第24讲　化学键　分子的空间结构

第24讲化学键分子的空间结构复习目标1.了解共价键的形成、极性和类型（σ键和π键）；能比较不同类型的粒子间作用力的联系与区别，能说明典型物质的成键类型。2.能根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构，能用价层电子对互斥模型或者杂化轨道理论推测简单分子或离子的空间结构。

CONTENTS考点一化学键考点二分子的空间结构真题演练课时跟踪检测考点一化学键

必备知识

一、化学键与化合物类型1.

化学键的概念与分类2.

离子键和共价键的比较比较项目离子键共价键非极性键极性键概念带

⁠离子之间

的相互作用原子间通过

⁠所形成的

相互作用成键粒子

⁠

⁠成键实质阴、阳离子的静电作用共用电子对与成键原子间的静电作用相反电荷

共用电子对

阴、阳离子

原子

比较项目离子键共价键非极性键极性键形成条件活泼

与活泼

⁠

⁠经电子得失形成离

子键；或者铵根离子与酸

根离子之间形成离子键

⁠元素原子之间成键

⁠元素原子之间成键金属

非

金属

同种

不同种

比较项目离子键共价键非极性键极性键成键表

征符号电子式：用电子式表示

CaCl2形成过程为

⁠

⁠

⁠电子式或结构式：HCl结构式为H—Cl，用电子式表示HCl形成过程为

⁠

比较项目离子键共价键非极性键极性键形成的

物质离子化合物如NaCl、

KCl、MgCl2、CaCl2、

ZnSO4、NaOH等非金属单质如H2、Cl2、

N2（稀有气体除外）；

某些共价化合物（如

H2O2）或离子化合物

（如Na2O2）共价化合物如

HCl、CO2、

CH4或离子化合

物如NaOH、

NH4Cl3.

离子化合物和共价化合物项目离子化合物共价化合物含义由

⁠构成的化合物只含

⁠的化合

物构成微粒

⁠

⁠化学键类型一定含有

，可能含有

⁠只含有

⁠离子键

共价键

阴、阳离子原子

离子键

共价

键共价键

有以下物质：①O2

②金刚石

③NaCl

④H2SO4

⑤Na2CO3

⑥

NH4Cl

⑦NaHCO3

⑧Ne

⑨Na2O2

⑩NaOH（1）以上物质中，只含有共价键的是

（填序号，下同）；只

含有离子键的是

；既含有共价键又含有离子键的是

⁠。（2）属于共价化合物的是

；属于离子化合物的是

⁠

⁠。①②④

③

⑤⑥⑦⑨

⑩

④

③⑤⑥⑦⑨

⑩

（1）概念：在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子

的式子。（2）常见物质或微粒电子式的书写原子钠原子：

氯原子：

⁠简单离子铝离子：

氟离子：

⁠复杂离子铵根离子：氢氧根离子：

⁠Na·

Al3＋

4.

电子式

非金属单质氮气：

⁠离子化合物氯化镁：

⁠过氧化钠：

⁠共价化合物二氧化碳：

⁠过氧化氢：

⁠︰N︙︙N︰

①离子化合物：如NaCl，

⁠。（3）用电子式表示化合物的形成过程

二、共价键及键参数1.

共价键的本质与特征共价键是原子间通过共用电子对所形成的相互作用，其特征是具有方向性

和饱和性。注意：氢气中的s-s

σ键不具有方向性。2.

共价键的分类分类依据类型形成共价键的原子

轨道重叠方式σ键电子云“

”重叠π键电子云“

”重叠形成共价键的电子

对是否偏移

⁠键共用电子对

⁠偏移

⁠键共用电子对

⁠偏移原子间共用电子对

的数目单键原子间有

⁠共用电子对双键原子间有

⁠共用电子对三键原子间有

⁠共用电子对头碰头

肩并肩

极性

发生

非极性

不发生

一个

两个

三个

3.

σ键与π键的比较键型σ键π键成键方向沿轴方向“头碰头”，存在s-s

σ键、s-p

σ键、p-p

σ键平行或“肩并肩”，存在p-p

π键电子云形状特征轴对称（可以旋转）镜面对称（不可以旋转）牢固程度键强度大，不易断裂键强度较小，容易断裂键型σ键π键成键判断规律

〔人教选择性必修3〕苯分子中的大π键（1）大π键的概念

①所有参与离域π键的原子都必须在同一平面内，即连接这些原子的中心

原子只能采取sp或sp2杂化。②所有参与离域π键的原子都必须提供一个或两个相互平行或接近平行的p

轨道。③根据泡利原理，参与离域π键的p轨道上的电子数必须小于2倍的p轨

道数。（2）大π键的形成条件（3）苯分子中的大π键

4.

键参数（1）概念（2）键参数对分子性质的影响键能越大，键长越短，分子越稳定。

易错辨析（1）共价键的成键原子只能是非金属原子。

（

×

）（2）所有物质中都存在化学键。

（

×

）（3）在任何情况下，都是σ键比π键强度大。

（

×

）（4）碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键键能的3倍和2倍。

（

×

）（5）非金属元素的两个原子之间一定形成共价键，多个原子间可能形成

离子键。

（

√

）××××√

关键能力

考向1化学键与化合物类型的判断1.

〔教材习题改编〕下列关于σ键和π键的说法不正确的是（

）A.σ键能单独形成，π键不能单独形成B.σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转C.

双键中一定有一个σ键，一个π键，三键中一定有一个σ键，两个π键

√2.

有以下8种物质：①Ne

②HCl

③P4

④H2O2

⑤Na2S

⑥NaOH

⑦

Na2O2

⑧NH4Cl请用上述物质的序号填空：（1）不存在化学键的是

⁠。（2）只存在极性共价键的是

，只存在非极性共价键的是

⁠。（3）属于共价化合物的是

⁠。（4）既存在非极性共价键又存在极性共价键的是

⁠。（5）只存在离子键的是

⁠。（6）既存在离子键又存在共价键的是

⁠。（7）属于离子化合物的是

⁠。①

②

③

②④

④

⑤

⑥⑦⑧

⑤⑥⑦⑧

离子化合物和共价化合物的判断方法

考向2基本化学用语3.

下列图示或化学用语正确的是（

）B.

（2025·山东菏泽模拟）基态Cr原子的价层电子轨道表示式

为

D.

（2025·山东潍坊模拟）N2中σ键的原子轨道的电子云图形：

√

A.

基态Cr3＋核外价层电子排布图为

B.

碳的基态原子最高能级轨道形状为哑铃形C.

基态O的价层电子排布式为2s22p6√

电子式书写常见的四大误区误区一误区二误区三误区四考向3共价键及键参数5.

下列说法错误的是（

）化学键C—HSi—HC—OSi—OC—CSi—Si键能/（kJ·

mol－1）411318799358452346222A.1个CO分子内含有1个σ键和2个π键B.

键能：C—H＞Si—H，因此甲硅烷没有甲烷稳定C.

键长：C—Si＜Si—Si，因此熔点：SiC＞SiD.

键长：C—C＜Si—Si，因此金刚石的硬度小于晶体硅√解析：

CO的结构式为C≡O，则1个CO分子内含有1个σ键和2个π键，A

正确；原子半径：C＜Si，共价键键长：C—H＜Si—H，键能：C—H＞

Si—H，因此甲硅烷没有甲烷稳定，B正确；碳化硅和单晶硅均属于共价晶

体，原子半径：C＜Si，键长：C—Si＜Si—Si，键能：C—Si＞Si—Si，故

熔点：SiC＞Si，C正确；键长：C—C＜Si—Si，键能：C—C＞Si—Si，所

以金刚石硬度大于晶体硅，D错误。6.

含碳元素的物质是化学世界中最庞大的家族，请填写下列空格。（1）已知CN－与N2结构相似，推算HCN分子中σ键与π键数目之比

为

⁠。（2）利用CO可以合成化工原料COCl2，COCl2分子的结构式为

，

每个COCl2分子内含有

个σ键，

个π键。1∶1

3

1

考点二分子的空间结构

必备知识

一、价层电子对互斥（VSEPR）模型1.

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，孤电子对数越多，排斥力越强，键角越小。（1）计算方法：价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数

中心原子的价电子数

原子的最外层电子数

中心原子的价电子数

中心原子的价电子数

2.

价层电子对数的计算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）。（2）计算下列微粒中心原子的价层电子对数微粒AsH3H3O＋H2SeSO2BF3XeF2价层电

子对数

⁠

⁠

⁠

⁠

⁠

⁠

⁠44433353.

中心原子的价层电子对数与分子（或离子）空间结构之间的关系价层电子对数σ键数孤电子对数VSEPR模型分子（或离子）空间结构220直线形

⁠形330平面三角形

⁠形21

⁠形440四面体形

⁠形31

⁠形22

⁠形直线

平面三角

V

正四面体

三角锥

V

二、杂化轨道理论1.

理论要点原子成键时，原子价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同

的杂化轨道。杂化轨道数不同，轨道间夹角不同，分子的空间结构不同。2.

三种杂化轨道类型3.

计算下列分子（或离子）的价层电子对数并判断杂化轨道类型实例σ键电子

对数孤电子对数价层电子对数（杂化轨道数）中心原子的杂化类型CO2

⁠

⁠

⁠

⁠SO2

⁠

⁠

⁠

⁠NH3

⁠

⁠

⁠

⁠H2O

⁠

⁠

⁠

⁠

⁠

⁠

⁠

⁠

⁠

⁠

⁠

⁠202sp213sp2314sp3224sp3303sp2404sp3提醒：杂化轨道的数目＝中心原子上的孤电子对数＋中心原子的σ键电子

对数（与中心原子直接相连的原子个数）＝中心原子的价层电子对数。

易错辨析（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。

（

√

）（2）分子中中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体

形结构。

（

×

）（3）NH3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化。

（

×

）（4）只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化。

（

√

）（5）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。

（

√

）√××√√

关键能力

考向1分子（或离子）空间结构的判断1.

下列说法正确的是（

）A.

（2024·浙江1月选考）SO2的价层电子对互斥（VSEPR）模型：

B.

（2024·吉林高考）PCl3的空间结构：平面三角形C.

（2024·江苏高考）H2O的空间结构为直线形√

2.

下列分子或离子的VSEPR模型及空间结构均正确的是（

）选项分子或离子VSEPR模型名称分子或离子的空间结构AH2SeV形V形B平面三角形平面三角形CPCl3四面体形平面三角形DBBr3平面三角形三角锥形√

四步判断分子（或离子）的空间结构（1）没有孤电子对时，VSEPR模型与分子（或离子）的空间结构一致。（2）有孤电子对时，略去VSEPR模型中的孤电子对，得分子（或离子）

的空间结构。考向2杂化轨道类型的判断3.

〔教材习题改编〕下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是

（

）A.CO2与SO2B.CH4与NH3C.BeCl2与BF3D.C2H6与C2H2√

4.

下列有关杂化轨道的判断正确的是（

）B.NCl3和NH3中的N均为sp2杂化C.

金刚石、石墨、石墨炔，这三种物质中的碳原子都是sp3杂化D.

不存在稳定的NF5分子，原因是N原子价层只有4个原子轨道，不能形成

5个N—F键√

5.

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）乙二胺（H2NCH2CH2NH2）是一种有机化合物，分子中氮、碳原子

的杂化类型分别是

、

⁠。（3）HOCH2CN分子中碳原子的杂化轨道类型是

⁠。

sp3杂化

sp3

sp3

sp3和sp

sp2、

sp

sp3

sp2

真题演练1.

（2025·山东高考7题）用硫酸和NaN3可制备一元弱酸HN3。下列说法

错误的是（

）A.NaN3的水溶液显碱性C.NaN3为含有共价键的离子化合物√

A.

反应中各分子的σ键均为p-p

σ键B.

反应中各分子的VSEPR模型均为四面体形C.Cl—O键长小于H—O键长D.HClO分子中Cl的价电子层有2个孤电子对√

3.

（2024·甘肃高考14题）温室气体N2O在催化剂作用下可分解为O2和

N2，也可作为氧化剂氧化苯制苯酚。下列说法错误的是（

）A.

相同条件下N2比O2稳定C.N2O中N—O比N—N更易断裂D.N2O中σ键和大π键的数目不相等√

4.

按要求填写下列空白：（1）（2024·新课标卷节选）Ni（CO）4结构为

，其中σ键的

数目为

⁠。（2）（2024·全国甲卷节选）①CaC2俗称电石，该化合物中不存在的化

学键类型为

（填字母）。a.离子键

b.极性共价键c.非极性共价键

d.配位键8

bd

②一种光刻胶薄膜成分为聚甲基硅烷

，硅原子的杂化轨道类型

为

⁠。

sp3

正四面体形

sp2

课时跟踪检测

1.

下列有关化学键的说法中错误的是（

）A.HCl中的σ键为s-p

σ键B.

非极性键只存在于同种元素原子之间C.

金属键、离子键均没有方向性D.

气体分子中一定有σ键，不一定有π键解析：

单原子分子如氦中没有化学键，D错误。1234567891011√

A.

基态N原子价层电子排布式：

C.NH3的VSEPR模型：

D.HCl分子中σ键的形成：

√1234567891011

1234567891011

B.

基态N的价层电子排布式为2s22p3

√12345678910114.

关于σ键和π键的形成过程，下列说法不正确的是（

）A.HCl分子中的σ键为两个s轨道“头碰头”重叠形成B.N2分子中的π键为p-p

π键，π键不能绕键轴旋转C.CH4中的碳原子为sp3杂化，4个sp3杂化轨道分别与氢原子s轨道形成σ键解析：

HCl分子中的σ键由氢原子提供的1s原子轨道和氯原子提供的3p

原子轨道“头碰头”重叠形成，A错误。√12345678910115.

某有机化合物M的结构简式如图，其中1、2、3号原子的杂化方式分别

为（

）A.sp3、sp3、sp3B.sp3、sp3、sp2C.sp2、sp3、sp2D.sp3、sp2、sp2解析：

1号碳原子形成4个单键，采取sp3杂化；2号N原子形成3个共价

键，含有1个孤电子对，杂化轨道数为4，采取sp3杂化；3号碳原子含有的

共价键为2个单键和1个碳氧双键，采取sp2杂化。√12345678910116.

下列分子中，中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形

且分子中不含π键的是（

）A.CO2B.BeCl2C.BF3D.HCN解析：

CO2分子中C原子采取sp杂化，为直线形分子，含有2个σ键

和2个π键，A错误；BeCl2分子中Be原子采取sp杂化，为直线形分子，

不含π键，B正确；BF3分子中B原子采取sp2杂化，为平面三角形结构，

C错误；HCN分子中C原子采取sp杂化，为直线形分子，含有2个σ键和

2个π键，D错误。√1234567891011

A.CN－中C原子的杂化方式为spB.RC≡CH中既含有σ键又含有π键C.H2O的键角小于烃基中碳碳键之间的键角D.

[Ag（CN）2]－中σ键和π键的数目之比为2∶1√1234567891011解析：

CN－中存在碳氮三键，C原子的杂化方式为sp，A正确；RC≡CH

中有碳碳三键，既含有σ键又含有π键，B正确；H2O中O为sp3杂化，且存在

2个孤电子对，烃基中碳为sp3、sp2或sp杂化，且无孤电子对，孤电子对与

成键电子对之间的斥力大于成键电子对之间的斥力，则H2O的键角小于烃

基中碳碳键之间的键角，C正确；[Ag（CN）2]－中含有Ag＋和CN－之间的

配位键，CN－内含有碳氮三键，故该配离子中σ键与π键的数目之比为4∶4

＝1∶1，D错误。1234567891011

8.

（2025·江苏南京一中月考）Cu可以形成CuCl2、CuSO4、Cu2O等化合

物。有研究表明，无水CuCl2为长链状结构，其片段如

图

。下列说法正确的是（

）A.CuCl2属于离子化合物√1234567891011

1234567891011

12345678910119.

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直线形N原子采取sp杂化B二氧化硫V形S原子采取sp3杂化C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√1234567891011

123456789101110.

（2025·山东济南一中月考）回答下列问题：（1）基态Co原子的价层电子排布图为

，[Co

（NO2）6]3－中三种元素的第一电离能由大到小的顺序是

⁠

（填元素符号）；[Co（CN）6]4－是强还原剂，[Co（CN）6]4－中含有σ键

与π键的数目之比为

⁠。N＞O＞Co

1∶1

1234567891011解析：

基态钴原子的价层电子排布式为3d74s2，价层电子排布图

为

；金属元素的第一电离能小于非金属元素，同周

期元素从左到右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，第一电离能大于同周期相邻元素，则第一电离能由大到小的顺序为

N＞O＞Co；六氰合钴离子中配位键属于σ键，CN－中的碳氮三键中含有1

个σ键和2个π键，σ键与π键的数目之比为（6＋6）∶（6×2）＝1∶1。1234567891011（2）独立的NH3分子中，H—N—H键角为107°，如图是[Zn（NH3）6]2＋

的部分结构以及其中H—N—H键角，请解释[Zn（NH3）6]2＋中H—N—H

键角变为109.5°的原因是

⁠

⁠

⁠。氨分子与Zn2＋形成配合物后，孤电子对与Zn2

＋成键，原孤电子对与成键电子对之间的排斥作用变为成键电子对之间的

排斥作用，排斥作用减弱，所以H—N—H键角变大解析：氨分子中氮原子的孤电子对数为1，六氨合锌离子中氮原子的价层电子对数为4，孤电子对数为0，孤电子对数越多，对成键电子对的斥力越大，键角越小，所以[Zn（NH3）6]2＋中H—N—H键角变为109.5