1、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()ABeCl2与BF3 BCO2与SO2CCCl4与NH3 DC2H2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、sp
2、2；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键数目判断，如1个CO2、C2H2、C2H4分子中键数目分别为2、2、1，碳原子杂化轨道类型分别为sp1、sp1、sp2。相关链接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234杂化轨道类型sp1sp2sp3(2)根据杂化轨道的空间分布判断中心原子杂化轨道类型：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；若杂化轨道在空间的分布为平面三角形，则分
3、子的中心原子采取sp2杂化；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()BF3CH2=CH2CHCH NH3CH4A BC D【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，BF3为平面三角形且BF键夹角为120；C2
4、H4中碳原子以sp2杂化，且未杂化的2p轨道形成键；同相似；乙炔中的碳原子为sp1杂化；NH3中的氮原子为sp3杂化；CH4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()ASnCl2、BeCl2 BBF3、NH3CCCl4、SiF4 DCS2、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：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SnCl22(421)13V形BeCl22(221)02直线形CS22(422)02直线形OF22(62
5、1)24V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()ANH BPH3 CH3O DOF2【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
6、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()NF3C2H4C6H6C2H 2NHA B C D【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NF3分子中N原子采取sp3杂化；C2H4分子中C原子采取sp2杂化；C6H6分子中C原子采取sp2杂化；C2H2分子中C原子采取sp1杂化；NH中N原子采取sp3杂化。2下列说法正确的是()ACH2Cl2分子的空间构型为正四面体形BH2O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CCO2分子中碳原
7、子的杂化轨道类型为sp1，分子的空间构型为直线形DSO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(612)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(422)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(6232)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
8、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()ABeCl2、CO2 BH2O、SO2CSO2、CH4 DNF3、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，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，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，
9、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()APCl3分子是三角锥形，这是因为磷原子是sp2杂化的结果Bsp3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DAB3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键电子对数
10、孤电子对数34，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()CS2为V形分子ClO的空间构型为平面三角形SF6中有6对完全相同的成键电子对SiF4和SO的中心原子均采取sp3杂化A B C D【考点】分子空间构型的综合考
11、查【题点】杂化轨道理论的综合应用答案C解析CS2和CO2的分子构型相同，为直线形分子，错误；ClO中Cl的价电子对数3(7123)4，含有1对孤电子对，则ClO的空间构型为三角锥形，错误；SF6中含有6个SF键，每个SF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；SiF4中Si的价电子对数4(414)4，SO中S的价电子对数3(6223)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
12、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)CHsp2杂化CHsp3杂化(3)BNBF3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
13、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_
14、。(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A族、第3周期A族(2)SO2V形(3)SO3平面三角形(4)H2SO3、H2SO4H2SO4H2SO3(5)H2O2H2O解析根据氢化物化学式H2X知
15、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：H2SO4H2SO3。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OO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()Asp1杂化轨道的夹角最大Bsp2杂化轨道的夹角最大Csp3杂化轨道的夹角最大Dsp3、sp2、sp1杂化轨道的夹角相等答案A2BF
16、3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()Asp2、sp2 Bsp3、sp3Csp2、sp3 Dsp1、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()ASO2 BHCHO CNCl3 DH3O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()AC
17、2H4：sp1、平面形BSO：sp3、三角锥形CClO：sp2、V形DNO：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224，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303，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()
18、A价电子对就是键电子对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()ANO为V形分子BClO的空间构型为平面三角形CNO的VSEPR模型、空间构型均为平面三角形DClO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
19、原子的价电子对数3(5231)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(7321)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()AH3O BH2O CCH4 DCO2答案A解析氨分子中N原子的价电子对数3(531)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(6311)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(621)4，含有2对孤电子对，所以水分子为V形结构，B项错误；同
20、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n2，则分子的空间构型为V形B若n3，则分子的空间构型为三角锥形C若n4，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上的价电子对键电子对数B的个数，故当n2时，分子的空间构型为直线形；当n3时，分子的空间构型为平面三角形；当n4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X
21、Y2分子属于V形分子，下列说法正确的是()AX原子一定是sp2杂化BX原子一定是sp3杂化CX原子上一定存在孤电子对DVSEPR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=CHCH3中C原子的杂化类型有sp3和sp2，分子中含有2个键和7个键BCO和N2的原子总数、价电子
22、总数均相等，故二者的性质完全相同CCOCl2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ZnCl42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个键和1个键，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ZnCl42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)
23、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()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sp2C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21D1 mol 1,1-环丁二羧酸含有键的数目为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个键，一个配位键，因此杂化类型为sp3杂化，B错误；碳
24、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21，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1 mol此有机物含有键的数目为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)。单键双键键键键和键(3)甲醛分子中CH键与CH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
25、构型为平面三角形(2)(3)碳氧双键中存在键，它对CH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，双键是键和键的组合。(3)由于碳氧双键中存在键，它对CH键的排斥作用较强，所以甲醛分子中CH键与CH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_。
26、(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1 mol氯吡苯脲，断裂_个键，断裂_个键。(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。请用共价键知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因：_。H2O、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、sp3sp2(3)NANA(4)HO键的键能大于HN键的键能V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
27、式是1s22s22p63s23p5，所以未成对电子数为1。(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知，有2个氮原子均形成3个单键，孤电子对数为1，属于sp3杂化；剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键，孤电子对数为1，是sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，为sp2杂化。(3)由于键比键更稳定，根据反应方程式可以看出，断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N=C键中的键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的NH键。(4)O、N属于同周期元素，O的原子半径小于N，HO键的键能大于HN键的键能，所以H2O分子比NH3分子稳定。H2O分子中O原子的价电子对数24，孤电子对数为2，所以为V形结构，O原子采用sp3杂化；
28、NH3分子中N原子的价电子对数34，孤电子对数为1，所以为三角锥形结构，N原子采用sp3杂化；CO2分子中C原子的价电子对数22，不含孤电子对，所以是直线形结构，C原子采用sp1杂化。14高考组合题(1)F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2，OF2空间构型为_，其中氧原子的杂化方式为_。(2)X、Y、Z、R为前四周期元素且原子序数依次增大。XY2是红棕色气体；X与氢元素可形成XH3；Z基态原子的M层与K层电子数相等；R2离子的3d轨道中有9个电子。XY的空间构型是_；R2的水合离子中，提供孤电子对的原子是_。(3)SO的空间构型为_(用文字描述，下同)；NO的空间构型是_。(4)在BF3分子中
29、：FBF的键角是_，B原子的杂化轨道类型为_，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的空间构型为_。(5)用价电子对互斥理论推断，SnBr2分子中SnBr键的键角_(填“”“”或“”)120。【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)V形sp3(2)V形氧原子(3)正四面体形平面三角形(4)120sp2正四面体形(5)解析(1)OF2分子中，O原子的价电子对数为2(62)4，故空间构型为V形，氧原子的杂化方式为sp3。(2)X、Y、Z、R依次为N、O、Mg、Cu元素。NO中氮原子的键电子对数为2，孤电子对数为(5122)1，所以价电子对数为213，VSEPR模型为平面三角形，空间构型为V形。Cu(H2O)42中的氧原子提供孤电子对。(3)SO中的S原子和NO中的N原子的孤电子对数均为0，其空间构型分别为正四面体形和平面三角形。(5)BF3分子中B原子的杂化方式为sp2，与NaF作用生成NaBF4，BF中含有1个配位键，空间构型为正四面体形。(6)SnBr2分子中Sn原子的键电子对数为2，孤电子对数为(421)1，所以其VSEPR模型为平面三角形，其空间构型为V形。由于孤电子对与键电子对相互排斥，所以SnBr键的键角小于120。