2024年高考化学一轮复习　第34讲　杂化轨道理论　价层电子对互斥模型 学案（含答案）

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1．杂化轨道理论
(1)杂化轨道理论概述
中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。
(2)杂化轨道三种类型
(3)由杂化轨道数判断中心原子的杂化类型
杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对，所以有公式：杂化轨道数＝_____________＋
____________________＝________________________________________________。
2．价层电子对互斥模型
(1)理论要点
①价层电子对在空间上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。
②孤电子对排斥力较大，孤电子对数越多，排斥力越强，键角越小。
(2)ABm型分子的价电子对计算方法
对于ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：
n＝eq \f(中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m,2)
其中，中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算。
(3)孤电子对数＝价电子对数(n)－配位原子数(m)。
3．微粒的空间结构
完成下列表格
1．价层电子对互斥模型中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数( )
2．N2分子中N原子没有杂化，分子中有1个σ键、2个π键( )
3．只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化( )
4．分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子一定为正四面体结构( )
5．SiF4与SOeq \\al(2－,3)的中心原子均为sp3杂化( )
一、价层电子对数的判断
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)XeF2的中心原子价层电子对数为6( )
(2)为四角锥结构，中心原子I没有孤对电子( )
(3)六氟化硫分子空间结构呈正八面体形，其中心原子的价层电子对数为4( )
(4)PhB(OH)2和中B原子的价层电子对数相等(—Ph代表苯基，—Pr代表异丙基)( )
2．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．NHeq \\al(＋,4) D．PCl3
二、杂化方式的判断
3．判断下列物质中心原子的杂化方式。
(1)PCl3分子中，P的杂化方式为________。
(2)HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类型是________。
(3)丙烯腈分子(H2C==CH—C≡N)中碳原子杂化轨道类型为________。
(4)[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===3NHeq \\al(＋,4)＋B3Oeq \\al(3－,6)＋9H2
B3Oeq \\al(3－,6)的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由________变为________。
三、分子(离子)空间结构的判断
4．(2023·无锡月考)下列分子或离子中，中心原子的价层电子对的几何构型为正四面体形且分子或离子的空间结构为V形的是( )
A．NOeq \\al(－,2) B．PH3 C．H3O＋ D．OF2
5．下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是( )
A．H2O B．CO2 C．SO2 D．BeCl2
6．已知Zn2＋的4s轨道和4p轨道可以形成sp3型杂化轨道，那么[ZnCl4]2－的空间结构为( )
A．直线形 B．平面正方形
C．正四面体形 D．正八面体形
四、键角的比较
7．(1)比较下列分子或离子中的键角大小(填“＞”“＜”或“＝”)：
①BF3______NCl3，H2O________CS2。
②H2O______NH3________CH4，SOeq \\al(2－,3)______SOeq \\al(2－,4)。
③H2O________H2S，NCl3________PCl3。
④NF3________NCl3，PCl3________PBr3。
(2)在分子中，键角∠HCO________(填“＞”“＜”或“＝”)∠HCH。理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答题规范(5) 键角大小原因解释的三种模型
1．电子对结构(或杂化方式)不相同，优先看杂化方式，键角：sp>sp2>sp3。
答题模板：×××中心原子采取×××杂化，键角为×××，而×××中心原子采取×××杂化，键角为×××。
2．电子对结构(或杂化方式)相同，看电子对间的斥力。
答题模板： ×××分子中无孤电子对，×××分子中含有n个孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥作用较大，因而键角较小。
3．空间结构相同，中心原子相同或配位原子相同，看中心原子或配位原子的电负性。
答题模板：
(1)中心原子不同，配位原子相同(AC3与BC3，若电负性：A＞B，则键角：AC3____BC3)。原因：中心原子的电负性A强于B，中心原子的电负性越大，成键电子对离中心原子越近，斥力越大，键角也越大。
(2)中心原子相同，配位原子不同(AB3与AC3，若电负性：B＞A＞C，则键角：AB3____AC3)。原因为电负性：B＞A＞C，在AB3中成键电子对离中心原子较远，斥力较小，因而键角较小。
1．Si与C元素位于同一主族，SiO2键角小于CO2的原因是___________________________
________________________________________________________________________。
2．H3BO3 分子中的O—B—O的键角________(填“大于”“等于”或“小于”)BHeq \\al(－,4)中的H—B—H的键角，判断依据是______________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．高温陶瓷材料Si3N4晶体中键角N—Si—N______(填“>”“<”或“＝”)Si—N—Si，原因是___________________________________________________________________________。
4．已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是____________，原因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
5．(1)NH3的键角______PH3的键角，原因是________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)NF3的键角____NH3的键角，理由是____________________________________________
________________________________________________________________________。
1．(2021·江苏，6)下列有关NH3、NHeq \\al(＋,4)、NOeq \\al(－,3)的说法正确的是( )
A．NH3能形成分子间氢键
B．NOeq \\al(－,3)的空间结构为三角锥形
C．NH3与NHeq \\al(＋,4)中的键角相等
D．NH3与Ag＋形成的[Ag(NH3)2]＋中有6个配位键
2．(2022·辽宁，8)理论化学模拟得到一种Neq \\al(＋,13)离子，结构如图。下列关于该离子的说法错误的是( )
A．所有原子均满足8电子结构
B．N原子的杂化方式有2种
C．空间结构为四面体形
D．常温下不稳定
3．(1)[2021·全国甲卷，35(1)节选]SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为________。SiCl4可发生水解反应，机理如下：
含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为________(填标号)。
(2)[2021·全国乙卷，35(3)节选]PH3中P的杂化类型是 ________。
(3)[2021·湖南，18(2)②节选]N-甲基咪唑()中碳原子的杂化轨道类型为________。
4．[2022·河北，17(3)]SnCleq \\al(－,3)的空间结构为________，其中心离子杂化方式为__________。
第34讲 杂化轨道理论 价层电子对互斥模型
归纳整合
1．(2)1个s轨道 1个p轨道 180° 直线 1个s轨道
2个p轨道 120° 平面三角形 1个s轨道 3个p轨道
109°28′ 四面体形 (3)中心原子的孤电子对数 中心原子的σ键个数 中心原子的价层电子对数
3．(从左到右，从上到下)2 2 0 sp 直线形 直线形 3 3 0 sp2 2 1 sp2 平面三角形 平面三角形 V形
4 4 0 sp3 3 1 sp3 2 2 sp3 四面体形 正四面体形 三角锥形 V形
易错辨析
1．√ 2.√ 3.√ 4.× 5.√
专项突破
1．(1)× (2)× (3)× (4)×
2．A
3．(1)sp3杂化 (2)sp3和sp (3)sp2、sp (4)sp3 sp2
4．D 5.C 6.C
7．(1)①＞ ＜ ②＜ ＜ ＞ ③＞ ＞ ④＜ ＜
(2)＞ π键斥力大于σ键斥力
答题规范(5)
3．(1)＞ ＜
规范精练
1．SiO2中中心Si原子采取sp3杂化，键角为109°28′；CO2中中心C原子采取sp杂化，键角为180°
2．大于 H3BO3分子中的B采取sp2杂化，而BHeq \\al(－,4)中的B采取sp3杂化，sp2杂化形成的键角大于sp3杂化
3．> N原子上有孤电子对，由于孤电子对与成键电子对的排斥力更大，使得Si—N—Si键角较小
4．CH4＞NH3＞H2O CH4分子中无孤电子对，NH3分子中含有1个孤电子对，H2O分子中含有2个孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥作用依次增大，故键角逐渐减小
5．(1)＞ 中心原子的电负性N强于P，中心原子的电负性越大，成键电子对离中心原子越近，斥力越大，键角也越大 (2)< F的电负性比H大，NF3中成键电子对离中心原子较远，斥力较小，因而键角也较小
真题演练 明确考向
1．A [硝酸根离子的空间结构为平面三角形，B错误；NH3和NHeq \\al(＋,4)中的N都是sp3杂化，但NH3中存在一对孤电子对，是三角锥形结构，而NHeq \\al(＋,4)为正四面体形结构，所以键角不相等，C错误；[Ag(NH3)2]＋中含有8个σ键，2个配位键，D错误。]
2．B [由Neq \\al(＋,13)的结构式可知，所有N原子均满足8电子稳定结构，A正确；中心N原子为sp3杂化，与中心N原子直接相连的N原子为sp2杂化，与端位N原子直接相连的N原子为sp杂化，端位N原子为sp2杂化，则N原子的杂化方式有3种，B错误；中心N原子为sp3杂化，则其空间结构为四面体形，C正确；Neq \\al(＋,13)中含叠氮结构，常温下不稳定，D正确。]
3．(1)sp3 ② (2)sp3 (3)sp3、sp2
4．三角锥形 sp3
实例
价层电子对数
σ键电子对数
孤电子对数
中心原子杂化轨道类型
几何构型
分子(离子)空间结构
BeCl2、CS2
BF3、SO3、COeq \\al(2－,3)
O3、SO2
SnCl4、POeq \\al(3－,4)、NHeq \\al(＋,4)
PH3、SOeq \\al(2－,3)
H2S、Ieq \\al(＋,3)