Question

根据杂化理论回答下列问题：

分子	CH4	H2O	NH3	CO2	C2H4
键角	109.5°	104.5°	107.3°	180°	120°

(1)上表中各种物质中心原子是否以杂化轨道成键？以何种类型杂化轨道成键？

(2）NH₃和H₂O的键角为什么比CH₄小？CO₂键角为何是180°?乙烯的键角又为何为120°?

 

Answer 1

【答案】

(1)表中所给物质中心原子都是以杂化轨道与其他原子成键的。

分子	CH4	H2O	NH3	CO2	C2H4
杂化类型	sp3	sp3	sp3	sp1	sp2

(2)NH₃和H₂O分子中N和O原子都是采取sp³杂化，但有的杂化轨道中由原子本身的孤对电子占据着，电子云密度大，对其他成键的电子的杂化轨道有排斥作用，所以NH₃和H₂O的键角被压缩而小于109.5°。CO₂分子中C原子是以sp¹杂化的，形成两条sp－pδ键，分子为直线形，所以CO₂键角为180°。在C₂H₄分子中，两个C原子都采取sp²杂化，两原子各以一个sp²杂化轨道上的电子相互配对形成一个δ键；每个C原子的另外两个sp²杂化轨道上的电子分别与两个氢原子的1s轨道的电子配对形成共价键；每个碳原子剩下的一个未参与杂化的2p轨道能够以“肩并肩”的方式重叠，该轨道上的电子配对形成一个π键，所以C₂H₄分子中CH键键角为120°。

【解析】

试题分析：（1）甲烷是正四面体型结构、水是V形结构、氨气是三角锥形结构，所以中心原子都是sp3杂化；CO₂是直线型结构，中心原子碳原子是sp杂化；乙烯是平面型结构，中心原子碳原子是sp2杂化。

（2）NH₃和H₂O分子中N和O原子都是采取sp³杂化，但有的杂化轨道中由原子本身的孤对电子占据着，电子云密度大，对其他成键的电子的杂化轨道有排斥作用，所以NH₃和H₂O的键角被压缩而小于109.5°。CO₂分子中C原子是以sp¹杂化的，形成两条sp－pδ键，分子为直线形，所以CO₂键角为180°。在C₂H₄分子中，两个C原子都采取sp²杂化，两原子各以一个sp²杂化轨道上的电子相互配对形成一个δ键；每个C原子的另外两个sp²杂化轨道上的电子分别与两个氢原子的1s轨道的电子配对形成共价键；每个碳原子剩下的一个未参与杂化的2p轨道能够以“肩并肩”的方式重叠，该轨道上的电子配对形成一个π键，所以C₂H₄分子中CH键键角为120°。

考点：考查分子空间构型以及杂化轨道类型的有关判断

点评：该题是高考中的常见考点和题型，属于中等难度试题的考查。试题综合性强，在注重对学生基础知识巩固和训练的同时，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力，有利于培养学生的逻辑思维能力和发散思维能力。该题的关键是明确杂化轨道类型的判断依据，并能结合物质的空间构型灵活运用即可。