2023-2024版大一輪化學(xué)新教材 魯科版（閩粵皖京豫）第5章 第29講價電子對互斥理論、雜化軌道理論及應(yīng)用

第29講價電子對互斥理論、雜化軌道理論及應(yīng)用

［復(fù)習(xí)目標(biāo)］L能運用相關(guān)的理論來解釋或預(yù)測簡單分子(離子)的空間結(jié)構(gòu)。2.掌握鍵角大小

原因解釋的規(guī)范描述。

■歸納整合

L價電子對互斥(VSEPR)理論

(1)理論要點

①價層電子對在空間上彼此相距最遠(yuǎn)時，排斥力最小，體系的能量最低。

②孤電子對排斥力較大，孤電子對越多，排斥力越強，鍵角越小。

(2)價電子對互斥理論推測分子(離子)的空間結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵——價電子對數(shù)的計算

價電子對數(shù)=σ鍵電子對數(shù)+中心原子的孤電子對數(shù)

說明：σ鍵電子對數(shù)=中心原子結(jié)合的原子數(shù)；中心原子的孤電子對數(shù)=/“一M),其中

①α表示中心原子的價電子數(shù)。

對于主族元素：α=原子的最外層電子數(shù)。

對于陽離子：α=中心原子的價電子數(shù)一離子的電荷數(shù)。

對于陰離子：θ=中心原子的價電子數(shù)+離子的電荷數(shù)(絕對值)。

②X表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。

③6表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)(氫為1，其他原子=8—該原子的價電子

數(shù)。如氧和氧族元素中的S、Se等均為2,鹵族元素均為1)。

例如，SoCI2的空間結(jié)構(gòu)的判斷：

SoCl2的中心原子為S,σ鍵電子對數(shù)為3,孤電子對數(shù)為∕x(6-1X2—2X1)=1,價電子對

數(shù)為4,這些價電子對互相排斥，形成四面體形的VSEPR模型，由于中心原子上有1個孤電

子對，則SOCI2的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。

2.雜化軌道理論

(1)雜化軌道理論概述

中心原子上若干不同類型(主要是s、P軌道)、能量相近的原子軌道混合起來，重新組合成同

等數(shù)目、能量完全相同的新軌道。雜化軌道數(shù)不同，軌道間的夾角不同，形成分子的空間結(jié)

構(gòu)不同。

(2)雜化軌道三種類型

sP：SP雜化軌道由1個S軌道和1個P軌道雜化而成,

雜化7雜化軌道間夾角為180。,呈直線形，如BeCl2

:I:二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二

sp2；sp?雜花軌??i不s??iff和5不P軌造雜彳匕而成,

雜化二雜化軌道間夾角為。，好面三角形,如

一一I120-----BFs--------------

；3喙花《超而不S市赭而不p?jj?素花而說

X」雜化軌道間夾角為1。9。281呈四面體形,

性&!/（UCH4

（3）由雜化軌道數(shù)判斷中心原子的雜化類型

雜化軌道用來形成C鍵和容納孤電子對，所以有公式：雜化軌道數(shù)=中心原子的孤電子對數(shù)

+中心原子的σ鍵個數(shù)=中心原子的價電子對數(shù)。

3.分子（AB“型）、離子（AB儼型）的空間結(jié)構(gòu)分析示例

完成下列表格

價電子σ鍵電孤電子中心原子雜分子（離子）空

實例VSEPR模型

對數(shù)子對數(shù)對數(shù)化軌道類型間結(jié)構(gòu)

BeeI2、CS?220≤E直線形直線形

BF3、So3、

30喳平面三角形

COf3平面三角形

。3、SO221?

SnCI4、

40SP3正四面體形

P0「、NHl

4四面體形

PH3、So歹31Sp3三角錐形

SP3

H2Ss22角形

E易錯辨析

1.價電子對互斥理論中，兀鍵電子對數(shù)不計入中心原子的價電子對數(shù)（）

2.N2分子中N原子沒有雜化，分子中有1個σ鍵、2個兀鍵（）

3.只要分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，中心原子均為sp2雜化（）

4.分子中中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時，該分子一定為正四面體結(jié)構(gòu)（）

5.SiF4與SO1的中心原子均為sp3雜化（）

答案1.√2.√3.√4.×5.√

■專項突破關(guān)鍵能力

一、價電子對數(shù)的判斷

1.正誤判斷，正確的打“，錯誤的打“X”。

（I）XeF2的中心原子價電子對數(shù)為6（X）

FF

FPF

(2)F為四角錐結(jié)構(gòu)，中心原子I沒有孤電子對(X)

(3)六氟化硫分子空間結(jié)構(gòu)呈正八面體形，其中心原子的價電子對數(shù)為4(X)

IPr

I

Ph-Pd-OH

II

O—B-OH

,Bu/I

(4)PhB(OH)2和Ph中B原子的價電子對數(shù)相等(一Ph代表苯基，一Pr代表異

丙基)(X)

2.下列分子或離子的中心原子上未用于成鍵的價電子對最多的是()

A.H2OB.HCI

C.NH4D.PCl3

答案A

解析A項，氧原子有兩對未成鍵的價電子對；B項，HCl分子屬于AB型分子，沒有中心

原子；C項，NH:的中心原子的價電子全部參與成鍵：D項，磷原子有一對未成鍵的價電子

對。

二、雜化方式的判斷

3.判斷下列物質(zhì)中心原子的雜化方式。

(I)PCl3分子中，P的雜化方式為。

(2)HOCH2CN分子中碳原子軌道的雜化類型是o

(3)丙烯晴分子(JhC=CHY三N)中碳原子雜化軌道類型為。

(4)[2020?全國卷IH,35(2)節(jié)選]氨硼烷在催化劑作用下水解釋放氫氣：

3NH3BH3+6H2O=3NH4+B3OΓ+9H2

「Of^

T

/B、

OO

B30a」的結(jié)構(gòu)為LOr、。/'°」?在該反應(yīng)中，B原子的雜化軌道類型由變?yōu)?/p>

答案(I)SP3雜化(2)sp3和SP(3)sp2>SP(4)sp3sp2

三、分子(離子)空間結(jié)構(gòu)的判斷

4.下列分子或離子中，中心原子的價電子對的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形且分子或離子的空間結(jié)

構(gòu)為角形的是()

+

A.NO2B.PH3C.H3OD.OF2

答案D

解析NO廠的價電子對的空間結(jié)構(gòu)呈平面三角形，A錯誤；PH3的空間結(jié)構(gòu)呈三角錐形，B

錯誤；H3。+的空間結(jié)構(gòu)呈三南錐形，C錯誤；OF2中心原子的價電子對的空間結(jié)構(gòu)為正四面

體形且分子的空間結(jié)構(gòu)為角形，D正確。

5.下列物質(zhì)的分子與03分子的結(jié)構(gòu)最相似的是（）

A.H2OB.CO2C.SO2D.BeCI2

答案C

解析玲0分子中氧原子采用sp3雜化方式；CO2中碳原子采用SP雜化方式；BeeI2中Be原

子采用SP雜化方式。

6.已知Z/+的4s軌道和4p軌道可以形成sp3型雜化軌道，那么［ZnCLt獰的空間結(jié)構(gòu)為（）

A,直線形B.平面正方形

C.正四面體形D.正八面體形

答案C

解析根據(jù)雜化軌道理論知，Z∏2+的4s軌道和4p軌道形成的sp3雜化軌道為正四面體形，

Zi?+再結(jié)合4個C「形成［ZnCLj2一,其中Zi?+的孤電子對數(shù)為0,所以［ZnCLt］?一的空間結(jié)構(gòu)為

正四面體形。

四、鍵角的比較

7.（1）比較下列分子或離子中的鍵角大?。ㄌ睢?gt;”“<”或“=”）：

φBF3Nel3，H2OCS2O

②H2ONH3CH4,SOfSθΓ<>

③HzOH2S,NCl3PCl30

④NF3NCI3，PCl3PBr3。

O

Il

⑵在H—C—H分子中，鍵角/HCO（填或"="）ZHCHo理由是

___________________________________________________________________________O

答案⑴①>〈②V<V③>>④V<⑵>π鍵斥力大于。鍵斥力

答題規(guī)范⑶鍵角大小原因解釋的三種模型

23

I.電子對結(jié)構(gòu)（或雜化方式）不相同，優(yōu)先看雜化方式，鍵角：sp>sp>sp0

答題模板：XXX中心原子采取XXX雜化，鍵角為XXX,而XXX中心原子采取XXX

雜化，鍵角為XXX。

2.電子對結(jié)構(gòu)（或雜化方式）相同，看電子對間的斥力。

答題模板：XXX分子中無孤電子對，XXX分子中含有〃個孤電子對，孤電子對對成鍵電

子對的排斥作用較大，因而鍵角較小。

3.空間結(jié)構(gòu)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電負(fù)性。

答題模板：

⑴中心原子不同，配位原子相同（AC3與BC3,若電負(fù)性：A>B,則鍵角：AC3>BC3）O原因：

中心原子的電負(fù)性A強于B,中心原子的電負(fù)性越大，成鍵電子對離中心原子越近，斥力越

大，鍵角也越大。

（2）中心原子相同，配位原子不同（AB3與AC3，若電負(fù)性：B>A>C,則鍵角：AB3<AC3）,

原因為電負(fù)性：B>A>C,在AB3中成鍵電子對離中心原子較遠(yuǎn)，斥力較小，因而鍵角較小。

in規(guī)范精練

1.Si與C元素位于同一主族，SiO2鍵角小于CO2的原因是

答案SiCh中中心Si原子采取sp3雜化，鍵角為109。28'；CO2中中心C原子采取SP雜化,

鍵角為180°

2.H3BO3分子中的O-B-O的鍵角（填“大于”“等于”或“小于”）BHi中的

H-B-H的鍵角，判斷依據(jù)是______________________________________________________

答案大于H3BO3分子中的B采取sp2雜化，而BHl中的B采取sp3雜化，sp2雜化形成的

鍵角大于sp3雜化

3.高溫陶瓷材料Si3N4晶體中鍵角N—Si—N（填“>”“<”或“="）Si—N—Si,原

因是______________________________________________________________________________

答案>N原子上有孤電子對，由于孤電子對與成鍵電子對的排斥力更大，使得Si—N—Si

鍵角較小

4.已知H2O>NH3、CH4三種分子中，鍵角由大到小的順序是,原因為

答案CH4>NH3>H2OCH4分子中無孤電子對，NH3分子中含有1個孤電子對，H2O分子

中含有2個孤電子對，孤電子對對成鍵電子對的排斥作用依次增大，故鍵角逐漸減小

5.（I）NH3的鍵角PH3的鍵角，原因是_________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________0

（2）NF3的鍵角NH3的鍵角，理由是_______________________________________________

答案(1)>中心原子的電負(fù)性N強于P,中心原子的電負(fù)性越大，成鍵電子對離中心原子

越近，斥力越大，鍵角也越大(2)<F的電負(fù)性比H大，NF3中成鍵電子對離中心原子較

遠(yuǎn)，斥力較小，因而鍵角也較小

真題演練明確考向

1.(l)[2021?全國甲卷，35(1)節(jié)選]SiCLI是生產(chǎn)高純硅的前驅(qū)體，其中Si采取的雜化類型為

OSieI4可發(fā)生水解反應(yīng)，機理如下：

含s、p、d軌道

的雜化

含s、p、d軌道的雜化類型有：①dsp2、②sp3d、③sp3cP,中間體SiCl4(H2O)中Si采取的雜

化類型為(填標(biāo)號)。

⑵[2021?全國乙卷，35(3)節(jié)選]PH3中P的雜化類型是。

⑶[2021?湖南，18(2)②節(jié)選]N-甲基咪嚏(HCTUN)中碳原子的雜化軌道類型為。

答案(I)SP3②(2)sp3⑶SP3、sp2

3

解析(1)根據(jù)SiCL的結(jié)構(gòu)式可知，Si的價電子對數(shù)為4,故Si采取sp雜化：根據(jù)SiCI4(H2O)

的結(jié)構(gòu)式可知Si的價電子對數(shù)為5,采取sp3d雜化。

(2)PH3中中心原子的價電子對數(shù)為3+∣×(5-3×1)=4,故P原子的雜化方式為sp?

(3)N-甲基咪喳分子中含有甲基和碳碳雙鍵，則該分子中碳原子的雜化軌道類型為SP3、sp2o

2.[2022?河北，17(3)]SnCl3的空間結(jié)構(gòu)為，其中心離子雜化方式為。

答案三角錐形sp3

3.[2022?北京，15(2)]比較SOI和H2O分子中的鍵角大小并給出相應(yīng)解釋：

答案SOi的鍵角大于H2O分子的鍵角，Ser中S原子的價電子對數(shù)為4、孤電子對數(shù)為0,

離子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，比0分子中O原子的價電子對數(shù)為4、孤電子對數(shù)為2,分

子的空間結(jié)構(gòu)為角形

4.[2021?山東，16(3)]Xe是第5周期的稀有氣體元素，與F形成的XeFz室溫下易升華。XeF2

中心原子的價電子對數(shù)為,下列對XeF2中心原子雜化方式推斷合理的是

(填標(biāo)號)。

A.spB.sp2C.sp3D.sp3d

答案5D

o-]x2

解析XeF?易升華，所以是分子晶體，其中心原子的價電子對數(shù)為2+—5—=5,其中心

3

原子的雜化方式應(yīng)為spdo

課時精練

1.下列描述正確的是（）

A.CS2為角形的極性分子

B.ClO3的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形

C.SF6中有6對完全相同的成鍵電子對

D.SiF4和SO歹的中心原子均為sp?雜化

答案C

解析CS2與CCh的分子結(jié)構(gòu)相似，是直線形的非極性分子，A錯誤；中心原子Cl有一個孤

電子對，所以CIOf的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，B錯誤；S有6個電子，正好與6個F形成6個

共價鍵，C正確；SiF4中Si有四個σ鍵，SO歹中S原子形成3個σ鍵，還有一個孤電子對，

所以Si、S均是sp?雜化，D錯誤。

2.科學(xué)家最近研制出有望成為高效火箭推進(jìn)劑的N（NO?3（如圖所示）。已知該分子中N-N-N

鍵角都是108.1。，下列有關(guān)N（NO2）3的說法正確的是（）

N

∕l?

O2NNO2NO2

A.分子中N、0原子間形成的共價鍵是非極性鍵

B.分子中四個氮原子共平面

C.該物質(zhì)既有氧化性又有還原性

D.分子中四個氮原子圍成一個空間正四面體

答案C

3.用價電子對互斥（VSEPR）理論可以預(yù)測許多分子或離子的空間結(jié)構(gòu)，有時也能用來推測鍵

角大小，下列判斷正確的是（）

A.So2、CS2、Hl都是直線形分子

B.BF3鍵角為120。，SnFz鍵角大于120。

C.COCI2、BF3、SCh都是平面三角形分子

D.PCI3、NH3、PCk都是三角錐形分子

答案C

解析Sθ2分子中含有孤電子對，不是直線形分子，是角形分子，A錯誤；BF3鍵角為120。,

SnF2中有兩個成鍵電子對，一個孤電子對，孤電子對會產(chǎn)生斥力，所以鍵角小于120。，B錯

誤；PCI3、NE是三南錐形分子，PCLS是三角雙錐形分子，D錯誤。

4.下列關(guān)于價電子對互斥（VSEPR）理論的敘述中不正確的是（）

A.VSEPR理論可用來預(yù)測分子的空間結(jié)構(gòu)

B.分子中價電子對相互排斥決定了分子的空間結(jié)構(gòu)

C.分子中鍵角越大，價電子對相互排斥力越小，分子越穩(wěn)定

D.中心原子上的孤電子對不參與互相排斥

答案D

解析空間結(jié)構(gòu)與價電子對相互排斥有關(guān)，故B說法正確；多原子分子中，鍵角為兩個共價

鍵之間的夾角，分子中鍵角越大，價電子對相互排斥力越小，分子越穩(wěn)定，故C說法正確；

中心原子上的孤電子對參與相互排斥，故D說法錯誤。

5.下列有關(guān)雜化軌道理論的說法不正確的是（）

A.雜化前后的軌道數(shù)不變，但軌道的形狀發(fā)生了改變

B.雜化軌道全部參與形成化學(xué)鍵

C.sp?SP2、SP雜化軌道的夾角分別為109。28'、120。、180。

D.四面體形、三角錐形的結(jié)構(gòu)可以用sp3雜化軌道理論解釋

答案B

解析雜化前后的軌道數(shù)不變，雜化后，各個軌道盡可能分散、對稱分布，導(dǎo)致軌道的形狀

發(fā)生了改變，故A正確；雜化軌道可以部分參與形成化學(xué)鍵，例如NN中N發(fā)生了sp3雜化，

形成了4個Sp3雜化軌道，但是只有3個參與形成了化學(xué)鍵，故B錯誤；sp?SP2、SP雜化軌

道其空間結(jié)構(gòu)分別是正四面體形、平面三角形、直線形，所以其夾角分別為109°28'、120°、

180°,故C正確；四面體形、三角錐形分子的結(jié)構(gòu)可以用sp3雜化軌道理論解釋，如甲烷、

氨氣分子，故D正確。

6.下列分子或離子中鍵角由大到小排列的順序是（）

QBCl3②NFh③比0④PCr⑤HgCI2

A.⑤④①②③B.⑤①④②③

C.④①②⑤③D.③②④①⑤

答案B

解析①BCL中中心B原子為sp2雜化，鍵角為120。；②NE中中心N原子為sp3雜化，NH3

分子中有孤電子對存在，使鍵角小于109。28';③HzO中中心O原子為sp3雜化，出0分子

中存在兩個孤電子對，使鍵角比NH3分子的鍵角還??；④PClj中中心P原子為sp?雜化，鍵

角為109。28';⑤HgCb中中心Hg原子為SP雜化，鍵角為180。；綜上，鍵角由大到小的順

序為⑤①④②③。

7.下列說法正確的是()

①S8分子中S原子采用的雜化軌道類型為sp3

②QE分子中只有以S軌道與sp2雜化軌道“頭碰頭”方式重疊而成的。鍵

③SnBn分子中Br-Sn-Br的鍵角＜120。

④EO*中H-O-H的鍵角比H2O中H-O-H的鍵角大

A.①②B.③④

C.①②③D.①③④

答案D

解析①S8是一個環(huán)形分子，每個S與另外兩個S原子相連，S原子形成2個孤電子對，2

個σ鍵，所以S是sp3雜化，正確；②碳碳雙鍵中一個是σ鍵，還有一個是π鍵，錯誤；③SnBr?

分子中，Sn原子的價電子對數(shù)是^X(4—2X1)+2=3,含有I個孤電子對，SnBg的空間結(jié)

構(gòu)為角形，根據(jù)價電子對互斥理論可以判斷其鍵角小于120°,正確；④和HzO中氧原

子均采取sp3雜化，H2O中O原子有2個孤電子對，Ph。+中O原子有1個孤電子對，導(dǎo)致

H3。+中H-O-H的鍵角比H2O中H-O-H的鍵角大，正確。

8.CH八-CH3,CH3都是重要的有機反應(yīng)中間體，下列有關(guān)它們的說法錯誤的是()

A.CH?與H3?！沟目臻g結(jié)構(gòu)均為三角錐形

B.它們的C均采取sp2雜化

C.CH：中的所有原子均共面

D.CHl與OH-形成的化合物中不含有離子鍵

答案B

解析CH,與中C原子與0原子的價電子對數(shù)都是4,且都含有1個孤電子對，均為

三角錐形結(jié)構(gòu)，A項正確；CH八一CH3、CH,中C的價電子對數(shù)分別是3、4、4,根據(jù)價電

子對互斥理論知，C原子的雜化類型分別是SP2、SP3、sp3,B項錯誤：CH；中的碳原子采取

sp?雜化，所有原子均共面，C項正確；CHJ與OH-形成的化合物是C