?第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)
課時(shí)2　雜化軌道理論簡(jiǎn)介
【基礎(chǔ)鞏固】
1.C中，碳原子的雜化軌道類型和分子空間結(jié)構(gòu)分別是 (　　)
A.sp雜化，平面三角形　B.sp2雜化，平面三角形
C.sp2雜化，三角錐形　D.sp3雜化，三角錐形
解析：在C中，中心原子C原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+×(4+2-2×3)=3，為sp2雜化，由于C原子上沒(méi)有孤電子對(duì)，所以C為平面三角形。
答案：B　
2.下列分子中，中心原子的雜化軌道類型相同的是 (　　)
A.CO2與SO2 B.CH4與NH3
C.BeCl2與BF3 D.C2H4與C2H2
解析：CO2中碳原子為sp雜化，SO2中硫原子為sp2雜化，A項(xiàng)不正確；CH4中碳原子為sp3雜化，NH3中氮原子為sp3雜化，B項(xiàng)正確；BeCl2中鈹原子為sp雜化，BF3中硼原子為sp2雜化，C項(xiàng)不正確；C2H4中碳原子為sp2雜化，C2H2中碳原子為sp雜化，D項(xiàng)不正確。
答案：B　
3.下列有關(guān)雜化軌道的說(shuō)法中不正確的是 (　　)
A.雜化前后的軌道數(shù)不變，但軌道的形狀發(fā)生了改變
B.sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角分別為109°28'、120°、180°
C.四面體形、三角錐形、V形分子的結(jié)構(gòu)可以用sp3雜化軌道解釋
D.雜化軌道全部參與形成化學(xué)鍵
解析：雜化軌道用于形成σ鍵和容納孤電子對(duì)。
答案：D　
4.(2022·廣東佛山)根據(jù)雜化軌道理論和價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷，下列正確的是 (　　)
選項(xiàng)
分子或
離子
中心原子雜化
方式
價(jià)層電子對(duì)互
斥模型
分子或離子的
空間結(jié)構(gòu)
A

sp
直線形
直線形
B
HCHO

平面三角形
三角錐形
C


四面體形
平面三角形
D


四面體形
三角錐形
解析：SO2中S原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)是2+=3，S原子雜化方式是sp2，價(jià)層電子對(duì)互斥模型為平面三角形，有1個(gè)孤電子對(duì)，分子的空間結(jié)構(gòu)是V形， A項(xiàng)錯(cuò)誤；HCHO中C原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)是=3，C原子雜化方式是sp2，價(jià)層電子對(duì)互斥模型為平面三角形，無(wú)孤電子對(duì)，分子的空間結(jié)構(gòu)是平面三角形， B項(xiàng)錯(cuò)誤；NCl3中N原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)是=4，N原子雜化方式是sp3，價(jià)層電子對(duì)互斥模型為四面體形，有1個(gè)孤電子對(duì)，分子的空間結(jié)構(gòu)是三角錐形， C項(xiàng)錯(cuò)誤；H3O+中O原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)是=4，O原子雜化方式是sp3，價(jià)層電子對(duì)互斥模型為四面體形，有1個(gè)孤電子對(duì)，分子的空間結(jié)構(gòu)是三角錐形， D項(xiàng)正確。
答案：D　
5.(2022·廣東惠州)氯元素有多種化合價(jià)，可形成Cl-、ClO-、Cl、Cl、Cl等離子。下列說(shuō)法錯(cuò)誤是 (　　)
A.基態(tài)Cl原子的價(jià)電子數(shù)為7
B.孤電子對(duì)數(shù)：ClCl， B項(xiàng)錯(cuò)誤；Cl中氯原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，孤電子對(duì)數(shù)是1，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形， C項(xiàng)正確；Cl、Cl、Cl中氯原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)均為4，所以這幾種粒子中氯原子都采用sp3雜化，D項(xiàng)正確。
答案：B　
6.三氯化磷分子的中心原子以sp3雜化，下列有關(guān)敘述中正確的是 (　　)
①3個(gè)P—Cl的鍵長(zhǎng)、鍵角均相等
②空間結(jié)構(gòu)為平面三角形
③空間結(jié)構(gòu)為正四面體形
④空間結(jié)構(gòu)為三角錐形
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
解析：PCl3中P采取sp3雜化，有一個(gè)孤電子對(duì)，結(jié)構(gòu)類似于NH3分子，3個(gè)P—Cl的鍵長(zhǎng)、鍵角均相等，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。故選B項(xiàng)。
答案：B　
7.下列分子所含碳原子中，既有sp3雜化，又有sp2雜化的是 (　　)
A.乙醛
B.丙烯腈
C.甲醛
D.丙炔
解析：乙醛中甲基的碳原子采取sp3雜化，醛基中碳原子采取sp2雜化；丙烯腈中碳碳雙鍵的兩個(gè)碳原子采取sp2雜化，另一個(gè)碳原子采取sp雜化；甲醛中碳原子采取sp2雜化；丙炔中甲基碳原子采取sp3雜化，碳碳三鍵中兩個(gè)碳原子采取sp雜化。
答案：A　
8.形成下列分子時(shí)，中心原子采用sp3雜化軌道和另一個(gè)原子的p軌道成鍵的是 (　　)
①PF3　?、贑F4　?、跱H3　　④H2O
A.①②　　B.②③　　C.③④　　D.①④
解析：PF3、CF4、NH3、H2O分子中P原子、C原子、N原子、O原子都采取sp3雜化， NH3和H2O分子中H原子以1s軌道與N或O原子形成σ鍵，PF3和CF4分子中F原子以2p軌道分別與P和C原子形成σ鍵。
答案：A　
9.(1)BF3分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　　　，NF3分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　　　。?
(2)碳原子有4個(gè)價(jià)電子，在形成化合物時(shí)價(jià)電子均參與成鍵，但雜化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔和苯四種分子中，碳原子采取sp雜化的分子是　　　　　　　(填結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，下同)，采取sp2雜化的分子是　　　　　　　　，采取sp3雜化的分子是　　　　　　。試寫出一種有機(jī)化合物分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，要求同時(shí)含有三種不同雜化方式的碳原子：　　　　　　　　　　。?
解析：(1)BF3分子中的B原子采取sp2雜化，所以其分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形；NF3分子中的N原子采取sp3雜化，其中一個(gè)雜化軌道中存在一個(gè)孤電子對(duì)，所以其分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。
(2)乙烷分子中的碳原子采取sp3雜化，乙烯、苯分子中的碳原子均采取sp2雜化，乙炔分子中的碳原子采取sp雜化，同時(shí)含有三種不同雜化方式的碳原子的有機(jī)化合物分子中應(yīng)該同時(shí)含有烷基(或環(huán)烷基)、碳碳雙鍵(或苯環(huán))和碳碳三鍵。
答案：(1)平面三角形　三角錐形
(2)　CH2CH2、　CH3CH3
(答案合理即可)
10.下圖是甲醛分子的模型。根據(jù)該圖和所學(xué)化學(xué)鍵知識(shí)回答下列問(wèn)題。

甲醛分子的空間填充模型　甲醛分子的球棍模型
(1)甲醛分子中碳原子的雜化方式是　　　　，作出該判斷的主要理由是　?　。?
(2)下列是對(duì)甲醛分子中碳氧鍵的判斷，其中正確的是　　　　(填序號(hào))。?
①單鍵?、陔p鍵　③σ鍵?、堞墟I　⑤σ鍵和π鍵
(3)甲醛分子中C—H與C—H間的夾角　　(填“=”“>”或“Z
B.原子半徑：Y>Z>X
C.分子中Z原子的雜化方式均為sp2
D.Y、Z、M的最高價(jià)氧化物的水化物均為強(qiáng)酸
解析：已知X、Y、Z、M為原子序數(shù)依次增大的短周期元素，Z的基態(tài)原子2p軌道半充滿，則Z為N元素，M的最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)絕對(duì)值之差為4，則M為S元素，根據(jù)題圖中共價(jià)鍵數(shù)目可推知，X為H元素，Y為C元素。因此，電負(fù)性：N>C>H，A項(xiàng)錯(cuò)誤；H原子核外有1個(gè)電子層，而C、N原子核外均有2個(gè)電子層，電子層數(shù)越多，半徑越大，電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)越大，半徑越小，則原子半徑：C>N>H，B項(xiàng)正確；分子中N原子均形成共價(jià)單鍵，為sp3雜化，C項(xiàng)錯(cuò)誤；C元素的最高價(jià)氧化物的水化物為H2CO3，H2CO3為弱酸，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
答案：B　
15.(2022·廣東佛山)能源問(wèn)題日益成為制約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，越來(lái)越多的國(guó)家開始實(shí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”，開發(fā)太陽(yáng)能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。
(1)鈦鐵合金具有吸氫特性，在制造以氫為能源的熱泵和蓄電池等方面有廣闊的應(yīng)用前景，基態(tài)Ti原子核外有　　　　個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子，在基態(tài)Fe2+中，電子占據(jù)的能量最高的軌道為　　　　。?
(2)多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池材料為無(wú)機(jī)鹽，其主要包括砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)薄膜電池等。鎘(Cd)在周期表中位于第五周期，與Zn同族，則Cd的價(jià)層電子排布式為　　　，第一電離能：Ga　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)As；H2S分子的VSEPR模型為　。?
(3)三氟化氮(NF3)是一種無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)毒且不可燃的氣體，在太陽(yáng)能電池制造中得到廣泛應(yīng)用。NF3的沸點(diǎn)比NH3的沸點(diǎn)更低，原因是?　。?
(4)富勒烯衍生物由于具有良好的光電性能，在太陽(yáng)能電池的應(yīng)用上具有非常光明的前途。富勒烯(C60)的結(jié)構(gòu)如圖所示，分子中碳原子軌道的雜化類型為　　　??；1個(gè)C60分子中σ鍵的數(shù)目為　　　　個(gè)。?

解析：(1)Ti為22號(hào)元素，一個(gè)電子就是一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此基態(tài)Ti原子核外有22個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子；Fe為26號(hào)元素，其基態(tài)原子價(jià)層電子排布式為[Ar]3d64s2，其基態(tài)Fe2+的價(jià)層電子排布式為3d6，電子占據(jù)的能量最高的軌道為3d。(2)Zn的價(jià)電子排布式為3d104s2，鎘Cd在周期表中位于第五周期，與Zn同族，則Cd的價(jià)電子排布式為4d105s2；同周期從左到右，第一電離能呈增大趨勢(shì)，但第ⅡA族大于第ⅢA族，第ⅤA族大于第ⅥA族，因此第一電離能：Ga小于As；H2S分子中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2+(6-1×2)=2+2=4，其VSEPR模型為四面體形。
(4)根據(jù)結(jié)構(gòu)分析，分子中每個(gè)碳原子形成3個(gè)σ鍵，不含孤電子對(duì)，因此碳軌道的雜化類型為sp2；由于分子中每個(gè)碳原子形成3個(gè)σ鍵，每個(gè)碳原子占有個(gè)σ鍵，則1個(gè)C60分子中σ鍵的數(shù)目為×60=90個(gè)。
答案：(1)22　3d
(2)4d105s2　小于　四面體形
(3)NH3存在分子間氫鍵，分子間作用力大，沸點(diǎn)高
(4)sp2　90
【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】
16. (1)丙烯醇及其化合物可制成甘油、醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料等，合成維生素E及天然抗癌藥物紫杉醇中都含有關(guān)鍵的丙烯醇結(jié)構(gòu)。丙烯醇的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH2CH—CH2OH。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。
①基態(tài)鎳原子的價(jià)層電子排布式為　　　　　　　　。?
②1 mol CH2CH—CH2OH含　　　　　mol σ鍵，該分子中碳原子的雜化軌道類型為　　　　　　　　　。?
(2)乙炔是有機(jī)合成工業(yè)的一種原料，工業(yè)上曾用CaC2與水反應(yīng)生成乙炔。
①將乙炔通入[Cu(NH3)2]Cl溶液中生成Cu2C2紅棕色沉淀。基態(tài)Cu+的核外電子排布式為　。?
②乙炔與氫氰酸反應(yīng)可得丙烯腈(H2CCH—C≡N)。丙烯腈分子中碳原子雜化軌道類型是　　　　　；分子中處于同一直線上的原子數(shù)目最多為　　　。?
解析：(1)①基態(tài)Ni原子的價(jià)層電子排布式為3d84s2。
②1個(gè)CH2CH—CH2OH分子含9個(gè)σ鍵，1 mol CH2CH—CH2OH含9 mol σ鍵，該分子中前兩個(gè)碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，后一個(gè)碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷碳原子的雜化軌道類型，前兩者是 sp2，后一個(gè)是sp3。
(2)①銅原子失去4s能級(jí)上的一個(gè)電子生成Cu+，根據(jù)構(gòu)造原理書寫該基態(tài)離子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d10。
②乙炔與氫氰酸反應(yīng)可得丙烯腈(H2CCH—C≡N)，丙烯腈分子中前兩個(gè)碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是3，后一個(gè)是2，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷碳原子雜化軌道類型，前兩者為sp2，后者為sp；乙烯分子中所有原子共平面，乙炔分子中所有原子共直線，據(jù)此判斷丙烯腈分子中處于同一直線上的原子數(shù)目最多為3。
答案：(1)①3d84s2?、?　sp2、sp3
(2)①1s22s22p63s23p63d10?、趕p、sp2　3
17.(2022·廣東東莞)磷是人體含量較多的元素之一，磷的化合物在藥物生產(chǎn)和農(nóng)藥制造等方面用途非常廣泛。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。
(1)酸性關(guān)系：H3PO4　　　　　 (填“>”“”“”“

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第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)

版本： 人教版 (2019)

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