第8章　第29讲　价电子对互斥理论　杂化轨道理论

第29讲价电子对互斥理论杂化轨道理论[复习目标]1.了解分子结构的测定方法。2.掌握价电子对互斥理论和杂化轨道理论的内容并能用其推测简单分子或离子的空间结构。考点一价电子对互斥理论1.分子结构的测定测定分子结构的仪器和方法：红外光谱——分子中含有的化学键和官能团；质谱——相对分子质量；X射线衍射实验——晶体结构的测定。2.价电子对互斥理论(1)理论要点ABn型分子中中心原子A周围的价电子对的空间结构，主要决定于中心原子的价电子层中各电子对间的相互排斥作用，价电子对尽量远离，使它们之间斥力最小，能量最低，物质最稳定。(2)价电子对数的计算价电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数说明：σ键电子对数=中心原子结合的原子数；中心原子上的孤电子对数=12(a-xb)①a表示中心原子的价电子数。对于主族元素：a=原子的最外层电子数。对于阳离子：a=中心原子的价电子数-离子的电荷数。对于阴离子：a=中心原子的价电子数+离子的电荷数(绝对值)。②x表示与中心原子结合的原子数。③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(氢为1，其他原子=8-该原子的价电子数。如氧和氧族元素中的S、Se等均为2，卤族元素均为1)。3.价电子对数与VSEPR模型之间的关系价电子对数VSEPR模型VSEPR模型名称2直线形3平面三角形4四面体形5三角双锥形4.预测分子(或离子)空间结构的思维路径以预测SOCl2的空间结构为例第一步，确定σ键电子对数中心原子为S，有三个成键原子，则σ键电子对数为3。第二步，计算孤电子对数中心原子孤电子对数=12(a-xb)=12×(6-1×2-2×1)第三步，确定VSEPR模型价电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=3+1=4，则VSEPR模型为四面体形。第四步，确定空间结构略去VSEPR模型中孤电子对，得到SOCl2分子的空间结构为三角锥形。1.VSEPR理论认为VSEPR模型与分子的空间结构相同(2024·湖北，5A)()2.SO2的价电子对互斥(VSEPR)模型：(2024·浙江1月选考，3B)()3.NH4ClO4中的阴、阳离子有相同的VSEPR模型和空间结构(2024·河北，9B)()4.CH4的价电子对互斥模型和空间结构均为正四面体(2023·河北，6A)()5.AlCl3的价电子对互斥模型：(2023·浙江6月选考，2B)()6.PCl3的空间结构：平面三角形(2024·黑吉辽，2D)()7.H2O的空间结构为直线形(2024·江苏，2D)()8.SO32-的空间结构：平面三角形(2024·贵州，2C)(答案1.×2.√3.√4.√5.×6.×7.×8.×1.完成下列表格：分子或离子σ键电子对数孤电子对数价电子对数VSEPR模型名称空间结构H2Se212×(6-2×1)4四面体形角形BCl3312×(3-3×1)3平面三角形平面三角形PCl3312×(5-3×1)4四面体形三角锥形SO2212×(6-2×2)3平面三角形角形SO412×(6+2-4×2)4正四面体形正四面体形2.(2025·南昌模拟)下列说法正确的是()A.为四角锥结构，中心原子I没有孤电子对B.六氟化硫分子空间结构呈正八面体形，其中心原子的价电子对数为4C.PhB(OH)2和中B原子的价电子对数相等(—Ph代表苯基，i-Pr—代表异丙基，—Bu代表丁基)D.价电子对互斥理论中，π键电子对数不计入中心原子的价电子对数答案D3.下列分子的空间结构相同的是()A.XeO3和NH3 B.COCl2和SOCl2C.ClF3和BF3 D.CO2和SCl2答案A解析XeO3分子中Xe原子价电子对数=3+12×(8-3×2)=4，孤电子对数为1，空间结构为三角锥形，NH3分子中N原子的价电子对数=3+12×(5-3×1)=4，孤电子对数为1，空间结构为三角锥形，A正确；COCl2中C原子价电子对数=3+4-1×2-2×12=3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，SOCl2中S原子价电子对数=3+6-1×2-2×12=4，孤电子对数为1，空间结构为三角锥形，B错误；ClF3分子中Cl原子价电子对数=3+7-3×12=5，孤电子对数为2，为T形结构，BF3分子中B原子的价电子对数=3+3-3×12=3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，C错误；CO2分子中C原子的价电子对数=2+考点二杂化轨道理论及应用(一)杂化轨道理论1.杂化轨道理论概述中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角就不同，形成分子的空间结构就不同。2.常考的三种杂化轨道类型3.杂化轨道数目的计算杂化轨道总数=σ键数+孤电子对数=中心原子的价电子对数。4.杂化类型的判断已知化学式判断杂化方式的一般步骤：(1)根据VSEPR模型判断价电子对数。(2)价电子对数234杂化方式spsp2sp3(3)价电子对数为5和6时都会涉及到d轨道杂化。(二)等电子原理1.基本观点化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间结构和相同的化学键类型等结构特征。2.确定等电子体的方法(举例)变换过程中注意电荷改变，并伴有元素种类的改变。[应用举例]依据等电子原理完成下列表格。常见微粒常见等电子体空间结构中心原子杂化方式CO2N2O、CNO-、N3-、NO2+、SCN直线形spSO2O3、NO角形sp2COSO3、NO3-、平面三角形sp2NH3PH3、CH3-、H3三角锥形sp3SOClO3-、BrO3-、I三角锥形sp3CH4SiH4、NH4+、正四面体形sp3CCl4SiF4、SO42-、正四面体形sp3一、根据化学式判断中心原子的杂化类型1.回答下列问题：(1)PCl3分子中，P的杂化方式为。(2)SnCl3-的空间结构为，其中心原子的杂化方式为(3)X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I3+。I3+的空间结构为(4)[2023·浙江1月选考，17(1)节选]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。(5)[2021·山东，16(3)]Xe是第5周期的稀有气体元素，与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价电子对数为，下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是(填标号)。A.sp B.sp2 C.sp3 D.sp3d答案(1)sp3(2)三角锥形sp3(3)角形sp3(4)正四面体sp3(5)5D二、根据结构式判断中心原子的杂化方式2.(2025·甘肃，9D改编)(CH3)4N+和(CH3)3N中N采用的杂化轨道类型为、。答案sp3sp33.PCl5分子结构如图所示，中心P原子的轨道杂化类型为(填字母)。A.sp3 B.sp3dC.d2sp3 D.dsp2答案B解析PCl5的价电子对数为5+5-1×54.氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：3NH3BH3+6H2O=3NH4++B3OB3O63-的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由变为答案sp3sp25.[2024·全国甲卷，35(3)改编]一种光刻胶薄膜成分为聚甲基硅烷，其中硅原子的杂化轨道类型为，硅的化合价为。答案sp3+2解析根据链节的结构可知，Si原子的周围有4个单键，由于Si最外层4个电子分别形成4个σ键，因此Si无孤电子对，价电子对数为4，所以其采用sp3杂化。已知结构判断中心原子的杂化类型的一般思路(1)观察σ键电子对的数目(单键、双键、三键中都只含一个σ键)。(2)判断孤电子对的数目。(3)计算价电子对数=σ键电子对数+孤电子对数。(4)根据价电子对数，判断中心原子的杂化类型。课时精练[分值：100分](1~10题，每小题5分，11~13题，每小题8分)1.下列关于价电子对互斥(VSEPR)理论的叙述不正确的是()A.VSEPR理论可用于预测分子的空间结构B.VSEPR理论不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子C.中心原子上的孤电子对不占据中心原子周围的空间，也不参与互相排斥D.分子中键角越大，价电子对相互排斥力越小答案C解析中心原子上的孤电子对占据中心原子周围的空间，也会参与互相排斥，且孤电子对间排斥力>孤电子对和成键电子对间的排斥力，C错误。2.对于反应：Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O，下列叙述错误的是()A.NH4B.H2O的VSEPR模型：C.NH3是只含极性键的极性分子D.NH4Cl和NH3中的N原子都采用sp3杂化答案B解析H2O的价电子对数为2+12×(6-2×1)=4，其VSEPR模型为，B错误；NH3中只含N—H极性键，分子中正、负电荷重心不重合，为极性分子，C正确；NH4Cl和NH3中的N原子的价电子对数均为4，则N原子都采用sp3杂化，D正确。3.下列分子的中心原子的价电子对数是3的是()A.H2O B.BF3 C.CH4 D.NH3答案B解析水分子中氧原子、甲烷分子中碳原子和氨分子中氮原子的价电子对数都为4，三氟化硼分子中硼原子的价电子对数为3。4.三溴化砷(AsBr3)常应用于医药和化学分析领域。下列说法正确的是()A.该分子含非极性共价键B.中心原子采取sp3杂化C.键角等于120°D.空间结构为平面三角形答案B解析该分子只有As—Br，属于极性键，A错误；As形成3个σ键、有1对孤电子对，故价电子对数为4，中心原子采取sp3杂化，B正确；该分子空间结构为三角锥形，键角小于120°，C、D错误。5.(2025·广西，4)硅胶可由原硅酸(H4SiO4)脱水缩合制得，如图。下列说法正确的是()A.Cl-的电子式为B.2759CoC.硅胶中O采取sp2杂化D.SiO4答案D解析Cl-核外含有18个电子，电子式应为，A错误；2759Co的中子数=质量数-质子数=59-27=32，B错误；硅胶中O原子形成2个单键，且含有2对孤电子对，O的价电子对数为4，杂化方式为sp3，C错误；SiO44-中Si的价电子对数为4+4+4-4×6.(2025·佛山南海区调研)关于BF3、NH3、H2S、O3、CH3COOH、SOCl2等分子，下列说法正确的是()A.所有分子都只存在σ键，不存在π键B.SOCl2分子中S原子为sp2杂化C.NH3与BF3的VSEPR模型和分子的空间结构均不同D.H2S、O3分子的空间结构均为直线形答案C解析根据原子的成键规律推测，SOCl2的结构式为，硫原子和氧原子间有π键，S原子的价电子对数为4，S原子为sp3杂化，A、B错误；NH3中氮原子的价电子对数为4，含有1对孤电子对，其VSEPR模型为四面体形，分子的空间结构为三角锥形；BF3中B原子的价电子对数为3，不含孤电子对，其VSEPR模型和分子空间结构均为平面三角形，C正确；H2S分子中S原子价电子对数为4，含有2对孤电子对，则H2S分子空间结构为角形；O3分子中O原子价电子对数为2+6-2×22=3，有1对孤电子对，则O3分子呈角形，7.氯元素有多种化合价，可形成Cl2O、Cl-、ClO-、ClO2-、ClO3-、ClOA.键角：ClO2->ClOB.Cl2O的空间结构为角形C.ClO2-、ClO3-、ClD.基态Cl原子核外电子的空间运动状态有9种答案A解析ClO2-、ClO3-和ClO4-的价电子对数都为4，Cl原子都采取sp3杂化，孤电子对数分别为2、1、0，孤电子对数越多，对成键电子对的斥力越大，成键原子的键角越小，则键角的大小顺序为ClO2-<ClO3-<ClO4-，选项A错误、C正确；Cl2O中O有两对孤电子对，价电子对数为2+2=4，所以O为sp3杂化，Cl2O的空间结构为角形，选项B正确；氯元素的原子序数为17，核外电子排布式为1s22s22p63s8.下列关于N、O、F及其相关微粒的说法错误的是()A.NO2+、OF2、NF3的键角大小顺序为NO2B.基态N3-、O2-、F-核外电子空间运动状态均为5种C.N、O、F三种元素形成的单质分子均为非极性分子D.NO3-、NO答案C解析NO2+、OF2、NF3中心原子杂化方式分别为sp、sp3、sp3，NO2+是直线形分子，键角是180°，NF3分子中的中心N原子上有1对孤电子对，OF2中的中心O原子上有2对孤电子对，由于孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对间的排斥作用，导致键角减小，故键角由大到小的顺序为NO2+>NF3>OF2，A正确；N3-、O2-、F-三种离子均为10电子微粒，核外电子排布式均为1s22s22p6，故基态离子的核外电子空间运动状态均为5种，B正确；O3为极性分子，C错误；NO3-和NO29.(2026·太原模拟)下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是()选项粒子空间结构解释A氨基负离子(NH2直线形N原子采取sp杂化B二氧化硫角形S原子采取sp3杂化C碳酸根离子(CO3三角锥形C原子采取sp3杂化D乙炔(C2H2)直线形C原子采取sp杂化且C原子的价电子均参与成键答案D解析NH2-中N原子的价电子对数为2+5+1-22=4，孤电子对数为2，采取sp3杂化，空间结构为角形，故A错误；SO2中S原子的价电子对数为2+6-2×22=3，孤电子对数为1，采取sp2杂化，空间结构为角形，故B错误；CO32-中C原子的价电子对数为3+4+2-2×10.CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2均为常见的燃料，关于这三者的结构与性质，下列说法错误的是()A.CH3OH的电子式为B.N2H4空间结构为平面形C.CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2都易溶于水D.CH3OH和(CH3)2NNH2中C、O、N的杂化方式相同答案B解析甲醇可看成是甲烷中的一个氢原子被羟基取代得到的，CH3OH的电子式为，A正确；N2H4中N原子的杂化方式为sp3，空间结构不是平面形，B错误；CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2都能和水分子形成氢键，都易溶于水，C正确；CH3OH为四面体结构，—OH结构类似于水的结构，(CH3)2NNH2的结构简式为，两者分子中C、O、N的杂化方式均为sp3，D正确。11.下列说法不正确的是()A.SO2的VSEPR模型为B.NH3与H3O+的空间结构相同C.键角：NH3>H2O的原因是N—H、O—H键长逐渐减小，成键电子对的斥力逐渐减小D.中O—C—O的键角大于C—S—H的键角答案C解析NH3的空间结构为三角锥形，H3O+中O的价电子对数为3+6-1-32=4，故其空间结构也为三角锥形，B正确；NH3和H2O中心原子均为sp3杂化，N原子上有1对孤电子对，O原子上有2对孤电子对，孤电子对对成键电子对斥力大，键角：NH3>H2O，解释错误，C错误；O—C—O中C是sp2杂化，C—S—H中S是sp3杂化，所以O—C—O的键角大于C—S—H的键角，D12.BeCl2是共价分子，可以以单体、二聚体和多聚体形式存在，三者结构简式依次为Cl—Be—Cl、、。其单体、二聚体和多聚体中Be的杂化轨道类型依次为()A.sp3、sp2、sp B.sp2、sp、sp3C.sp2、sp3、sp D.sp、sp2、sp3答案D解析Cl—Be—Cl中Be原子形成2个Be—Cl，没有孤电子对，杂化轨道数目为2，杂化轨道类型为sp杂化；中Be原子形成3个Be—Cl，没有孤电子对，杂化轨道数目为3，杂化轨道类型为sp2杂化；中Be原子形成4个Be—Cl，没有孤电子对，杂化轨道数目为4，杂化轨道类型为sp3杂化，故选D。13.(2024·湖南，9)通过理论计算方法优化了P和Q的分子结构，P和Q呈平面六元并环结构，原子的连接方式如图所示，下列说法错误的是()A.P为非极性分子，Q为极性分子B.第一电离能：B<C<NC.1molP和1molQ所含电子数目相等D.P和Q分子中C、B和N均为sp2杂化答案A解析由题给分子结构图，P和Q分子都满足对称，正、负电荷重心均重合，都是非极性分子，A错误；同周期从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势，氮原子的2p轨道为稳定的半充满结构，第一电离能大于相邻元素，则第一电离能由小到大的顺序为B<C<N，B正确；P的分子式为C24H12，Q的分子式为B12N12H12，P、Q分子都含156个电子，1molP和1molQ所含电子数目相等，C正确；P和Q分子中C、B和N均与其他三个原子成键，P和Q分子呈平面结构，故P和Q分子中C、B和N均为sp2杂化，D正确。14.(14分)(1)[2024·重庆，15(1)节选]KNO2中，NO2-(2)[2024·浙江1月选考，17(3)①节选]H2N—NH2+H+→H2N—NH3+，其中—NH2(3)[2024·北京，15(2)]SnCl2和SnCl4是锡的常见氯化物，SnCl2可被氧化得到SnCl4