导学同步鲁科版化学老课标选修三讲义第2章 微型专题三 Word版含答案.docx
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导学同步鲁科版化学老课标选修三讲义第2章微型专题三Word版含答案
微型专题（三） 分子（离子）空间构型与杂化轨道类型的判断
[学习目标定位] 1.能利用价电子对互斥理论和杂化轨道理论判断和解释分子或离子的空间构型。
2.能利用共价键类型及杂化轨道理论判断中心原子的杂化类型。
一、杂化轨道类型的判断
例1
下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是（ ）
A．BeCl2与BF3B．CO2与SO2
C．CCl4与NH3D．C2H2与C2H4
【考点】 杂化轨道理论的应用
【题点】 中心原子杂化类型的判断
答案 C
解析 BeCl2分子、BF3分子中杂化轨道数分别为2、3，中心原子杂化轨道类型分别为sp1、sp2；CO2分子中杂化轨道数为2，SO2分子中杂化轨道数为3，中心原子杂化轨道类型分别为sp1、sp2；C项中中心原子杂化轨道类型均为sp3；D项中中心原子杂化轨道类型分别为sp1、sp2。
方法点拨
含双键或叁键的分子的中心原子的杂化轨道类型还可以根据π键数目判断，如1个CO2、C2H2、C2H4分子中π键数目分别为2、2、1，碳原子杂化轨道类型分别为sp1、sp1、sp2。
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杂化轨道类型判断方法小结
（1）由杂化轨道数目判断
杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数。
即：
杂化轨道数
2
3
4
杂化轨道类型
sp1
sp2
sp3
（2）根据杂化轨道的空间分布判断中心原子杂化轨道类型：
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形，则分子的中心原子采取sp3杂化；②若杂化轨道在空间的分布为平面三角形，则分子的中心原子采取sp2杂化；③若杂化轨道在空间的分布为直线形，则分子的中心原子采取sp1杂化。
（3）根据杂化轨道之间的夹角判断中心原子杂化轨道类型：
若杂化轨道之间的夹角为109.5°，则分子的中心原子采取sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子采取sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子采取sp1杂化。
变式1 下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是（ ）
①BF3 ②CH2==CH2 ③
④CH≡CH⑤NH3 ⑥CH4
A．①②③B．①⑤⑥
C．②③④D．③⑤⑥
【考点】 杂化轨道理论的应用
【题点】 中心原子杂化类型的判断
答案 A
解析 sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，且未杂化的2p轨道形成π键；③同②相似；④乙炔中的碳原子为sp1杂化；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。
二、分子（离子）空间构型的判断
例2
下列各组分子的空间构型相同的是（ ）
A．SnCl2、BeCl2B．BF3、NH3
C．CCl4、SiF4D．CS2、OF2
【考点】 分子空间构型的判断
【题点】 分子空间构型的判断
答案 C
解析 通过分子的价电子对数、孤电子对数确定分子的空间构型，其中A、D项中分子的具体情况如下表：
σ键电子对数
中心原子上的孤电子对数
价电子对数
空间构型
SnCl2
2
（4－2×1）＝1
3
V形
BeCl2
2
（2－2×1）＝0
2
直线形
CS2
2
（4－2×2）＝0
2
直线形
OF2
2
（6－2×1）＝2
4
V形
B项中BF3、NH3的空间构型分别为平面三角形、三角锥形；C项中，CCl4与SiF4的空间构型均为正四面体形。
方法规律
判断分子或离子的空间构型时，要能够正确计算价电子对数：
一是直接根据中心原子的价电子成键情况分析；二是运用计算式推导出价电子对数。
变式2 下列分子或离子中，中心原子电子对的空间构型为正四面体形且分子或离子的空间构型为V形的是（ ）
A．NH
B．PH3C．H3O＋D．OF2
【考点】 分子空间构型的判断
【题点】 分子空间构型的判断
答案 D
解析 中心原子价层电子对的空间构型为正四面体形，且分子或离子的空间构型为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。
1．（2019·南昌月考）下列分子或离子的中心原子采用sp3杂化的是（ ）
①NF3 ②C2H4 ③C6H6 ④C2H2 ⑤NH
A．①②④B．①⑤C．②③D．③⑤
【考点】 杂化轨道理论的应用
【题点】 中心原子杂化类型的判断
答案 B
解析 ①NF3分子中N原子采取sp3杂化；②C2H4分子中C原子采取sp2杂化；③C6H6分子中C原子采取sp2杂化；④C2H2分子中C原子采取sp1杂化；⑤NH
中N原子采取sp3杂化。
2．下列说法正确的是（ ）
A．CH2Cl2分子的空间构型为正四面体形
B．H2O分子中氧原子的杂化轨道类型为sp2，分子的空间构型为V形
C．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp1，分子的空间构型为直线形
D．SO
的空间构型为平面三角形
【考点】 杂化轨道理论的应用
【题点】 杂化轨道理论的综合应用
答案 C
解析 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，所以分子的空间构型不是正四面体形，A错误；H2O分子中O原子的价电子对数＝2＋
×（6－1×2）＝4，为sp3杂化，含有2对孤电子对，分子的空间构型为V形，B错误；CO2中C原子的价电子对数＝2＋
×（4－2×2）＝2，为sp1杂化，分子的空间构型为直线形，C正确；SO
中S原子的价电子对数＝3＋
×（6＋2－3×2）＝4，为sp3杂化，含1对孤电子对，分子的空间构型为三角锥形，D错误。
3．（2018·绵阳中学高二月考）下列分子中，中心原子杂化类型相同，分子的空间构型也相同的是（ ）
A．BeCl2、CO2B．H2O、SO2
C．SO2、CH4D．NF3、CH2O
【考点】 杂化轨道理论的应用
【题点】 利用杂化轨道理论判断空间构型
答案 A
解析 根据价电子对互斥理论可知，H2O中O原子上的孤电子对数＝
＝2，σ键电子对数为2，采取sp3杂化，故H2O为V形结构，SO2中S原子的孤电子对数＝
＝1，σ键电子对数为2，采取sp2杂化，故SO2为V形结构，B项不符合题意；同样分析可知，BeCl2中Be原子采取sp1杂化，BeCl2是直线形结构，CO2中C原子采取sp1杂化，CO2是直线形结构，A项符合题意；SO2中S原子采取sp2杂化，SO2是V形结构，CH4中C原子采取sp3杂化，CH4是正四面体形结构，C项不符合题意；NF3中N原子采取sp3杂化，NF3是三角锥形结构，CH2O中C原子采取sp2杂化，CH2O是平面三角形结构，D项不符合题意。
4．（2019·淄博高二检测）下列说法中正确的是（ ）
A．PCl3分子是三角锥形，这是因为磷原子是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，其空间构型可能是四面体形或三角锥形或V形
D．AB3型的分子空间构型必为平面三角形
【考点】 杂化轨道理论的应用
【题点】 杂化轨道理论的综合应用
答案 C
解析 PCl3分子中中心磷原子的价电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝3＋
＝4，因此PCl3分子中磷原子为sp3杂化，故选项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“混合”起来，形成能量相等、成分相同的4个轨道，故选项B错误；一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的空间构型为四面体形，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，则构型发生变化，如NH3、PCl3分子是三角锥形，H2O分子是V形，故选项D错误，C项正确。
5．（2018·呼和浩特校级期末）下列说法正确的是（ ）
①CS2为V形分子 ②ClO
的空间构型为平面三角形
③SF6中有6对完全相同的成键电子对 ④SiF4和SO
的中心原子均采取sp3杂化
A．①②B．②③C．③④D．①④
【考点】 分子空间构型的综合考查
【题点】 杂化轨道理论的综合应用
答案 C
解析 ①CS2和CO2的分子构型相同，为直线形分子，错误；②ClO
中Cl的价电子对数＝3＋
×（7＋1－2×3）＝4，含有1对孤电子对，则ClO
的空间构型为三角锥形，错误；③SF6中含有6个S—F键，每个S—F键含有1对成键电子对，则SF6分子中有6对完全相同的成键电子对，正确；④SiF4中Si的价电子对数＝4＋
×（4－1×4）＝4，SO
中S的价电子对数＝3＋
×（6＋2－2×3）＝4，则SiF4和SO
的中心原子均采取sp3杂化，正确。
6．（2019·武汉月考）
（1）利用VSEPR模型推断分子或离子的空间构型。
PO
：
__________；CS2：
__________；BCl3：
_______________________。
（2）有两种活泼性反应中间体粒子（带电荷），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，写出相应的化学式并判断碳原子的杂化方式。
____________、____________。
____________、____________。
（3）BF3和NF3都是四原子分子，BF3的中心原子是______________________________
（填元素符号，下同），NF3的中心原子是________；BF3分子的空间构型是平面三角形而NF3分子的空间构型是三角锥形，其原因是_______________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）正四面体形 直线形 平面三角形
（2）CH
sp2杂化 CH
sp3杂化 （3）B N BF3分子中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键，而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成共价键，还有一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，形成三角锥形结构
解析
（1）PO
属于AB4型，成键电子对数是4，孤电子对数为0，呈正四面体形；CS2属于AB2型，成键电子对数是2，孤电子对数为0，呈直线形；BCl3属于AB3型，成键电子对数是3，孤电子对数为0，呈平面三角形。
（2）对于AB3型分子，若中心原子无孤电子对，呈平面三角形；若有一对孤电子对，则呈三角锥形，所以题中两种模型表示的化学式及碳原子的杂化方式分别是CH
、sp2杂化，CH
、sp3杂化。
7．（2018·衡水二中期中）元素X和Y属于同一主族。
负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。
（1）X、Y两种元素在周期表中的位置分别为__________________________________。
（2）在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中，X的质量分数为50%的化合物的化学式为________________________________________________________________________，
该分子的中心原子以sp2杂化，分子构型为__________________。
（3）X的质量分数为60%的化合物的化学式为________________________，该分子的中心原子以sp2杂化，分子构型为______________________。
（4）由氢、X、Y三种元素形成的常见化合物有两种，其水溶液均呈酸性，其分子式分别为________________________________________________________________________，
并比较酸性强弱：
__________________。
（5）由氢元素与X元素形成的化合物中，含有非极性键的是__________________（填分子式，下同），分子构型为V形的是________________。
答案
（1）第2周期ⅥA族、第3周期ⅥA族
（2）SO2 V形
（3）SO3 平面三角形
（4）H2SO3、H2SO4 H2SO4＞H2SO3
（5）H2O2 H2O
解析 根据氢化物化学式H2X知
×100%＝88.9%，Mr（X）≈16。
故X的相对原子质量为16，则X为O，Y为S。
由元素X和元素Y形成的两种化合物分别为SO2、SO3，根据杂化轨道理论确定其分子构型、极性。
氢、X、Y三种元素组成的化合物为H2SO3、H2SO4，酸性：
H2SO4＞H2SO3。
X元素为O，与氢元素形成的两种化合物为H2O和H2O2，其中H2O的分子构型为V形，H2O2分子中含有非极性O—O键。
题组1 杂化轨道理论及应用
1．下列对sp3、sp2、sp1杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是（ ）
A．sp1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、sp1杂化轨道的夹角相等
答案 A
2．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
中的硼原子的杂化轨道类型分别是（ ）
A．sp2、sp2B．sp3、sp3
C．sp2、sp3D．sp1、sp2
答案 C
解析 BF3中硼原子的价电子对数为3，所以为sp2杂化；BF
中硼原子的价电子对数为4，所以为sp3杂化。
3．下列分子或离子中，VSEPR模型与粒子的空间构型一致的是（ ）
A．SO2B．HCHOC．NCl3D．H3O＋
答案 B
解析 当中心原子没有孤电子对时，VSEPR模型与分子的空间构型就是一致的，SO2、NCl3、H3O＋的中心原子均有孤电子对，A、C、D项错误。
4．下列微粒中中心原子的杂化方式和微粒的空间构型均正确的是（ ）
A．C2H4：
sp1、平面形
B．SO
：
sp3、三角锥形
C．ClO
：
sp2、V形
D．NO
：
sp2、平面三角形
【考点】 杂化轨道理论的应用
【题点】 杂化轨道理论的综合应用
答案 D
解析 乙烯的结构式为
，每个碳原子价电子对数是3且不含孤电子对，所以C原子采用sp2杂化，为平面形结构；SO
中，中心原子的价电子对数为4，孤电子对数为0，采取sp3杂化，为正四面体形；ClO
中价电子对数＝2＋2＝4，所以中心原子原子轨道为sp3杂化，该离子中含有两个孤电子对，所以其空间构型为V形；NO
中价电子对数＝3＋0＝3，杂化轨道数为3，孤电子对数为0，所以其空间构型为平面三角形。
题组2 价电子对互斥理论及应用
5．下列有关价电子对互斥理论的描述正确的是（ ）
A．价电子对就是σ键电子对
B．孤电子对数由分子式来确定
C．分子的空间构型是价电子对互斥的结果
D．孤电子对数等于π键数
【考点】 价层电子对互斥理论及应用
【题点】 价层电子对互斥理论的应用
答案 C
解析 价电子对数是σ键电子对数与孤电子对数之和，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。
6．下列有关描述正确的是（ ）
A．NO
为V形分子
B．ClO
的空间构型为平面三角形
C．NO
的VSEPR模型、空间构型均为平面三角形
D．ClO
的VSEPR模型、空间构型相同
【考点】 价电子对互斥理论及应用
【题点】 价电子对互斥理论的应用
答案 C
解析 NO
中N原子的价电子对数＝3＋
×（5－2×3＋1）＝3，没有孤电子对，空间构型为平面三角形，故A项错误，C项正确；ClO
中氯原子的价电子对数＝3＋
×（7－3×2＋1）＝4，有1对孤电子对，VSEPR模型为四面体形而空间构型为三角锥形，B、D项错误。
7．（2018·宁夏校级月考）下列物质的空间构型与NH3分子相同的是（ ）
A．H3O＋B．H2OC．CH4D．CO2
答案 A
解析 氨分子中N原子的价电子对数＝3＋
×（5－3×1）＝4，含有一对孤电子对，故氨分子为三角锥形结构。
H3O＋中氧原子的价电子对数＝3＋
×（6－3×1－1）＝4，含有一对孤电子对，所以它为三角锥形结构，A项正确；H2O中氧原子的价电子对数＝2＋
×（6－2×1）＝4，含有2对孤电子对，所以水分子为V形结构，B项错误；同理可确定CH4是正四面体形结构，CO2为直线形结构，C、D项错误。
8．若ABn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，则分子的空间构型为V形
B．若n＝3，则分子的空间构型为三角锥形
C．若n＝4，则分子的空间构型为正四面体形
D．以上说法都不正确
【考点】 价电子对互斥理论及应用
【题点】 价电子对互斥理论的应用
答案 C
解析 若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则A上的价电子对＝σ键电子对数＝B的个数，故当n＝2时，分子的空间构型为直线形；当n＝3时，分子的空间构型为平面三角形；当n＝4时，分子的空间构型为正四面体形。
题组3 分子结构的综合分析
9．（2019·南京月考）已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是（ ）
A．X原子一定是sp2杂化
B．X原子一定是sp3杂化
C．X原子上一定存在孤电子对
D．VSEPR模型一定是平面三角形
【考点】 分子结构的综合考查
【题点】 分子结构的综合考查
答案 C
解析 若X原子无孤电子对，则它一定是直线形分子，若X有一对孤电子对或两对孤电子对，则XY2一定为V形分子，此种情况下X的原子轨道可能为sp2杂化，也可能是sp3杂化，A、B项错误，C项正确；若X有两对孤电子对，则该分子的VSEPR模型为四面体形，D项错误。
10．下列说法正确的是（ ）
A．有机物CH2==CH—CH3中C原子的杂化类型有sp3和sp2，分子中含有2个π键和7个σ键
B．CO和N2的原子总数、价电子总数均相等，故二者的性质完全相同
C．COCl2分子中所有原子的最外层都不满足8电子稳定结构
D．已知Zn2＋的4s轨道和4p轨道可以形成sp3杂化轨道，则[ZnCl4]2－的空间构型为正四面体形
【考点】 分子结构的综合考查
【题点】 分子结构的综合考查
答案 D
解析 双键两端的C原子均采取sp2杂化，甲基中的C原子采取sp3杂化，该有机物分子中含有8个σ键和1个π键，A项错误；CO和N2互为等电子体，某些性质相似，B项错误；COCl2的结构式为
，由此可知，分子中所有原子的最外层均满足8电子稳定结构，C项错误；由CH4的空间构型可判断[ZnCl4]2－的空间构型为正四面体形，D项正确。
11．（2018·天津高二期中）顺铂[Pt（NH3）2Cl2]是1969年发现的第一种具有抗癌活性的金属配合物；碳铂是1,1-环丁二羧酸二氨合铂（Ⅱ）的简称，属于第二代铂族抗癌药物，结构如图所示，其毒副作用低于顺铂。
下列说法正确的是（ ）
A．碳铂中所有碳原子在同一平面上
B．顺铂分子中氮原子的杂化方式是sp2
C．碳铂分子中sp3杂化的碳原子与sp2杂化的碳原子数目之比为2∶1
D．1mol1,1-环丁二羧酸含有σ键的数目为12NA
【考点】 分子结构的综合考查
【题点】 分子结构的综合考查
答案 C
解析 根据碳铂的结构简式可知，有sp3杂化的碳原子，属于四面体结构，因此所有碳原子不可能在同一平面上，A错误；顺铂分子中N有3个σ键，一个配位键，因此杂化类型为sp3杂化，B错误；碳铂分子中sp3杂化的碳原子有4个，sp2杂化的碳原子有2个，即数目之比为2∶1，C正确；由题中信息可知，1,1-环丁二羧酸的结构简式为
，补全碳环上的氢原子，可得1mol此有机物含有σ键的数目为18NA，D错误。
12．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：
（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________________________________________________
________________________________________________________________________。
【考点】 杂化轨道理论的应用
【题点】 杂化轨道理论的综合应用
答案
（1）sp2杂化 甲醛分子的空间构型为平面三角形
（2）②⑤ （3）< 碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强
解析
（1）原子的杂化轨道类型不同，分子的空间构型也不同。
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键的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角小于120°。
13．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。
（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，其反应方程式为
异氰酸苯酯
，反应过程中，每生成1mol氯吡苯脲，断裂________个σ键，断裂______个π键。
（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分子的空间构型分别是__________________，中心原子的杂化类型分别是__________________________。
【考点】 分子结构的综合考查
【题点】 分子结构的综合考查
答案
（1）1
（2）sp2、sp3 sp2 （3）NA NA （4）①H—O键的键能大于H—N键的键能 ②V形、三角锥形、直线形 sp3、sp3、sp1
解析 根据构造原理可知，氯元素基态原子核外电子排布式是1
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