2026人教版高中化学选择性必修2《物质结构与性质》提升课时2 分子的空间结构与杂化轨道

提升课时2分子的空间结构与杂化轨道

学习目标1.能准确判断共价分子中中心原子的杂化轨道类型。2.能用杂化轨道理

论和价层电子对互斥理论判断分子共价键的形成和空间构型。

粒子（分子或离子）空间结构与杂化类型的判断

一、中心原子轨道杂化类型的判断

杂化类型spsp2sp3

1个〃s、

轨道组成1个〃s、2个〃p1个〃s、3个〃p

1个叩

轨道夹角180°120°109。28'

VSEPR

直线形平面三角形止四面体形

模型

价层电

234

子对数

孤电子对

001012

数

分子（离

平面正四三角

子）直线形V形V形

三角形面体形锥形

空间结构

实例CO2BF3SO2

CH4N%H2O

二、根据价层电子互斥理论推测简单分子（或离子）空间结构的方法

1.思维模型

价层电子对数寸VSEPR模型

略去现曳子对分子（或离子）的空间结构

2.关键步骤

（1）确定中心原子的价层电子对数和中心原子孤电子对数。

①对简单分子（AB加型）或离子（AB方型）,通过前面“中心原子杂化轨道类型的判断

方法”，求出中心原子的价层电子对数小

②根据杂化轨道数=中心原子形成的。键数十中心原子孤电子对数，可推出：中

心原子孤电子对数=杂化轨道数一中心原子形成的。键数=中心原子的价层电子

对数一配位原子的个数=〃一〃7。

（2）由价层电子对数确定VSEPR模型（即杂化轨道空间构型）。

（3）略去孤电子对，应用价层电子对互斥理论确定分子或离子空间结构（具体见表

格）。

价层电子

234

对数5）

杂化轨

spsp2sp3

道类型

VSEPR

直线形平面三角形正四面体形

模型

孤电子

对数001012

（n—m）

分子或离正四

平面三角

子的空间直线形V形面体V形

三角形锥形

结构形

举例NOJ

BeChSO2CH4NH3H2O

键角180°120°119.5°109。28'107°105°

»题型突破

[例1]（1）（2023•北京卷节选）S2O1的空间结构是

（2）（2023•浙江1月卷节选）硅材料在生活中占有重要地位。请回答：

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。

答案（1）四面体形（2）四面体形sp3

解析（l）sor的中心原子S的价层电子对数为4,无孤电子对，空间构型为四面

体形，SzO歹可看作是SO厂中1个O原子被S原子取代，则S2O歹的空间构型为

四面体形。（2）Si（NH2）4分子可视为SiM分子中的4个氢原子被一NH2（氨基）取代

形成的，所以Si（NH2）4分子中Si原子轨道的杂化类型是sp3,分子的空间结阂（以

Si为中心）名称为四面体形，分子中氮原子形成3个。键，含一个孤电子对，则其

杂化方式为sp3o

[例2]⑴（2022・湖南卷节选）科学家近期合成了一种固氮酶模型配合物，该物质可

以在温和条件下直接活化H2,将N3一转化为NH5,反应过程如图所示：

产物中N原子的杂化轨道类型为。

⑵（2022・山东卷节选州咤（C）替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知毗咤中含

有与苯类似的nE大兀键、则毗噬中N原子的价层孤电子对占据（填标号）。

A.2s轨道B.2p轨道

C.sp杂化轨道D.sp2杂化轨道

（3）（2022•全国乙卷节选）一氯乙烯（C2H3。）分子中，C的一个杂化轨道与

C1的3Px轨道形成C—C1键。

答案（l）sp3杂化（2）D⑶sp2O

解析（1）由结构简式可知，产物中氮原子的价层电子对数为4,原子的杂化方式

为sp3杂化；（2）此唬（Q）替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知此味中含有与

苯类似的ng大兀键，则说明此唬中N原子也是采用sp?杂化，杂化轨道只用于形

成。键和存在孤电子对，则叱吟中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道，故

IlII

\/

c=c

/\

答案为D；（3）一氯乙烯的结构式为H。，碳为双键碳，采取sp2杂化,

因此C的一个sp?杂化轨道与C1的3小轨道形成C—C1。键。

■对点训练

1.用价层电子对互斥理论预测H2s和BF3的立体结构，两个结论都正确的是（）

A.直线形；三角锥形

B.V形；三角锥形

C.直线形；平面三角形

D.V形；平面三角形

答案D

解析在H2s中，价层电子对数为4,若无孤电子对存在，则其应为正四面体形。

但中心原子S上有两个孤电子对，而且孤电子对也要占据中心原子周围的空间，

它们相互排斥，因此H2s为V形结构。在BF3中，价层电子对数为3,其中心原

子B上无孤电子对，因此BF3应为平面三角形。

2.PCL的分子结构是()

A.平面三角形，键角小于120°

B.平面三角形，键角120°

C三角锥形,键角小于109。28'

D.二角锥形，键角109。2卬

答案C

解析PC13与NH3互为等电子体，因此PC13的空间结构为三角锥形，键角小于

r

109°28o

3.白磷是一种能自燃的单质，其分子的球棍模型如图所示：,下列叙述

错误的是()

A.每个磷原子形成3个。键，磷原子为sp?杂化

B.每个磷原子的价层电子对数为4,磷原子均为sp3杂化

C.lmol白磷中共含6mol共价键

D.白磷分子的空间结构为正四面体形

答案A

解析由白磷分子的球棍模型图可知，每个磷原子均形成了3个。键，又因每个

磷原子还有一个孤电子对，故价层电子对数为4,磷原子为sp3杂化，A项错误,

B项正确；由图可知C、D项正确。

4.(1)乙二胺(HzNCH2cH2NH2)是一种有机化合物，其分子中氮原子、碳原子的杂

化轨道类型分别是____________、。

(2)LiAlHa是有机合成中常用的还原剂，LiAlH」中阴离子的空间结构是

,其中心原子的杂化轨道类型为。

⑶气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的空间结构为;固态三

氧化硫中存在如图所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为

（4）S单质的常见形式为S8,其环状结构如图所示，S原子采取的轨道杂化方式是

答案（l）sp3sp3（2）正四面体形sp3（3）平面三角形sp3（4）sp3

解析（DH2NCH2cH2NH2中N原子形成3个。键，孤电子对数为1,C原子形成

4个。键，无孤电子对，二者的价层电子对数都为4,因此N原子、C原子的杂

化轨道类型都为sp3。（2）LiAlH4中的阴离子是A1H1,其中Al原子与H原子之间

的。键数为4,孤电子对数为3+1；4乂1=0,氏此其价层电子对数为4+0=4,

故A1HI的空间结构为正四面体形，其中心原子的杂化轨道类型为sp3。（3）SCh分

子中，中心原子上的价层电子对数为3,孤电子对数为：*2=0,故SO3分子

的空间结构为平面三角形；由题图可知该三聚分子中每个S原子与4个O原子形

成4个。键，故其杂化轨道类型为sp3。（4）每个硫原子形成2个S—S,孤电子对

数为2,杂化方式为sp\

课后巩固训练

选择题有1个选项符合题意

1.已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是（）

A.X原子一定是sp2杂化

B.X原子一定为sp3杂化

C.X原子上一定存在孤电子对

D.VSEPR模型一定是平面三角形

答案C

解析若X原子无孤电子对，则它一定是直线形分子，若X有一个孤电子对或两

个孤电子对，则XY2一定为V形分子，此种情况下X的原子轨道可能为sp2杂化，

也可能是sp3杂化，A、B项错误，C项正确；若X有两个孤电子对，则该分子的

VSEPR模型为正四面体形，D项错误。

2.了解有机物分子中化学键特征以及成键方式是研究有机物性质的基础。下列关

于有机物分子的成键方式的描述不正确的是（）

A.烷烧分子中碳原子均采用sp3杂化轨道成犍

B.快燃分子中碳碳三键由1个。键、2个兀键组成

C.甲苯分子中所有碳原子均采用sp2杂化轨道成键

D.苯环中存在6个碳原子共有的大71键

答案C

解析烷妙分子中碳原子均形成4个键，杂化轨道数为4,均采用sp3杂化轨道成

键。碳碳三键由1个C键、2个7T键组成；苯环中碳原子采用“2杂化轨道成键，

6个碳原子上未参与成键的p电子形成一个大n键；甲苯分子中一CH3中的C采

用sp3杂化。

（）O

、_L、II

3.在CH3—c—CH3分子中，默基（——C-）碳原子与甲基碳原子成键时所采

取的杂化方式分别为（）

A.sp?杂化；sp2杂化B.Sp3杂化；sp3杂化

C.sp2杂化；sp3杂化D.sp杂化；sp3杂化

答案c

解析短基上的碳原子共形成3个。键和1个兀键，为sp2杂化，两侧甲基中的

碳原子共形成4个。键无兀键，为sp3杂化。

4.（2023・上海建平中学高二月考）下列关于杂化轨道的叙述，不正确的是（）

2

A.CH2=CH—CH=CH2分子中所有碳原子均采取sp杂化成键

B.杂化轨道只用于形成。键或用于容纳的未参与成键的孤电子对

C.SCh和C2H4分子中的中心原子S和C是通过sp?杂化轨道成键

D.中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子一定为四面体结构

答案D

解析CH2=CH—CH=CH2分子中所有碳原子的价层电子对数为3,均采取sp2

杂化成键,A正确；杂化轨道只用于形成。键或用于容纳未参与成键的孤电子对，

例如NH3中，N的杂化方式为sp3,形成4个杂化轨道，其中有3个用来形成。

键，1个用于容纳未参与成键的孤电子对，B正确；S02和C2H4分子中的中心原

子S和C价层电子对数都是3,都是通过sp?杂化轨道成键，C正确；中心原子

通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为四面体结构，还需要考虑未成键电子

对，例加NH3中N的杂化方式为sp3,但NH3的空间结构为三角锥形，D错误。

5.（2023•四川内江六中高二期中）下列说法正确的是（）

A.二氧化碳按电子云重叠的方式分，其共价键的类型有1种

B.NH3-BH3中，B的杂化方式为sp3杂化

C.硒的两种含氧酸的酸性强弱为H2SCO4<H2SCO3

D.SeOFfllSeOT中心原子轨道杂化都为sp3,空间结构都是正四面体形

答案R

解析CO2分子中含有两个碳氧双键，共价键中含有一个。键一个兀键，共价键

的类型有2种，故A错误；NH3-BH3中B的价层电子对数为4,B的杂化轨道类

型为sp3,故B正确；同一种元素形成的含氧酸中，非羟基O原子个数越多，其

酸性越强，H2SeO4与H2SeO3可写成（OH）2ScO2>（OH）2SeO,则酸性：HzSeO>FhSeCh,

故C错误；SeO"中Se原子含有的孤对电子对数是生产0=0,所以是正四

面体形，属于sp'杂化，和VSEPR模型一致，ScOl的Se原子价层电子对数为3

XIg_g\zQ

+）一~；~'=4,其VSEPR模型为正四面体形，但中心原子的孤电子对数为1,

其空间结构为三角锥形，故D错误。

6.下列分子所含碳原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是（）

R.丙烯情

（）

II

c

/\

c.甲醛］1111-

■II一

I

I

D.丙烘LH-

答案A

解析乙醛中甲基的碳原子采取Sp3杂化，醛基的碳原子采取Sp?杂化；丙烯膈中

碳碳双键的两个碳原子采取Sp?杂化，另一个碳原子采取Sp杂化；甲醛中碳原子

采取卬2杂化；丙烘中用基的碳原子采取距3杂化，碳碳二键中两个碳原子采取中

杂化。

7.下列分子中，中心原子采取sp3杂化并形成正四面体形空间结构的是（）

①CH4②NH3③CK®SiH4⑤C2H4

⑥82⑦CH2cL

A.①®©⑥B.①③④

C.②④⑤⑦D.①©⑤

答案B

解析CM、NH3、CE、Si—、CH2c卜分子的中心原子均采取sp?杂化，但只有

CH4、CF4、SiH』分子中的四个sp,杂化轨道分别结合一个相同的原子，形成正四

面体形结构；CH2cL分子是变形的四面体形；N%分子则是三角锥形结构；C2H4

分子是平面结构；C02分子是直线形结构。

8.有X、Y两种活性反应中间体微粒，均含有1个碳原子和3个氢原子，其球棍

模型如图所示：

(X).(Y)o

下列说法借误的是（）

A.X的组成为CHS

B.Y的组成为CH3

C.X的价层电子对数为4

D.Y中键角小于120°

答案C

解析由图可知，X为平面三角形结构，其碳原子应该有三个价层电子对，其组

成为CH3,A项正确，C项错误；Y为三角锥形结构，其碳原子有四个价层电子

对，故其组成为CH3,键角比120。小，B、D项巳确。

9.六氟化硫分子呈正八面体形（如图所示），在高电压下仍有良好的绝缘性，在电器

工业方面有着广泛的用途，但逸散到空气中会引起温室效应。下列有关六氟化硫

的推测正确的是（）

F

F

A.六氟化硫易燃烧生成二氧化硫

B.六氟化硫中各原子均达到8电子稳定结构

C.六氨化硫分子中的SF都是。键，旦键长、键能都相等

D.若将六氟化硫分子中的2个F原子换成。原子，可以得到3种可能结构

答案C

解析SF6分子中，S和F的化合价分别是+6和-1,S的化合价已达到最高价，

不会再升高，而F的氧化性比O强，所以六氟化硫不易燃烧，A错误；SF6分子

中的硫原子并不是8电子稳定结构，氟原子满足8电子稳定结构，B错误；SF6

分孑中只有S—F极性共价单键，均为。键，C正确；君将六氟化硫分孑中的2

个F原子换成C1原子，只有2种可能的结构，D错误。

10.短周期元素X、Y、Z、M原子序数依次增大，Z的基态原子2P轨道半充满,

M的最高正价与最低负价绝对值之差为4,它们组成的一种分子结构如图所示。

下列说法正确的是（）

ZX

X—Z—Y—M—Y—X

III

MX

A.电负性：X>Y>Z

B.原子半径：Y>Z>X

C.分子中Z原子的杂化方式均为sp2

D.Y、Z、M的最高价氧化物的水化物均为强酸

答案B

解析已知X、Y、Z、M为原子序数依次增大的短周期元素，Z的基态原子2p

轨道半充满，则Z为N元素，M的最高正价与最低负价绝对值之差为4,则M

为S元素，根据题图中共价键数目可推知，X为H元素，Y为C元素。因此，电

负性：N>C>H,A项错误；H原子核外有1个电子层，而C、N原子核外均有2

个电子层，电子层数越多，半径越大，电子层数相同，核电荷数越大，半径越小，

则原子半径：C>N>H,B项正确；分子中N原子均形成共价单键，为sp3杂化,

C项错误；C元素的最高价氧化物的水化物为H2co3,H2CO3为弱酸，D项错误。

11.有一种化合物是很多表面涂层的重要成分，其结构如图所示，其中W、X、Y、

Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，只有X、Y在同一周期，Y无最高正

价，Z的含氧酸均具有氧化性，下列有关说法错误的是（）

A.XWf、一XW3、XW5是重要的有机反应中间体，XWS中所有原子共平面

B.XW3与W3Y+的空间结构相同

2s2P

C.Y原子最外层电子的轨道表示式为MH，

D.Z的两种酸反应可制得Z的单质

答案c

解析Y无最高正价，且能形成2个共价键，则Y是0元素；四种元素的原子序

数依次增大，只有X、Y在同一周期，则W是H元素；X形成4个共价键，且

原子序数小于Y（0）,则X是C元素；Z形成1人共价键，与X、Y不在同一周

期，Z的含氧酸均具有氧化性，则Z是C1元素。XWJ是CH「中心C原子的价

层电子对数为3+1（4-l-3Xl）=3,不含狐电子对，则CH］是平面三角形，所

+

有原子共平面，A正确；XWs■和W3Y+分别为CH,、H30,中心原子C和。的

价层电子对数均为4,三均含1个孤电子对，故二者的空间结构都是三角锥形，B

正确；根据洪特规则和泡利原理可知，基态O原子的最外层电子的轨道表示式为

2s2p

A

L,C错误；HCIO和HC1溶液反应可生成CL和H2O,D正确。

12.元素周期表中第VIA族元素单质及其化合物有着广泛应用。Ch可用作氢氧燃料

电池的氧化剂；03具有杀菌、消毒、漂白等作用。硫有多种单质，如S2、S4、S6、

S8等，用硫黄熏蒸中药材的传统由来已久。硫与氧气反应制得的SO2可用来生产

H2s04,硫酸及硫酸盐是重要化工原料；H2s是一种易燃的有毒气体（燃烧热为

562.2kJ-moF1）,是制取多种硫化物的原料；用SO?与SeC）2（白色晶体）的水溶液反

应可制备硒，硒（34S6）是一种半导体材料。碎（52Te）的单质及其化合物在电子、冶

金、材料等领域有广阔的发展前景，工业上以电解强碱性NazTeCh溶液制备Te。

下列说法正确的是（）

A.S2、S4、S（＞、S8互为同位素

B.S02中S原子杂化轨道类型为sp2

C.MSe核外电子排布式为［Ar］4s24P4

D.H2s和H2O的空间结构相同，且均为非极性分子

答案B

解析S2、S4、S6、S8为硫元素形成的不同单质，应互为同素异形体，A错误；

SO2中S的价层电子对数为2+*6—2X2）=3,故原子杂化轨道类型为sp2,B正

确；34Se位于第四周期第VIA族，核外电子排布式为［Ar］3d4s24P%C错误；H2s

和比0的中心原子均为sp3杂化，空间结构均为V形，故均为极性分子，D错误。

13.能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行

“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。

（1）钛铁合金具有吸氧特性，在制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面有广阔的应

用前景，基态Ti原子核外有个运动状态不同的电子，在基态Fe?+中，电

子占据的能量最高的轨道为。

(2)多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括神化钱(GaAs)、硫化镉

(CdS)薄膜电池等。镉(Cd)在周期表中位于第五周期，与Zn同族，则Cd的价层电

子排布式为，第一电离能：Ga(填“大于”“小于”或“等

于")As；H2s分子的VSEPR模型为o

(3)三氟化氮(NF”是一种无色、无臭、无毒且不可燃的气体，在太阳能电池制造中

得到广泛应用。NF3的怫点比NH3的沸点更低，原因是

(4)富勒烯衍生物由于具有良好的光电性能，在太阳能电池的应用上具有非常光明

的前途。富勒烯(C60)的结构如图所示，分子中碳原子轨道的杂化类型为；

1个「60分子中c键的数目为个.

答案(1)223d

(2)44。5s2小于正四面体形

(3)NH3存在分子间氢键，分子间作用力大，沸点高

(4)sp290

解析(l)Ti为22号元素，一个电子就是一种运动状态，因此基态Ti原子核外有

22个运动状态不同的电子；Fe为26号元素，其基态原子价层电子排布式为

[Ar]3d64s2,其基态Fe?+的价层电子排布式为3dfI电子占据的能量最高的轨道为

3d。(2)Zn的价电孑排布式为3』°4s2,镉(Cd)在周期表中位于笫五周期，与Zn同

族，则Cd的价电子排右式为4小。5s2；同周期从左到右，第一电离能呈增大趋势，

但第HA族大于第1IIA族，第VA族大于第VIA族，因此第一电离能：Ga小于

As；H2s分子中心原子价层电子对数为2+；(6—1*2)=2+2=4,其VSE