第09课 杂化轨道理论 等电子体原理（原卷版）

第9课杂化轨道理论等电子体原理1．了解杂化轨道理论的基本内容。2．能根据杂化轨道理论解释简单分子的空间结构。3．结合杂化轨道理论认识常见共价分子的空间结构。一、杂化轨道理论简介1.杂化轨道的含义杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。(1)轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部的原子轨道发生，重新成一组新的轨道的过程。(2)杂化轨道：原子轨道后形成的一组新的，叫做原子轨道，简称。(3)杂化轨道的特点①杂化轨道数参与杂化的原子轨道数；②杂化改变了原子轨道的和；③杂化使原子的成键能力；④杂化轨道用于构建分子的轨道和轨道。2.杂化轨道理论的要点(1)原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是原子。(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，的原子不可能发生杂化。(3)只有的原子轨道才能杂化(如2s、2p)。(4)杂化前后原子轨道数目(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),且杂化轨道的能量。(5)为使相互间的排斥力最小，杂化轨道在空间取夹角分布。杂化后轨道的、发生改变，但相同杂化形式的杂化轨道形状完全。杂化使原子的成键能力。形成的共价键更。(6)杂化轨道用于形成或者用来容纳未参与成键的。未参与杂化的p轨道可用于形成键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化。(7)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征——性和性(8)杂化轨道数=中心原子上的数+与中心原子结合的数。3.杂化轨道类型类型形成过程夹角空间结构sp3杂化轨道sp3杂化轨道是由个s轨道和个p轨道杂化形成的形sp2杂化轨道sp2杂化轨道是由个s轨道和个p轨道杂化而成的形sp杂化轨道sp杂化轨道是由个s轨道和个p轨道杂化而成的形【特别说明】原子轨道发生sp杂化时，还有2个np轨道未发生杂化，若np轨道上有未成对电子，形成分子时2个np轨道上的电子会形成π键。1）sp3杂化与CH4分子的空间构型(1)杂化轨道的形成碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，个2s轨道和个2p轨道“混合”，形成相等、相同的个sp3杂化轨道。基态原子轨道激发态原子轨道杂化轨道sp3杂化轨道的空间构型4个sp3杂化轨道在空间呈，轨道之间的夹角为，每个轨道上都有一个未成对电子。(2)共价键的形成碳原子的4个轨道分别与4个氢原子的轨道重叠，形成4个相同的键。(3)CH4分子的空间构型CH4分子为空间结构，分子中C—H键之间的夹角都是。(4)正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。2）sp2杂化与BF3分子的空间构型(1)sp2杂化轨道的形成硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。个2s轨道和个2p轨道发生杂化，形成相等、相同的个sp2杂化轨道。硼原子的3个sp2杂化轨道呈，3个sp2杂化轨道间的夹角为。(2)共价键的形成硼原子的3个轨道分别与3个氟原子的1个轨道重叠，形成3个相同的键。(3)BF3分子的空间构型BF3分子的空间构型为，键角为。3）sp杂化与BeCl2分子的空间构型(1)杂化轨道的形成Be原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道，个2s轨道和个2p轨道发生杂化，形成相等、相同的个sp杂化轨道。Be原子的sp杂化轨道呈，其夹角为。(2)共价键的形成Be原子的2个轨道分别与2个Cl原子的1个轨道重叠形成2个相同的键。(3)BeCl2分子的空间构型BeCl2分子为空间构型为，分子中Be—Cl键之间的夹角为。4.杂化轨道类型与分子的空间结构的关系(1)杂化轨道用于形成或用来容纳未参与成键的。当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子的空间结构也发生。(2)杂化轨道与分子的空间结构的关系①当杂化轨道全部用于形成σ键时杂化类型spsp2sp3轨道组成个ns和个np个ns和个np个ns和个np轨道夹角杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子空间结构形形形②当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有个杂化轨道由占据，其分子不呈形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有个杂化轨道由占据，氨分子不呈形，而呈形。5.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系杂化轨道理论了价层电子对互斥模型所推测的分子空间结构，但分析具体分子中的中心原子的杂化轨道类型时，应先确定分子或离子的，再确定中心原子的。VSEPR模型及其中心原子对应的杂化轨道类型如表所示：【思考与讨论p49】参考答案：(1)BF3的σ键电子对数为3，孤电子对数为0，价层电子对数为3，故杂化轨道类型为杂化。(1)H30+的σ健电子对数为3，孤电子对数为1，价层电子对数为4，故杂化轨道美型为杂化。6.杂化轨道类型的判断方法(1)根据价层电子对互斥模型判断中心原子的杂化类型、空间结构在确定了分子或离子的中心原子上的成键电子对数和孤电子对数后，可以依据下面的方法确定其中心原子的杂化轨道类型：σ键电子对数(成键电子对数)+孤电子对数=价电子对数=杂化轨道数根据杂化类型及孤电子对数即可判断分子或离子的空间结构，列表如下：价层电子对数杂化轨道类型成键电子对数孤电子对数杂化轨道数分子空间结构实例2sp202形BeCl2、CO2、HCN3sp2303形BF3、SO3、CO32—21形SnBr2、SO2、NO2—4sp3404形CHCl3、SiCl4、PO43—31形NH3、PCl3、SO32—22形OF2、H2O、NH2—(2)根据杂化轨道间的夹角判断杂化轨道间的夹角杂化轨道类型sp3sp2sp(3)根据分子或离子的空间结构判断分子或离子的空间结构杂化轨道类型形sp3形sp2形sp(4)根据共价键类型判断由杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未参与杂化的轨道用于形成π键，杂化轨道用于形成或用来容纳未参与成键的。对于能明确结构式的分子、离子，其中心原子的杂化轨道数n=中心原子形成的数+中心原子上的数，即可将结构式和电子式相结合，从而判断中心原子形成的数和中心原子上的数，进而判断数。例如：①在SiF4分子中，基态硅原子有4个价电子，与4个氟原子形成4个σ键，没有孤电子对，n=4,则SiF4分子中硅原子采用化。②在HCHO分子中，基态碳原子有4个价电子，与2个氢原子形成2个σ键，与氧原子形成C=O,C=O中有1个σ键、1个π键，没有孤电子对，n=3,则HCHO分子中碳原子采用杂化。(5)以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化类型①没有形成π键，为杂化：CH4、CCl4、②形成一个π键，为杂化：CH2=CH2、苯(大π键)、、③形成两个π键，为杂化：CH≡CH、O=C=O(CO2)、S=C=S(CS2)【研究与实践——制作分子的空间结构模型p49】思考与讨论参考答案：把四个充满气的气球用皮筋扎在一起，这四个气球形成一个正四面体形；然后把这4个气球在黑板上压在一个平面中，形成的是平面正方形；再将四个气球抛向空中，形状又恢复正四面体形，说明这种正四面体的形式是它自然的状态。把这四个气球看成四对共用电子对，它们的公共结点看成是碳原子，那么这种结构取向就是它的自然取向，这正像甲烷分子的正四面体形结构。二、等电子体原理1.含义：相同、相同的互为等电子体。【特别提醒】核外电子总数不一定相同；等电子体可以拓展到离子。2.特点：等电子体具有相似的特征(立体结构和化学键类型)及的性质，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。3.等电子原理的应用利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的构型。如SO2和O3的原子数目和价电子总数都相等，二者互为等电子体，中心原子都是杂化，都是形结构。4.确定等电子体的方法同主族或同周期元素替换，交换过程中注意变化。变换过程中注意电荷变化，并伴有元素种类的改变序号方法示例1竖换：把同族元素(同族原子价电子数相同)交换，即可得到相应的等电子体CO2与CS2、O3与SO22横换：换主族元素，这时候价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等N2与CO3可以将分子变换为，也可以将离子变换为O3与NOeq\o\al(－,2)、CH4与NHeq\o\al(＋,4)CO与CN－5.常见的等电子体汇总微粒通式价电子总数立体构型CO2、CNS－、NOeq\o\al(＋,2)、Neq\o\al(－,3)AX216e－形COeq\o\al(2－,3)、NOeq\o\al(－,3)、SO3AX324e－形SO2、O3、NOeq\o\al(－,2)AX218e－形SOeq\o\al(2－,4)、POeq\o\al(3－,4)AX432e－形POeq\o\al(3－,3)、SOeq\o\al(2－,3)、ClOeq\o\al(－,3)AX326e－形CO、N2AX10e－形CH4、NHeq\o\al(＋,4)AX48e－形►问题一杂化轨道理论与分子的结构【典例1】下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是A．AsH3平面三角形sp3杂化 B．H3O+平面三角形sp2杂化C．H2SeV形sp3杂化 D．CO三角锥形

sp3杂化【变式1-1】有机物CH3CH=CH—C≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为()A．sp、sp2、sp3 B．sp3、sp2、spC．sp2、sp、sp3 D．sp3、sp、sp2【变式1-2】下列说法中正确的是()A．中心原子采取sp3杂化的分子，其几何构型都是四面体型B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道C．苯分子的碳原子是sp2杂化，分子的空间构型为平面结构D．AB3型的分子空间构型必为平面三角形►问题二等电子体原理与分子结构【典例2】通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是()A．CH4和NHeq\o\al(＋,4)是等电子体，键角均为60°B．NOeq\o\al(－,3)和COeq\o\al(2－,3)是等电子体，均为平面三角形结构C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道【变式2-1】由短周期元素原子构成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，立体结构相似的是()A．SO2与O3B．CO2与NO2C．CS2与NO2D．PCl3与BF3【变式2-2】根据等电子原理：由短周期元素原子构成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，它们具有相似的结构特征。以下各组微粒结构不相似的是()A.CO和N2 B.O3和NO2-C.CO2和N2O D.N2H4和C21．下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是()①COeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(3))②CH2=CH2③苯④CH≡CH⑤NH3⑥CH4A．①②③B．①⑤⑥C．②③④D．③⑤⑥2.下列各组微粒中，互为等电子体的一组是()A.CO、C2H2、N2B.SiF4、SiO44−、SO42−、PO43−C.CO32−、NO3．形成下列分子时，一个原子用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是（）①PF3②CCl4③NH3④H2OA．①② B．②③ C．③④ D．①④4．根据等电子原理，下列分子或离子与其他选项不属于同一类的是()A．PF4+B．SiO42-C．SO42-D．SiH45.判断下列中心原子的杂化轨道类型(点“·”的原子为中心原子)。微粒①H3O＋②CH2CH2③CCl4④NCl3⑤PH3杂化轨道数目杂化轨道类型6.科学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构,例如CH4与NH4+有相同的电子数和立体构型。依此原理在下表空格中填出相应的化学式:①；②；③CH4①CO③NHN2H②N21.下列说法：①是三角锥型；②是V形，其A可能为杂化；③二硫化碳中碳原子为sp杂化；④是平面四边形结构；⑤、、分子中的O、N、C分别形成2个、3个、4个键，故O、N、C原子分别采取sp、、杂化；⑥分子是三角锥型，这是因为P原子是以杂化的结果；⑦杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的四个杂化轨道；⑧凡中心原子采取杂化的分子，其VSEPR几何构型都是四面体形；⑨和杂化轨道类型均为杂化，立体构型分别为V形、平面三角形；⑩气体单质中，一定有σ键，可能有π键。正确的选项有A．2个 B．3个 C．4个 D．5个2.根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的空间构型正确的是选项分子式中心原子杂化方式VSEPR模型名称空间结构AspV形V形Bsp2平面三角形三角锥形Csp2四面体形平面三角形Dsp3正四面体形正四面体形3.下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是A． B． C． D．4.下列各组微粒的空间构型相同的是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．②④⑤⑥5.等电子体之间往往具有相似的结构，N2O与CO2分子具有相似的结构(包括电子式)；已知N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，下列说法合理的是A．N2O为三角形分子B．N2O与CO2均不含非极性键C．N2O的电子式可表示D．N2O与SiO2为等电子体、具有相似的结构和相似性质6．下面两表分别列出了CO和N2的某些性质及相关键能，有关说法不正确的是表一分子熔点/℃沸点/℃常温时在水中溶解度CO-205.05-191.492.3mLN2-210.00-195.811.6mL表二COC-OC=O键能(kJ/mol)357.7798.91071.9N2N-NN=N键能(kJ/mol)193418946A．CO与N2的价电子总数相等 B．由表2可知，CO的活泼性不及N2C．由表1可知，CO的熔沸点高于N2，是因为CO分子间作用力大于N2 D．由表2可知，σ键的稳定性不一定强于π键7.在VSEPR中，电子对斥力大小顺序可认为：孤对电子-孤对电子>孤对电子-成键电子>成键电子-成键电子，当电子对之间的夹角大于90°时，斥力可忽略。当价层电子对数为5时，构型为三角双锥。PCl5是典型的三角双锥分子，两个编号为①的Cl原子和P在条直线上，三个编号为②的Cl原子构成平面正三角形。SF4和BrF3价层电子对数也都是5，但它们分别有1对和2对孤对电子，以如图为参照。则它们的孤对电子分别占据什么位置时，价层电子对间斥力最小ABCDSF4①①②②BrF3①

②

②①②②8．等电子体的结构相似、物理性质相近，称为等电子原理。如N2和CO为等电子体。下表为部分元素等电子体分类、空间构型表。等电子体类型代表物质空间构型四原子24电子等电子体SO3平面三角形四原子26电子等电子体三角锥形五原子32电子等电子体CCl4四面体形六原子40电子等电子体PCl5三角双锥形七原子48电子等电子体SF6八面体形试回答：（1）下面物质分子或离子的空间构型：BrO3－_________，CO32－________，HClO4__________。（2）由第一、二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有________。（3）SF6的空间构型如图1所示，请再按照图1的表示方法在图2中表示OSF4分子中O、S、F原子的空间位置。已知OSF4分子中O、S间为共价双键，S、F间为共价单键。___________

第9课杂化轨道理论等电子体原理1．了解杂化轨道理论的基本内容。2．能根据杂化轨道理论解释简单分子的空间结构。3．结合杂化轨道理论认识常见共价分子的空间结构。一、杂化轨道理论简介1.杂化轨道的含义杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。(1)轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。(2)杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。(3)杂化轨道的特点①杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数；②杂化改变了原子轨道的形状和方向；③杂化使原子的成键能力增强；④杂化轨道用于构建分子的σ轨道和孤电子对轨道。2.杂化轨道理论的要点(1)原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是中心原子。(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不可能发生杂化。(3)只有能量相近的原子轨道才能杂化(如2s、2p)。(4)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),且杂化轨道的能量相同。(5)为使相互间的排斥力最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但相同杂化形式的杂化轨道形状完全相同。杂化使原子的成键能力增加。形成的共价键更牢固。(6)杂化轨道用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成π键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。(7)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征——方向性和饱和性(8)杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+与中心原子结合的原子数。3.杂化轨道类型类型形成过程夹角空间结构sp3杂化轨道sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的109°28′正四面体形sp2杂化轨道sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的120°平面三角形sp杂化轨道sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的180°直线形【特别说明】原子轨道发生sp杂化时，还有2个np轨道未发生杂化，若np轨道上有未成对电子，形成分子时2个np轨道上的电子会形成π键。1）sp3杂化与CH4分子的空间构型(1)杂化轨道的形成碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。基态原子轨道激发态原子轨道杂化轨道sp3杂化轨道的空间构型4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体形，轨道之间的夹角为109°28'，每个轨道上都有一个未成对电子。(2)共价键的形成碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个相同的σ键。(3)CH4分子的空间构型CH4分子为空间正四面体结构，分子中C—H键之间的夹角都是109°28′。(4)正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。2）sp2杂化与BF3分子的空间构型(1)sp2杂化轨道的形成硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的3个sp2杂化轨道。硼原子的3个sp2杂化轨道呈平面三角形，3个sp2杂化轨道间的夹角为120°。(2)共价键的形成硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的1个2p轨道重叠，形成3个相同的σ键。(3)BF3分子的空间构型BF3分子的空间构型为平面三角形，键角为120°。3）sp杂化与BeCl2分子的空间构型(1)杂化轨道的形成Be原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道，1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。Be原子的sp杂化轨道呈直线形，其夹角为180°。(2)共价键的形成Be原子的2个sp杂化轨道分别与2个Cl原子的1个3p轨道重叠形成2个相同的σ键。(3)BeCl2分子的空间构型BeCl2分子为空间构型为直线形，分子中Be—Cl键之间的夹角为180°。4.杂化轨道类型与分子的空间结构的关系(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。当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子的空间结构也发生变化。(2)杂化轨道与分子的空间结构的关系①当杂化轨道全部用于形成σ键时杂化类型spsp2sp3轨道组成1个ns和1个np1个ns和2个np1个ns和3个np轨道夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子空间结构直线形平面三角形正四面体形②当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个杂化轨道由孤电子对占据，其分子不呈正四面体形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个杂化轨道由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。5.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系杂化轨道理论解释了价层电子对互斥模型所推测的分子空间结构，但分析具体分子中的中心原子的杂化轨道类型时，应先确定分子或离子的VSEPR模型，再确定中心原子的杂化轨道类型。VSEPR模型及其中心原子对应的杂化轨道类型如表所示：【思考与讨论p49】参考答案：(1)BF3的σ键电子对数为3，孤电子对数为0，价层电子对数为3，故杂化轨道类型为sp2杂化。(1)H30+的σ健电子对数为3，孤电子对数为1，价层电子对数为4，故杂化轨道美型为Sp3杂化。6.杂化轨道类型的判断方法(1)根据价层电子对互斥模型判断中心原子的杂化类型、空间结构在确定了分子或离子的中心原子上的成键电子对数和孤电子对数后，可以依据下面的方法确定其中心原子的杂化轨道类型：σ键电子对数(成键电子对数)+孤电子对数=价电子对数=杂化轨道数根据杂化类型及孤电子对数即可判断分子或离子的空间结构，列表如下：价层电子对数杂化轨道类型成键电子对数孤电子对数杂化轨道数分子空间结构实例2sp202直线形BeCl2、CO2、HCN3sp2303平面三角形BF3、SO3、CO32—21V形SnBr2、SO2、NO2—4sp3404四面体形CHCl3、SiCl4、PO43—31三角锥形NH3、PCl3、SO32—22V形OF2、H2O、NH2—(2)根据杂化轨道间的夹角判断杂化轨道间的夹角杂化轨道类型109º28´sp3120ºsp2180ºsp(3)根据分子或离子的空间结构判断分子或离子的空间结构杂化轨道类型正四面体形sp3平面三角形sp2直线形sp(4)根据共价键类型判断由杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未参与杂化的轨道用于形成π键，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。对于能明确结构式的分子、离子，其中心原子的杂化轨道数n=中心原子形成的σ键数+中心原子上的孤电子对数，即可将结构式和电子式相结合，从而判断中心原子形成的σ键数和中心原子上的孤电子对数，进而判断杂化轨道数。例如：①在SiF4分子中，基态硅原子有4个价电子，与4个氟原子形成4个σ键，没有孤电子对，n=4,则SiF4分子中硅原子采用sp3杂化。②在HCHO分子中，基态碳原子有4个价电子，与2个氢原子形成2个σ键，与氧原子形成C=O,C=O中有1个σ键、1个π键，没有孤电子对，n=3,则HCHO分子中碳原子采用sp2杂化。(5)以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化类型①没有形成π键，为sp3杂化：CH4、CCl4、②形成一个π键，为sp2杂化：CH2=CH2、苯(大π键)、、③形成两个π键，为sp杂化：CH≡CH、O=C=O(CO2)、S=C=S(CS2)【研究与实践——制作分子的空间结构模型p49】思考与讨论参考答案：把四个充满气的气球用皮筋扎在一起，这四个气球形成一个正四面体形；然后把这4个气球在黑板上压在一个平面中，形成的是平面正方形；再将四个气球抛向空中，形状又恢复正四面体形，说明这种正四面体的形式是它自然的状态。把这四个气球看成四对共用电子对，它们的公共结点看成是碳原子，那么这种结构取向就是它的自然取向，这正像甲烷分子的正四面体形结构。二、等电子体原理1.含义：原子总数相同、价电子总数相同的分子(或离子)互为等电子体。【特别提醒】核外电子总数不一定相同；等电子体可以拓展到离子。2.特点：等电子体具有相似的结构特征(立体结构和化学键类型)及相近的性质，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。3.等电子原理的应用利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。如SO2和O3的原子数目和价电子总数都相等，二者互为等电子体，中心原子都是sp2杂化，都是V形结构。4.确定等电子体的方法同主族代换或同周期相邻元素替换，交换过程中注意电荷变化。变换过程中注意电荷变化，并伴有元素种类的改变序号方法示例1竖换：把同族元素(同族原子价电子数相同)上下交换，即可得到相应的等电子体CO2与CS2、O3与SO22横换：换相邻主族元素，这时候价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等N2与CO3可以将分子变换为离子，也可以将离子变换为分子O3与NOeq\o\al(－,2)、CH4与NHeq\o\al(＋,4)CO与CN－5.常见的等电子体汇总微粒通式价电子总数立体构型CO2、CNS－、NOeq\o\al(＋,2)、Neq\o\al(－,3)AX216e－直线形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－正四面体形POeq\o\al(3－,3)、SOeq\o\al(2－,3)、ClOeq\o\al(－,3)AX326e－三角锥形CO、N2AX10e－直线形CH4、NHeq\o\al(＋,4)AX48e－正四面体形►问题一杂化轨道理论与分子的结构【典例1】下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是A．AsH3平面三角形sp3杂化 B．H3O+平面三角形sp2杂化C．H2SeV形sp3杂化 D．CO三角锥形

sp3杂化【答案】C【解析】A．AsH3中心原子的价层电子对数=3+(5-3×1)=4，As的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，选项A错误；B．的中心原子的价层电子对数=3+(6-1-3×1)=4，O的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，选项B错误；C．H2Se中心原子的价层电子对数=2+(6-2×1)=4，Se的杂化方式为sp3，含有两对孤电子对，分子的立体构型为V形，选项C正确；D．中心原子的价层电子对数=3+(4+2-3×2)=3，C的杂化方式为sp2，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，选项D错误；答案选C。【解题必备】1．杂化轨道理论的要点(1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。(2)杂化前后轨道数目不变。(3)只有能量相近的轨道才能杂化(如2s和2p)。(4)杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理。杂化轨道间的夹角决定分子空间构型。(5)杂化轨道所形成的化学键全部为σ键。2．杂化轨道及成键规律（1）当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是σ键，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致。（2）当杂化轨道数目大于成键轨道数目时，分子中存在孤电子对，对成键电子对产生排斥作用，使键角增大，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型不同。（3）若未杂化的轨道上有成单电子，则形成π键。3．杂化轨道数目与成键数目相同时分子的空间构型当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是σ键，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致。实例BeCl2BF3CH4杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目1个s轨道1个p轨道1个s轨道2个p轨道1个s轨道3个p轨道杂化轨道的数目234杂化轨道间的夹角180°120°109°28′杂化轨道空间构型直线形平面三角形正四面体分子的空间构型直线形平面三角形正四面体4．常见分子的空间构型杂化类型分子类型空间构型举例sp3AB4正四面体CH4、CCl4、NH4+、金刚石等AB3C四面体CH3Cl、CH3CH3等AB3三角锥NH3、NF3等AB2V形H2O、H2Ssp2AB3平面三角形BF3、AlCl3、、苯环等spAB2直线形CO2、CS2、等【变式1-1】有机物CH3CH=CH—C≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为()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杂化；碳碳双键上碳原子采取sp2杂化；碳碳三键的C原子采取sp杂化。【变式1-2】下列说法中正确的是()A．中心原子采取sp3杂化的分子，其几何构型都是四面体型B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道C．苯分子的碳原子是sp2杂化，分子的空间构型为平面结构D．AB3型的分子空间构型必为平面三角形【答案】C【解析】A选项，分子的几何构型除了与杂化轨道类型，还与中心原子的成键情况有关，错误；B选项，sp3杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和3个p轨道混合形成的，错误；C选项，正确；D选项，AB3型的分子空间构型不一定为平面三角形，也可能是三角锥形。错误。故选C。►问题二等电子体原理与分子结构【典例2】通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是()A．CH4和NHeq\o\al(＋,4)是等电子体，键角均为60°B．NOeq\o\al(－,3)和COeq\o\al(2－,3)是等电子体，均为平面三角形结构C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道【答案】B【解析】CH4与NHeq\o\al(＋,4)是正四面体结构，键角是109°28′，A错误；NOeq\o\al(－,3)和COeq\o\al(2－,3)是等电子体，均为平面三角形结构，B正确；H3O＋和PCl3的价电子总数不相等，不互为等电子体，C错误；苯分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道，故B3N3H6分子中也存在这种轨道，D错误。【解题必备】1.等电子原理：等电子体具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近，此原理称为等电子原理，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。2.确定等电子体的方法：变换过程中注意电荷变化，并伴有元素种类的改变序号方法示例1竖换：把同族元素(同族原子价电子数相同)上下交换，即可得到相应的等电子体CO2与CS2、O3与SO22横换：换相邻主族元素，这时候价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等N2与CO3可以将分子变换为离子，也可以将离子变换为分子O3与NOeq\o\al(－,2)、CH4与NHeq\o\al(＋,4)CO与CN－【变式2-1】由短周期元素原子构成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，立体结构相似的是()A．SO2与O3B．CO2与NO2C．CS2与NO2D．PCl3与BF3【答案】A【解析】各项中原子数均相同，最外层电子数之和分别为A项，18和18；B项，16和17；C项，16和17；D项，26和24。【变式2-2】根据等电子原理：由短周期元素原子构成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，它们具有相似的结构特征。以下各组微粒结构不相似的是()A.CO和N2 B.O3和NO2-C.CO2和N2O D.N2H4和C2【答案】D【解析】N2H4和C2H4原子数相同，价电子总数分别为14、12，二者不是等电子体，故结构不相似。1．下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是()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杂化，④中的中心原子是sp杂化，⑤⑥中的中心原子是sp3杂化。2.下列各组微粒中，互为等电子体的一组是()A.CO、C2H2、N2B.SiF4、SiO44−、SO42−、PO43−C.CO32−、NO【答案】B【解析】CO、N2都含2个原子，C2H2含4个原子,所以不是等电子体，故A不选；在SiF4、SiO44−、SO42−、PO43−中，所有原子都含有5个原子，其价电子总数均为32，所以是等电子体，故选B；CO32−、NO33．形成下列分子时，一个原子用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是（）①PF3②CCl4③NH3④H2OA．①② B．②③ C．③④ D．①④【答案】A【解析】四种分子的中心原子都是sp3杂化，NH3和H2O中H原子用1s轨道与中心原子的sp3杂化轨道成键。故选A。4．根据等电子原理，下列分子或离子与其他选项不属于同一类的是()A．PF4+B．SiO42-C．SO42-D．SiH4【答案】D【解析】A、B、C均为5个原子，价电子总数均为32个，D项8个价电子等电子体：①原子数相同，②价电子总数相等。5.判断下列中心原子的杂化轨道类型(点“·”的原子为中心原子)。微粒①H3O＋②CH2CH2③CCl4④NCl3⑤PH3杂化轨道数目杂化轨道类型【答案】43444sp3sp2sp3sp3sp36.科学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构,例如CH4与NH4+有相同的电子数和立体构型。依此原理在下表空格中填出相应的化学式:①；②；③CH4①CO③NHN2H②N2【答案】①C2H6②NO3-【解析】根据等电子原理,和N2H62+是等电子体的是C2H6,和CO32−是等电子体的是N1.下列说法：①是三角锥型；②是V形，其A可能为杂化；③二硫化碳中碳原子为sp杂化；④是平面四边形结构；⑤、、分子中的O、N、C分别形成2个、3个、4个键，故O、N、C原子分别采取sp、、杂化；⑥分子是三角锥型，这是因为P原子是以杂化的结果；⑦杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的四个杂化轨道；⑧凡中心原子采取杂化的分子，其VSEPR几何构型都是四面体形；⑨和杂化轨道类型均为杂化，立体构型分别为V形、平面三角形；⑩气体单质中，一定有σ键，可能有π键。正确的选项有A．2个 B．3个 C．4个 D．5个【答案】C【解析】①三氯甲烷中碳原子的价层电子对数为4、孤对电子对数为0，分子的空间构型为四面体形，故错误；②若AB2分子中A原子的价层电子对数为3、孤对电子对数为1，A原子的杂化方式为sp2杂化，分子的空间构型为V形，故正确；③二硫化碳分子中碳原子的价层电子对数为2、孤对电子对数为0，碳原子的杂化方式为sp杂化，故正确；④铵根离子中氮原子的价层电子对数为4、孤对电子对数为0，分子的空间构型为正四面体形，故错误；⑤水分子、氨分子和甲烷分子中氧原子、氮原子和碳原子的价层电子对数都为4，原子的杂化方式都为sp3杂化，故错误；⑥三氯化磷分子中磷原子的价层电子对数为4、孤对电子对数为1，磷原子的杂化方式都为sp3杂化，分子的空间构型为三角锥形，故错误；⑦sp3杂化轨道是指同一能层的、能量接近的1个s轨道与3个p轨道杂化，形成能量相同的4个sp3杂化轨道，故错误；⑧凡中心原子采取sp3杂化的分子，分子的VSEPR几何构型都是四面体形，故正确；⑨二氧化硫和三氧化硫分子中硫原子的价层电子对数都为4，孤对电子对数分别为1和0，所以二氧化硫和三氧化硫分子中硫原子的杂化方式都为sp2杂化，分子的空间构型分别为V形和平面三角形，故正确；⑩气体单质中，稀有气体是单原子分子，分子中不存在化学键，故错误；②③⑧⑨正确，故选C。2.根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的空间构型正确的是选项分子式中心原子杂化方式VSEPR模型名称空间结构AspV形V形Bsp2平面三角形三角锥形Csp2四面体形平面三角形Dsp3正四面体形正四面体形【答案】D【解析】根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型及中心原子杂化方式，价层电子对个数=配原子个数+孤电子对个数。A．分子中心原子杂化方式sp价层电子对互斥模型为直线形，没有孤电子对，分子的立体构型为直线形，故A错误；B．HCHO分子中心原子杂化方式sp2价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，故B错误；C．离子中心原子杂化方式sp2价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，离子的立体构型为平面三角形，故C错误；D．离子中心原子杂化方式sp3价层电子对互斥模型为正四面体，没有孤电子对，离子的立体构型为平面三角形，故D正确；故选D。3.下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是A． B． C． D．【答案】B【解析】A．亚硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为正四面体形，空间结构为三角锥形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故A错误；B．高氯酸根离子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为0，离子的VSEPR模型和空间结构都为正四面体形，所以离子的空间结构模型与空间结构一致，故B正确；C．亚硝酸根离子中氮原子的价层电子对数为3，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为三角锥形，空间结构为V形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故C错误；D．氯酸根离子中氯原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，离子的VSEPR模型为正四面体形，空间结构为三角锥形，所以离子的空间结构模型与空间结构不一致，故D错误；故选B。4.下列各组微粒的空间构型相同的是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氨分子中氮原子的价层电子对数为4,孤对电子对数为1，空间构型为三角锥形，水分子中的氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，空间构型为V形，两者空间构型不相同，故错误；②氨分子中氮原子和水合氢离子中氧原子的价层电子对数都为4，孤对电子对数都为1，空间构型都为三角锥形，两者的空间构型相同，故正确；③铵根离子中氮原子的价层电子对数为4,孤对电子对数为0，空间构型为正四面体形，水合氢离子中氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，空间构型为三角锥形，两者的空间构型不相同，故错误；④臭氧和二氧化硫的原子个数和价电子数都相同，互为等电子体，等电子体具有相同的空间构型，故正确；⑤二硫化碳中的碳原子和氯化铍中的铍原子的价层电子对数都为2，孤对电子对数都为0，空间构型都为直线形，故正确；⑥高硅酸跟离子中的硅原子和硫酸根离子中硫原子的价层电子对数都为4，孤对电子对数都为0，空间构型都为正四面体形，两者的空间构型相同，故正确；⑦三氟化硼和氯化铝为等电子体，空间构型都为平面三角形，则双聚氯化铝的分子组成与三氟化硼和氯化铝不相同，则空间构型与三氟化硼和氯化铝的空间构型一定不相同，故错误；②④⑤⑥正确，故选D。5.等电子体之间往往具有相似的结构，N2O与CO2分子具有相似的结构(包括电子式)；已知N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，下列说法合理的是A．N2O为三角形分子B．N2O与CO2均不含非极性键C．N2O的电子式可表示D．N2O与SiO2为等电子体、具有相似的结构和相似性质【答案】C【解析】A．N2O与CO2分子具有相似的结构，二氧化碳是直线型分子，所以N2O是直线型分子，故A不符合题意；B．N2O与CO2分子具有相似的结构(包括电子式)，且N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，N2O的电子式为：，N2O中存在氮氮键，所以含有非极性键，故B不符合题意；C．二氧化碳的电子式为：，N2O与CO2分子具有相似的结构(包括电子式)，且N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，所以N2O的电子式为：，故C符合题意；D．二氧化硅是原子晶体，N2O是分子晶体，二氧化硅中电子数是30，N2O中电子数是22，所以N2O和SiO2不是等电子体，其结构不同，故D不符合题意；答案选C。6．下面两表分别列出了CO和N2的某些性质及相关键能，有关说法不正确的是表一分子熔点/℃沸点/℃常温时在水中溶解度CO-205.05-191.492.3mLN2-210.00-195.811.6mL表二COC-OC=O键能(kJ/mol)357.7798.91071.9N2N-NN=N键能(kJ/mol)193418946A．CO与N2的价电子总数相等 B．由表2可知，CO的活泼性不及N2C．由表1可知，CO的熔沸点高于N2，是因为CO分子间作用力大于N2 D．由表2可知