题型15 化学键、杂化轨道和分子空间结构的判断

题型15化学键、杂化轨道和分子空间结构的判断目录目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局第二部分考向破译微观解剖，精细教学典例引领方法透视变式演练考向01共价键的形成与特征考向02手性碳原子与手性分子考向03互斥模型及其应用【重难】考向04杂化轨道类型及其应用【重难】 考向05化学键的极性和分子的极性考向06化学键的判断及其应用【重难】第三部分综合巩固整合应用，模拟实战该专题是理解分子世界的基础，考查方式从单纯记忆转向对原理的理解和应用，综合性极强。常见题型有判断物质中含有离子键、共价键（极性、非极性）、配位键以及σ键、π键的数目，根据具体分子或离子（特别是复杂有机物或陌生粒子），判断中心原子的杂化方式，判断分子的空间构型和分子极性等。预测2026年高考试题考查更加综合化，一道题可能同时考查化学键、杂化方式、空间构型、分子极性，要求学生建立完整的分析链条。背景更加新颖陌生，题干将更多提供药物分子、新材料、催化剂活性中心等陌生结构式，考查学生的知识迁移和应用能力。融入元素周期律，结合电负性判断键的极性，或比较不同元素形成的相似分子的键角、空间构型差异。考向01共价键的形成与特征【例1-1】（2025·黑吉辽蒙卷）化学家用无机物甲YW4ZXY成功制备了有机物乙A．第一电离能：Z>Y>X B．甲中不存在配位键C．乙中σ键和π键的数目比为6:1 D．甲和乙中X杂化方式分别为sp和sp【例1-2】（2025·重庆卷）三种氮氧化物的结构如下所示：下列说法正确的是A．氮氮键的键能：N2O>C．分子的极性：N2O4>N1.共价键的特征(1)饱和性按照共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋状态相反的电子配对成键，这就是共价键的饱和性。(2)方向性除s轨道是球形对称外，其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点。在形成共价键时，原子轨道重叠的越多，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键就越牢固，因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，所以共价键具有方向性。2.σ键和π键的一般判断规律共价单键σ键共价双键一个σ键、一个π键共价三键一个σ键、两个π键3．常见分子的键角分子的空间结构键角实例正四面体形109°28′CH4、CCl4平面形120°苯、乙烯、BF3等三角锥形107°NH3V形(角形)105°H2O直线形180°CO2、CS2、CH≡CH【变式1-1】（2025·河南许昌·三模）下列关于物质结构的说法正确的是A．HCN和SO2均为直线形分子 B．SOC．基态Cr和Fe2+的未成对电子数相同 D．H【变式1-2】（2025·甘肃白银·模拟预测）乙炔水化法、乙烯氧化法是工业上制备乙醛的两个重要方法，反应原理分别为HC≡CH+H2O→ΔA．基态O原子的价层电子轨道表示式： B．键的极性：HC．键角：H2D．键长：H考向02手性碳原子与手性分子【例2-1】（2025·福建卷）头孢菌素抑制转肽酶的机制如图。下列说法错误的是A．头孢菌素能发生酯化反应 B．头孢菌素虚框内有5个sp2C．产物实框内有2个手性碳原子 D．CH3【例2-2】（2025·广西卷）枫叶所含鞣酸在铁锅中加热后会形成黑色色素，故能用于制作黑色糯米饭。下列有关鞣酸的说法正确的是A．属于芳香烃 B．能与溴水反应 C．有4个手性碳原子 D．可与NaHCO31.手性碳原子：有机物分子中连有四个各不相同的原子或基团的碳原子。如，R1、R2、R3、R4互不相同，即eq\o(C,\s\up6(*))是手性碳原子。2．手性分子的判断：存在手性碳原子的有机物分子是手性分子。【变式2-1】（2025·贵州·模拟预测）左旋多巴是一种治疗帕金森病的药物，临床疗效佳。左旋多巴的结构简式如图，下列有关左旋多巴的说法错误的是A．分子中含有手性碳原子 B．分子中所有碳原子可能共平面C．化学式为C9H12NO【变式2-2】（2025·山西·模拟预测）化合物Y是一种优良的氧化还原催化剂，尤其适用于有机合成中的选择性氧化反应。下列说法正确的是A．化合物X的分子式为C16H8N2O2B．化合物Y中存在1个手性碳原子C．化合物X分子中所有原子共平面D．化合物Y可与CH3OH形成分子间氢键考向03互斥模型及其应用【例3-1】（2025·黑吉辽蒙卷）Cl2O可用于水的杀菌消毒，遇水发生反应：A．反应中各分子的σ键均为p−B．反应中各分子的VSEPR模型均为四面体形C．Cl−D．HClO分子中Cl的价电子层有2个孤电子对【例3-2】（2025·四川卷）生产磷肥时，利用纯碱溶液吸收SiF4的反应如下：3SiFA．Na2B．SiF4和HC．CO2和SiOD．CO32−的1.价层电子对互斥模型(VSEPR)理论要点①价层电子对在空间上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。②孤电子对的排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。2.用价层电子对互斥理论推测分子(离子)的空间结构①价层电子对数的计算其中：a是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数)，b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，x是与中心原子结合的原子数。②实例价层电子对数σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型分子空间结构实例220直线形直线形CO2330平面三角形平面三角形BF321V形SO2440正四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O3.方法技巧(1)若ABn型分子中，A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成，则价层电子对互斥模型把双键或三键作为一个电子对看待。(2)由于孤电子对有较大斥力，含孤电子对的分子的实测键角几乎都小于VSEPR模型的预测值。价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对与孤电子对>孤电子对与成键电子对>成键电子对与成键电子对。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减小，键角也减小。(3)价层电子对互斥模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。【变式3-1】（2025·湖北黄冈·三模）元素A、B、E的原子半径依次增大，A的基态原子价电子排布为nsnA．电负性：AB．E位于元素周期表的ds区C．A和B的简单氢化物均为极性分子D．用VSEPR模型可预测A3【变式3-2】（2025·重庆·模拟预测）化合物A是一种常见的食品添加剂，被广泛应用于酱油等调味品中，A的结构如图所示，其中X、Y、Z、Q、W为原子序数依次增大的短周期主族元素，Q的原子最外层电子数是电子层数的3倍。下列说法错误的是A．简单氢化物沸点：Q>YB．最高价氧化物对应的水化物酸性：Z>YC．键角大小：ZXD．XYZ和ZQ2考向04杂化轨道类型及其应用【例4-1】（2025·四川卷）中医药学是中国传统文化的瑰宝。α-山道年是一种蒿类植物提取物，有驱虫功能，其结构如图所示。下列关于该分子的说法错误的是A．分子式为C15HC．sp2杂化的碳原子数目为6 D．不能与NaOH【例4-2】（2025·江苏卷）化合物Z是一种具有生理活性的多环呋喃类化合物，部分合成路线如下：下列说法正确的是A．1molX最多能和4molH2B．Y分子中sp3和sp2C．Z分子中所有碳原子均在同一个平面上D．Z不能使Br2的CCl1.杂化轨道与分子空间结构的关系杂化类型杂化轨道数目杂化轨道间夹角分子空间结构示例sp2180°直线形BeCl2sp23120°平面三角形BF3sp34109°28′正四面体形CH42.中心原子杂化类型和分子空间构型的相互判断(实例)分子(A为中心原子)中心原子孤电子对数中心原子杂化方式分子空间结构示例AB20sp直线形BeCl21sp2V形SO22sp3V形H2OAB30sp2平面三角形BF31sp3三角锥形NH3AB40sp3正四面体形CH43.判断分子或离子中心原子的杂化轨道类型(1)根据杂化轨道的空间结构判断①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形，则分子或离子的中心原子发生sp3杂化。②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子或离子的中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子或离子的中心原子发生sp杂化。(2)根据杂化轨道之间的夹角判断①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则分子或离子的中心原子发生sp3杂化。②若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子或离子的中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子或离子的中心原子发生sp杂化。(3)根据中心原子的价层电子对数判断①若中心原子的价层电子对数为4，是sp3杂化。②若中心原子的价层电子对数为3，是sp2杂化。③若中心原子的价层电子对数为2，是sp杂化。(4)根据分子或离子中有无π键及π键数目(价层电子对数大于2)判断如在有机物中C原子成键时，若没有π键为sp3杂化，含1个π键为sp2杂化，含2个π键为sp杂化。【变式4-1】（2025·云南玉溪·三模）氨硼烷NH3⋅BH3是一种颇具潜力的固体储氢材料，具有较高的稳定性和环境友好性。在催化剂作用下氨硼烷可发生水解：3NH3⋅A．氨硼烷不溶于水B．1molNH3C．该反应过程中B原子均为sp3D．NH3⋅BH【变式4-2】（2025·福建三明·三模）二甘氨酸合铜(Ⅱ)是最早被发现的电中性内配盐，在细胞线粒体中有推动电子传递、清除自由基等生理功能。制备顺式和反式二甘氨酸合铜(Ⅱ)的方法如下图所示。已知：CuNHA．与Cu2+的配位能力：B．CuNH3C．0.5mol二甘氨酸合铜(Ⅱ)中含有8molσ键D．顺式二甘氨酸合铜(Ⅱ)的极性比反式的强考向05化学键的极性和分子的极性【例5-1】（2025·海南卷）有机硒化合物的研究意义重大。调控有机物Ⅰ与Se的用量比，可分别得到Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(Ph-代表苯基)。下列说法正确的是A．Ⅰ中所有磷原子共平面B．Ⅱ和Ⅲ均为极性分子C．等量的Ⅰ分别完全转化为Ⅱ和Ⅲ消耗Se的物质的量之比为2:1D．产物Ⅳ的红外光谱中存在P=【例5-2】（2025·安徽卷）氟气通过碎冰表面，发生反应①F2+H2O-40A．HOF的电子式为 B．H2OC．反应①中有非极性键的断裂和形成 D．反应②中HF为还原产物1.化学键的极性①极性键与非极性键的比较极性键非极性键成键原子不同种元素的原子间同种元素的原子间电子对发生偏移(电荷分布不均匀)不发生偏移(电荷分布均匀)成键原子的电性eq\o(H,\s\up6(δ＋))—eq\o(Cl,\s\up6(δ－))呈电中性②键的极性对化学性质的影响键的极性对羧酸酸性大小的影响实质是通过改变羧基中羟基的极性而实现的，羧基中羟基的极性越大，越容易电离出H＋，则羧酸的酸性越强。a.与羧基相邻的共价键的极性越大，羧基中羟基的极性越大，则羧酸的酸性越强。b.烷基是推电子基团，从而减小羟基的极性，导致羧酸的酸性减小。一般地，烷基越长，推电子效应越大，羧酸的酸性越弱。2.极性分子和非极性分子①概念极性分子：分子的正电中心和负电中心不重合，键的极性的向量和不等于零。非极性分子：分子的正电中心和负电中心重合，键的极性的向量和等于零。②极性分子和非极性分子的判断方法a.A—A型分子一定是非极性分子、A—B型分子一定是极性分子。b.判断ABn型分子极性的两条经验规律ⅰ.中心原子A化合价的绝对值等于该元素原子最外层电子数，则为非极性分子，反之则为极性分子。ⅱ.中心原子A没有孤电子对，则为非极性分子，反之则为极性分子。【变式5-1】（2025·辽宁·二模）下列说法错误的是A．共价键键能：HFB．沸点：AlClC．分子的极性：SOD．H−N【变式5-2】（2025·山西·模拟预测）XY4M(A．Y2Q的键角大于Y2Z的键角B．XY4C．M3+的核外电子排布式为3dD．Y2Q2分子是非极性分子考向06化学键的判断及其应用【例6】（2025·山东卷）用硫酸和NaN3可制备一元弱酸HNA．NaN3B．N3C．NaN3D．N31.离子键、共价键的比较离子键共价键成键粒子阴、阳离子原子成键实质阴、阳离子间的静电作用共用电子对与成键原子间的静电作用形成条件活泼金属与活泼非金属经电子得失，形成离子键；铵根离子与酸根离子之间形成离子键同种元素原子之间形成非极性共价键不同种元素原子之间形成极性共价键形成的物质离子化合物非金属单质；某些共价化合物或离子化合物共价化合物或某些离子化合物2.离子化合物与共价化合物的比较项目离子化合物共价化合物定义含有离子键的化合物只含有共价键的化合物构成微粒阴、阳离子原子化学键类型一定含有离子键，可能含有共价键只含有共价键3.化学键的应用(1)共价键不仅存在于共价化合物中，也可以存在于离子化合物中，如NaOH、NH4Cl中都含有共价键，还可以存在于非金属单质中，如H2、O3等。(2)非金属元素之间并不是只形成共价键，也可以形成离子键，如NH4NO3只由非金属元素组成，但是含有离子键。(3)活泼的金属元素和非金属元素之间也可以形成共价键，如AlCl3中只有共价键。(4)所有共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如氢气中的共价键就没有方向性。【变式6-1】（2025·山西吕梁·三模）离子液体在化学、材料科学，能源、环境等领域有广泛的应用，如图所示为某离子液体的结构式，已知R、W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，X与Z同族，下列说法错误的是A．原子半径：Z>X>Y>RB．最高价氧化物对应水化物的酸性：X>ZC．键角：WRD．由R、X、Z可以形成含有共价键的离子化合物【变式6-2】（2025·河南南阳·模拟预测）某离子液体结构中，Q、R、T、X、Y和Z是原子序数依次增大的短周期主族元素，基态T原子和Y原子最外层均有两个单电子，Q、R、X和Z质子数均为奇数且和为22，下列说法正确的是A．第一电离能：TB．Q、Y、T可形成既含离子键又含共价键的化合物C．该阴离子含有共价键、配位键D．该物质的熔点高于NaZ1.（2025·江西·模拟预测）科学家成功合成了一种新型全碳分子——环[48]碳(C48)(如图)。由48个碳原子组成的环碳像穿项链般穿过3个小型“保护套”分子，从而形成稳定的“套环”结构。下列叙述错误的是A．环[48]碳与足球烯(C60)互为同素异形体B．环[48]碳中含有极性键和非极性键C．“保护套”分子属于芳香族化合物D．环[48]碳中碳原子采用sp杂化2.（2025·江西·模拟预测）下列叙述正确的是A．SO2和COB．CO3C．CuS2OD．硫升华时克服了非极性键和范德华力3.（2025·辽宁沈阳·二模）含S元素的某钠盐a能发生如图转化。下列说法错误的是A．d为含极性键的极性分子B．反应②中还可能生成淡黄色沉淀C．a只能由三种元素组成D．c为不溶于盐酸的白色沉淀元素氧化为SO42-，溶液b含SO42-，与BaCl2反应生成BaSO4沉淀，BaSO4.（2025·广东江门·一模）吲哚是一种含有苯环和吡咯环的平面分子，在药物合成中应用广泛。下列说法正确的是A．分子式为C8HC．碳和氮原子均采取sp2杂化 5.（2025·广东清远·一模）W、X、Y、Z是四种短周期主族元素，W的核外电子总数与其族序数相同，X是地壳中含量最多的元素；Y原子电子总数与X原子的最外层电子数相同；Z的基态原子中未成对电子数与成对电子数之比为3：4.下列说法错误的是A．ZX2−的空间结构为直线形C．最高价氧化物对应水化物的酸性：Y<Z D．分子极性：Y6.（2025·广东清远·一模）新泽茉莉醛是一种名贵的香料，其结构如图所示。下列有关该化合物的说法错误的是A．能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．既能发生加成反应，又能发生取代反应C．能使氯化铁溶液显紫色 D．分子中含有1个手性碳原子7.（2025·广东肇庆·一模）卟啉配合物血红素是血红蛋白的组成成分，其结构如图所示。关于该分子，下列说法正确的是A．存在共价键、离子键和配位键 B．中心离子为Fe2+C．C、N、O原子均存在孤电子对 D．血红素属于有机高分子化合物8.（2025·贵州·模拟预测）金丝桃素能散发出特殊的清香，具有抑制中枢神经和镇静的作用，添加到保健品中可增强免疫力。其结构简式如图。下列说法错误的是A．分子中有2种含氧官能团B．分子中的所有碳原子共平面C．该物质可发生取代反应、加成反应和氧化反应D．分子中碳原子的杂化类型均是sp29.（2025·山东潍坊·模拟预测）THR1442(结构如图)是治疗糖尿病的药物。下列关于THR1442的说法正确的是A．与足量NaOH溶液反应，最多消耗6molNaOHB．苯环上的一氯代物有7种C．有5个手性碳原子D．sp2和sp310.（2025·广东·模拟预测）科研团队在距离地球约124光年的太阳系外行星的大气中检测到了可能表明生命存在的化学指纹DMS和DMDS，这两种化学物质的结构如图所示。X、Y、Z、W、Q是原子序数依次增大的短周期主族元素，其中W与Q同主族，Z的基态原子价层p轨道半充满。下列叙述正确的是A．简单氢化物的沸点：QB．YW32−和C．第一电离能：WD．原子半径：Y11.（2025·四川德阳·模拟预测）阿斯巴甜是一种甜味剂，其结构简式如图。下列有关阿斯巴甜的说法正确的是A．属于糖类 B．分子中含氧官能团有2种C．分子中含有2个手性碳原子 D．在人体内分解的产物均为氨基酸12.（2025·湖南湘西·一模）Cl2在化学工业上常用于生产漂白粉、氯化铁、盐酸等化工产品，其在加热条件下与NaOH溶液反应生成NaClO3，NaClO3A．Fe与盐酸反应可制得氯化铁B．ClO2C．NaClO3D．一旦发现氯气泄漏，可用蘸有浓NaOH溶液的湿毛巾捂住口鼻自救13.（2025·四川·一模）短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，它们组成的物质有如图所示转化关系。基态Z原子s、p能级上的电子总数相等，W形成的单质可用于自来水杀菌消毒，X2A．简单氢化物的沸点：YB．电负性：YC．简单离子半径：WD．ZYX2和14.（2025·四川·一模）我国某科研团队设计了一种新型共轭聚合分子反应器，实现CO2和硝酸盐的高效C—NA．CO2的电子式为B．NO3−的C．CONHD．基态N原子