大单元三　第八章　第28讲　价层电子对互斥模型　杂化轨道理论

第28讲价层电子对互斥模型杂化轨道理论

[复习目标]1.了解分子结构的测定方法。2.掌握价层电子对互斥模型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。

考点一价层电子对互斥模型

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.价层电子对互斥模型

(1)理论要点

ABn型分子中中心原子A周围的价层电子对的空间结构，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，价层电子对尽量远离，使它们之间斥力最小，能量最低，物质最稳定。

(2)价层电子对数的计算

价层电子对数=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=(a-xb)，其中

1

①a表示中心原子的价电子2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.价层电子对数与VSEPR模型之间的关系

价层电子对数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=(a-xb)=×(6-1×2-2×1)=1。

11

第三步，确定VSEPR模2型2

价层电子对数=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的价层电子对互斥(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的价层电子对互斥模型和空间结构均为正四面体(2023·河北，6A)()

5.AlCl3的价层电子对互斥模型：(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.S的空间结构：平面三角形(2024·贵州，2C)()

2−

答案O31.×2.√3.√4.√5.×6.×7.×8.×

1.完成下列表格：

分子或σ键电子

孤电子对数价层电子对数VSEPR模型名称空间结构

离子对数

H2Se2×(6-2×1)=24四面体形V形

1

2

BCl33×(3-3×1)=03平面三角形平面三角形

1

2

PCl33×(5-3×1)=14四面体形三角锥形

1

2

SO22×(6-2×2)=13平面三角形V形

1

2

S4×(6+2-4×2)=04正四面体形正四面体形

2−1

O42

2.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，其中心原子的价层电子对数为4

C.PhB(OH)2和中B原子的价层电子对数相等(—Ph代表苯基，i⁃Pr—代表异丙基，—Bu

代表丁基)

D.价层电子对互斥模型中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数

答案D

3.(2024·丽水期末)N2O5是一种绿色的硝化试剂，固态N2O5是离子型结构，存在和N两种离子。

+−

已知原子总数相同、价电子总数相同的微粒结构相似。下列有关说法不正确的是N(O2)O3

A.结构和CO2结构相似

+

B.NO2是平面三角形结构

−

C.NO3的键角比的大

+−

D.NO2中σ键、π键NO个3数比为1∶2

+

答案NO2D

解析N和CO2的原子总数均为3，的价电子总数为(5-1+6×2)=16，CO2的价电子总数为

++

(4+6×2)=O162，所以结构和CO2结构相N似O2，故A正确；N的中心原子N原子的价层电子对数为

+−

3+×(5+1-3×2)=3，N无O孤2电子对，空间结构是平面正三角形，故OB3正确；N的中心原子N原子的价层电

1+

子对2数为2+×(5-1-2×2)=2，无孤电子对，空间结构是直线形，键角为180°O，2而的空间结构是平面正

1−

3

三角形，键角2为120°，所以N的键角比N的大，故C正确；由A项知，N与OCO2结构相似，CO2的

+−+

结构式为O==C==O，CO2分子O中2σ键、π键个O数3比为1∶1，所以N中σ键、πN键O个2数比也为1∶1，故D错

+

误。O2

考点二杂化轨道理论

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=中心原子的价层电子对数。

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模型判断价层电子对数。

(2)

价层电子对数234

杂化方式spsp2sp3

(3)价层电子对数为5和6时都会涉及到d轨道杂化。

一、根据分子式判断中心原子杂化类型

1.判断下列物质中心原子的杂化方式。

(1)PCl3分子中，P的杂化方式为。

(2)SnC的空间结构为，其中心原子的杂化方式为。

−

(3)X射l3线衍射测定等发现，I3AsF6中存在。的空间结构为，中心原子的杂化类型

++

为。I3I3

(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是第五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

的价层电子对数为，下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是(填标号)。

A.spB.sp2C.sp3D.sp3d

答案(1)sp3(2)三角锥形sp3(3)V形sp3(4)正四面体形sp3(5)5D

二、根据结构式判断中心原子的杂化类型

+

2.[2024·浙江1月选考，17(3)①节选]H2N—NH2+H―→H2，其中—NH2的N原子杂化方式

+

为。N—NH3

答案sp3

3.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.sp3B.sp3d

C.d2sp3D.dsp2

答案B

解析PCl5的价层电子对数为5+=5。

5−1×5

4.[2020·全国卷Ⅲ，35(2)节选]氨硼2烷在催化剂作用下水解释放氢气：

3NH3BH3+6H2O===3N+B3+9H2，

+3−

H4O6

B3的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由变为。

3−

答案O6sp3sp2

5.(2025·河北，6改编)中碳原子杂化轨道类型为。

答案sp3、sp2

解析甲基中的碳原子为sp3，其余碳原子为sp2。

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)计算价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数。

(4)根据价层电子对数，判断中心原子的杂化类型。

课时精练

[分值：100分]

(1~8题，每小题6分，9~12题，每小题7分)

1.下列关于价层电子对互斥(VSEPR)模型的叙述不正确的是()

A.VSEPR模型可用于预测分子的空间结构

B.VSEPR模型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，价层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，且孤电子对间的排斥力>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.N的空间结构为正四面体形

+

H4

B.H2O的VSEPR模型：

C.NH3是只含极性键的极性分子

3

D.NH4Cl和NH3中的N原子都采用sp杂化

答案B

解析H2O的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4，其VSEPR模型为，B错误；NH3中只含N—H极

1

性键，分子中正、负电荷中心不重2合，为极性分子，C正确；NH4Cl和NH3中的N原子的价层电子对数均

为4，则N原子都采用sp3杂化，D正确。

3.价层电子对互斥(VSEPR)模型是预测分子空间结构的重要方法，下列说法正确的是()

A.O3的VSEPR模型为三角锥形

B.NF3的空间结构为平面三角形

C.Cl中心原子杂化轨道类型为sp2杂化

−

D.SO3的键角小于109°28'

2−

答案O3D

解析O3中O原子价层电子对数为2+=3，VSEPR模型为平面三角形，故A错误；NF3中N原子价层

6−2×2

电子对数为3+=4，含有1个孤电子2对，空间结构为三角锥形，故B错误；Cl中Cl原子价层电子对

5−3×1−

3

数为3+=24，含有1个孤电子对，杂化轨道类型为sp3杂化，故C错误；OS的价层电子对数为

7+1−3×22−

3

3+=42，含有1个孤电子对，则S的空间结构为三角锥形，键角小于109°2O8'，故D正确。

6+2−2×32−

3--

4.(20224·浙江精诚联盟高三模拟)氯元素有O多种化合价，可形成Cl2O、Cl、ClO、Cl、Cl、Cl等微

−−−

粒。下列说法错误的是()O2O3O4

A.键角：Cl>Cl>Cl

−−−

B.Cl2O的空O间2结构O为3V形O4

C.Cl、Cl、Cl中Cl的杂化方式相同

−−−

D.基O态2Cl原O子3核外O电4子的空间运动状态有9种

答案A

解析Cl中Cl原子价层电子对数为2+=4、Cl中Cl原子价层电子对数为3+=4、Cl中

−7+1−2×2−7+1−3×2−

234

Cl原子价O层电子对数为4+=4，孤电子2对数分别为O2、1、0，孤电子对数越多，对成2键电子对的O斥力

7+1−4×2

越大，成键原子构成的键角越2小，则键角的大小顺序为Cl<Cl<Cl，选项A错误；Cl2O中O有两个

−−−

O2O3O4

3

孤电子对，价层电子对数为2+2=4，所以O为sp杂化，Cl2O的空间结构为V形，选项B正确；Cl、Cl

−−

和Cl的价层电子对数都为4，所以这几种微粒中Cl原子都采用sp3杂化，选项C正确；氯元素O的2原子O序3

−

数为O174，核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，核外电子占据9个原子轨道，故基态原子的核外电子的空间

运动状态有9种，选项D正确。

5.下列关于N、O、F及其相关微粒的说法错误的是()

A.N、OF2、NF3的键角大小顺序为>NF3>OF2

++

B.基O态2N3-、O2-、F-核外电子空间运动状NO态2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.N、的VSEPR模型相同，均为平面三角形

−−

答案O3CNO2

33

解析N、OF2、NF3中心原子杂化方式分别为sp、sp、sp，是直线形分子，键角是180°，NF3分子

++

中的中心ON2原子上有1个孤电子对，OF2中的中心O原子上有2N个O2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N>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O子2的核外电子空间

2

运动状态均为5种，B正确；O3为极性分子，C错误；N和N中N原子杂化方式均为sp，VSEPR模

−−

型相同，均为平面三角形，D正确。O3O2

6.(2024·温州高三模拟)三氟化氮(NF3)和六氟化硫(SF6)都是微电子工业中的优良蚀刻剂，随着纳米技术及电

子工业的发展，它们的需求量日益增加。下列说法正确的是()

A.NF3和SF6都是含有极性键的非极性分子

B.六氟化硫分子的空间结构为平面正六边形

C.三氟化氮的沸点高于三氟化磷

D.三氟化氮中的N和甲烷中的C杂化方式相同

答案D

解析NF3的中心原子N的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4，NF3为三角锥形结构，故为含有极性键的极

1

2

性分子，而SF6的中心原子S的价层电子对数为6+×(6-6×1)=6，SF6是正八面体结构，其为含有极性键

1

的非极性分子，A、B项错误；NF3和PF3均为分子晶2体，二者均为三角锥形结构，且NF3的相对分子质量

小于PF3的相对分子质量，故NF3的分子间作用力小于PF3的，则三氟化氮的沸点低于三氟化磷，C项错

3

误；NF3的中心原子N的价层电子对数为4，则N原子的杂化方式为sp，CH4的中心原子C的价层电子对

数为4+×(4-4×1)=4，则C原子的杂化方式为sp3，故三氟化氮中的N和甲烷中的C杂化方式相同，D项

1

正确。2

7.(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

BCo的中子数为27

59

C.2硅7胶中O采取sp2杂化

D.Si的空间结构为正四面体

4−

答案O4D

解析Cl-最外层形成8电子稳定结构，电子式应为，A错误；的中子数=质量数-质子数=59-

59

27=32，B错误；硅胶中O原子形成2个单键，且含有2个孤电子对，O的27C价o层电子对数为4，杂化方式为

sp3，C错误；Si中Si的价层电子对数为4+=4，且不含孤电子对，空间结构为正四面体，D正确。

4−4+4−4×2

4

8.BeCl2是共价分O子，可以以单体、二聚体和多2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、spB.sp2、sp、sp3

C.sp2、sp3、spD.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。

9.下表中各粒子、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

2

A三氟化硼(BF3)直线形B原子采取sp杂化

B二氧化硫V形S原子采取sp3杂化

C碳酸根离子(C)三角锥形C原子采取sp3杂化

2−

O3C原子采取sp杂化且C原子的价层电子

D乙炔(C2H2)直线形

均参与成键

答案D

2

解析BF3中B原子的价层电子对数为3+=3，不含孤电子对，采取sp杂化，空间结构为平面三角形，

3−3×1

22

故A错误；SO2中S原子的价层电子对数为2+=3，孤电子对数为1，采取sp杂化，空间结构为V形，

6−2×2

2

故B错误；C中C原子的价层电子对数为3+=3，孤电子对数为0，采取sp2杂化，空间结构为平

2−4+2−2×3

面三角形，故OC3错误。2

10.下列说法不正确的是()

A.S和Cl中S、Cl原子杂化轨道类型相同，二者VSEPR模型均为四面体形

2−−

B.COH34、CCl4O都3是含有极性键的非极性分子

C.与结构相似，1mol中含有的π键数目为2NA

2−2+2+

3

D.CA2B2的O空2间结构为V形，则OA2为sp杂化

答案D

解析S中心原子的价层电子对数为3+×(6+2-3×2)=4，中心原子采取sp3杂化，有1个孤电子对，

2−1

3

S的VOSEPR模型为四面体形；Cl中心2原子的价层电子对数为3+×(7+1-3×2)=4，中心原子采取sp3

2−−1

33

杂O化，有1个孤电子对，Cl的VSOEPR模型为四面体形，故A正确；2CH4含有C—H极性键，CCl4含有

−

C—Cl极性键，二者结构对称O3、正电中心和负电中心重合，都为非极性分子，故B正确；与结构相

2−2+

似，中含有1个碳碳三键，则中含有1个氧氧三键，1个氧氧三键中含有2个π键，所C2以1Om2ol中

2−2+2+

含有C的2π键数目为2NA，故C正确O；2AB2的空间结构为V形，A原子价层电子对数可能是3或4，如SOO22中

23

S原子为sp杂化，H2O中O为sp杂化，故D错误。

11.(2022·辽宁，7)理论化学模拟得到一种离子，结构如图。下列关于该离子的说法错误的是()

+

N13

A.所有原子均满足8电子结构

B.N原子的杂化方式有2种

C.空间结构为四面体形

D.常温下不稳定

答案B

解析由的结构可知，所有N原子均满足8电子稳定结构，A正确；中心N原子为sp3杂化，与中心N

+

原子直接相N1连3的N原子为sp2杂化，与端位N原子直接相连的N原子为sp杂化，端位N原子为sp2杂化，

则N原子的杂化方式有3种，B错误；中心N原子为sp3杂化，且无孤电子对，则其空间结构为四面体形，

C正确；中含，常温下不稳定，D正确。

+

12.(2024·N绍1兴3一中高三模拟)C、—CH3、C都是重要的有机反应中间体，下列有关它们的说法错误的

+−

是()H3H3

+

A.C与H3O的空间结构均为三角锥形

−

B.碳H原3子均采取sp2杂化

C.C中所有原子均共面

+

D.CH3与OH-形成的化合物中不含有离子键

+

H3

答案B

+

解析C与H3O中碳原子与氧原子的价层电子对数都是4，且都含有1个孤电子对，空间结构均为三角

−

锥形，AH项3正确；C、—CH3、C中C的价层电子对数分别是3、4、4，根据价层电子对互斥模型知，

+−

碳原子杂化类型分别H是3sp2、sp3、spH3，3B项错误；C中的碳原子采取sp2杂化