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第2章 分子结构与性质
2.2.2 杂化轨道理论
一．选择题（共10小题）
1．如图所示，在乙烯分子中有5个 键、1个 键，下列表述正确的是( )
A．C、H之间是 杂化轨道形成的键，C、C之间是未参加杂化的 轨道形成的 键
B．C、C之间是 杂化轨道形成的键，C、H之间是未参加杂化的 轨道形成的 键
C． 杂化轨道形成 键，未杂化的 轨道形成 键
D． 杂化轨道形成 键，未杂化的 轨道形成 键
【答案】C
【解析】
A. C、C之间除未参加杂化的2p轨道形成的 键外，还有 杂化轨道形成的 键，故A错误；
B. C、H之间 杂化轨道形成的 键，故B错误；
C. 杂化轨道形成 键，未杂化的2p轨道形成 键，故C正确；
D. 杂化轨道形成 键，未杂化的2p轨道形成 键，故D错误；
故选C。
2．以下有关杂化轨道的说法中正确的是( )
A．sp3 杂化轨道中轨道数为 4，且 4 个杂化轨道能量相同
B．杂化轨道既可能形成σ键，也可能形成π键
C．杂化轨道不能容纳孤电子对
D．sp2杂化轨道最多可形成 2 个σ键
【答案】A
【解析】A. 杂化前后轨道数目不变，杂化后轨道能量相同，因此sp3杂化轨道中轨道数为4，且4个杂化轨道能量相同，
故A正确；
B. 杂化轨道只能形成σ键，π键是未参与杂化的p轨道形成的，故B错误；
C. 杂化轨道可以容纳孤电子对，比如氨气，故C错误；
D. sp2杂化，轨道数目有3个，因此最多可形成3个σ键，故D错误。
故选A。
3．下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A．原子中能量相近的某些轨道，在成键时能重新组合成能量相等的新轨道
B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等
C．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理
D．杂化轨道可分为等性杂化轨道和不等性杂化轨道
【答案】B
【解析】
A.原子中能量相近的某些轨道，在成键时重新组合成能量相等的新轨道的过程称为杂化，所形成的新轨道称杂
化轨道，A项正确；
B.轨道数目杂化前后一定相等，B项错误；
C.杂化改变了原子轨道的形状和方向，杂化轨道的形状更利于原子轨道间最大程度地重叠，杂化轨道力图在空
间取最大夹角分布，使相互间的排斥最小，杂化轨道形成的键更稳定，C项正确；
D.杂化轨道可分为等性杂化轨道和不等性杂化轨道，如CH 中C为等性sp3杂化，HO中O为不等性sp3杂化，
4 2
D项正确；
故选B。
4．下列有关乙烯和苯分子中的化学键描述正确的是( )
A．苯分子中每个碳原子的 杂化轨道中的其中一个形成大 键
B．乙烯分子中 键是 杂化轨道形成的 键 键是未参加杂化的 轨道形成的 键
C．苯分子中碳碳键是 杂化轨道形成的 键， 键是未参加杂化的 轨道形成的 键
D．乙烯和苯分子中每个碳原子都以 杂化轨道形成 键，未杂化的 轨道形成 键
【答案】D
【解析】
A.苯分子中每个碳原子的未参加杂化的 轨道用来形成大 键，每个碳原子都以 杂化方式形成 键，选
项A错误；B.乙烯分子中 键是 形成的 键， 键包含未参加杂化的 轨道“肩并肩”形成的一个 键
和 杂化轨道形成的一个 键，选项B错误；
C.苯分子中 键是 形成的 键，碳碳键包含 杂化轨道形成的 键和未参加杂化的 轨道形成
的 键，选项C错误。
D.乙烯和苯分子中每个碳原子都以 杂化轨道形成 键，未杂化的 轨道形成 键，选项D正确；
答案选D。
5．下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是
A．sp杂化轨道的夹角最大 B．sp2杂化轨道的夹角最大
C．sp3杂化轨道的夹角最大 D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
【答案】A
【解析】
sp杂化的空间构型是直线型，夹角180º，sp3杂化的空间构型为正四面体，夹角是107 º28′，sp2杂
化的空间构型为平面形，夹角是120 º，因此sp杂化轨道的夹角最大，故A正确。
6．乙烯分子中含有4个C—H键和1个C=C键，6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正
确的是 ( )
①每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化，形成两个sp杂化轨道 ②每个C原子的2s轨道与2个2p轨道杂化，
形成3个sp2杂化轨道 ③每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化，形成4个sp3杂化轨道 ④每个C原子的3
个价电子占据3个杂化轨道，1个价电子占据1个2p轨道
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
【答案】B
【解析】
乙烯分子中每个C原子与1个C原子和2个H原子成键，必须形成3个σ键，6个原子在同一平面上，则键角
为120°，为sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，1个价电子占据1个2p轨道，2个C原子成键时形成1个π键，
②④正确，故选B。
故选B。
7．用Pauling的杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构，下列说法不正确的是（ ）
A．C原子的四个杂化轨道的能量一样
B．C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样
C．C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道
D．C原子有1个sp3杂化轨道由孤对电子占据【答案】D
【解析】
A.杂化前的轨道能量不同，形成杂化轨道后能量就完全一样，A项正确；
B.杂化轨道之间的夹角也是一样的，B项正确；
C.形成杂化轨道后，碳原子原来的4个价电子将分别占据4个杂化轨道，C项正确；
D.形成杂化轨道后，碳原子原来的4个价电子将分别占据4个杂化轨道，D项错误；
答案选D。
8．在 分子中，羰基与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为（ ）
A．sp2杂化；sp2杂化 B．sp3杂化；sp3杂化
C．sp2杂化；sp3杂化 D．sp杂化；sp3杂化
【答案】C
【解析】
在CHCOCH （丙酮）分子中，羰基碳原子含有3个σ键且不含孤电子对，所以采用sp2杂化，甲基碳原子含有
3 3
4个σ键且不含孤电子对，所以采用sp3杂化；正确选项C。
9．根据价层电子对互斥理论及原子轨道的杂化理论判断 分子的 模型名称和中心原子的杂化方式
为（ ）
A．直线形 杂化 B．四面体形 杂化
C．三角锥形 杂化 D．三角形 杂化
【答案】B
【解析】
根据公式计算中心原子的杂化方式：中心原子成键数+（中心原子的价电子数±电荷数-配原子价电子数×配原子
个数）/2 。
分子： ，采取 杂化， 模型为四面体型；答案选B。
10．下列分子中，各分子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是( )
A．NH 平面三角形 sp3杂化 B．CCl 正四面体 sp3杂化
3 4
C．HO V形 sp2杂化 D．CO2﹣ 三角锥形 sp3杂化
2 3
【答案】B
【解析】根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型及中心原子杂化方式，价层电子对数=配原子个数+孤电子对数。
A、NH 中心原子的价层电子对数=3+ （5-3×1）=4，N的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构
3
型为三角锥形，选项A错误；
B、CCl 中心原子的价层电子对数=4+ （4-4×1）=4，C的杂化方式为sp3，没有孤电子对，分子的立体构型为
4
正四面体，选项B正确；
C、HO中心原子的价层电子对数=2+ （6-2×1）=4，O的杂化方式为sp3，含有两对孤电子对，分子的立体构
2
型为V形，选项C错误；
D、CO2- 中心原子的价层电子对数=3+ （4+2-3×2）=3，C的杂化方式为sp2，没有孤电子对，分子的立体构
3
型为平面三角形，选项D错误；
答案选B。
二、填空题（共5题）
11．（1）BCl 中心原子的杂化方式为____。
3
（2）在S的氢化物(H S)分子中，S原子轨道的杂化类型是___。
2
（3）HO的分子构型为__，中心原子的杂化轨道类型为__。COCl 中心原子的杂化轨道类型为__。
2 2
（4）在硅酸盐中，Si 四面体[如图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构
型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形式为___。
【答案】sp2 sp3 V形(或角形) sp3 sp2 sp3
【解析】
(1)BCl 中价层电子对数为3+ =3；
3(2)在S的氢化物(H S)分子中，S原子价层电子对个数=2+ =4且含有2个孤电子对，根据价层电子对互
2
斥理论判断Y原子轨道的杂化类型；
(3)水分子中O原子价层电子对个数=2+ =4且含有2个孤电子对，再判断分子构型及杂化轨道类型；
COCl 中心原子C原子与O之间一个σ键，与Cl之间一个σ键，共形成3个σ键，无孤对电子；
2
(4)硅酸盐中的硅酸根(SiO4-)为正四面体结构，中心原子Si原子成4个σ键，无孤对电子。
4
(1)BCl 中价层电子对数为3+ =3，硼原子为sp2杂化；
3
(2)在S的氢化物(H S)分子中，S原子价层电子对个数=2+ =4且含有2个孤电子对，根据价层电子对互
2
斥理论判断S原子轨道的杂化类型为sp3；
(3)水分子中O原子形成2个σ键、含有2对孤电子对，杂化轨道数目为4，为sp3杂化，所以分子构型为V形；
COCl 中C原子成3个σ键、1个π键，没有孤电子对，C原子采取sp2杂化；
2
(4)硅酸盐中的硅酸根(SiO4-)为正四面体结构，所以中心原子Si原子采取了sp3杂化方式。
4
12．计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表
杂化轨道/电子对
价电子 成键电子 孤电子 中心原子杂化 轨道 分子空间
物质 空间构型 键角
对数 对数 对数 轨道类型 夹角 构型
CO
2
BF
3
CH
4
HO
2
NH
3
PCl
3
【答案】
中心原子 杂化轨道/电子对
价电子 成键电 孤电子 分子空
物质 杂化轨道 空间构型 轨道夹角 键角
对数 子对数 对数 间构型
类型CO 2 2 0 sp 直线形 180° 直线形 180°
2
平面三
BF 3 3 0 sp2 平面三角形 120° 120°
3 角形
正四面
CH 4 4 0 sp3 正四面体 109°28" 109°28"
4 体
HO 4 2 2 sp3 正四面体 <109°28" V型 104.5°
2
三角锥
NH 4 3 1 sp3 正四面体 <109°28" 107.3°
3 型
三角锥
PCl 4 3 1 sp3 正四面体 <109°28" 100.1°
3 型
【解析】
中心原子孤电子对数= （a-bx），价层电子对个数= 键个数+孤电子对个数；
二氧化碳成键电子对数为2，孤电子对数= （4-2 2）=0，则价层电子对数=2，中心原子杂化方式为sp，杂化
轨道电子对构型为直线形，轨道夹角为180°，分子空间构型为直线形，键角180°；
BF 成键电子对数为3，孤电子对数= （3-3 1）=0，则价层电子对数=3，中心原子杂化方式为sp2，杂化轨道
3
电子对构型为平面三角形，轨道夹角为120°，分子空间构型为平面三角形，键角120°；
CH 成键电子对数为4，孤电子对数= （4-4 1）=0，则价层电子对数=4，中心原子杂化方式为sp3，杂化轨道
4
电子对构型为正四面体，轨道夹角为109°28"，分子空间构型为正四面体，键角109°28"；
HO成键电子对数为2，孤电子对数= （6-2 1）=2，则价层电子对数=4，中心原子杂化方式为sp3，杂化轨
2
道电子对构型为四面体，轨道夹角小于109°28"，分子空间构型为四面体，键角小于104.5°；
NH 成键电子对数为3，孤电子对数= （5-3 1）=1，则价层电子对数=4，中心原子杂化方式为sp3，杂化轨道
3
电子对构型为四面体，轨道夹角小于109°28"，分子空间构型为四面体，键角小于107.3°；
PCl 成键电子对数为3，孤电子对数= （6-3 1）=1，则价层电子对数=4，中心原子杂化方式为sp3，杂化轨道
3电子对构型为四面体，轨道夹角小于109°28"，分子空间构型为四面体，键角小于100.1°；
13．(1)COCl 分子中所有原子均满足8电子构型，COCl 分子中σ键和π键的个数比为________，中心原子的杂
2 2
化方式为__________________。
(2)As O 的分子结构如图所示，其中As原子的杂化方式为______________。
4 6
(3)AlH-中，Al原子的轨道杂化方式为__________；列举与AlH-空间构型相同的一种离子和一种分子：
4 4
__________、__________(填化学式)。
(4)用价层电子对互斥理论推断SnBr 分子中，Sn原子的轨道杂化方式为____________，SnBr 分子中Br－Sn－
2 2
Br的键角________120°(填“＞”“＜”或“＝”)。
【答案】3∶1 sp2 sp3 sp3 NH + CH sp2 ＜
4 4
【解析】
（1）根据1个单键是1个δ键，1个双键中含有1个δ键，1个π键以及COCl 分子的结构式来解答；
2
（2）As O 的分子中As原子形成3个As-O键，含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4；
4 6
（3）AlH-中Al原子孤电子对数= =0，杂化轨道数目=4+0=4；互为等电子体的微粒空间构型相同，
4
与AlH-空间构型相同的离子，可以用C原子替换Al原子则不带电荷，可以用N原子与1个单位正电荷替换Al
4
原子。
（4）先判断价层电子对数目判断杂化类型，中心原子的孤电子对对成键电子对有排斥作用进而判断分子中Sn
－Br的键角。
【详解】
（1）COCl 分子中有1个C=O键和2个C-Cl键，所以COCl 分子中σ键的数目为3，π键的数目为1，个数比
2 2
3：1，中心原子C电子对数=3+ =3，故中心原子杂化方式为sp2，故答案为：3：1；sp2；
（2）As O 的分子中As原子形成3个As-O键，含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4，杂化类型为sp3杂化；
4 6
故答案为：sp3；
（3）AlH-中Al原子孤电子对数= =0，杂化轨道数目=4+0=4，Al原子杂化方式为：sp3，互为等电
4
子体的微粒空间构型相同，与AlH-空间构型相同的离子，可以用C原子替换Al原子则不带电荷：CH，可以
4 4
用N原子与1个单位正电荷替换Al原子：NH +，故答案为：sp3；NH +；CH；
4 4 4（4）SnBr 分子中Sn原子价层电子对个数=2+ ×（4-2×1）=3，所以Sn原子的轨道杂化方式为sp2杂化，且含
2
有一个孤电子对，所以该分子为V形分子，孤电子对对成键电子对有排斥作用，所以其键角小于120°，故答案
为：SP2杂化；＜。
14．铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝，广泛地应用于电气、机械制造、国防等领域．一项科学研究成
果表明，铜锰氧化物（CuMn O）能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛（HCHO）。
2 4
（1）Cu+基态的电子排布式可表示为____________。
（2）1mol甲醛(HCHO)中含有的σ键数目为______________。
（3）氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物，这两种化合物都可用于催化乙炔聚合，其阴离子均为无限长
链结构（如图），a位置上Cl原子的杂化轨道类型为______________。这两种不同化合物的化学式分别为
________________、_______________。
（4）金属铜单独与氨水或单独与过氧化氢都不能反应，但可与氨水和过氧化氢的混合溶液反应生成铜氨离子
Cu(NH )2+，①反应的离子方程式为_________；②[Cu(NH )]2+中存在的化学键类型有_______(填序号)。
3 4 3 4
A．配位键 B．离子键 C．极性共价键 D．非极性共价键
（5）金属铍与氯气也可以形成化合物，在气态二氯化铍中有单体BeCl 和二聚体(BeCl )；在晶体中变形成多聚
2 2 2
体(BeCl )n。试画出各种存在形式的结构式，并指出对应Be原子的杂化轨道类型。
2
结构式_________杂化轨道类型________
结构式_________杂化轨道类型________
结构式_________杂化轨道类型________
【答案】（1）[Ar]3d10（1分）；（2）3N （1分）；（3）sp3；KCuCl KCuCl （各1分）；
A 3 2 3
（4）（每空2分）①Cu+H O+4NH=[Cu(NH)]2++2OH-；②A、C；
2 2 3 3 4
（5）（每空1分）Cl-Be-Cl ； sp杂化； ；sp2杂化；
；sp3杂化。
【解析】试题分析：（1）Cu是29号元素， Cu+基态的电子排布式可表示为1s22s22p63s23p63d10，也可表示为[Ar]3d10；（2）甲醛结构简式是 ，在一个分子中含有3个σ键和1个π键，故1mol甲醛(HCHO)
中含有的σ键数目为σ键；（3）a位置上Cl原子成2个单键，含有2对孤对电子，杂化轨道数为4，因此原子
杂化方式是sp3杂化，一种化合物的化学式为KCuCl ，其中铜元素为+2价，故另一种化合物中铜为+1价，阴
3
离子构成与CuCl 一样，但CuCl 原子团的化合价为-2，其化学式为：KCuCl ；氨水、过氧化氢和铜单独不反
3 3 2 3
应，而同时混合能反应，说明两者能互相促进，是两种物质共同作用的结果：其中过氧化氢为氧化剂，将Cu
单质氧化为Cu2+，氨与Cu2+ 形成配离子，两者相互促进使反应进行，方程式可表示为：
Cu+H O+4NH=[Cu(NH)]2++2OH-；②[Cu(NH )]2+中存在的化学键类型有NH 中的极性共价键，NH 与Cu2+离
2 2 3 3 4 3 4 3 3
子之间的配位键，故选项是AC；（5）单体BeCl 结构式是Cl-Be-Cl，杂化轨道数是2，所以Be原子杂化类型
2
为sp杂化；二聚体(BeCl ) 结构式是 ，杂化轨道数是3，所以Be原子杂化类型是
2 2
sp2杂化；多聚体(BeCl )n结构式是 ，含有4个杂化轨道，因此原子的杂化类型是sp3杂化。
2
15．(1) X-射线衍射测定等发现，IAsF 中存在 离子。 离子的几何构型为_________，中心原子的杂化形式
3 6
为_________。
(2) CO 和CHOH分子中C原子的杂化形式分别为_________和__________。
2 3
(3)丙酮( )分子中碳原子轨道的杂化类型是___________。
【答案】V形 sp3 sp sp3 sp2、sp3
【解析】
(1)I 中I原子为中心原子，则其孤电子对数为1/2×(7－1－2)＝2，且其形成了2个σ键，中心原子采取sp3杂化，
空间构型为V形，故答案为：V形；sp3；
(2)CO 中C原子的价层电子对数为2，故为sp杂化，CHOH分子中C的价层电子对数为4，故为sp3杂化，故
2 3
答案为：sp；sp3；
(3)甲基上的碳原子形成4个σ键，故采用sp3杂化，羰基上的碳原子形成3个σ键，故采用sp2杂化，故答案为：
sp2、sp3
