高中化學(xué)同步講義（選擇性必修二）第09講 2.5雜化軌道理論 等電子體原理（教師版）

第9課雜化軌道理論等電子體原理1．了解雜化軌道理論的基本內(nèi)容。2．能根據(jù)雜化軌道理論解釋簡(jiǎn)單分子的空間結(jié)構(gòu)。3．結(jié)合雜化軌道理論認(rèn)識(shí)常見共價(jià)分子的空間結(jié)構(gòu)。一、雜化軌道理論簡(jiǎn)介1.雜化軌道的含義雜化軌道理論是一種價(jià)鍵理論，是鮑林為了解釋分子的空間結(jié)構(gòu)提出的。(1)軌道的雜化：在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程。(2)雜化軌道：原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡(jiǎn)稱雜化軌道。(3)雜化軌道的特點(diǎn)①雜化軌道數(shù)等于參與雜化的原子軌道數(shù)；②雜化改變了原子軌道的形狀和方向；③雜化使原子的成鍵能力增強(qiáng)；④雜化軌道用于構(gòu)建分子的σ軌道和孤電子對(duì)軌道。2.雜化軌道理論的要點(diǎn)(1)原子形成分子時(shí)，通常存在激發(fā)、雜化和軌道重疊等過程。發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子。(2)原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會(huì)發(fā)生，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。(3)只有能量相近的原子軌道才能雜化(如2s、2p)。(4)雜化前后原子軌道數(shù)目不變(參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目),且雜化軌道的能量相同。(5)為使相互間的排斥力最小，雜化軌道在空間取最大夾角分布。雜化后軌道的伸展方向、形狀發(fā)生改變，但相同雜化形式的雜化軌道形狀完全相同。雜化使原子的成鍵能力增加。形成的共價(jià)鍵更牢固。(6)雜化軌道用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。分子的空間結(jié)構(gòu)主要取決于原子軌道的雜化類型。(7)雜化軌道成鍵時(shí)仍具有共價(jià)鍵的特征——方向性和飽和性(8)雜化軌道數(shù)=中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)+與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。3.雜化軌道類型類型形成過程夾角空間結(jié)構(gòu)sp3雜化軌道sp3雜化軌道是由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道雜化形成的109°28′正四面體形sp2雜化軌道sp2雜化軌道是由1個(gè)s軌道和2個(gè)p軌道雜化而成的120°平面三角形sp雜化軌道sp雜化軌道是由1個(gè)s軌道和1個(gè)p軌道雜化而成的180°直線形【特別說明】原子軌道發(fā)生sp雜化時(shí)，還有2個(gè)np軌道未發(fā)生雜化，若np軌道上有未成對(duì)電子，形成分子時(shí)2個(gè)np軌道上的電子會(huì)形成π鍵。1）sp3雜化與CH4分子的空間構(gòu)型(1)雜化軌道的形成碳原子2s軌道上的1個(gè)電子進(jìn)入2p空軌道，1個(gè)2s軌道和3個(gè)2p軌道“混合”，形成能量相等、成分相同的4個(gè)sp3雜化軌道?；鶓B(tài)原子軌道激發(fā)態(tài)原子軌道雜化軌道sp3雜化軌道的空間構(gòu)型4個(gè)sp3雜化軌道在空間呈正四面體形，軌道之間的夾角為109°28'，每個(gè)軌道上都有一個(gè)未成對(duì)電子。(2)共價(jià)鍵的形成碳原子的4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)氫原子的1s軌道重疊，形成4個(gè)相同的σ鍵。(3)CH4分子的空間構(gòu)型CH4分子為空間正四面體結(jié)構(gòu)，分子中C—H鍵之間的夾角都是109°28′。(4)正四面體結(jié)構(gòu)的分子或離子的中心原子，一般采用sp3雜化軌道形成共價(jià)鍵，如CCl4、NH4+等。金剛石中的碳原子、晶體硅和石英（SiO2）晶體中的硅原子也是采用sp3雜化軌道形成共價(jià)鍵的。2）sp2雜化與BF3分子的空間構(gòu)型(1)sp2雜化軌道的形成硼原子2s軌道上的1個(gè)電子進(jìn)入2p軌道。1個(gè)2s軌道和2個(gè)2p軌道發(fā)生雜化，形成能量相等、成分相同的3個(gè)sp2雜化軌道。硼原子的3個(gè)sp2雜化軌道呈平面三角形，3個(gè)sp2雜化軌道間的夾角為120°。(2)共價(jià)鍵的形成硼原子的3個(gè)sp2雜化軌道分別與3個(gè)氟原子的1個(gè)2p軌道重疊，形成3個(gè)相同的σ鍵。(3)BF3分子的空間構(gòu)型BF3分子的空間構(gòu)型為平面三角形，鍵角為120°。3）sp雜化與BeCl2分子的空間構(gòu)型(1)雜化軌道的形成Be原子2s軌道上的1個(gè)電子進(jìn)入2p軌道，1個(gè)2s軌道和1個(gè)2p軌道發(fā)生雜化，形成能量相等、成分相同的2個(gè)sp雜化軌道。Be原子的sp雜化軌道呈直線形，其夾角為180°。(2)共價(jià)鍵的形成Be原子的2個(gè)sp雜化軌道分別與2個(gè)Cl原子的1個(gè)3p軌道重疊形成2個(gè)相同的σ鍵。(3)BeCl2分子的空間構(gòu)型BeCl2分子為空間構(gòu)型為直線形，分子中Be—Cl鍵之間的夾角為180°。4.雜化軌道類型與分子的空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系(1)雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。當(dāng)沒有孤電子對(duì)時(shí)，能量相同的雜化軌道彼此遠(yuǎn)離，形成的分子為對(duì)稱結(jié)構(gòu)；當(dāng)有孤電子對(duì)時(shí)，孤電子對(duì)占據(jù)一定空間且對(duì)成鍵電子對(duì)產(chǎn)生排斥，形成的分子的空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。(2)雜化軌道與分子的空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系①當(dāng)雜化軌道全部用于形成σ鍵時(shí)雜化類型spsp2sp3軌道組成1個(gè)ns和1個(gè)np1個(gè)ns和2個(gè)np1個(gè)ns和3個(gè)np軌道夾角180°120°109°28′雜化軌道示意圖實(shí)例BeCl2BF3CH4分子結(jié)構(gòu)示意圖分子空間結(jié)構(gòu)直線形平面三角形正四面體形②當(dāng)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對(duì)時(shí)由于孤電子對(duì)參與互相排斥，會(huì)使分子的構(gòu)型與雜化軌道的形狀有所區(qū)別。如水分子中氧原子的sp3雜化軌道有2個(gè)雜化軌道由孤電子對(duì)占據(jù)，其分子不呈正四面體形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3雜化軌道有1個(gè)雜化軌道由孤電子對(duì)占據(jù)，氨分子不呈正四面體形，而呈三角錐形。5.VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型的關(guān)系雜化軌道理論解釋了價(jià)層電子對(duì)互斥模型所推測(cè)的分子空間結(jié)構(gòu)，但分析具體分子中的中心原子的雜化軌道類型時(shí)，應(yīng)先確定分子或離子的VSEPR模型，再確定中心原子的雜化軌道類型。VSEPR模型及其中心原子對(duì)應(yīng)的雜化軌道類型如表所示：【思考與討論p49】參考答案：(1)BF3的σ鍵電子對(duì)數(shù)為3，孤電子對(duì)數(shù)為0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，故雜化軌道類型為sp2雜化。(1)H30+的σ健電子對(duì)數(shù)為3，孤電子對(duì)數(shù)為1，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，故雜化軌道美型為Sp3雜化。6.雜化軌道類型的判斷方法(1)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷中心原子的雜化類型、空間結(jié)構(gòu)在確定了分子或離子的中心原子上的成鍵電子對(duì)數(shù)和孤電子對(duì)數(shù)后，可以依據(jù)下面的方法確定其中心原子的雜化軌道類型：σ鍵電子對(duì)數(shù)(成鍵電子對(duì)數(shù))+孤電子對(duì)數(shù)=價(jià)電子對(duì)數(shù)=雜化軌道數(shù)根據(jù)雜化類型及孤電子對(duì)數(shù)即可判斷分子或離子的空間結(jié)構(gòu)，列表如下：價(jià)層電子對(duì)數(shù)雜化軌道類型成鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)雜化軌道數(shù)分子空間結(jié)構(gòu)實(shí)例2sp202直線形BeCl2、CO2、HCN3sp2303平面三角形BF3、SO3、CO32—21V形SnBr2、SO2、NO2—4sp3404四面體形CHCl3、SiCl4、PO43—31三角錐形NH3、PCl3、SO32—22V形OF2、H2O、NH2—(2)根據(jù)雜化軌道間的夾角判斷雜化軌道間的夾角雜化軌道類型109o28′sp3120osp2180osp(3)根據(jù)分子或離子的空間結(jié)構(gòu)判斷分子或離子的空間結(jié)構(gòu)雜化軌道類型正四面體形sp3平面三角形sp2直線形sp(4)根據(jù)共價(jià)鍵類型判斷由雜化軌道理論可知，原子之間成鍵時(shí)，未參與雜化的軌道用于形成π鍵，雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。對(duì)于能明確結(jié)構(gòu)式的分子、離子，其中心原子的雜化軌道數(shù)n=中心原子形成的σ鍵數(shù)+中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)，即可將結(jié)構(gòu)式和電子式相結(jié)合，從而判斷中心原子形成的σ鍵數(shù)和中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)，進(jìn)而判斷雜化軌道數(shù)。例如：①在SiF4分子中，基態(tài)硅原子有4個(gè)價(jià)電子，與4個(gè)氟原子形成4個(gè)σ鍵，沒有孤電子對(duì)，n=4,則SiF4分子中硅原子采用sp3雜化。②在HCHO分子中，基態(tài)碳原子有4個(gè)價(jià)電子，與2個(gè)氫原子形成2個(gè)σ鍵，與氧原子形成C=O,C=O中有1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵，沒有孤電子對(duì)，n=3,則HCHO分子中碳原子采用sp2雜化。(5)以碳原子為中心原子的分子中碳原子的雜化類型①?zèng)]有形成π鍵，為sp3雜化：CH4、CCl4、②形成一個(gè)π鍵，為sp2雜化：CH2=CH2、苯(大π鍵)、、③形成兩個(gè)π鍵，為sp雜化：CH≡CH、O=C=O(CO2)、S=C=S(CS2)【研究與實(shí)踐——制作分子的空間結(jié)構(gòu)模型p49】思考與討論參考答案：把四個(gè)充滿氣的氣球用皮筋扎在一起，這四個(gè)氣球形成一個(gè)正四面體形；然后把這4個(gè)氣球在黑板上壓在一個(gè)平面中，形成的是平面正方形；再將四個(gè)氣球拋向空中，形狀又恢復(fù)正四面體形，說明這種正四面體的形式是它自然的狀態(tài)。把這四個(gè)氣球看成四對(duì)共用電子對(duì)，它們的公共結(jié)點(diǎn)看成是碳原子，那么這種結(jié)構(gòu)取向就是它的自然取向，這正像甲烷分子的正四面體形結(jié)構(gòu)。二、等電子體原理1.含義：原子總數(shù)相同、價(jià)電子總數(shù)相同的分子(或離子)互為等電子體?！咎貏e提醒】核外電子總數(shù)不一定相同；等電子體可以拓展到離子。2.特點(diǎn)：等電子體具有相似的結(jié)構(gòu)特征(立體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵類型)及相近的性質(zhì)，例如CO和N2的熔沸點(diǎn)、溶解性等都非常相近。3.等電子原理的應(yīng)用利用等電子原理可以判斷一些簡(jiǎn)單分子或離子的立體構(gòu)型。如SO2和O3的原子數(shù)目和價(jià)電子總數(shù)都相等，二者互為等電子體，中心原子都是sp2雜化，都是V形結(jié)構(gòu)。4.確定等電子體的方法同主族代換或同周期相鄰元素替換，交換過程中注意電荷變化。變換過程中注意電荷變化，并伴有元素種類的改變序號(hào)方法示例1豎換：把同族元素(同族原子價(jià)電子數(shù)相同)上下交換，即可得到相應(yīng)的等電子體CO2與CS2、O3與SO22橫換：換相鄰主族元素，這時(shí)候價(jià)電子發(fā)生變化，再通過得失電子使價(jià)電子總數(shù)相等N2與CO3可以將分子變換為離子，也可以將離子變換為分子O3與NOeq\o\al(－,2)、CH4與NHeq\o\al(＋,4)CO與CN－5.常見的等電子體匯總微粒通式價(jià)電子總數(shù)立體構(gòu)型CO2、CNS－、NOeq\o\al(＋,2)、Neq\o\al(－,3)AX216e－直線形COeq\o\al(2－,3)、NOeq\o\al(－,3)、SO3AX324e－平面三角形SO2、O3、NOeq\o\al(－,2)AX218e－V形SOeq\o\al(2－,4)、POeq\o\al(3－,4)AX432e－正四面體形POeq\o\al(3－,3)、SOeq\o\al(2－,3)、ClOeq\o\al(－,3)AX326e－三角錐形CO、N2AX10e－直線形CH4、NHeq\o\al(＋,4)AX48e－正四面體形?問題一雜化軌道理論與分子的結(jié)構(gòu)【典例1】下列分子或離子的立體構(gòu)型和中心原子的雜化方式均正確的是A．AsH3平面三角形sp3雜化 B．H3O+平面三角形sp2雜化C．H2SeV形sp3雜化 D．CO三角錐形

sp3雜化【答案】C【解析】A．AsH3中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+(5-3×1)=4，As的雜化方式為sp3，含有一對(duì)孤電子對(duì)，分子的立體構(gòu)型為三角錐形，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+(6-1-3×1)=4，O的雜化方式為sp3，含有一對(duì)孤電子對(duì)，分子的立體構(gòu)型為三角錐形，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．H2Se中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=2+(6-2×1)=4，Se的雜化方式為sp3，含有兩對(duì)孤電子對(duì)，分子的立體構(gòu)型為V形，選項(xiàng)C正確；D．中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+(4+2-3×2)=3，C的雜化方式為sp2，沒有孤電子對(duì)，分子的立體構(gòu)型為平面三角形，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；答案選C?！窘忸}必備】1．雜化軌道理論的要點(diǎn)(1)原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會(huì)發(fā)生，孤立的原子是不可能發(fā)生雜化的。(2)雜化前后軌道數(shù)目不變。(3)只有能量相近的軌道才能雜化(如2s和2p)。(4)雜化軌道成鍵時(shí)要滿足化學(xué)鍵間最小排斥原理。雜化軌道間的夾角決定分子空間構(gòu)型。(5)雜化軌道所形成的化學(xué)鍵全部為σ鍵。2．雜化軌道及成鍵規(guī)律（1）當(dāng)雜化軌道數(shù)目等于成鍵軌道數(shù)目時(shí)，雜化軌道全部參與成鍵，成鍵類型是σ鍵，分子的空間構(gòu)型與雜化軌道的空間構(gòu)型一致。（2）當(dāng)雜化軌道數(shù)目大于成鍵軌道數(shù)目時(shí)，分子中存在孤電子對(duì)，對(duì)成鍵電子對(duì)產(chǎn)生排斥作用，使鍵角增大，分子的空間構(gòu)型與雜化軌道的空間構(gòu)型不同。（3）若未雜化的軌道上有成單電子，則形成π鍵。3．雜化軌道數(shù)目與成鍵數(shù)目相同時(shí)分子的空間構(gòu)型當(dāng)雜化軌道數(shù)目等于成鍵軌道數(shù)目時(shí)，雜化軌道全部參與成鍵，成鍵類型是σ鍵，分子的空間構(gòu)型與雜化軌道的空間構(gòu)型一致。實(shí)例BeCl2BF3CH4雜化類型spsp2sp3參與雜化的原子軌道及數(shù)目1個(gè)s軌道1個(gè)p軌道1個(gè)s軌道2個(gè)p軌道1個(gè)s軌道3個(gè)p軌道雜化軌道的數(shù)目234雜化軌道間的夾角180°120°109°28′雜化軌道空間構(gòu)型直線形平面三角形正四面體分子的空間構(gòu)型直線形平面三角形正四面體4．常見分子的空間構(gòu)型雜化類型分子類型空間構(gòu)型舉例sp3AB4正四面體CH4、CCl4、NH4+、金剛石等AB3C四面體CH3Cl、CH3CH3等AB3三角錐NH3、NF3等AB2V形H2O、H2Ssp2AB3平面三角形BF3、AlCl3、、苯環(huán)等spAB2直線形CO2、CS2、等【變式1-1】有機(jī)物CH3CH=CH—C≡CH中標(biāo)有“·”的碳原子的雜化方式依次為()A．sp、sp2、sp3 B．sp3、sp2、spC．sp2、sp、sp3 D．sp3、sp、sp2【答案】B【解析】甲基上C原子采取sp3雜化；碳碳雙鍵上碳原子采取sp2雜化；碳碳三鍵的C原子采取sp雜化?！咀兪?-2】下列說法中正確的是()A．中心原子采取sp3雜化的分子，其幾何構(gòu)型都是四面體型B．sp3雜化軌道是由任意的1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道混合形成的4個(gè)sp3雜化軌道C．苯分子的碳原子是sp2雜化，分子的空間構(gòu)型為平面結(jié)構(gòu)D．AB3型的分子空間構(gòu)型必為平面三角形【答案】C【解析】A選項(xiàng)，分子的幾何構(gòu)型除了與雜化軌道類型，還與中心原子的成鍵情況有關(guān)，錯(cuò)誤；B選項(xiàng)，sp3雜化軌道是由能量相近的1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道混合形成的，錯(cuò)誤；C選項(xiàng)，正確；D選項(xiàng)，AB3型的分子空間構(gòu)型不一定為平面三角形，也可能是三角錐形。錯(cuò)誤。故選C。?問題二等電子體原理與分子結(jié)構(gòu)【典例2】通常把原子總數(shù)和價(jià)電子總數(shù)相同的分子或離子稱為等電子體。人們發(fā)現(xiàn)等電子體的空間結(jié)構(gòu)相同，則下列有關(guān)說法中正確的是()A．CH4和NHeq\o\al(＋,4)是等電子體，鍵角均為60°B．NOeq\o\al(－,3)和COeq\o\al(2－,3)是等電子體，均為平面三角形結(jié)構(gòu)C．H3O＋和PCl3是等電子體，均為三角錐形結(jié)構(gòu)D．B3N3H6和苯是等電子體，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重疊的軌道【答案】B【解析】CH4與NHeq\o\al(＋,4)是正四面體結(jié)構(gòu)，鍵角是109°28′，A錯(cuò)誤；NOeq\o\al(－,3)和COeq\o\al(2－,3)是等電子體，均為平面三角形結(jié)構(gòu)，B正確；H3O＋和PCl3的價(jià)電子總數(shù)不相等，不互為等電子體，C錯(cuò)誤；苯分子中存在“肩并肩”式重疊的軌道，故B3N3H6分子中也存在這種軌道，D錯(cuò)誤?！窘忸}必備】1.等電子原理：等電子體具有相似的化學(xué)鍵特征，它們的許多性質(zhì)相近，此原理稱為等電子原理，例如CO和N2的熔沸點(diǎn)、溶解性等都非常相近。2.確定等電子體的方法：變換過程中注意電荷變化，并伴有元素種類的改變序號(hào)方法示例1豎換：把同族元素(同族原子價(jià)電子數(shù)相同)上下交換，即可得到相應(yīng)的等電子體CO2與CS2、O3與SO22橫換：換相鄰主族元素，這時(shí)候價(jià)電子發(fā)生變化，再通過得失電子使價(jià)電子總數(shù)相等N2與CO3可以將分子變換為離子，也可以將離子變換為分子O3與NOeq\o\al(－,2)、CH4與NHeq\o\al(＋,4)CO與CN－【變式2-1】由短周期元素原子構(gòu)成的粒子，只要其原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同，可互稱為等電子體。等電子體的結(jié)構(gòu)相似、物理性質(zhì)相近。根據(jù)上述原理，下列各對(duì)粒子中，立體結(jié)構(gòu)相似的是()A．SO2與O3B．CO2與NO2C．CS2與NO2D．PCl3與BF3【答案】A【解析】各項(xiàng)中原子數(shù)均相同，最外層電子數(shù)之和分別為A項(xiàng)，18和18；B項(xiàng)，16和17；C項(xiàng)，16和17；D項(xiàng)，26和24?！咀兪?-2】根據(jù)等電子原理：由短周期元素原子構(gòu)成的微粒，只要其原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同，可互稱為等電子體，它們具有相似的結(jié)構(gòu)特征。以下各組微粒結(jié)構(gòu)不相似的是()A.CO和N2 B.O3和NO2-C.CO2和N2O D.N2H4和C2【答案】D【解析】N2H4和C2H4原子數(shù)相同，價(jià)電子總數(shù)分別為14、12，二者不是等電子體，故結(jié)構(gòu)不相似。1．下列分子的立體構(gòu)型可用sp2雜化軌道來解釋的是()①COeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(3))②CH2=CH2③苯④CH≡CH⑤NH3⑥CH4A．①②③B．①⑤⑥C．②③④D．③⑤⑥【答案】A【解析】①②③中的中心原子是sp2雜化，④中的中心原子是sp雜化，⑤⑥中的中心原子是sp3雜化。2.下列各組微粒中，互為等電子體的一組是()A.CO、C2H2、N2B.SiF4、SiO44?、SO42?、PO43?C.CO32?、NO【答案】B【解析】CO、N2都含2個(gè)原子，C2H2含4個(gè)原子,所以不是等電子體，故A不選；在SiF4、SiO44?、SO42?、PO43?中，所有原子都含有5個(gè)原子，其價(jià)電子總數(shù)均為32，所以是等電子體，故選B；CO32?、NO33．形成下列分子時(shí)，一個(gè)原子用sp3雜化軌道和另一個(gè)原子的p軌道成鍵的是（）①PF3②CCl4③NH3④H2OA．①② B．②③ C．③④ D．①④【答案】A【解析】四種分子的中心原子都是sp3雜化，NH3和H2O中H原子用1s軌道與中心原子的sp3雜化軌道成鍵。故選A。4．根據(jù)等電子原理，下列分子或離子與其他選項(xiàng)不屬于同一類的是()A．PF4+B．SiO42-C．SO42-D．SiH4【答案】D【解析】A、B、C均為5個(gè)原子，價(jià)電子總數(shù)均為32個(gè)，D項(xiàng)8個(gè)價(jià)電子等電子體：①原子數(shù)相同，②價(jià)電子總數(shù)相等。5.判斷下列中心原子的雜化軌道類型(點(diǎn)“·”的原子為中心原子)。微粒①H3O＋②CH2CH2③CCl4④NCl3⑤PH3雜化軌道數(shù)目雜化軌道類型【答案】43444sp3sp2sp3sp3sp36.科學(xué)家常用“等電子體”來預(yù)測(cè)不同物質(zhì)的結(jié)構(gòu),例如CH4與NH4+有相同的電子數(shù)和立體構(gòu)型。依此原理在下表空格中填出相應(yīng)的化學(xué)式:①；②；③CH4①CO③NHN2H②N2【答案】①C2H6②NO3-【解析】根據(jù)等電子原理,和N2H62+是等電子體的是C2H6,和CO32?是等電子體的是N1.下列說法：①是三角錐型；②是V形，其A可能為雜化；③二硫化碳中碳原子為sp雜化；④是平面四邊形結(jié)構(gòu)；⑤、、分子中的O、N、C分別形成2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)鍵，故O、N、C原子分別采取sp、、雜化；⑥分子是三角錐型，這是因?yàn)镻原子是以雜化的結(jié)果；⑦雜化軌道是由任意的1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道混合形成的四個(gè)雜化軌道；⑧凡中心原子采取雜化的分子，其VSEPR幾何構(gòu)型都是四面體形；⑨和雜化軌道類型均為雜化，立體構(gòu)型分別為V形、平面三角形；⑩氣體單質(zhì)中，一定有σ鍵，可能有π鍵。正確的選項(xiàng)有A．2個(gè) B．3個(gè) C．4個(gè) D．5個(gè)【答案】C【解析】①三氯甲烷中碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4、孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為0，分子的空間構(gòu)型為四面體形，故錯(cuò)誤；②若AB2分子中A原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3、孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為1，A原子的雜化方式為sp2雜化，分子的空間構(gòu)型為V形，故正確；③二硫化碳分子中碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2、孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為0，碳原子的雜化方式為sp雜化，故正確；④銨根離子中氮原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4、孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為0，分子的空間構(gòu)型為正四面體形，故錯(cuò)誤；⑤水分子、氨分子和甲烷分子中氧原子、氮原子和碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)都為4，原子的雜化方式都為sp3雜化，故錯(cuò)誤；⑥三氯化磷分子中磷原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4、孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為1，磷原子的雜化方式都為sp3雜化，分子的空間構(gòu)型為三角錐形，故錯(cuò)誤；⑦sp3雜化軌道是指同一能層的、能量接近的1個(gè)s軌道與3個(gè)p軌道雜化，形成能量相同的4個(gè)sp3雜化軌道，故錯(cuò)誤；⑧凡中心原子采取sp3雜化的分子，分子的VSEPR幾何構(gòu)型都是四面體形，故正確；⑨二氧化硫和三氧化硫分子中硫原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)都為4，孤對(duì)電子對(duì)數(shù)分別為1和0，所以二氧化硫和三氧化硫分子中硫原子的雜化方式都為sp2雜化，分子的空間構(gòu)型分別為V形和平面三角形，故正確；⑩氣體單質(zhì)中，稀有氣體是單原子分子，分子中不存在化學(xué)鍵，故錯(cuò)誤；②③⑧⑨正確，故選C。2.根據(jù)雜化軌道理論和價(jià)層電子對(duì)互斥模型，判斷下列分子或者離子的空間構(gòu)型正確的是選項(xiàng)分子式中心原子雜化方式VSEPR模型名稱空間結(jié)構(gòu)AspV形V形Bsp2平面三角形三角錐形Csp2四面體形平面三角形Dsp3正四面體形正四面體形【答案】D【解析】根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定分子空間構(gòu)型及中心原子雜化方式，價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=配原子個(gè)數(shù)+孤電子對(duì)個(gè)數(shù)。A．分子中心原子雜化方式sp價(jià)層電子對(duì)互斥模型為直線形，沒有孤電子對(duì)，分子的立體構(gòu)型為直線形，故A錯(cuò)誤；B．HCHO分子中心原子雜化方式sp2價(jià)層電子對(duì)互斥模型為平面三角形，沒有孤電子對(duì)，分子的立體構(gòu)型為平面三角形，故B錯(cuò)誤；C．離子中心原子雜化方式sp2價(jià)層電子對(duì)互斥模型為平面三角形，沒有孤電子對(duì)，離子的立體構(gòu)型為平面三角形，故C錯(cuò)誤；D．離子中心原子雜化方式sp3價(jià)層電子對(duì)互斥模型為正四面體，沒有孤電子對(duì)，離子的立體構(gòu)型為平面三角形，故D正確；故選D。3.下列離子的VSEPR模型與其空間結(jié)構(gòu)一致的是A． B． C． D．【答案】B【解析】A．亞硫酸根離子中硫原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為1，離子的VSEPR模型為正四面體形，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，所以離子的空間結(jié)構(gòu)模型與空間結(jié)構(gòu)不一致，故A錯(cuò)誤；B．高氯酸根離子中氯原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為0，離子的VSEPR模型和空間結(jié)構(gòu)都為正四面體形，所以離子的空間結(jié)構(gòu)模型與空間結(jié)構(gòu)一致，故B正確；C．亞硝酸根離子中氮原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為1，離子的VSEPR模型為三角錐形，空間結(jié)構(gòu)為V形，所以離子的空間結(jié)構(gòu)模型與空間結(jié)構(gòu)不一致，故C錯(cuò)誤；D．氯酸根離子中氯原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為1，離子的VSEPR模型為正四面體形，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，所以離子的空間結(jié)構(gòu)模型與空間結(jié)構(gòu)不一致，故D錯(cuò)誤；故選B。4.下列各組微粒的空間構(gòu)型相同的是①和②和③和④和⑤和⑥和⑦和A．全部 B．除④⑥⑦以外C．③④⑤⑥ D．②④⑤⑥【答案】D【解析】①氨分子中氮原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為1，空間構(gòu)型為三角錐形，水分子中的氧原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為2，空間構(gòu)型為V形，兩者空間構(gòu)型不相同，故錯(cuò)誤；②氨分子中氮原子和水合氫離子中氧原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)都為4，孤對(duì)電子對(duì)數(shù)都為1，空間構(gòu)型都為三角錐形，兩者的空間構(gòu)型相同，故正確；③銨根離子中氮原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為0，空間構(gòu)型為正四面體形，水合氫離子中氧原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為1，空間構(gòu)型為三角錐形，兩者的空間構(gòu)型不相同，故錯(cuò)誤；④臭氧和二氧化硫的原子個(gè)數(shù)和價(jià)電子數(shù)都相同，互為等電子體，等電子體具有相同的空間構(gòu)型，故正確；⑤二硫化碳中的碳原子和氯化鈹中的鈹原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)都為2，孤對(duì)電子對(duì)數(shù)都為0，空間構(gòu)型都為直線形，故正確；⑥高硅酸跟離子中的硅原子和硫酸根離子中硫原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)都為4，孤對(duì)電子對(duì)數(shù)都為0，空間構(gòu)型都為正四面體形，兩者的空間構(gòu)型相同，故正確；⑦三氟化硼和氯化鋁為等電子體，空間構(gòu)型都為平面三角形，則雙聚氯化鋁的分子組成與三氟化硼和氯化鋁不相同，則空間構(gòu)型與三氟化硼和氯化鋁的空間構(gòu)型一定不相同，故錯(cuò)誤；②④⑤⑥正確，故選D。5.等電子體之間往往具有相似的結(jié)構(gòu)，N2O與CO2分子具有相似的結(jié)構(gòu)(包括電子式)；已知N2O分子中氧原子只與一個(gè)氮原子相連，下列說法合理的是A．N2O為三角形分子B．N2O與CO2均不含非極性鍵C．N2O的電子式可表示D．N2O與SiO2為等電子體、具有相似的結(jié)構(gòu)和相似性質(zhì)【答案】C【解析】A．N2O與CO2分子具有相似的結(jié)構(gòu)，二氧化碳是直線型分子，所以N2O是直線型分子，故A不符合題意；B．N2O與CO2分子具有相似的結(jié)構(gòu)(包括電子式)，且N2O分子中氧原子只與一個(gè)氮原子相連，N2O的電子式為：，N2O中存在氮氮鍵，所以含有非極性鍵，故B不符合題意；C．二氧化碳的電子式為：，N2O與CO2分子具有相似的結(jié)構(gòu)(包括電子式)，且N2O分子中氧原子只與一個(gè)氮原子相連，所以N2O的電子式為：，故C符合題意；D．二氧化硅是原子晶體，N2O是分子晶體，二氧化硅中電子數(shù)是30，N2O中電子數(shù)是22，所以N2O和SiO2不是等電子體，其結(jié)構(gòu)不同，故D不符合題意；答案選C。6．下面兩表分別列出了CO和N2的某些性質(zhì)及相關(guān)鍵能，有關(guān)說法不正確的是表一分子熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃常溫時(shí)在水中溶解度CO-205.05-191.492.3mLN2-210.00-195.811.6mL表二COC-OC=O鍵能(kJ/mol)357.7798.91071.9N2N-NN=N鍵能(kJ/mol)193418946A．CO與N2的價(jià)電子總數(shù)相等 B．由表2可知，CO的活潑性不及N2C．由表1可知，CO的熔沸點(diǎn)高于N2，是因?yàn)镃O分子間作用力大于N2 D．由表2可知，σ鍵的穩(wěn)定性不一定強(qiáng)于π鍵【答案】B【解析】A．CO的價(jià)電子總數(shù)為6+4=10，N2的價(jià)電子總數(shù)為5+5=10，故A正確；B．一個(gè)CO分子中含有2個(gè)π鍵，根據(jù)表中鍵能知，CO中第一個(gè)π鍵的鍵能是1071.9kJ/mol-798.9kJ/mol=273kJ/mol，N2中第一個(gè)π鍵的鍵能是941.7kJ/mol-418.4kJ/mol=523.3kJ/mol，CO中第一個(gè)π鍵的鍵能較小，所以CO的第一個(gè)π鍵比N2更容易斷，所以一氧化碳比氮?dú)饣顫?，故B錯(cuò)誤；C．一氧化碳和氮?dú)庑纬删w為分子晶體，分子間作用力越大，沸點(diǎn)越高，由表1可知，CO的熔沸點(diǎn)高于N2，是因?yàn)镃O為極性分子，分子間作用力大于N2

，故C正確；D．根據(jù)表格數(shù)據(jù)，CO分子中有一個(gè)π鍵的鍵能為798.9kJ/mol-357.7kJ/mol=441.2kJ/mol，鍵能大于C-O單鍵即σ鍵的鍵能，更穩(wěn)定，故D正確；故答案為B。7.在VSEPR中，電子對(duì)斥力大小順序可認(rèn)為：孤對(duì)電子-孤對(duì)電子>孤對(duì)電子-成鍵電子>成鍵電子-成鍵電子，當(dāng)電子對(duì)之間的夾角大于90°時(shí)，斥力可忽略。當(dāng)價(jià)層電子對(duì)數(shù)為5時(shí)，構(gòu)型為三角雙錐。PCl5是典型的三角雙錐分子，兩個(gè)編號(hào)為①的Cl原子和P在條直線上，三個(gè)編號(hào)為②的Cl原子構(gòu)成平面正三角形。SF4和BrF3價(jià)層電子對(duì)數(shù)也都是5，但它們分別有1對(duì)和2對(duì)孤對(duì)電子，以如圖為參照。則它們的孤對(duì)電子分別占據(jù)什么位置時(shí)，價(jià)層電子對(duì)間斥力最小ABCDSF4①①②②BrF3①

②

②①②②【答案】D【解析】SF4的孤電子對(duì)若在①位置時(shí)，孤對(duì)電子與成鍵電子對(duì)夾角為90°的有三組，而SF4的孤電子對(duì)在②位置時(shí)，孤對(duì)電子與成鍵電子對(duì)夾角為90°的有兩組，孤電子對(duì)在②時(shí)價(jià)層電子對(duì)間斥力最??；BrF3有兩對(duì)孤電子對(duì)，若均在①上，則