高考化学一轮复习第6章物质结构与性质元素周期律第30讲价层电子对互斥模型杂化轨道理论学案

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1．能根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论，分析常见微粒的空间结构。
2．会分析比较键角的大小，并能规范描述其原因。
3．能根据杂化轨道理论，分析大π键的形成方式。
考点一 价层电子对互斥模型和杂化轨道理论
1．价层电子对互斥(VSEPR)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孤电子对的排斥力较大，孤电子对数越多，排斥力越大，键角越小。
(2)用价层电子对互斥模型推测分子的空间结构。
①a表示中心原子的 eq \(□,\s\up1(1)) _____________________________。
对于主族元素：a＝ eq \(□,\s\up1(2)) __________________________。
对于阳离子：a＝ eq \(□,\s\up1(3)) ________________________________。
对于阴离子：a＝ eq \(□,\s\up1(4)) _______________________________。
②x表示 eq \(□,\s\up1(5)) ______________________________________。
③b表示与中心原子结合的原子 eq \(□,\s\up1(6)) __________________________(氢为 eq \(□,\s\up1(7)) ________，其他原子＝ eq \(□,\s\up1(8)) ____________________________，如氧和氧族元素中的S、Se等均为2，卤族元素均为1)。
2．杂化轨道理论
(1)理论要点：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发生混杂，重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。
(2)杂化轨道的三种类型。
(3)杂化轨道数目的判断。
杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对，所以有关系式：杂化轨道数目＝中心原子上的孤电子对数＋中心原子的σ键电子对数＝中心原子的价层电子对数。
(4)VSEPR模型与微粒空间结构的关系。
[答案自填] eq \(□,\s\up1(1)) 价电子数 eq \(□,\s\up1(2)) 原子的最外层电子数 eq \(□,\s\up1(3)) 中心原子的价电子数－离子的电荷数 eq \(□,\s\up1(4)) 中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值) eq \(□,\s\up1(5)) 与中心原子结合的原子数
eq \(□,\s\up1(6)) 最多能接受的电子数 eq \(□,\s\up1(7)) 1 eq \(□,\s\up1(8)) 8－该原子的价电子数 eq \(□,\s\up1(9)) 1个s轨道 eq \(□,\s\up1(10)) 1个p轨道 eq \(□,\s\up1(11)) 180° eq \(□,\s\up1(12)) 直线形 eq \(□,\s\up1(13)) 1个s轨道 eq \(□,\s\up1(14)) 2个p轨道 eq \(□,\s\up1(15)) 120° eq \(□,\s\up1(16)) 平面三角形 eq \(□,\s\up1(17)) 1个s轨道 eq \(□,\s\up1(18)) 3个p轨道 eq \(□,\s\up1(19)) 109°28′ eq \(□,\s\up1(20)) 四面体形 eq \(□,\s\up1(21)) 直线形
eq \(□,\s\up1(22)) 直线形 eq \(□,\s\up1(23)) sp2 eq \(□,\s\up1(24)) 平面三角形 eq \(□,\s\up1(25)) 平面三角形 eq \(□,\s\up1(26)) V形 eq \(□,\s\up1(27)) sp3 eq \(□,\s\up1(28)) 四面体形 eq \(□,\s\up1(29)) 正四面体形 eq \(□,\s\up1(30)) V形 eq \(□,\s\up1(31)) 3 eq \(□,\s\up1(32)) 3 eq \(□,\s\up1(33)) 0 eq \(□,\s\up1(34)) sp2 eq \(□,\s\up1(35)) 平面三角形 eq \(□,\s\up1(36)) 平面三角形 eq \(□,\s\up1(37)) 4 eq \(□,\s\up1(38)) 4 eq \(□,\s\up1(39)) 0 eq \(□,\s\up1(40)) sp3 eq \(□,\s\up1(41)) 四面体形 eq \(□,\s\up1(42)) 正四面体形
[易错秒判]
(1)杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对( )
(2)分子中中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体形结构( )
(3)NH3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化( )
(4)只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化( )
(5)中心原子是sp杂化的，其分子的空间结构不一定为直线形( )
(6)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( )
(7)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)√
1．根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断，下列分子或离子的中心原子杂化方式、价层电子对互斥模型及空间结构均正确的是( )
解析：选D。A.H2O的中心O原子形成2个σ键、含有孤电子对数为 eq \f(6－1×2,2) ＝2，杂化轨道数为4，采取sp3杂化，价层电子对互斥模型为四面体形，而分子的空间结构为V形，故A错误；B.BBr3的中心B原子形成3个σ键、含有孤电子对数为 eq \f(3－1×3,2) ＝0，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，价层电子对互斥模型和分子的空间结构均为平面三角形，故B错误；C.PCl3的中心P原子形成3个σ键、含有孤电子对数为 eq \f(5－1×3,2) ＝1，杂化轨道数为4，采取sp3杂化，价层电子对互斥模型为四面体形，而分子的空间结构为三角锥形，故C错误；D.CO eq \\al(2－,3) 的中心C原子形成3个σ键、含有孤电子对数为 eq \f(4＋2－2×3,2) ＝0，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，价层电子对互斥模型和离子的空间结构均为平面三角形，故D正确。
2．(1)NO eq \\al(＋,2) 的空间结构为________，氮原子的杂化类型为________。
(2)H2SeO3的中心原子杂化类型是__________________________________________________，
SeO eq \\al(2－,3) 的空间结构是________。
(3)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳原子的杂化类型分别是______________、______________；丙烯腈分子(H2C===CH—C≡N)中碳原子的杂化类型为________。
(4)磷酸根离子的空间结构为________，其中P的价层电子对数为________，杂化轨道类型为________。
(5)LiAlH4中的阴离子空间结构是_____________________________________________________，
中心原子的杂化类型为________。
(6)氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：3NH3BH3＋6H2O===3NH eq \\al(＋,4) ＋B3O eq \\al(3－,6) ＋9H2，B3O eq \\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________。
答案：(1)直线形 sp (2)sp3 三角锥形 (3)sp3 sp3 sp2、sp (4)正四面体形 4 sp3 (5)正四面体形 sp3 (6)sp3 sp2
考点二 键角的比较方法 大π键的判断
1．键角比较的思维方法
(1)先看中心原子杂化类型，键角：sp>sp2>sp3。
(2)杂化类型相同时，看中心原子的孤电子对数，孤电子对数越多，键角越 eq \(□,\s\up1(1)) ________。排斥力大小：孤电子对－孤电子对>孤电子对－成键电子对>成键电子对－成键电子对。
(3)杂化类型和中心原子的孤电子对数均相同，看原子电负性(以AXn为例)：
①中心原子电负性越大，A—X形成的共用电子对之间的斥力越 eq \(□,\s\up1(2)) ______，键角越 eq \(□,\s\up1(3)) ______，如NH3>PH3。
②成键原子电负性越大，A—X形成的共用电子对之间的斥力越 eq \(□,\s\up1(4)) ______，键角越 eq \(□,\s\up1(5)) ______，如NCl3(4)看化学键类型：双键间的斥力>双键与单键间的斥力>单键间的斥力，如HCHO中∠O===C—H>∠H—C—H。
2．大π键(离域π键)的分析与判断
(1)形成条件。
①中心原子采取sp或sp2杂化。
②参与形成大π键的多个原子应在同一个平面或同一直线上。
(2)共用电子数分析方法。
①大π键中共用电子的数目等于垂直于分子或离子平面的p轨道中的电子数目总和。
②判断出中心原子的杂化方式，并画出价层电子轨道表示式。未参与成键的杂化轨道，优先填充两个电子，形成孤电子对，杂化轨道中的电子不参与形成大π键。
③根据配位原子的价层电子轨道表示式，判断配位原子中未参与成键且垂直该分子或离子平面的p轨道中电子数目(单电子优先形成π键)。
[示例] 推测CO eq \\al(2－,3) 中的大π键。
[分析] 根据价层电子对互斥模型判断CO eq \\al(2－,3) 为平面三角形结构，中心C原子为sp2杂化，价层电子轨道表示式为，每个O原子有两个单电子，三个O分别用一个单电子与中心C原子形成三个C—O σ键，另一个单电子参与形成大π键，形成两个负电荷的电子也参与形成大π键，故大π键的电子总数为1＋3＋2＝6，CO eq \\al(2－,3) 中的大π键表示为 eq \i\pr\in(4,6,) 。
[答案自填] eq \(□,\s\up1(1)) 小 eq \(□,\s\up1(2)) 强 eq \(□,\s\up1(3)) 大 eq \(□,\s\up1(4)) 弱 eq \(□,\s\up1(5)) 小
一、键角的大小比较
1．比较下列分子或离子中的键角大小，并解释原因。
(1)O与S元素位于同一主族，键角：H2O____CS2(填“＞”“＜”或“＝”)，原因是____________________________________
____________________________________________________。
(2)已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是__________________，原因是___________________________________
_____________________________________________________。
(3)①键角：NH3________PH3(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是_____________________________________________________________
______________________________________________________。
②键角：NF3____________NH3(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是
_________________________________________________________
_______________________________________________________。
(4)在分子中，键角∠HCO_______________________
(填“＞”“＜”或“＝”)∠HCH，理由是_____________________________________________________________
________________________________________________________。
答案：(1)＜ H2O分子中O原子采取sp3杂化且含2个孤电子对，键角为105°；CS2分子中C原子采取sp杂化，键角为180°
(2)CH4＞NH3＞H2O CH4、NH3、H2O均采取sp3杂化，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，键角逐渐减小
(3)①＞ 中心原子的电负性N大于P的，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< 成键原子的电负性F的比H的大，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
(4)＞ π键斥力大于σ键斥力
二、大π键(离域π键)的分析与判断
2．已知：多原子分子中，若原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道，则p电子可在多个原子间运动，形成“离域π键”(或大π键)。大π键可用∏mn表示，其中m、n分别代表参与形成大π键的电子数和原子个数，如苯分子中大π键表示为 eq \i\pr\in(6,6,) 。回答下列问题：
(1)下列微粒中存在“离域π键”的是___________________________(填字母)。
a．O3 b．SO eq \\al(2－,4)
c．H2S d．NO eq \\al(－,3)
(2)N2O分子中的大π键表示为________。
(3)叠氮酸(HN3)是一种弱酸，在水中能微弱电离出H＋和N eq \\al(－,3) ，N eq \\al(－,3) 中的大π键应表示为________。
(4)经X射线衍射测得化合物(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl的晶体结构，其局部结构如图所示。
该化合物中阴离子N eq \\al(－,5) 中的σ键总数为______，大π键应表示为________。
解析：(1)形成“离域π键”的形成条件是“原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道” 。O3为V形结构，有相互平行的p轨道，可以形成“离域π键”；硫酸根离子是正四面体形结构，原子不处于同一平面内，不能形成“离域π键”；硫化氢中H原子和S原子没有平行的p轨道，不能形成“离域π键”；NO eq \\al(－,3) 为平面三角形，有相互平行的p轨道，可形成“离域π键”。
(3)N eq \\al(－,3) 价电子总数为16，原子总数为3，与CO2为等电子体，二者成键方式类似，参与形成大π键的原子数为3，形成两个 eq \i\pr\in(3,4,) ，如图。
(4)根据题图可知，N eq \\al(－,5) 中的σ键总数为5；N eq \\al(－,5) 中每个N原子采取sp2杂化，未参与杂化的p轨道垂直于该离子平面形成大π键，每个p轨道各提供一个电子，再加上一个单位的负电荷，所以N eq \\al(－,5) 中一共有6个电子参与形成大π键，应表示为 eq \i\pr\in(5,6,) 。
答案：(1)ad (2) eq \i\pr\in(3,4,) (3) eq \i\pr\in(3,4,) (4) 5 eq \i\pr\in(5,6,)
1.(2023·新高考湖北卷)价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是( )
A．CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体形
B．SO eq \\al(2－,3) 和CO eq \\al(2－,3) 的空间结构均为平面三角形
C．CF4和SF4均为非极性分子
D．XeF2与XeO2的键角相等
解析：选A。CH4和H2O的中心原子的价层电子对数均为4，故CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体形，A正确；SO eq \\al(2－,3) 的中心原子S的价层电子对数为3＋ eq \f(6＋2－2×3,2) ＝4，含有1个孤电子对，故SO eq \\al(2－,3) 的空间结构为三角锥形，B错误；CF4的结构与甲烷相似，正、负电中心重合，为非极性分子，SF4的中心S原子的价层电子对数为4＋ eq \f(6－1×4,2) ＝5，含有1个孤电子对，SF4的结构不对称，正、负电中心不重合，为极性分子，C错误；XeF2、XeO2中Xe的孤电子对数不同，F、O的电负性不同，成键电子对间的排斥力不同，键角不相等，D错误。
2．(2022·新高考辽宁卷)理论化学模拟得到一种N eq \\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
解析：选B。A.由N eq \\al(＋,13) 的结构可知，所有N原子均满足8电子稳定结构，A正确；B.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，N原子的杂化方式有3种，B错误；C.中心N原子为sp3杂化，其空间结构为四面体形，C正确；D.N eq \\al(＋,13) 中含叠氮结构()，常温下不稳定，D正确。
3．(2022·新高考山东卷)吡啶( eq \a\vs4\al\c1() )替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的 eq \i\pr\in(6,6,) 大π键，则吡啶中N原子的价层孤电子对占据( )
A．2s轨道 B．2p轨道
C．sp杂化轨道 D．sp2杂化轨道
解析：选D。已知吡啶中含有与苯类似的 eq \i\pr\in(6,6,) 大π键，故吡啶中的N原子也采取sp2杂化，杂化轨道只用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对，故吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道。
4．(2023·新高考山东卷)ClO2中心原子为Cl，Cl2O中心原子为O，二者均为V形结构，但ClO2中存在大π键( eq \i\pr\in(3,5,) )。ClO2中Cl原子的轨道杂化方式为__________；O—Cl—O键角________________________________________________________________________(填“>”“<”或“＝”)Cl—O—Cl
键角。比较ClO2与Cl2O中Cl—O的键长并说明原因：_____________________________________________________________
______________________________________________________。
答案：sp2 > 键长：ClO25．(2022·高考全国甲卷)CF2===CF2和ETFE(CH2===CH2与CF2===CF2的共聚物)分子中C的杂化轨道类型分别为________和________；聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯，从化学键的角度解释原因：_________________________________________________
_________________________________________________________
________________________________________________________。
答案：sp2 sp3 氟的电负性较大，C—F的键能比C—H的键能大，使得聚四氟乙烯的化学稳定性比聚乙烯的强
6．(2022·高考全国乙卷)卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。
(1)一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一个______杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl________键，并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键( eq \i\pr\in(3,4,) )。
(2)一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中，C—Cl键长的顺序是________________________________
___________________________________________________，
理由：(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多，形成的C—Cl越强；(ⅱ)___________ ________________________________________。
解析：(1)杂化轨道形成共价键时只形成σ键。(2)一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中的碳原子的杂化方式分别是sp3、sp2、sp，由“(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多，形成的C—Cl越强”可知，一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中，C—Cl键长依次变短；一氯乙烯中Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键，分析可知，一氯乙炔中Cl的2个3p轨道分别与C的2个2p轨道形成2个3中心4电子的大π键，一氯乙烷中不含大π键，因此可推知，Cl参与形成的大π键越多，形成的C—Cl越强，对应的 C—Cl越短。
答案：(1)sp2 σ (2)一氯乙烷(C2H5Cl)>一氯乙烯(C2H3Cl)>一氯乙炔(C2HCl) Cl参与形成的大π键越多，形成的C—Cl越强
课时跟踪练
[基础巩固]
1．有X、Y两种活性反应中间体微粒，均含有1个碳原子和3个氢原子，其球棍模型如下图所示。下列说法错误的是( )
(X) (Y)
A．X的组成为CH eq \\al(＋,3)
B．Y的组成为CH eq \\al(－,3)
C．X的中心原子的价层电子对数为4
D．Y中键角小于120°
解析：选C。由题图可知，X为平面三角形结构，碳原子的价层电子对数为3，故其组成为CH eq \\al(＋,3) ，A项正确，C项错误；Y为三角锥形结构，碳原子的价层电子对数为4，孤电子对数为1，采取sp3杂化，故其组成为CH eq \\al(－,3) ，键角小于120°，B、D项正确。
2．下列分子或离子中，中心原子的价层电子对的空间结构为四面体形且分子或离子的空间结构为V形的是( )
A．NO eq \\al(－,2) B．PH3
C．H3O＋ D．OF2
解析：选D。NO eq \\al(－,2) 的中心原子的价层电子对的空间结构呈平面三角形，A不符合题意；PH3的空间结构呈三角锥形，B不符合题意；H3O＋的空间结构呈三角锥形，C不符合题意；OF2的中心原子的价层电子对的空间结构为四面体形，且分子的空间结构为V形，D符合题意。
3．下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是( )
A．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变
B．杂化轨道全部参与形成化学键
C．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°
D．四面体形、三角锥形的结构可以用sp3杂化轨道理论解释
解析：选B。杂化前后的轨道数不变，轨道的形状发生了改变，故A正确；杂化轨道可以部分参与形成化学键，如NH3中N发生了sp3杂化，形成了4个sp3杂化轨道，但是只有3个参与形成了化学键，故B错误；sp3、sp2、sp杂化轨道的空间结构分别是正四面体形、平面三角形、直线形，所以其夹角分别为109°28′、120°、180°，故C正确；四面体形、三角锥形分子的结构可以用sp3杂化轨道理论解释，如甲烷、氨气分子，故D正确。
4．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
解析：选C。根据杂化轨道理论知，Zn2＋的4s轨道和4p轨道形成的sp3杂化轨道为正四面体形，Zn2＋再结合4个Cl－形成[ZnCl4]2－，Zn2＋的配位数为4，所以[ZnCl4]2－的空间结构为正四面体形。
5．下列分子或离子的键角按由大到小的顺序排列的是( )
①BCl3 ②NH3 ③H2O ④PCl eq \\al(＋,4) ⑤HgCl2
A．⑤④①②③ B．⑤①④②③
C．④①②⑤③ D．③②④①⑤
解析：选B。①BCl3中中心B原子为sp2杂化，键角为120°；②NH3中中心N原子为sp3杂化，有1个孤电子对，使键角小于109°28′；③H2O中中心O原子为sp3杂化，有2个孤电子对，使键角比NH3分子的键角还小；④PCl eq \\al(＋,4) 中中心P原子为sp3杂化，不存在孤电子对，键角为109°28′；⑤HgCl2中中心Hg原子为sp杂化，键角为180°。综上，键角由大到小的顺序为⑤①④②③。
6．(2024·潮州高三月考)用价层电子对互斥模型可以预测分子的空间结构，也可以推测键角大小。下列判断不正确的是( )
A．SO2、CS2、BeCl2都是直线形分子
B．BF3键角为120°，NF3键角小于109°28′
C．CH2O、SO3都是平面三角形分子
D．NH3、PCl3都是三角锥形分子
解析：选A。SO2中中心S原子上的价层电子对数为2＋ eq \f(6－2×2,2) ＝3，且含有1个孤电子对，所以SO2为V形结构，而CS2、BeCl2为直线形结构，A错误；BF3中中心B原子上的价层电子对数为3＋ eq \f(3－3×1,2) ＝3，所以BF3为平面三角形结构，键角为120°；NF3中中心N原子上的价层电子对数为3＋ eq \f(5－3×1,2) ＝4，且含有1个孤电子对，所以NF3为三角锥形结构，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以NF3的键角小于109°28′，B正确；CH2O中中心C原子形成3个σ键，无孤电子对，采取sp2杂化，为平面三角形结构，SO3中中心S原子形成3个σ键，无孤电子对，采取sp2杂化，为平面三角形结构，C正确；NH3、PCl3中中心原子上的价层电子对数均为3＋ eq \f(5－3×1,2) ＝4，且含有1个孤电子对，所以NH3、PCl3均为三角锥形结构，D正确。
7．下列关于NH eq \\al(＋,4) 、NH3、NH eq \\al(－,2) 三种粒子的说法不正确的是( )
A．三种粒子所含有的电子数相等
B．三种粒子中氮原子的杂化方式相同
C．三种粒子的空间结构相同
D．键角大小关系：NH eq \\al(＋,4) >NH3>NH eq \\al(－,2)
解析：选C。NH eq \\al(＋,4) 、NH3、NH eq \\al(－,2) 含有的电子数均为10，A正确；NH eq \\al(＋,4) 、NH3、NH eq \\al(－,2) 三种粒子中氮原子的杂化方式均为sp3杂化，B正确；NH eq \\al(＋,4) 的空间结构为正四面体形，NH3的空间结构为三角锥形，NH eq \\al(－,2) 的空间结构为V形，C错误；NH eq \\al(＋,4) 、NH3、NH eq \\al(－,2) 三种粒子的键角大小关系为NH eq \\al(＋,4) >NH3>NH eq \\al(－,2) ，D正确。
8．下列关于BeF2和SF2的说法错误的是( )
A．BeF2分子中，中心Be原子上的价层电子对数等于2，成键电子对数也等于2
B．BeF2分子中孤电子对数为0
C．SF2分子中，中心S原子上的价层电子对数等于4，分子的空间结构为四面体形，成键电子对数等于2，没有孤电子对
D．在气相中，BeF2是直线形而SF2是V形
解析：选C。SF2分子中中心S原子上的孤电子对数为 eq \f(6－1×2,2) ＝2，成键电子对数为2，故价层电子对数为4，分子的空间结构为V形，C错误。
9．(1)Cu2＋处于[Cu(NH3)4]2＋的中心，若将配离子[Cu(NH3)4]2＋ 中的2个NH3换为CN－，则有 2种结构。Cu2＋是否为sp3杂化？________(填“是”或“否”)，理由为
________________________________________________________。
(2)用价层电子对互斥模型推断甲醛中H—C—H的键角________(填“＞”“＜”或“＝”)120°。
(3)SO2Cl2和SO2F2中S与O之间以双键结合，S与Cl、S与F之间分别以单键结合。SO2Cl2和SO2F2分子的空间结构为________________。SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl________(填“＜”“＞”或“＝”)SO2F2分子中∠F—S—F。
(4)抗坏血酸的分子结构如下图所示，该分子中碳原子的杂化轨道类型为________________。
解析：(2)甲醛分子中，碳氧之间为双键，根据价层电子对互斥模型可知，双键与单键之间的斥力大于单键与单键之间的斥力，所以H—C—H的键角小于120°。(3)当中心原子的价层电子对数为4时，VSEPR模型为四面体形，SO2Cl2、SO2F2的中心硫原子上无孤电子对，所以空间结构为四面体形；中心原子及中心原子的杂化方式相同时，成键原子的电负性越小，其与中心原子形成的共用电子对之间的斥力越强，键角越大，F原子的电负性大于氯原子的，所以SO2Cl2分子中 ∠Cl—S—Cl＞SO2F2分子中∠F—S—F。
答案：(1)否 若是sp3杂化，则[Cu(NH3)4]2＋的空间结构为正四面体形，将配离子[Cu(NH3)4]2＋中的2个NH3换为CN－，只有1种结构 (2)＜ (3)四面体形 ＞
(4)sp2、sp3
10．(1)NH3分子在独立存在时，H—N—H键角为107°。下图是[Zn(NH3)6]2＋的部分结构以及H—N—H键角的测量值。解释NH3形成下图所示的配合物后H—N—H键角变大的原因：_____________________________________________________________
_________________________________________________________
_____________________________________________________。
(2)AsH3分子为三角锥形，键角为91.80°，小于氨分子的键角107°，AsH3分子键角较小的原因是_____________________________________________________________
________________________________________________________。
(3)乙酸分子()中键角1大于键角2，其原因为_____________________________________________________________
_______________________________________________________。
答案：(1)NH3分子中N原子的孤电子对进入Zn2＋的空轨道形成配位键后，原孤电子对与成键电子对间的排斥作用变为成键电子对间的排斥作用，排斥作用减弱
(2)AsH3、NH3的中心原子均为sp3杂化，砷原子的电负性小于氮原子的，故As—H共用电子对离砷核距离较远，斥力较小，键角较小
(3)乙酸分子中C===O与C—C之间的斥力大于C—O与C—C之间的斥力，使得键角1大于键角2
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11．C3O2是金星大气的成分之一，化学性质与CO相似，C3O2分子结构为O===C===C===C===O。下列说法不正确的是( )
A．一个C3O2分子的价电子总数为24
B．CO分子中σ键和π键的个数比为1∶1
C．C3O2分子中C原子的杂化方式均为sp
D．C3O2与CO2分子的空间结构相同
解析：选B。主族元素的价电子数等于主族序数，也等于最外层电子数，故C3O2的价电子总数为24，A项正确；CO中含有三键，故其分子中σ键和π键的个数比为1∶2，B项不正确；根据C3O2的结构式判断C原子采取sp杂化，C项正确；根据碳原子的杂化方式判断，C3O2和CO2中碳原子的杂化方式相同，故分子的空间结构相同，D项正确。
12．(2024·茂名统考)NF3是微电子工业中一种优良的等离子蚀刻气体，可通过电解熔融氟化氢铵(NH4HF2)制得。下列有关说法错误的是( )
A．NF3的空间结构为平面三角形
B．相关元素电负性由大到小的顺序为F>N>H
C．NF3和NH4HF2中N原子的杂化方式均为sp3
D．NH4HF2晶体中微粒间存在离子键、共价键、配位键、氢键
解析：选A。NF3分子中N的周围形成3个σ键，孤电子对数为 eq \f(5－3×1,2) ＝1，故其价层电子对数为4，空间结构为三角锥形，A项错误；同一周期从左到右，元素的电负性逐渐增大，同一主族从上到下，元素的电负性逐渐减小，故相关元素电负性由大到小的顺序为F>N>H，B项正确；由上述分析可知，NF3分子中N的价层电子对数为4，NH eq \\al(＋,4) 中N原子形成4个σ键，孤电子对数为 eq \f(5－1－4×1,2) ＝0，其价层电子对数为4，故NF3和NH4HF2中N原子的杂化方式均为sp3，C项正确；NH4HF2晶体中NH eq \\al(＋,4) 与HF eq \\al(－,2) 微粒内存在共价键和配位键，微粒间存在离子键，HF eq \\al(－,2) 与HF eq \\al(－,2) 微粒间存在氢键，D项正确。
13．有几种含氯阴离子的信息见下表：
下列推断不正确的是( )
A．ClO eq \\al(－,3) 和CO eq \\al(2－,3) 的价电子总数相同
B．M的化学式为ClO eq \\al(－,2)
C．ClO eq \\al(－,3) 、ClO－中氯原子的杂化类型都为sp3
D．M的空间结构为V形
解析：选A。ClO eq \\al(－,3) 和CO eq \\al(2－,3) 的价电子总数分别为7＋3×6＋1＝26、4＋3×6＋2＝24，二者价电子总数不相同，A项错误；M中Cl元素的化合价是＋3价，氯原子的杂化轨道类型是sp3，因此M的化学式为ClO eq \\al(－,2) ，B项正确；ClO eq \\al(－,3) 中氯原子上的价层电子对数是3＋ eq \f(7＋1－3×2,2) ＝4，ClO－中氯原子上的价层电子对数是1＋ eq \f(7＋1－1×2,2) ＝4，因此氯原子的杂化类型都为sp3，C项正确；ClO eq \\al(－,2) 中Cl原子上的价层电子对数是2＋ eq \f(7＋1－2×2,2) ＝4，含有2个孤电子对，所以空间结构为V形，D项正确。
14．吡咯和卟吩都是平面分子。已知处于同一平面的多原子分子中如有相互平行的p轨道，p轨道电子在多个原子间运动形成不局限在两个原子之间的π型化学键，称为离域π键，表示为∏nm，m是成键原子数，n是成键电子数。下列说法错误的是( )
A.吡咯中N原子的杂化方式为sp2杂化
B．吡咯中存在的离域π键为 eq \i\pr\in(5,6,)
C．苯分子中也存在离域π键
D．卟吩中N原子的杂化方式是sp3杂化
解析：选D。A.吡咯分子中，N原子形成3个σ键，还有2个电子形成离域π键，为sp2杂化，A正确；B.吡咯是平面分子，在吡咯中，每个C原子最外层有4个电子，3个电子用于成键，只有1个电子用于形成离域π键，N原子最外层有5个电子，3个电子用于成键，还有2个电子用于形成离域π键，故成键原子数为5，成键电子数为6，形成的离域π键为 eq \i\pr\in(5,6,) ，B正确；C.苯分子是平面分子，在苯分子中，每个C原子最外层有4个电子，3个电子用于成键，只有1个电子用于形成离域π键，故成键原子数为6，成键电子数为6，形成的离域π键为 eq \i\pr\in(6,6,) ，C正确；D.卟吩分子中，连接H原子的N原子形成3个σ键，还有2个电子用于形成离域π键，为sp2杂化，形成双键的N原子，形成2个σ键，还有一个孤电子对，另外还有1个电子用于形成离域π键，也为sp2杂化，D错误。
15．(1)OF2分子的空间结构为________，其中氧原子的杂化方式为________________。
(2)①V2O5常用作SO2转化为SO3的催化剂。SO2分子中S原子上的价层电子对数是________，分子的空间结构为________；SO3气态为单分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________；SO3的三聚体环状结构如图1所示，该结构中S原子的杂化轨道类型为________；该结构中 S—O 键长有两类，一类键长约140 pm，另一类键长约160 pm，较短的键为____________(填图1中字母)，该分子中含有____________个σ键。
②V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠(Na3VO4)，该盐阴离子的空间结构为________；也可以得到偏钒酸钠，其阴离子为如图2所示的无限链状结构，偏钒酸钠的化学式为________。
(3)①碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是________________________________________________________________________。
②根据原子轨道重叠方式，CS2分子中，共价键的类型有____________，C原子的杂化轨道类型是____________。
解析：(1)OF2分子中中心O原子上的价层电子对数为2＋ eq \f(6－1×2,2) ＝4，孤电子对数为2，因此空间结构为V形，O原子的杂化方式为sp3杂化。(2)①SO2分子中S原子上的价层电子对数是3，孤电子对数为1，分子的空间结构为V形；SO3气态为单分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为sp2杂化；由SO3的三聚体环状结构可知，该结构中S原子的价层电子对数为4，杂化轨道类型为sp3杂化；该结构中S—O键长有两类，一类键长约140 pm，另一类键长约为160 pm，其中a为硫氧双键，b为硫氧单键，较短的键为a，该分子中含有12个σ键。②VO eq \\al(3－,4) 中，V形成4个σ键，孤电子对数为 eq \f(5＋3－4×2,2) ＝0，为正四面体结构；由链状结构可知，每个V与3个O形成阴离子，且V的化合价为＋5价，偏钒酸钠的化学式为NaVO3。(3)①碳原子核外最外层有4个电子，在化学反应中很难失去4个电子形成阳离子，也很难得到4个电子形成阴离子，因此碳在形成化合物时，主要通过共用电子对形成共价键。②CS2分子的结构式为S===C===S，分子中存在σ键和π键；CS2分子中，C原子的价层电子对数为2，杂化轨道类型为sp杂化。
答案：(1)V形 sp3杂化 (2)①3 V形 sp2杂化 sp3杂化 a 12 ②正四面体形 NaVO3 (3)①C有4个价电子且半径小，难以通过得失电子达到稳定结构 ②σ键和π键 sp杂化
实例
价层电子
对数(杂
化轨道数)
σ键
电子
对数
中心原子
上的孤电
子对数
中心原子
的杂化轨
道类型
VSEPR
模型
分子或
离子的
空间结构
BeCl2
2
2
0
sp
eq \(□,\s\up1(21)) ____
eq \(□,\s\up1(22)) ______
CO2
BF3
3
3
0
eq \(□,\s\up1(23)) ______
eq \(□,\s\up1(24)) ____
______
eq \(□,\s\up1(25)) ______
SO2
2
1
eq \(□,\s\up1(26)) ______
CH4
4
4
0
eq \(□,\s\up1(27)) ______
eq \(□,\s\up1(28)) ____
______
eq \(□,\s\up1(29)) ______
NH3
3
1
三角锥形
H2O
2
2
eq \(□,\s\up1(30)) ______
CO eq \\al(2－,3)
eq \(□,\s\up1(31)) ____
eq \(□,\s\up1(32)) ____
eq \(□,\s\up1(33)) ____
eq \(□,\s\up1(34)) ______
eq \(□,\s\up1(35)) ____
______
eq \(□,\s\up1(36)) ______
________
NH eq \\al(＋,4)
eq \(□,\s\up1(37)) ____
eq \(□,\s\up1(38)) ____
eq \(□,\s\up1(39)) ____
eq \(□,\s\up1(40)) ______
eq \(□,\s\up1(41)) ____
______
eq \(□,\s\up1(42)) ______
________
选项
分子或
离子
中心原子
杂化方式
价层电子
对互斥模型
分子或离子
的空间结构
A
H2O
sp
直线形
直线形
B
BBr3
sp2
平面三角形
三角锥形
C
PCl3
sp3
四面体形
平面三角形
D
CO eq \\al(2－,3)
sp2
平面三角形
平面三角形
阴离子
ClO eq \\al(－,4)
ClO eq \\al(－,3)
M
ClO－
氯元素化合价
＋5
＋3
＋1
氯原子杂化类型
sp3
sp3