2024年高考化学一轮复习（新高考版） 第6章 第33讲　价层电子对互斥模型、杂化轨道理论及应用

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1.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。2.掌握键角大小原因并能作出规范描述。
1.价层电子对互斥模型(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孤电子对排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。(2)价层电子对互斥模型推测分子(离子)的空间结构的关键——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；
中心原子的孤电子对数＝ (a－xb)，其中①a表示中心原子的 。对于主族元素：a＝ 。对于阳离子：a＝ 。对于阴离子：a＝ 。②x表示 。③b表示与中心原子结合的原子 (氢为 ，其他原子＝_____________________。如氧和氧族元素中的S、Se等均为2，卤族元素均为1)。
中心原子的价电子数－离子的电荷数
中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值)
与中心原子结合的原子数
例如，SOCl2的空间结构的判断：SOCl2的中心原子为S，σ键电子对数为3，孤电子对数为 ×(6－1×2－2×1)＝1，价层电子对数为4，这些价层电子对互相排斥，形成四面体形的VSEPR模型，由于中心原子上有1个孤电子对，则SOCl2的空间结构为三角锥形。
2.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，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。(2)杂化轨道三种类型
(3)由杂化轨道数判断中心原子的杂化类型杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对，所以有公式：杂化轨道数＝_________________________＋ ＝ 。
中心原子的价层电子对数
3.VSEPR模型与微粒空间结构的关系完成下列表格
1.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(　　)2.N2分子中N原子没有杂化，分子中有1个σ键、2个π键(　　)3.只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化(　　)4.分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子一定为正四面体结构(　　)
一、价层电子对数的判断1.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)XeF2的中心原子价层电子对数为6(　　)
(2) 为四角锥结构， 中心原子I没有孤电子对(　　)
(3)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(　　)
(4)PhB(OH)2和 中B原子的价层电子对数相等(—Ph 代表苯基，—Pr 代表异丙基)(　　)
2.下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的是A.H2O B.HClC. D.PCl3
A项，氧原子有两对未成键的价电子对；B项，HCl分子属于AB型分子，没有中心原子；
D项，磷原子有一对未成键的价电子对。
二、杂化方式的判断3.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)[2019·全国卷Ⅰ，35(2)节选]乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是______、______。(3)HOCH2CN分子中碳原子的杂化轨道类型是________。(4)丙烯腈分子(H2C==CH—C≡N)中碳原子杂化轨道类型为________。
(5)[2020·全国卷Ⅲ，35(2)节选]氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：
三、分子(离子)空间结构的判断4.下列分子或离子中，中心原子的价层电子对的空间结构为正四面体形且分子或离子的空间结构为V形的是A. B.PH3 C.H3O＋ D.OF2
PH3的空间结构呈三角锥形，B错误；H3O＋的空间结构呈三角锥形，C错误；OF2中心原子的价层电子对的空间结构为正四面体形且分子的空间结构为V形，D正确。
5.下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是A.H2O B.CO2 C.SO2 D.BeCl2
H2O分子中氧原子采用sp3杂化方式；CO2中碳原子采用sp杂化方式；BeCl2中Be原子采用sp杂化方式。
6.已知Zn2＋的4s轨道和4p轨道可以形成sp3型杂化轨道，那么[ZnCl4]2－的空间结构为A.直线形 B.平面正方形C.正四面体形 D.正八面体形
根据杂化轨道理论知，Zn2＋的4s轨道和4p轨道形成的sp3杂化轨道为正四面体形，Zn2＋再结合4个Cl－形成[ZnCl4]2－，其中Zn2＋的孤电子对数为0，所以[ZnCl4]2－的空间结构为正四面体形。
键角大小原因解释的三种模型
模型1　价层电子对构型(或中心原子杂化方式)不相同，优先看杂化方式，键角：sp>sp2>sp3例1　Si与C元素位于同一主族，SiO2键角小于CO2的原因是___________________________________________________________________________________。答题模板：×××中心原子采取×××杂化，键角为×××，而×××中心原子采取×××杂化，键角为×××。
SiO2中中心Si原子采取
sp3杂化，键角为109°28′；CO2中中心C原子采取sp杂化，键角为180°
变式训练1　比较下列分子或离子中的键角大小(填“＞”“＜”或“＝”)：①H2O____CS2，原因是__________________________________________________________________________________。②SO3______ 。③BF3________NCl3。
H2O中中心O原子采取sp3杂化，键角约为105°；CS2中中心
C原子采取sp杂化，键角为180°
模型2　价层电子对构型(或中心原子杂化方式)相同，看电子对间的斥力(1)电子对排斥力大小顺序：孤电子对与孤电子对之间>孤电子对与成键电子对之间>成键电子对与成键电子对之间例2　已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是______________，原因为_____________________________________________________________________________________________________________________________________。答题模板： ×××分子中无孤电子对，×××分子中含有n个孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥作用较大，因而键角较小。
CH4＞NH3＞H2O
CH4分子中无孤电子对，NH3分子中含有1个孤电子对，H2O分子中含有2个孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥作用依次增大，故键角逐渐减小
变式训练2　比较下列分子或离子中的键角大小(填“＞”“＜”或“＝”)：①PH3____ ，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。
子对，PH3分子中含有1个孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥作用较大，因而
(2)三键、双键、单键之间的排斥力大小顺序：三键—三键>三键—双键>双键—双键>双键—单键>单键—单键，举例：
变式训练3　在 分子中，键角∠HCO_____(填“＞”“＜”或“＝”)∠HCH。理由是_______________________。
模型3　空间结构相同，中心原子相同或配位原子相同，看中心原子或配位原子的电负性(1)中心原子不同，配位原子相同例3　AC3与BC3，若电负性：A＞B，则键角：AC3_____BC3。原因：__________________________________________________________________________________________________。
中心原子的电负性A强于B，中心原子的电负性越大，成键电子对离中心原子越近，斥力越大，键角也越大
(2)中心原子相同，配位原子不同例4　AB3与AC3，若电负性：B＞A＞C，则键角：AB3______AC3。原因为_______________________________________________________________________________。
电负性：B＞A＞C，在AB3中成键电子对离中心原子较远，斥力较小，因而键角较小
变式训练4　①NH3的键角______PH3的键角，原因是________________________________________________________________________________________________。②NF3的键角____NH3的键角，理由是____________________________________________________________________________。
中心原子的电负性N强于P，
中心原子的电负性越大，成键电子对离中心原子越近，斥力越大，键角也越大
原子较远，斥力较小，因而键角也较小
F的电负性比H大，NF3中成键电子对离中心
1.H3BO3 分子中的 O—B—O 的键角________(填“大于”“等于”或“小于”) 中的 H—B—H 的键角，判断依据是______________________________________________________________________________________。
B采取sp3杂化，sp2杂化形成的键角大于sp3杂化
2.高温陶瓷材料Si3N4晶体中键角N—Si—N______(填“>”“<”或“＝”)Si—N—Si，原因是___________________________________________________________________________________。
N原子上有孤电子对，由于孤电子对与成键电子对的排斥力更大，使得Si—
3. 中Se—O的键角比SeO3的键角_____(填“大”或“小”)，原因是____________________________________________________________________________________________。
1.(1)[2021·全国甲卷，35(1)节选]SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为______。SiCl4可发生水解反应，机理如下：
含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为_____(填标号)。
根据SiCl4的结构式可知，Si的价层电子对数为4，故Si采取sp3杂化；根据SiCl4(H2O)的结构式可知Si的价层电子对数为5，采取sp3d杂化。
(2)[2021·全国乙卷，35(3)节选]PH3中P的杂化类型是 ________。
(3)[2021·湖南，18(2)②节选]N-甲基咪唑( )中碳原子的杂化轨道类型为_______。
N-甲基咪唑分子中含有甲基和碳碳双键，则该分子中碳原子的杂化轨道类型为sp3、sp2。
3.[2022·北京，15(2)]比较 和H2O分子中的键角大小并给出相应解释：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
空间结构为正四面体形，H2O分子中O原子的价层电子对数为4、孤电子对数为2，分子的空间结构为V形
4.[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.sp B.sp2 C.sp3 D.sp3d
CS2与CO2的分子结构相似，是直线形的非极性分子，A错误；
S有6个电子，正好与6个F形成6个共价键，C正确；
2.科学家最近研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°，下列有关N(NO2)3的说法正确的是A.分子中N、O原子间形成的共价键是非极性键B.分子中四个氮原子共平面C.该物质既有氧化性又有还原性D.分子中四个氮原子围成一个空间正四面体
3.下列关于BeF2和SF2的说法错误的是A.BeF2分子中，中心原子Be的价层电子对数等于2，成键电子对数也等于2B.BeF2分子的孤电子对数为0C.SF2分子中，中心原子S的价层电子对数等于4，其空间结构为四面体形，成键电子 对数等于2，没有孤电子对D.在气相中，BeF2是直线形而SF2是V形
4.用价层电子对互斥模型(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是A.SO2、CS2、HI都是直线形分子B.BF3键角为120°，SnF2键角大于120°C.COCl2、BF3、SO3都是平面三角形分子D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形分子
SO2分子中含有孤电子对，不是直线形分子，是V形分子，A错误；BF3键角为120°，SnF2中有两个成键电子对，一个孤电子对，孤电子对会产生斥力，所以键角小于120°，B错误；PCl3、NH3是三角锥形分子，PCl5是三角双锥形分子，D错误。
5.下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是A.杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变B.杂化轨道全部参与形成化学键C.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°D.四面体形、三角锥形的结构可以用sp3杂化轨道理论解释
杂化前后的轨道数不变，杂化后，各个轨道尽可能分散、对称分布，导致轨道的形状发生了改变，故A正确；杂化轨道可以部分参与形成化学键，例如NH3中N发生了sp3杂化，形成了4个sp3杂化轨道，但是只有3个参与形成了化学键，故B错误；sp3、sp2、sp杂化轨道其空间结构分别是正四面体形、平面三角形、直线形，所以其夹角分别为109°28′、120°、180°，故C正确；四面体形、三角锥形分子的结构可以用sp3杂化轨道理论解释，如甲烷、氨气分子，故D正确。
6.下列分子或离子中键角由大到小排列的顺序是①BCl3　②NH3　③H2O　④ 　⑤HgCl2A.⑤④①②③ B.⑤①④②③C.④①②⑤③ D.③②④①⑤
①BCl3中中心B原子为sp2杂化，键角为120°；②NH3中中心N原子为sp3杂化，NH3分子中有孤电子对存在，使键角小于109°28′；③H2O中中心O原子为sp3杂化，H2O分子中存在两个孤电子对，使键角比NH3分子的键角还小；④ 中中心P原子为sp3杂化，键角为109°28′；⑤HgCl2中中心Hg原子为sp杂化，键角为180°；综上，键角由大到小的顺序为⑤①④②③。
7.下列说法正确的是①S8分子中S原子采用的杂化轨道类型为sp3②C2H4分子中只有以s轨道与sp2杂化轨道“头碰头”方式重叠而成的σ键③SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角<120°④H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大A.①② B.③④C.①②③ D.①③④
①S8是一个环形分子，每个S与另外两个S原子相连，S原子形成2个孤电子对，2个σ键，所以S是sp3杂化，正确；②碳碳双键中一个是σ键，还有一个是π键，错误；
④H3O＋和H2O中氧原子均采取sp3杂化，H2O中O原子有2个孤电子对，H3O＋中O原子有1个孤电子对，导致H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大，正确。
9.根据价层电子对互斥模型填空：(1)OF2分子中，中心原子上的σ键电子对数为___，孤电子对数为____，价层电子对数为____，中心原子的杂化方式为_____杂化，VSEPR模型为___________，分子的空间结构为______。(2)BF3分子中，中心原子上的σ键电子对数为_____，孤电子对数为____，价层电子对数为_____，中心原子的杂化方式为______杂化，VSEPR模型为____________，分子的空间结构为____________。(3) 中，中心原子上的σ键电子对数为____，孤电子对数为____，价层电子对数为____，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为____________，分子的空间结构为____________。
(1)NH3分子在独立存在时，H—N—H键角为107°。如图是[Zn(NH3)6]2＋的部分结构以及H—N—H键角的测量值。解释NH3形成如图配合物后H—N—H键角变大的原因：_______________________________________________________________________________________________________________________________________。
NH3分子中N原子的孤电子对进入Zn2＋的空轨道形成配位键后，原孤电子对与成键电子对间的排斥作用变为成键电子对间的排斥作用，排斥作用减弱