微型专题(三) 分子(离子)空间构型与杂化轨道类型的判断[学习目标定位] 1.能利用价电子对互斥理论和杂化轨道理论判断和解释分子或离子的空间构型。
2.能利用共价键类型及杂化轨道理论判断中心原子的杂化类型。
一、杂化轨道类型的判断例1 下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )A．BeCl2与BF3B．CO2与SO2C．CCl4与NH3D．C2H2与C2H4【考点】杂化轨道理论的应用【题点】中心原子杂化类型的判断答案 C解析BeCl2分子、BF3分子中杂化轨道数分别为2、3，中心原子杂化轨道类型分别为sp1、sp2；CO2分子中杂化轨道数为2，SO2分子中杂化轨道数为3，中心原子杂化轨道类型分别为sp1、sp2；C项中中心原子杂化轨道类型均为sp3；D项中中心原子杂化轨道类型分别为sp1、sp2。
方法点拨含双键或叁键的分子的中心原子的杂化轨道类型还可以根据π键数目判断，如1个CO2、C2H2、C2H4分子中π键数目分别为2、2、1，碳原子杂化轨道类型分别为sp1、sp1、sp2。
相关链接杂化轨道类型判断方法小结(1)由杂化轨道数目判断杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数。
即：(2)根据杂化轨道的空间分布判断中心原子杂化轨道类型：①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形，则分子的中心原子采取sp3杂化；②若杂化轨道在空间的分布为平面三角形，则分子的中心原子采取sp2杂化；③若杂化轨道在空间的分布为直线形，则分子的中心原子采取sp1杂化。
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断中心原子杂化轨道类型：若杂化轨道之间的夹角为109.5°，则分子的中心原子采取sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子采取sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子采取sp1杂化。
变式1 下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是( )①BF3②CH2==CH2③④CH≡CH⑤NH3⑥CH4A．①②③B．①⑤⑥C．②③④D．③⑤⑥【考点】杂化轨道理论的应用【题点】中心原子杂化类型的判断答案 A解析sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，且未杂化的2p轨道形成π键；③同②相似；④乙炔中的碳原子为sp1杂化；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。
二、分子(离子)空间构型的判断例2 下列各组分子的空间构型相同的是( )A．SnCl2、BeCl2B．BF3、NH3C．CCl4、SiF4D．CS2、OF2【考点】分子空间构型的判断【题点】分子空间构型的判断答案 C解析通过分子的价电子对数、孤电子对数确定分子的空间构型，其中A、D项中分子的具体情况如下表：B项中BF3、NH3的空间构型分别为平面三角形、三角锥形；C项中，CCl4与SiF4的空间构型均为正四面体形。
方法规律判断分子或离子的空间构型时，要能够正确计算价电子对数：一是直接根据中心原子的价电子成键情况分析；二是运用计算式推导出价电子对数。
变式2 下列分子或离子中，中心原子电子对的空间构型为正四面体形且分子或离子的空间构型为V形的是( )A．NH＋4B．PH3C．H3O＋D．OF2【考点】分子空间构型的判断【题点】分子空间构型的判断答案 D解析中心原子价层电子对的空间构型为正四面体形，且分子或离子的空间构型为V形的只有3个原子构成的分子或离子，OF2为V形结构。
A选项NH＋4是三角锥形的NH3结合了一个H＋，呈正四面体形，B项中PH3为三角锥形，C中H3O＋是V形的H2O结合了一个H＋，呈三角锥形。
1．(2019·南昌月考)下列分子或离子的中心原子采用sp3杂化的是( )①NF3②C2H4③C6H6④C2H2 ⑤NH＋4A．①②④B．①⑤C．②③D．③⑤【考点】杂化轨道理论的应用【题点】中心原子杂化类型的判断答案 B解析①NF3分子中N原子采取sp3杂化；②C2H4分子中C原子采取sp2杂化；③C6H6分子中C 原子采取sp2杂化；④C2H2分子中C原子采取sp1杂化；⑤NH＋4中N原子采取sp3杂化。
2．下列说法正确的是( )A．CH2Cl2分子的空间构型为正四面体形B．H2O分子中氧原子的杂化轨道类型为sp2，分子的空间构型为V形C．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp1，分子的空间构型为直线形D．SO2－3的空间构型为平面三角形【考点】杂化轨道理论的应用【题点】杂化轨道理论的综合应用答案 C解析CH4中4个共价键完全相同，为正四面体形，CH2Cl2分子的4个共价键不完全相同，所以分子的空间构型不是正四面体形，A错误；H2O分子中O原子的价电子对数＝2＋12×(6－1×2)＝4，为sp3杂化，含有2对孤电子对，分子的空间构型为V形，B错误；CO2中C原子的价电子对数＝2＋12×(4－2×2)＝2，为sp 1杂化，分子的空间构型为直线形，C 正确；SO 2－3中S 原子的价电子对数＝3＋12×(6＋2－3×2)＝4，为sp 3杂化，含1对孤电子对，分子的空间构型为三角锥形，D 错误。
3．(2018·绵阳中学高二月考)下列分子中，中心原子杂化类型相同，分子的空间构型也相同的是( ) A ．BeCl 2、CO 2 B ．H 2O 、SO 2 C ．SO 2、CH 4D ．NF 3、CH 2O【考点】 杂化轨道理论的应用【题点】 利用杂化轨道理论判断空间构型 答案 A解析 根据价电子对互斥理论可知，H 2O 中O 原子上的孤电子对数＝6－2×12＝2，σ键电子对数为2，采取sp 3杂化，故H 2O 为V 形结构，SO 2中S 原子的孤电子对数＝6－2×22＝1，σ键电子对数为2，采取sp 2杂化，故SO 2为V 形结构，B 项不符合题意；同样分析可知，BeCl 2中Be 原子采取sp 1杂化，BeCl 2是直线形结构，CO 2中C 原子采取sp 1杂化，CO 2是直线形结构，A 项符合题意；SO 2中S 原子采取sp 2杂化，SO 2是V 形结构，CH 4中C 原子采取sp 3杂化，CH 4是正四面体形结构，C 项不符合题意；NF 3中N 原子采取sp 3杂化，NF 3是三角锥形结构，CH 2O 中C 原子采取sp 2杂化，CH 2O 是平面三角形结构，D 项不符合题意。
4．(2019·淄博高二检测)下列说法中正确的是( ) A ．PCl 3分子是三角锥形，这是因为磷原子是sp 2杂化的结果B ．sp 3杂化轨道是由任意的1个s 轨道和3个p 轨道混合形成的4个sp 3杂化轨道 C ．中心原子采取sp 3杂化的分子，其空间构型可能是四面体形或三角锥形或V 形 D ．AB 3型的分子空间构型必为平面三角形 【考点】 杂化轨道理论的应用 【题点】 杂化轨道理论的综合应用 答案 C解析 PCl 3分子中中心磷原子的价电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝3＋5－3×12＝4，因此PCl 3分子中磷原子为sp 3杂化，故选项A 错误；sp 3杂化轨道是原子最外电子层上的s 轨道和3个p 轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的4个轨道，故选项B 错误；一般中心原子采取sp 3杂化的分子所得到的空间构型为四面体形，如甲烷分子，但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据，则构型发生变化，如NH 3、PCl 3分子是三角锥形，H 2O 分子是V 形，故选项D 错误，C 项正确。
5．(2018·呼和浩特校级期末)下列说法正确的是( ) ①CS 2为V 形分子 ②ClO －3的空间构型为平面三角形③SF 6中有6对完全相同的成键电子对 ④SiF 4和SO 2－3的中心原子均采取sp 3杂化 A ．①②B．②③C．③④D．①④ 【考点】 分子空间构型的综合考查 【题点】 杂化轨道理论的综合应用 答案 C解析 ①CS 2和CO 2的分子构型相同，为直线形分子，错误；②ClO －3中Cl 的价电子对数＝3＋12×(7＋1－2×3)＝4，含有1对孤电子对，则ClO －3的空间构型为三角锥形，错误；③SF 6中含有6个S —F 键，每个S —F 键含有1对成键电子对，则SF 6分子中有6对完全相同的成键电子对，正确；④SiF 4中Si 的价电子对数＝4＋12×(4－1×4)＝4，SO 2－3中S 的价电子对数＝3＋12×(6＋2－2×3)＝4，则SiF 4和SO 2－3的中心原子均采取sp 3杂化，正确。
6．(2019·武汉月考)(1)利用VSEPR 模型推断分子或离子的空间构型。
PO 3－4：__________；CS 2：__________；BCl 3：_______________________。
(2)有两种活泼性反应中间体粒子(带电荷)，它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。
请依据下面给出的这两种粒子的球棍模型，写出相应的化学式并判断碳原子的杂化方式。
____________、____________。
____________、____________。
(3)BF 3和NF 3都是四原子分子，BF 3的中心原子是______________________________ (填元素符号，下同)，NF 3的中心原子是________；BF 3分子的空间构型是平面三角形而NF 3分子的空间构型是三角锥形，其原因是_______________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
答案 (1)正四面体形 直线形 平面三角形 (2)CH ＋3 sp 2杂化 CH －3 sp 3杂化 (3)B N BF 3分子中B 原子的3个价电子都与F 原子形成共价键，而NF 3分子中N 原子的3个价电子与F 原子形成共价键，还有一对未成键的孤电子对，占据了N 原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形结构解析 (1)PO 3－4属于AB 4型，成键电子对数是4，孤电子对数为0，呈正四面体形；CS 2属于AB 2型，成键电子对数是2，孤电子对数为0，呈直线形；BCl 3属于AB 3型，成键电子对数是3，孤电子对数为0，呈平面三角形。