【化学up】高考化学全国版+ 结构与性质 02 考点三 价电子对互斥理论、杂化轨道理论及应用（教师版）+讲义

这是一份【化学up】高考化学全国版+ 结构与性质 02 考点三 价电子对互斥理论、杂化轨道理论及应用（教师版）+讲义，共6页。学案主要包含了必备知识，概念辨析，跟踪练习等内容，欢迎下载使用。

【必备知识】
一、价层电子对互斥模型（VSEPR模型）与空间构型
二、杂化轨道理论
1、概念：在形成分子时，由于原子的相互影响，若干能量相近的原子轨道混合起来，重新组成与原轨道数相同的一组新轨道的过程。（轨道形状发生改变，轨道数目不改变。）
①sp杂化：由一个s轨道和一个p轨道杂化而成，杂化轨道夹角为108°，呈直线形。
②sp2杂化：由一个s轨道和两个p轨道杂化而成，杂化轨道夹角为120°，呈平面三角形。
③sp3杂化：由一个s轨道和三个p轨道杂化而成，杂化轨道夹角为109°28´，呈四面体形。

2、价电子对数＝σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数
说明：σ键电子对数＝中心原子结合的原子数；中心原子的孤电子对数＝1/2 (a-xb ±电荷)
①a表示中心原子的价电子数。对于主族元素：a＝原子的最外层电子数。
②x表示与中心原子结合的原子数。
③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，即化合价绝对值。
例1、完成下列表格
例2、判断以下有机物中原子的杂化轨道类型。
(1)中氮原子的杂化方式 ，碳原子的杂化方式 。
(2)中氮原子的杂化方式 ，C2H2、C2H4、C2H6、HCHO中碳原子的杂化方式分别为 ， ， ， 。
(3)HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类型是________。
(4)丙烯腈分子(H2C==CH—C≡N)中碳原子杂化轨道类型为________。
【答案】（1）sp3、sp2（2）sp2、sp、sp2、sp3、sp2(3)sp3和sp (4)sp2、sp
键角比较
1、优先看杂化方式，键角：sp>sp2>sp3
2、电子对结构(或杂化方式)相同，看电子对间的斥力。
①三键>双键>单键
②孤多角小：孤对电子之间的斥力>孤对电子与共用对电子的斥力>共用电子对之间的斥力
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配大角小：中心原子相同，配体不同时，配体电负性越大，键角越小。
解释：配体电负性大，对电子云的吸引力大，使成键电子离开中心原子，减少成键的斥力，键角越小。
②心大角大：配体相同，中心原子不同时，中心原子电负性越大，键角越大。
解释：中心原子电负性大，对电子云的吸引力大，使成键电子靠近中心原子，增大成键的斥力，键角越大。
例3、按要求回答问题
（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)①NH3的键角______PH3的键角，原因是_________________________________________。
②NF3的键角____NH3的键角，理由是_____________________________________________。
已知BF3键角为120º，预测CH2O中C-H键之间的键角 120º。
已知C2H2、C2H4、C2H6三种分子中，C-H间键角由大到小的顺序是____________。
在分子中，键角∠HCO________(填“＞”“＜”或“＝”)∠HCH。理由是_______________________________________________________________________。
【答案】（1）SiO2中心Si原子采取sp3杂化，键角为109°28′；CO2中心C原子采取sp杂化，键角为180°
（2）大于 H3BO3分子中B采取sp2杂化，而BHeq \\al(－,4)中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
(6)< (7)C2H2>C2H4>C2H6 (8)＞ π键斥力大于σ键斥力
【概念辨析】
1、价电子对互斥理论中，π键电子对数不计入中心原子的价电子对数( )
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( )
6、杂化轨道只用于形成共价键。（ ）
7、XeF2的中心原子价电子对数为6( )
8、AsCl3分子的空间构型为三角锥形，其中As的杂化轨道类型为sp3。( )
9、六氟化硫分子空间结构呈正八面体形，其中心原子的价电子对数为4( )
10、PhB(OH)2和中B原子的价电子对数相等(—Ph 代表苯基，—Pr 代表异丙基)( )
11、杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变。（ ）
12、sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°。（ ）
13、S8分子中S原子采用的杂化轨道类型为sp3。（ ）
14、C2H4分子中只有以s轨道与sp2杂化轨道“头碰头”方式重叠而成的σ键。（ ）
15、BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°。（ ）
16、H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大。（ ）
17、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－的空间结构为正四面体形( )
【答案】1.√ 2.√ 3.√ 4.× 5.√ 6.× 7.× 8.√ 9.× 10.× 11.√ 12.√ 13.√ 14.× 15.× 16.√ 17.√
【跟踪练习】
1、下列描述正确的是( )
A．CS2为角形的极性分子 B．ClOeq \\al(－,3)的空间结构为平面三角形
C．SF6中有6对完全相同的成键电子对 D．SiF4和SOeq \\al(2－,3)的中心原子均为sp2杂化
【答案】 C
【解析】 CS2与CO2的分子结构相似，是直线形的非极性分子，A错误；中心原子Cl有一个孤电子对，所以ClOeq \\al(－,3)的空间结构为三角锥形，B错误；S有6个电子，正好与6个F形成6个共价键，C正确；SiF4中Si有四个σ键，SOeq \\al(2－,3)中S原子形成3个σ键，还有一个孤电子对，所以Si、S均是sp3杂化，D错误。
2、科学家最近研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°，下列有关N(NO2)3的说法正确的是( )
A．分子中N、O原子间形成的共价键是非极性键 B．分子中四个氮原子共平面
C．该物质既有氧化性又有还原性 D．分子中四个氮原子围成一个空间正四面体
【答案】 C
3、用价电子对互斥(VSEPR)理论可以预测许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是( )
A．SO2、CS2、HI都是直线形分子 B．BF3键角为120°，SnF2键角大于120°
C．COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子 D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形分子
【答案】 C
【解析】 SO2分子中含有孤电子对，不是直线形分子，是角形分子，A错误；BF3键角为120°，SnF2中有两个成键电子对，一个孤电子对，孤电子对会产生斥力，所以键角小于120°，B错误；PCl3、NH3是三角锥形分子，PCl5是三角双锥形分子，D错误。
4、下列关于价电子对互斥(VSEPR)理论的叙述中不正确的是( )
A．VSEPR理论可用来预测分子的空间结构 B．分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构
C．分子中键角越大，价电子对相互排斥力越小，分子越稳定 D．中心原子上的孤电子对不参与互相排斥
【答案】 D
【解析】 中心原子上的孤电子对参与相互排斥，故D说法错误。
5、下列分子或离子中键角由大到小排列的顺序是( )
①BCl3 ②NH3 ③H2O ④PCleq \\al(＋,4) ⑤HgCl2
A．⑤④①②③ B．⑤①④②③ C．④①②⑤③ D．③②④①⑤
【答案】 B
【解析】 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，NH3分子中有孤电子对存在，使键角小于109°28′；③H2O中中心O原子为sp3杂化，H2O分子中存在两个孤电子对，使键角比NH3分子的键角还小；④PCleq \\al(＋,4)中中心P原子为sp3杂化，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、CHeq \\al(＋,3)、—CH3、CHeq \\al(－,3)都是重要的有机反应中间体，下列有关它们的说法错误的是( )
A．CHeq \\al(－,3)与H3O＋的空间结构均为三角锥形 B．它们的C均采取sp2杂化
C．CHeq \\al(＋,3)中的所有原子均共面 D．CHeq \\al(＋,3)与OH－形成的化合物中不含有离子键
【答案】 B
【解析】 CHeq \\al(－,3)与H3O＋中C原子与O原子的价电子对数都是4，且都含有1个孤电子对，均为三角锥形结构，A项正确；CHeq \\al(＋,3)、—CH3、CHeq \\al(－,3)中C的价电子对数分别是3、4、4，根据价电子对互斥理论知，C原子的杂化类型分别是sp2、sp3、sp3，B项错误；CHeq \\al(＋,3)中的碳原子采取sp2杂化，所有原子均共面，C项正确；CHeq \\al(＋,3)与OH－形成的化合物是CH3OH，属于共价化合物，不含离子键，D项正确。
7、如图为酞菁钴分子的结构简式。下列说法不正确的是( )
A．电负性：N>C>H B．4个N原子均与C形成配位键
C．分子中C的杂化轨道类型为sp2 D．结构中存在σ键、π键
【答案】B
【解析】2个N原子均与C形成配位键
8、按要求回答问题
(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__________。
(5)[2022·北京，15(2)]比较SOeq \\al(2－,4)和H2O分子中的键角大小并给出相应解释：____________。
(6)[2021·山东，16(3)]Xe是第5周期的稀有气体元素，与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价电子对数为____________，下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是______________(填标号)。
A．sp B．sp2 C．sp3 D．sp3d
(7)[2020·全国卷Ⅰ，35(3)]磷酸根离子的空间结构为________，其中P的价电子对数为________，杂化轨道类型为________。
(8)[2018·全国卷Ⅰ，35(3)节选]LiAlH4中的阴离子空间结构是________，中心原子的杂化形式为________。
(9)[2019·新课标Ⅲ]NH4H2PO4中，电负性最高的元素是______；P的_______杂化轨道与O的2p轨道形成_______键。
(10)[2019·江苏卷]抗坏血酸的分子结构如图1所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为__________；推测抗坏血酸在水中的溶解性：____________（填“难溶于水”或“易溶于水”）。
【答案】 (1)sp3 ② (2)sp3 (3)sp3、sp2 (4)三角锥形 sp3 (5)SOeq \\al(2－,4)的键角大于H2O分子的键角，SOeq \\al(2－,4)中S原子的价电子对数为4、孤电子对数为0，离子的空间结构为正四面体形，H2O分子中O原子的价电子对数为4、孤电子对数为2，分子的空间结构为角形 (6)5 D (7)正四面体形 4 sp3 (8)正四面体形 sp3 （9）O sp3 σ (10)sp3、sp2 易溶于水
【解析】 (1)Si的价电子对数为4，故Si采取sp3杂化；SiCl4(H2O)的Si价电子对数为5，采取sp3d杂化。
(2)PH3中中心原子的价电子对数为3＋eq \f(1,2)×(5－3×1)＝4，故P原子的杂化方式为sp3。
(3)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。
(6)XeF2易升华，是分子晶体，其中心原子的价电子对数为2＋eq \f(8－1×2,2)＝5，其中心原子的杂化方式为sp3d。
(7)POeq \\al(3－,4)的中心原子P的价电子对数为4，孤电子对数为0，中心原子P为sp3杂化，故POeq \\al(3－,4)的空间结构为正四面体形。
(8)LiAlH4中的阴离子是AlHeq \\al(－,4)，中心原子铝原子含有的价电子对数是4，且不存在孤电子对，所以空间结构是正四面体形，中心原子的杂化轨道类型是sp3杂化。
(10)该结构中有两种碳原子，全形成单键的碳原子为sp3杂化，双键的碳原子为sp2杂化；根据抗环血酸分子结构，分子中含有4个－OH，能与水形成分子间氢键，因此抗坏血酸易溶于水。
9、按要求回答问题
(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)V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠(Na3VO4)，该盐阴离子的空间构型为____；也可以得到偏钒酸钠，其阴离子呈如图所示的无限链状结构，则偏钒酸钠的化学式为________。(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“＝”)。
(4)乙酸分子()中键角1大于键角2，其原因为_____________________________。
(5)NH3分子在独立存在时，H—N—H键角为107.3°。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：_________________________________。
(6)AsH3分子为三角锥形，键角为91.80°，小于氨分子的键角107.3°，AsH3分子键角较小的原因是______________________________________________________________________________。
【答案】 (1)否 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 (2)正四面体形 NaVO3 (3)四面体形 ＞ (4)C==O对C—C的斥力大于C—O对C—C的斥力 (5)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 (6)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
【解析】 (3)当中心原子的价电子对数为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。价层电子对数
2
3
4
5
6
VSEPR构型
直线形
平面三角形
四面体
三角双锥
正八面体
杂化类型
sp
sp2
sp3
…
…
孤对电子对数
0
0
1
0
1
2
…
…
空间构型
直线形
平面三角形
V形
四面体
三角锥
V形
…
…
ABn
б键数
孤对电子对数
价电子对数
中心原子杂化轨道类型
空间构型
SOCl2
中心原子为S
3
1
4
sp3
三角锥形
NH4+
4
0
4
sp3
四面体
SO42-
4
0
4
sp3
四面体
ClO4-
4
0
4
sp3
四面体
NH3
3
1
4
sp3
三角锥形
H2O
2
2
4
sp3
V形
SO3
3
0
3
sp2
平面三角形
BF3
3
0
3
sp2
平面三角形
SO2
2
1
3
sp2
V形
NO2
2
1
3
sp2
V形
CS2
2
0
2
sp
直线形
O3
2
1
3
sp2
平面三角形