化学选择性必修2第2节 共价键与分子的空间结构精品练习

微专题三　杂化轨道类型和分子空间结构的判断方法

一、杂化轨道类型的判断方法

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＝价电子对数。

即：

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sp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°28′，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sp杂化。

4．有机物中碳原子的杂化方式可根据成键情况判断：

若碳原子形成的全部为单键，则为sp3杂化，若有一个双键，则为sp2杂化，若有三键，则为sp杂化。

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BF3   B．CO2与SO2

C．CCl4与NH3   D．C2H2与C2H4

答案　C

解析　A项中，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sp、sp2；B项中，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sp、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sp、sp2。

二、分子空间构型的判断方法

1．利用价电子对互斥理论

2.利用等电子原理

例2　下列各组分子的空间结构相同的是(　　)

A．SnCl2、BeCl2   B．BF3、NH3

C．CCl4、SiF4   D．CS2、OF2

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结构，其中A、D项中分子的具体情况如下表：

B项中BF3、NH3的空间结构分别为平面三角形、三角锥形；C项中，CCl4与SiF4的空间结构均为正四面体形。

三、键角大小判断的一般步骤

1．首先看中心原子杂化类型

中心原子杂化类型是决定键角大小的最根本的原因，如下表：

中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化类型的，它们对应的键角会依次增大。

2．确定中心原子孤电子对数

对于中心原子杂化类型相同的分子，中心原子所含孤电子对数目越多，键角越小。

3．看电负性

对于中心原子杂化类型且孤电子对数相同的分子，可以比较原子的电负性

①若中心原子相同，则配位原子电负性越大，键角越小；

②若配位原子相同，则中心原子电负性越大，键角越大。

例3　填空：

(1)CH4、BF3、CO2键角从大到小的顺序为____________________________________________。

(2)H2O、NH3、CH4键角从大到小的顺序为___________________________________________。

(3)H2O与H2S键角从大到小的顺序为_______________________________________________。

(4)NF3与NH3键角从大到小的顺序为_______________________________________________。

(5)HCHO中两个C—H间的夹角________(填“>”或“<”)120°。

答案　(1)CO2>BF3>CH4 　(2)CH4>NH3>H2O　(3)H2O>H2S　(4)NH3>NF3 　(5)<

解析　(1)CH4、BF3、CO2的中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化，它们对应的键角为109°28′、120°、180°，键角会依次增大。(2)H2O、NH3、CH4分子的中心原子采取的都是sp3杂化，但孤电子对数不同。其孤电子对数分别为2、1、0，在H2O分子中，键角要受2对孤电子对的压缩，键角会最小。(3)H2O与H2S分子中的O与S原子都采取了sp3杂化，都有2对孤电子对，但O原子的电负性大，H2O比H2S键角大。(4)NF3与NH3比较，中心原子都是N原子且都为sp3杂化，但因为F原子的电负性大于H原子，使成键电子离N原子更远，两个N—F键间的斥力减小、可以靠的更近，所以其键角更小。(5)在HCHO分子中，C原子为sp2杂化，但由于C原子与O原子间以双键C==O结合，该双键对C—H键的斥力要更大些。所以两个C—H键的键角小于120°。

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．①②④  B．①⑤  C．②③  D．③⑤

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sp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，分子的空间结构为V形

C．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp，分子的空间结构为直线形

D．SO的空间结构为平面三角形

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，所以分子的空间结构不是正四面体形，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，分子的空间结构为V形，B错误；CO2中C原子的价电子对数＝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原子的价电子对数＝3＋×(6＋2－3×2)＝4，为sp3杂化，含1对孤电子对，空间结构为三角锥形，D错误。

3．(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，这是磷原子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

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，则结构发生变化，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。

4．下列说法正确的是(　　)

①CS2为V形分子　②ClO的空间结构为平面三角形　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．①②  B．②③  C．③④  D．①④

答案　C

解析　①CS2和CO2的分子结构相同，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的空间结构为三角锥形，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。

5．下列微粒中，键角最大的是(　　)

A．NH   B. SO3

C. NCl3   D. CS2

答案　D

解析　CS2中心原子为sp杂化，键角最大，故选D。

6．高考组合填空

(1)[2019·全国卷Ⅰ，35(2)节选]乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是__________、__________。

(2)[2019·全国卷Ⅱ，35(1)节选]元素As与N同族。预测As的氢化物分子的空间结构为________。

(3)[2019·全国卷Ⅲ，35(4)节选]NH4H2PO4中P的________杂化轨道与O的2p轨道形成________键。

(4)[2019·江苏，21(2)节选]SO的空间结构为____________(用文字描述)。

(5)[2019·江苏，21(3)节选]抗坏血酸的分子结构如图所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为________。

(6)[2020·山东，17(2)节选]NH3、PH3、AsH3键角由大到小的顺序为________。

(7)[2020·全国卷Ⅰ，35(3)]磷酸根离子的空间构型为________，其中P的价层电子对数为________、杂化轨道类型为________。

(8)[2020·全国卷Ⅲ，35(2)节选]氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：

3NH3BH3＋6H2O===3NH＋B3O＋9H2

B3O的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由________变为________。

答案　 (1)sp3　sp3　(2)三角锥形　(3)sp3　σ　(4)正四面体　(5)sp3、sp2 　(6)NH3、PH3、AsH3　(7)正四面体　4　sp3　(8)sp3　sp2

解析　(1)乙二胺中N形成3个单键，含有1个孤电子对，属于sp3杂化；C形成4个单键，不存在孤电子对，也是sp3杂化。

(2)As与N同族，则AsH3分子的空间结构类似于NH3，为三角锥形。

(4)SO中S形成4个σ键，孤电子对数为＝0，因此SO空间结构为正四面体形。

(5)根据抗坏血酸的分子结构，该结构中有两种碳原子，全形成单键的碳原子和形成双键的碳原子，全形成单键的碳原子为sp3杂化，形成双键的碳原子为sp2杂化。