；

AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。

题组二　杂化轨道类型与分子立体构型的判断

4．（2019·

延安高二调研）在BrCH==CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是（　　）

A．sppB．sp2s

C．sp2pD．sp3p

答案　C

解析　分子中的两个碳原子都是采取sp2杂化，溴原子的价电子排布式为4s24p5,4p轨道上有一个单电子，与碳原子的一个sp2杂化轨道成键。

5．原子轨道的杂化不但出现在分子中，原子团中同样存在原子轨道的杂化。

在SO

中S原子的杂化方式为（　　）

A．spB．sp2C．sp3D．无法判断

解析　在SO

中S原子的孤电子对数为0，与其相连的原子数为4，所以根据杂化轨道理论可推知中心原子S的杂化方式为sp3杂化，立体构型为正四面体形，类似于CH4。

6．（2018·

四川资阳伍隍中学高二月考）sp3杂化形成的AB4型分子的立体构型是（　　）

A．平面四方形B．正四面体形

C．三角锥形D．平面三角形

7．在SO2分子中，分子的立体构型为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°

【题点】　利用杂化轨道理论解释分子的立体构型

解析　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°

。

8．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是（　　）

A．SO3与SO2B．BF3与NH3

C．BeCl2与SCl2D．H2O与SO2

解析　SO3中S原子杂化轨道数为3，采取sp2杂化方式，SO2中S原子杂化轨道数为3，采取sp2杂化方式，A正确；

BF3中B原子杂化轨道数为3，采取sp2杂化方式，NH3中N原子杂化轨道数为4，采取sp3杂化方式，B错误；

BeCl2中Be原子杂化轨道数为2，采取sp杂化方式，SCl2中S原子杂化轨道数为4，采取sp3杂化方式，C错误；

H2O中O原子杂化轨道数为4，采取sp3杂化方式，SO2中S原子采取sp2杂化方式，D项错误。

9．下表中各粒子对应的立体构型及杂化方式均正确的是（　　）

粒子

杂化方式

S原子采取sp杂化

S原子采取sp3杂化

CO

C原子采取sp2杂化

C2H2

C原子采取sp杂化

【题点】　杂化轨道理论的综合应用

解析　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，立体构型为平面三角形，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，立体构型为V形，错误；

C项，CO

中碳原子价层电子对数＝3＋

（4＋2－3×

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，立体构型为直线形，正确。

10．根据价层电子对互斥理论，判断下列分子或离子的立体构型正确的是（　　）

编号

价层电子对互斥模型

分子或离子的立体构型

①

AsCl3

②

HCHO

③

NF3

④

NH

A.①②B．②③C．②④D．①④

【考点】　价层电子对互斥理论

【题点】　价层电子对互斥（VSEPR）模型与分子立体构型的对比

解析　AsCl3分子的价层电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，含有一对孤电子对，分子立体构型为三角锥形，①正确；

甲醛（H2C==O）分子的价层电子对数为3，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，②错误；

NF3分子的价层电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，③错误；

的价层电子对数为4，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，④正确。

题组三　分子结构的综合分析

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．三种微粒的立体构型相同

D．键角大小关系：

>

NH3>

【考点】　分子结构的综合考查

【题点】　分子结构的综合考查

解析　NH

含有的电子数均为10，A正确；

三种微粒中氮原子的杂化方式均为sp3杂化，B正确；

立体构型为正四面体形，NH3为三角锥形，NH

为V形，C错误；

三种微粒的键角大小关系为NH

，D正确。

12．化合物A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．1molA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　A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键，氮原子有一对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项错误、B项正确；

A分子中有一个碳氧双键，故有12对共用电子对、11个σ键，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。

13．

（1）X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I

I

的立体构型为__________________，中心原子的杂化方式为________________。

（2）从结构角度分析，NH

和H3O＋两种阳离子的相同之处为__________，不同之处为__________（填字母）。

A．中心原子的杂化轨道类型

B．中心原子的价层电子对数

C．立体构型

D．共价键类型

（3）CO2和CH3OH分子中C原子的杂化方式分别为________和________。

答案　

（1）V形　sp3　

（2）ABD　C　（3）sp　sp3

解析　

（1）I

中I原子为中心原子，其价层电子对数＝2＋

＝4，则中心原子采取sp3杂化，I

的立体构型为V形。

（2）NH

中N原子的价层电子对数＝4＋

＝4，采取sp3杂化，立体构型为正四面体形；

H3O＋中O原子的价层电子对数＝3＋

＝4，采取sp3杂化，立体构型为三角锥形；

两离子中均只含极性共价键，共价键类型相同。

（3）CO2中C原子的价层电子对数＝2＋

＝2，采取sp杂化。

由甲醇的结构式可知，C原子形成四个共价单键，故C原子采取sp3杂化。

14．磷与氯气在一定条件下反应，可以生成PCl3、PCl5。

（1）写出磷原子的电子排布式：

__________________________________________________。

（2）PCl3分子中磷原子采用的杂化方式是__________，分子的立体构型为________________。

（3）磷原子在形成PCl5分子时，除最外层s、p轨道参与杂化外，其3d轨道也有1个轨道参与了杂化，称为sp3d杂化。

成键电子对数与孤电子对数总和为5的原子常采用sp3d杂化。

磷原子中5个杂化轨道分别与5个氯原子的3p轨道配对成键，PCl5的立体构型为三角双锥形（如图所示）。

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

D．SF4分子中S原子也采用sp3d杂化

（4）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_____________________________________________________。

答案　

（1）1s22s22p63s23p3　

（2）sp3杂化　三角锥形

（3）ABD　（4）N原子最外层无d轨道，不能发生sp3d杂化，故无NCl5

15．按要求回答下列问题：

（1）CH3COOH中C原子的杂化轨道类型为________。

（2）醛基中碳原子的杂化轨道类型是________。

（3）化合物

中阳离子的立体构型为____________，阴离子的中心原子轨道采用__________杂化。

（4）X的单质与氢气可化合生成气体G，其水溶液pH>

7。

G分子中X原子的杂化轨道类型是__________。

（5）S单质的常见形式为S8，其环状结构如图所示，S原子采用的轨道杂化方式是__________。

（6）H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中O原子采用________杂化。

H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，原因为_________________________________________________。

答案　

（1）sp3、sp2　

（2）sp2　（3）三角锥形　sp3　（4）sp3

（5）sp3　（6）sp3　H3O＋中O原子只有1对孤电子对，H2O中O原子有2对孤电子对，前者σ键电子对与孤电子对的排斥力较小，因而键角大

解析　

（1）CH3COOH分子中，—CH3和—COOH上的碳原子的杂化轨道类型分别是sp3和sp2。

（2）

上的碳原子形成3个σ键和1个π键，是sp2杂化。

（4）G是NH3分子，N原子采取sp3杂化。

（5）硫原子形成2个S—S键，还有2对孤电子对，杂化方式为sp3。

（6）H2O和H3O＋中的氧原子均采取sp3杂化，其键角的差异是由σ键电子对与孤电子对的斥力差异所造成的。