2025年高考化学一轮复习课件（新高考版）大单元3 第8章　第34讲　价层电子对互斥模型、杂化轨道理论及应用

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1.掌握价层电子对互斥模型和杂化轨道理论的内容并能用其推测简单分子或离子的空间结构。2.掌握键角大小原因并能作出规范描述。
1.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，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。(2)价层电子对互斥模型推测分子(离子)的空间结构的关键——价层电子对数的计算价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数说明：σ键电子对数＝中心原子结合的原子数；
中心原子上的孤电子对数＝ (a－xb)，其中①a表示中心原子的_________。对于主族元素：a＝___________________。对于阳离子：a＝_________________________________。对于阴离子：a＝_______________________________________。②x表示_______________________。③b表示与中心原子结合的原子___________________(氢为__，其他原子＝____________________。如氧和氧族元素中的S、Se等均为2，卤族元素均为1)。
中心原子的价电子数－离子的电荷数
中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值)
与中心原子结合的原子数
例如，SOCl2的空间结构的判断：SOCl2的中心原子为S，σ键电子对数为3，孤电子对数为 ×(6－1×2－2×1)＝1，价层电子对数为4，这些价层电子对互相排斥，形成四面体形的VSEPR模型，由于中心原子上有1个孤电子对，则SOCl2的空间结构为三角锥形。
提示　H2SO3的中心原子为S，σ键电子对数为3，孤电子对数为 ×(6－1×2－2×1)＝1，价层电子对数为4。这些价层电子对互相排斥，形成四面体形的VSEPR模型， 由于中心原子上有1 个孤电子对， 所以H2SO3的空间结构为三角锥形。
2.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，轨道间的夹角就不同，形成分子的空间结构就不同。
(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＝_______________________＋___________________＝_______________________。
中心原子的价层电子对数
3.VSEPR模型与微粒空间结构的关系完成下列表格
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 的中心原子均为sp3杂化(　　)
6. 为四角锥结构， 中心原子I没有孤电子对(　　)7.六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(　　)
一、价层电子对数及杂化方式的判断1.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是A.CO2与SO2 B.CH4与NH3C.BeCl2与BF3 D.C2H6与C2H2
BeCl2中Be形成2个σ键，无孤电子对，为sp杂化，BF3中B形成3个σ键，无孤电子对，为sp2杂化，故C错误；C2H6中C形成4个σ键，无孤电子对，为sp3杂化，C2H2中形成2个σ键，无孤电子对，为sp杂化，故D错误。
2.用价层电子对互斥模型判断下列微粒中心原子的价层电子对数。
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)[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____、____。(3)HOCH2CN分子中碳原子的杂化轨道类型是_______。(4)丙烯腈分子(H2C==CH—C≡N)中碳原子杂化轨道类型为________。
的结构为 。 在该反应中，B原子的杂化轨道类型由____变为____。
二、分子(离子)空间结构的判断4.(1)指出下列粒子的空间结构。①H2S_____；②BeF2________；③PF3________；④SO3 ___________。(2)在BF3分子中，F—B—F的键角是_____，硼原子的杂化轨道类型为____，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4， 的空间结构为____________。(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。NH3分子的空间结构是________；N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是___。
NH3分子中σ键数为3，孤电子对数为1，价层电子对数为4，N原子采用sp3杂化，分子空间结构为三角锥形，N2H4中氮原子与NH3中氮原子杂化类型相同，均为sp3杂化。
(4) 的空间结构是___________，其中硫原子的杂化轨道类型是____。
5.V2O5常用作SO2转化为SO3的催化剂。(1)SO2分子中S原子价层电子对数是___，分子的空间结构为_____；气态SO3为单分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为____。(2)SO3的三聚体环状结构如图所示，该结构中S原子的杂化轨道类型为____。
SO3的三聚体环状结构中，S原子形成4个σ键，则S原子采取sp3杂化。
1.(2022·辽宁，7)理论化学模拟得到一种 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
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；
中含 ，常温下不稳定，D正确。
2.(1)[2023·北京，15(3)] 的空间结构是_________。(2)[2023·浙江1月选考，17(1)节选]Si(NH2)4分子的空间结构(以Si为中心)名称为______，分子中氮原子的杂化轨道类型是____。(3)[2022·福建，14(4)][BrOF2]＋的中心原子Br的杂化轨道类型为___。(4)[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________。
N-甲基咪唑分子中含有甲基和碳碳双键，则该分子中碳原子的杂化轨道类型为sp3、sp2。
(5)[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)。
根据SiCl4的结构式可知，Si的价层电子对数为4，故Si采取sp3杂化；根据SiCl4(H2O)的结构式可知Si的价层电子对数为5，采取sp3d杂化。
3.[2021·山东，16(3)]Xe是第五周期的稀有气体元素，与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为_____，下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是____(填字母)。A.sp D.sp3d
4.(1)[2022·湖南，18(1)③]比较键角大小：气态SeO3分子____ 离子(填“>”“<”或“＝”)，原因是______________________________________________________。
SeO3的空间结构为平面三角形， 的空间结构为三角锥形
(2)[2022·北京，15(1)②改编]比较 和H2O分子中的键角大小并给出相应解释：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
1.VSEPR模型和杂化轨道理论常用于预测和解释分子的空间结构。下列说法正确的是A.凡是AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp2杂化轨道成键B.凡是中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构都是正四面体形C.杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对D.凡是分子中形成π键的原子，均采用sp2杂化
AB3型的共价化合物，如BF3中B原子采用sp2杂化，NH3中N原子采用sp3杂化，故A错误；中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是正四面体形、三角锥形、V形，CCl4、NH3、H2O中中心原子都采取sp3杂化，但其空间结构分别是正四面体形、三角锥形、V形，故B错误；分子中形成π键的原子，可能采用sp2杂化，也可能采用sp杂化，如HC≡CH分子的C原子可形成π键，采用sp杂化，故D错误。
2.下列有机物分子中的碳原子既有sp3杂化又有sp杂化的是A.CH3CH==CH2 B.CH3—C≡CHC.CH3CH2OH D.CH≡CH
CH3CH==CH2中双键碳为sp2杂化、单键碳为sp3杂化，故不选A；CH3—C≡CH中三键碳为sp杂化、单键碳为sp3杂化，故选B；CH3CH2OH中碳原子均为sp3杂化，故不选C；CH≡CH中碳原子只有sp杂化，故不选D。
3.下列关于水合氢离子(H3O＋)的说法错误的是A.含有极性键B.空间结构为三角锥形C.键角：H3O＋水合氢离子中含有氢氧键，是极性键，A正确；水合氢离子中的氧原子为sp3杂化，含有一个孤电子对，空间结构为三角锥形，B正确；水分中含有两个孤电子对，孤电子对数目越多键角越小，故键角：H3O＋>H2O ，C错误； H3O＋ 和 H2O 中氧原子均为 sp3 杂化，D正确。
4.BeCl2是共价分子，可以以单体、二聚体和多聚体形式存在，三者结构简式依次为Cl—Be—Cl、 、 。其单体、二聚体和多聚体中Be的杂化轨道类型依次为A.sp3、sp2、sp B.sp2、 sp、sp3C.sp2、sp3、sp D.sp、sp2、sp3
Cl—Be—Cl中Be原子形成2个Be—Cl，没有孤电子对，杂化轨道数目为2，杂化轨道类型为sp杂化； 中Be原子形成3个Be—Cl，没有孤电子对，杂化轨道数目为3，杂化轨道类型为sp2杂化； 中Be原子形成4个Be—Cl，没有孤电子对，杂化轨道数目为4，杂化轨道类型为sp3杂化，故选D。
Cl2O中O有两个孤电子对，价层电子对数为2＋2＝4，所以O为sp3杂化，Cl2O的空间结构为V形，选项B正确；
氯元素的原子序数为17，电子排布式为1s22s22p63s23p5，核外有9种原子轨道，故基态原子的核外电子的空间运动状态有9种，选项D正确。
6.下表中各粒子、粒子对应的空间结构及解释均正确的是
7.(2023·济南模拟)下列说法不正确的是A.BF3和SO3中B、S杂化轨道类型相同，二者VSEPR模型均为平面三角形B.CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子
D.AB2的空间结构为V形，则A为sp3杂化
CH4含有C—H极性键，CCl4含有C—Cl极性键，二者结构对称、正负电荷中心重合，都为非极性分子，故B正确；
AB2的空间结构为V形，A原子价层电子对数可能是3或4，如SO2中S原子为sp2杂化，H2O中O为sp3杂化，故D错误。
8.下列分子或离子中键角由大到小排列的顺序是①BCl3　②NH3　③H2O　④ 　⑤HgCl2A.⑤④①②③ B.⑤①④②③C.④①②⑤③ D.③②④①⑤
9.六氟化硫分子呈正八面体结构(如图所示)，在高电压下仍有良好的绝缘性，性质稳定，在电器工业方面有着广泛的用途，但逸散到空气中会引起强温室效应，下列有关六氟化硫的推测正确的是A.SF6各原子均为8电子稳定结构B.S原子轨道杂化方式与SO3中的S一样C.六氟化硫分子中只含极性键D.S—F是σ键，键长可能不相等
根据题图知，每个F原子和1个S原子形成1个共用电子对，每个S原子和6个F原子形成6个共用电子对，所以F原子都达到8电子稳定结构，但S原子最外层达到12个电子，A错误；
同种原子间形成非极性键，不同种原子间形成极性键，六氟化硫分子中的S—F均为极性键，不含非极性键，C正确；六氟化硫分子中的S—F都是σ键，六氟化硫分子为正八面体形结构，所以各键的键长与键能都相等，D错误。
11.在白磷分子(P4)中，四个P原子分别处于正四面体的四个顶点上，结合P原子的成键特点，下列有关白磷分子的说法正确的是A.白磷分子中的键角为109°28′B.分子中共有4个共用电子对C.白磷分子中的键角为60°D.分子中有6个孤电子对
根据共价键的方向性和饱和性，每个磷原子都以3个共价键与其他3个磷原子结合，从而形成正四面体结构，所以键角为60°，分子中共有6个共价单键(即6个共用电子对)，4个孤电子对。
Al元素；Y为N元素；X为C元素。金属元素的电负性和电离能均小于非金属元素，同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势，电负性依次增大，所以碳、氮、铝三种元素的电负性和电离能的大小顺序均为Y>X>Z，故A正确；碳酸根离子中碳原子的价层电子对数为3，孤电子对数为0，碳酸根离子的空间结构为平面三角形，故B正确；硝酸根离子中氮原子的价层电子对数为3，杂化方式为sp2杂化，故C正确；电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，则氮离子的半径大于铝离子，故D错误。
13.解答下列问题：(1)NH3分子在独立存在时，H—N—H键角为107°。如图是[Zn(NH3)6]2＋的部分结构以及H—N—H键角的测量值。解释NH3形成如图配合物后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_____________________________________________________________________________。
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
砷原子的电负性小于氮原子，其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( )中键角1大于键角2，其原因为___________________________________________。
C==O对C—C的斥力大于
14.(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，则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°。
若是sp3杂化，[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－，则只有1种结构
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)SO2Cl2和SO2F2中S==O之间以双键结合，S—Cl、S—F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的空间结构为________。SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl____SO2F2分子中∠F—S—F(填“＜”“＞”或“＝”)。
当中心原子的价层电子对数为4时，VSEPR模型为四面体形，硫原子无孤电子对，所以空间结构为四面体形；配位原子得电子能力越弱，其与中心原子形成的共用电子对之间的斥力越强，F原子的得电子能力大于氯原子，所以SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl＞SO2F2分子中∠F—S—F。
(4)抗坏血酸的分子结构如图所示，该分子中碳原子的杂化轨道类型为________。
15.短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序数逐渐增大，它们的最简单氢化物分子的空间结构依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、V形、直线形。回答下列问题：(1)Z的氢化物的结构式为_______，HZO分子的中心原子价层电子对数的计算式为_____________________，该分子的空间结构为____。
由题意可推出D、E、X、Y、Z分别为C、N、Si、S、Cl。
(2)Y的价层电子排布式为_______，Y的最高价氧化物的VSEPR模型为____________。
SO3中硫原子的价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形。
(3)X与Z形成的最简单化合物的化学式是______，该分子中的键角是________。
SiCl4是正四面体结构，键角为109°28′。
(4)D、E的最简单氢化物的分子空间结构分别是正四面体形与三角锥形，这是因为___(填字母)。 a.两种分子的中心原子的价层电子对数不同b.D、E的非金属性不同c.E的氢化物分子中有一个孤电子对，而D的氢化物分子中没有
CH4、NH3的中心原子价层电子对数均为4，分子空间结构不同的根本原因是NH3分子中有孤电子对而CH4分子中没有，分子空间结构与元素的非金属性强弱无关。
键角大小原因解释的三种模型
模型1　价层电子对构型(或中心原子杂化方式)不相同，优先看杂化方式，键角：sp>sp2>sp3例1　Si与C元素位于同一主族，SiO2键角小于CO2的原因是____________________________________________________________________________________。
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°
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×××。
变式训练1　比较下列分子或离子中的键角大小(填“＞”“＜”或“＝”)：①H2O__CS2，原因是_________________________________________________________________________________。②SO3___ 。③BF3___NCl3。
H2O中中心O原子采取sp3杂化，键角约为105°；CS2中中心C原子采取sp杂化，键角为180°
模型2　价层电子对构型(或中心原子杂化方式)相同，看电子对间的斥力(1)电子对排斥力大小顺序：孤电子对与孤电子对之间>孤电子对与成键电子对之间>成键电子对与成键电子对之间。例2　已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是__________________，原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________。
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
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。
变式训练2　比较下列分子或离子中的键角大小(填“＞”“＜”或“＝”)：①PH3___ ，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________。
中无孤电子对，PH3分子中含有1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
(2)三键、双键、单键之间的排斥力大小顺序：三键—三键>三键—双键>双键—双键>双键—单键>单键—单键，举例：COCl2的杂化轨道角度：120°；排斥力分析：C==O对C—Cl的排斥力大于C—Cl对C—Cl的排斥力；实际键角：形成两种键角分别为124°18′、111°24′。
变式训练3　在 分子中，键角∠HCO_____(填“＞”“＜”或“＝”)∠HCH，理由是_____________________。
模型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(1)中心原子不同，配位原子相同例3　AC3与BC3，若电负性：A＞B，则键角：AC3____BC3，原因是__________________________________________________________________________________________________。
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，配位原子不同例4　AB3与AC3，若电负性：B＞A＞C，则键角：AB3___AC3，原因是____________________________________________________________________________。
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
变式训练4　①NH3的键角___PH3的键角，原因是_________________________________________________________________________________________________。②NF3的键角____NH3的键角，理由是___________________________________________________________________________。
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
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
1.H3BO3 分子中的O—B—O的键角______(填“大于”“等于”或“小于”) 中的H—B—H的键角，判断依据是__________________________________________________________________________________。
H3BO3分子中的B采取sp2杂化，而 中的B采取sp3杂化，sp2杂化形成的键角大于sp3杂化
2.高温陶瓷材料Si3N4晶体中键角N—Si—N___(填“>”“<”或“＝”)Si—N—Si，原因是_________________________________________________________________________________。
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