原子轨道杂化方式及杂化类型判断知识点

原子轨道杂化方式：杂化轨道理论是在价键理论的基础上提出，它实质上仍属于现代价键理论，但它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。
杂化轨道理论的要点：1、在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道，可以进行线性组合，重新分配能量和确定空间方向，组成数目相等的新的原子轨道，这种轨道重新组合的过程称为杂，杂化后形成的新轨道称为杂化轨道。2、杂化轨道的角度波函数在某个方向的值比杂化前的大得多，更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。3、杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。
杂化类型判断：通过成键电子对数与孤电子对数可判断中心原子杂化模型,成键电子对数：ABn中n的值；孤电子对数：（A价电子数-A成键电子数）/2。价电子对总数即两者之和,如价电子对总数为2时为sp杂化（直线形）,为3时为sp²杂化（平面三角形）,为4时为sp³杂化（四面体）,5——sp³d（三角双锥）,6——sp³d²（八面体）。

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已知PH₃与NH₃结构相似，回答下列问题：

①PH₃的电子式，结构式．

②几何构型为．

③中心原子采取杂化．

④PH₃分子中的化学键（填“有”或“无”）极性，其分子为（填“极性”或”非极性”）分子．

⑤PH₃与NH₃的热稳定性：更强．

用于合成氨的工业煤气中含有H₂S、C₂H₅SH（乙硫醇）、COS（羰基硫）、CS₂等含硫化合物，工业上无机硫常用氧化锌法处理，有机硫可用钴钼催化加氢处理．

H₂S+ZnO═ZnS+H₂O；

C₂H₅SH+ZnO═ZnS+C₂H₄+H₂O；

C₂H₅SH+H₂═C₂H₆+H₂S；

COS+H₂═CO+H₂S；

CS₂+4H₂═CH₄+2H₂S

（1）钴原子在基态时核外电子排布式为．
（2）下列有关分子结构的说法正确的是（填字母）．

A . C₂H₄分子中有5个σ键和1个π键 B . COS分子（结构如图1）中键能C=O＞C=S C . H₂S分子呈V形结构 D . CH₄、C₂H₆分子中碳原子均采用sp₃杂化
（3）下列有关说法不正确的是（填字母）．

A . H₂O、CO、COS均是极性分子 B . 相同压强下沸点：CS₂＞CO₂ C . 相同压强下沸点：C₂H₅SH＞C₂H₅OH D . 相同压强下沸点：CO＞N₂
（4） β﹣ZnS的晶胞结构如图2，晶胞中S₂数目为个．
（5）具有相似晶胞结构的ZnS和ZnO，ZnS熔点为1830℃，ZnO熔点为1975℃，后者较前者高是由于．
（6）钼的一种配合物化学式为：Na₃[Mo（CN）₈]•8H₂O，中心原子的配位数为．

图A所示的转化关系中（具体反应条件略），a、b、c和d分别为四种短周期元素的常见单质，其余均为它们的化合物，i的溶液为常见三大强酸，a的一种同素异形体的晶胞如图B（正四面体立体网状结构）所示．

回答下列问题：

（1）图B对应的物质名称是，
（2） d中元素的原子核外电子排布式为．
（3）图A中由二种元素组成的物质中，沸点最高的是，原因是，该物质的分子构型为．
（4）图A中的双原子分子中，极性最大的分子是．
（5） k的分子式为，中心原子的杂化轨道类型为，属于分子（填“极性”或“非极性”）．

决定物质性质的重要因素是物质的结构。请回答下列问题。

（1）已知X和Y为第三周期元素,其原子的第一至第四电离能如下表所示：
电离能/(kJ/mol )
I₁
I₂
I₃
I₄
X
578
1817
2745
11578
Y
738
1451
7733
10540
X通常显价，X 的电负性Y 的电负性 (填“>”“ =”或“<”)。
（2）紫外光的光子所具有的能量约为399 kJ/mol。根据下表有关蛋白质分子中重要化学键的信息，说明人体长时间照射紫外光后皮肤易受伤害的原因：。
共价键
C-C键
C-N键
C-S键
键能/(kJ/mol)
347
305
259
组成蛋白质的最简单的氨基酸中的碳原子的杂化类型是。
（3）实验证明:KCl、MgO、CaO、TiN 这四种晶体的结构与NaCl 晶体结构相似(如图),其中3种离子晶体的晶格能数据如下表:
离子晶体
NaCl
KCl
CaO
晶格能/(kJ.mol^-1 )
786
715
3401
则这四种离子晶体的熔点从高到低的顺序是。其中MgO晶体中一个Mg²⁺周围和它最邻近且等距离的Mg²⁺有个。
（4）金属阳离子含未成对电子越多，则磁性越大，磁记录性能越好。离子型化合物V₂O₅和CrO₂ 中，适合作录音带磁粉原料的是。

下列描述中正确的是（）

A . CS₂为V形的极性分子 B . ClO₃^-的空间构型为平面三角形 C . SF₆中所有原子均满足8电子稳定结构 D . SiF₄和SO₃^2-的中心原子均为sp³杂化

Fe、Co、Ni均为第Ⅷ族元素，它们的化合物在生产生活中有着广泛的成用。

（1）基态Co³⁺原子的价电子排布式为，Co³⁺核外3d能级上有对成对电子。
（2） Co³⁺的一种配离子[Co(N₃(NH₃)₅]²⁺产中，Co³⁺的配位数是，离子中所含δ键的数目为，配位体N³⁺中心原子杂化类型为。
（3） Co²⁺在水溶液中以[Co(H₂0)₆]²⁺存在。向含Co²⁺的溶液中加入过量水可生成更稳定的[Co(NH₃)₆]²⁺ ，其原因是。
（4）某蓝色晶体中，Fe²⁺、Fe³⁺分别占据立方体互不相邻的顶点，而立方体的每条棱上均有一个CN^- ， K⁺位于立方体的某恰当位置上。据此可知该晶体的化学式为，立方体中Fe²⁺间连接起来形成的空间构型是。
（5） NiO的晶体结构如图中所示，其中离子坐标参数A为(0，0，0)，B为(1，1，0)，则C离子坐标参数为。
（6）一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为O^2-作密置单层排列，Ni²⁺产填充其中（如图乙），已知O^2-的半径为apm，每平方米面积上分散的该晶体的质量为g(用含a、N_A的代数式表示)。

Fe、Co、Ni均为第Ⅷ族元素，它们的化合物在生产、生活中有着广泛的应用。

（1）基态Fe原子中，电子填充的能量最高的能级符号为。
（2）在空气中FeO稳定性小于Fe₂O₃ ，从电子排布的角度分析，其主要原因是。
（3）铁氰化钾(K₃[Fe(CN)₆])溶液是检验Fe²⁺常用的试剂。1mol[Fe(CN)₆]^3-含σ键的数目为。
（4） Co³⁺的一种配离子[Co(N₃)(NH₃)₅]²⁺中，Co³⁺的配位数是。配体N $\text{[math]}$ 中心原子的杂化类型为。CoO的熔点是1935℃，CoS的熔点是1135℃，试分析CoO的熔点较高的原因。
（5） NiO的晶胞结构如图所示，其中原子坐标参数A为(0，0，0) ，B为(1，1，0)，则C原子坐标参数为。

氟代硼酸钾（KBe₂BO₃F₂）是激光器的核心材料，我国化学家在此领域的研究走在了世界的最前列。回答下列问题：

（1）氟代硼酸钾中非金属元素原子的电负性大小顺序是。基态K⁺的电子排布式为。
（2） NaBH₄是有机合成中常用的还原剂，其中的阴离子空间构型是，中心原子的杂化方式为。NaBH₄中存在（填标号）。
a.离子键 b.氢键 c.σ键 d.π键
（3） BeCl₂中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的BeCl₂的结构式为，其中Be的配位数为。
（4）第三周期元素氟化物的熔点如下表：

化合物

NaF

MgF₂

AlF₃

SiF₄

PF₅

SF₆

熔点/℃

993

1261

1291

-90

-83

-50.5

解释表中氟化物熔点变化的原因：。
（5） CaF₂的一种晶胞如图所示。Ca²⁺占据F^-形成的空隙，若r(F^-)=xpm，r(Ca²⁺)=ypm，设阿伏加德罗常数的值为N_A ，则CaF₂的密度ρ=__g·cm^-3（列出计算表达式）。

下列说法正确的是( )

A . 水很稳定是因为水中含有大量的氢键 B . AB_n型分子中，若中心原子没有孤电子对，则AB_n为空间对称结构，属于非极性分子 C . H₂O、NH₃、CH₄分子中的O、N、C分别形成2个、3个、4个键，故O、N、C分别采取sp、sp²、sp³杂化 D . 配合物[Cu(H₂O)₄]SO₄中，中心离子是Cu²^＋，配体是SO₄^2- ，配位数是1

海洋是元素的摇篮，海水中含有的大量元素在生产、生活、科学研究等多方面具有重要作用。回答下列问题。

（1）写出基态溴原子的价电子排布式，氟、氯、溴、氧四种元素中，电负性由大到小的顺序为(填元素符号) 。
（2） Mg、Al的氟化物晶格能分别是2957 kJ•mol^-1、5492 kJ•mol^-1 ，二者相差很大的原因是。
（3） X射线衍射测定等发现，I₃AsF₆ 中存在I $\text{[math]}$ 离子。I $\text{[math]}$ 离子的几何构型为，中心原子的杂化类型为。
（4） C原子可以形成多种有机物，如图所示是一种吡啶和一种嘌呤的结构，两种分子中所有原子都在一个平面上。

①1mol吡啶分子中含有σ键数目是N_A_。

②嘌呤中轨道之间的夹角∠1比∠2大，解释原因。

③分子中的大π键可以用符号 $\text{[math]}$ 表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为 $\text{[math]}$ )。该吡啶和嘌呤中都含有大π键，则该吡啶中的大π键表示为。
（5） CaF₂可用于冶金、化工和建材等很多行业，为立方晶胞，结构如下图所示：

①“ 原子坐标参数”可表示晶胞内部各原子的相对位置，已知A、B两点的原子坐标参数如图所示，则C点的“原子坐标参数”为(，， $\text{[math]}$ )

②已知晶胞参数为0.5462 nm，阿伏加德罗常数的值为N_A ，则其密度为g•cm^-3 (列出计算式即可) 。

铁及其化合物在生产生活及科学研究方面应用非常广泛。

（1）基态Fe原子的价层电子的电子排布图为；其最外层电子的电子云形状为。
（2） (NH₄)₂Fe(SO₄)₂•6H₂O俗称摩尔盐
① $\text{[math]}$ 电子式为。

②N、O两元素的第一电离能由大到小的顺序为(用元素符号表示)。

③ $\text{[math]}$ 中S原子的杂化方式为，VSEPR模型名称为。
（3） K₃[Fe(CN)₆]晶体中中心原子的配位数为，晶体的配位体为 (用化学符号表示)。

下列说法错误的是（）

A . M能层中的原子轨道数目为9 B . 各原子轨道的伸展方向种数按p、d、f的顺序分别为3、5、7 C . sp²杂化表示s轨道的1个电子和p轨道的2个电子进行杂化 D . 氢原子光谱为线状光谱

[选修3：物质结构与性质]

KH₂PO₄晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH₂PO₄晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。回答下列问题：

（1）在KH₂PO₄的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是(填离子符号)。
（2）原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+ $\text{[math]}$ 表示，与之相反的用- $\text{[math]}$ 表示，称为电子的自旋磁量子数.对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为。
（3）已知有关氨、磷的单键和三键的键能(kJ•mol^-1)如表：

N—N

N≡N

P—P

P≡P

193

946

197

489

从能量角度看，氮以N₂、而白磷以P₄(结构式可表示为 )形式存在的原因是。
（4）已知KH₂PO₂是次磷酸的正盐，H₃PO₂的结构式为，其中P采取杂化方式。
（5）与PO $\text{[math]}$ 电子总数相同的等电子体的分子式为。
（6）磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸，如：
如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸，则相应的酸根可写为。
（7）分别用○、●表示H₂PO $\text{[math]}$ 和K⁺ ， KH₂PO₄晶体的四方晶胞如图(a)所示，图(b)、图(c)分别显示的是H₂PO $\text{[math]}$ 、K⁺在晶胞xz面、yz面上的位置：

①若晶胞底边的边长均为apm、高为cpm，阿伏加德罗常数的值为N_A ，晶体的密度__g•cm^-3(写出表达式)。

②晶胞在x轴方向的投影图为__(填标号)。

某些醇和羧酸发生酯化反应过程如图，下列说法正确的是（）

A . 该反应历程中，羧基碳原子存在sp²、sp³杂化方式的转化 B . 用同位素标记的C₂H₅¹⁸OH与CH₃COOH反应，¹⁸O同时出现在酯和水中 C . 酯化反应中加入浓硫酸，能够改变反应历程，但不能提高反应物转化率 D . 选择合适的催化剂，可以使反应物实现100%转化

青蒿素是一种无色针状晶体，具有较好的抗疟疾效果，其分子结构如图所示。有关青蒿素的说法中错误的是（）

A . 该分子中元素电负性最大的是O元素 B . 该分子中碳原子为sp²、sp³杂化 C . 一个青蒿素分子中含有7个手性碳原子 D . 该有机物的同分异构体中无芳香族化合物

2021年7月4日，“神舟十二号”航夭员圆满完成出舱任务。“神舟十二号”制作材料中包含了 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 等多种元素。回答下列问题：

（1） $\text{[math]}$ 元素基态原子的外围电子排布式为， $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 三种元素的第一电离能由大到小的顺序为。
（2） $\text{[math]}$ 位于元素周期表的(填“ $\text{[math]}$ ”、“ $\text{[math]}$ ”、“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”)区， $\text{[math]}$ 催化烯烃硝化反应过程中会产生 $\text{[math]}$ 。键角： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ (填“＜”或“＞”)，判断依据是。
（3）含有两个或两个以上配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物称为螯合物。 $\text{[math]}$ 的一种螯合物结构如图1所示， $\text{[math]}$ 该配合物中通过鳌合作用形成的配位键有个，该螯合物中 $\text{[math]}$ 的杂化方式为。
（4） $\text{[math]}$ 晶体属四方晶系，晶胞结构如图2所示，晶胞棱边夹角均为90°。以晶胞棱边为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子的分数坐标，如 $\text{[math]}$ 点原子的分数坐标为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 点原子的分数坐标为 $\text{[math]}$ 。已知 $\text{[math]}$ 键长为 $\text{[math]}$ ，则 $\text{[math]}$ 点原子的分数坐标为；设 $\text{[math]}$ 为阿伏加德罗常数的值， $\text{[math]}$ 的密度为 $\text{[math]}$ (列计算式)。

制取H₂O₂的反应为Na₂O₂+H₂SO₄+10H₂O=Na₂SO₄·10H₂O+H₂O₂ ，下列说法不正确的是（）

A . 钠离子的结构示意图：

B . H₂O₂的电子式：

C . $\text{[math]}$ 的空间结构为正四面体型 D . 基态O原子的轨道表示式：

金属元素Cu、Mn、Co、Ni等在电池、储氢材料、催化剂等方面都有广泛应用。请回答下列问题：

（1）基态Cu原子中，核外电子占据最高能层的符号是。
（2）原子核外运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用 $\text{[math]}$ 表示，与之相反的用 $\text{[math]}$ 表示， $\text{[math]}$ 即称为电子的自旋磁量子数。对于基态Ni原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为。
（3）铜锰氧化物( $\text{[math]}$ )能在常温下催化氧化甲醛(结构如图)生成甲酸。
① $\text{[math]}$ (填“>”、“=”或“＜”)120°；从原子轨道重叠方式分类，分子中 $\text{[math]}$ 键的类型是。
②气态时，测得甲酸的相对分子质量大于46，其原因可能是。
（4） $\text{[math]}$ 是有机催化剂，其溶液为天蓝色。
①使溶液呈现天蓝色的四水合铜离子，其空间构型为平面正方形，则 $\text{[math]}$ 的杂化轨道类型为(填标号)。
A． $\text{[math]}$ B．sp C． $\text{[math]}$ D． $\text{[math]}$
② $\text{[math]}$ 的空间构型为；分子中的大π键可用符号 $\text{[math]}$ 表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为 $\text{[math]}$ )，则 $\text{[math]}$ 中的大π键应表示为。
（5） Co晶体堆积方式为六方最密堆积，其晶胞结构如图所示，已知Co的原子半径为r，该晶胞的空间利用率为(晶胞上占有的原子的体积与晶胞体积之比为晶胞的空间利用率，用含π的代数式表示)。

【化学—选修3：物质结构与性质】

2008年北京奥运会的“水立方”，在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”，实现了奥运场馆的再利用，其美丽的透光气囊材料由乙烯（CH₂=CH₂）与四氟乙烯（CF₂=CF₂）的共聚物（ETFE）制成。回答下列问题：

（1）基态F原子的价电子排布图（轨道表示式）为。
（2）图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能Ⅰ变化趋势（纵坐标的标度不同）。第一电离能的变化图是（填标号），判断的根据是；第三电离能的变化图是（填标号）。
（3）固态氟化氢中存在(HF)_a形式，画出(HF)₃的链状结构。
（4） CH₂=CH₂和ETEFE分子中C的杂化轨道类型分别为和；聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯，从化学健的角度解释原因。
（5）萤石（CaF₂）是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X代表的离子是；若该立方晶胞参数为apm，正负离子的核间距最小为pm。

氮族、氧族元素及其化合物种类繁多，有许多用途，部分物质的熔沸点如下表所示：

	H₂O	H₂S	S₈	SO₂	SO₃	H₂SO₄	N₂H₄
熔点/℃。	0	-85.5	115.2	-75.5	16.8	10.3	1.4
沸点/℃	100	-60.3	444.6	-10.0	45.0	337.0	113.5

（1） H₂O、N₂H₄的熔沸点要比H₂S的熔沸点高很多，主要原因为。
（2）根据价层电子对互斥理论，H₂S、SO₂、SO₃的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是。
（3）如图为S₈的结构，S原子的杂化轨道类型是。
（4）键角：H₂O(填“大于”或“小于”)H₂S，原因为。
（5） N₂H₄是火箭发射常用的燃料，N₂H₄的电子式为，它属于(填“极性”或“非极性”)分子。
（6）已知含氧酸的酸性与结构中非羟基氧的数目有关，强酸一般有两个非羟基氧(如硫酸：)，中强酸一般有一个非羟基氧(如磷酸：)。已知亚磷酸(H₃PO₃)是一种二元中强酸。请写出亚磷酸的结构式。

电离能/(kJ/mol )	I₁	I₂	I₃	I₄
X	578	1817	2745	11578
Y	738	1451	7733	10540

化合物	NaF	MgF₂	AlF₃	SiF₄	PF₅	SF₆
熔点/℃	993	1261	1291	-90	-83	-50.5

共价键	C-C键	C-N键	C-S键
键能/(kJ/mol)	347	305	259

离子晶体	NaCl	KCl	CaO
晶格能/(kJ.mol^-1 )	786	715	3401

N—N	N≡N	P—P	P≡P
193	946	197	489

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