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第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
第2课时 杂化轨道理论简介
学习目标 核心素养
1.了解杂化轨道理论的基本内容。
2.能够运用杂化轨道理论判断和解释简单分子或离子的立体构型。 1.宏观辨识与微观探析:通过认识分子结构以及杂化轨道理论,探析杂化轨道类型与分子立体结构的关系。
2.证据推理与模型认知:结合杂化轨道理论与分子的立体构型,能正确判断VSEPR模型与杂化类型的关系。
第2课时 杂化轨道理论简介
[对应学生用书第31页]
一、杂化轨道理论
1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
当碳原子与4个氢原子形成CH4分子时,碳原子的 2s 轨道和3个 2p 轨道会发生混杂,得到4个新的能量相同、方向不同的轨道,各指向正四面体的4个顶角,夹角109°28',称为 sp3 杂化轨道,碳原子以4个 sp3 杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—H σ 键,呈现 正四面体 形的空间结构。
2s
2p
sp3
sp3
σ
正四面体
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2.杂化轨道的形成及其特点
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3.杂化轨道类型及其空间结构
(1)sp3杂化轨道
sp3杂化轨道是由 1 个s轨道和 3 个p轨道杂化形成的。sp3杂化轨道间的夹角是 109°28' ,立体构型为 正四面体 形。
其杂化过程如图所示:
1
3
109°28'
正四面体
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(2)sp杂化
sp杂化轨道由 1 个s轨道和 1 个p轨道杂化而得,sp杂化轨道间的夹角是 180° ,呈 直线 形,其杂化过程如图所示:
1
1
180°
直线
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(3)sp2杂化
sp2杂化轨道由 1 个s轨道和 2 个p轨道杂化而得。sp2杂化轨道间的夹角是 120° ,呈 平面三角形 ,其杂化过程如图所示:
1
2
120°
平面三角形
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s轨道和p轨道杂化的类型不可能有 ( )
A.sp杂化 B.sp2杂化
C.sp3杂化 D.sp4杂化
答案 D
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[对应学生用书第32页]
要点 杂化类型及分子空间结构的判断
1.杂化轨道只用于形成σ键吗?
提示 杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。
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2.杂化轨道间的夹角与分子内的键角一定相同吗?
提示 不一定。中心原子杂化轨道不一定全部成键,杂化类型相同时孤电子对越多,键角越小。如NH3中的氮原子与CH4中的碳原子均为sp3杂化,但键角分别为107°和109°28'。
3.任意不同的轨道都可以杂化吗?
提示 原子轨道只有在形成分子的过程中才能杂化,孤立的原子不会发生杂化;另外,不是任意的不同轨道都能杂化,只有能量相近的轨道才能杂化。
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1.原子轨道的杂化过程
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2.杂化类型与分子构型
杂化类型 杂化轨道结构 杂化轨道数 杂化轨道空间结构 成键电子
对数 孤电子
对数 分子空间
结构 实例
sp 2 直线形 2 0 直线形 CO2、
BeCl2
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续表
杂化类型 杂化轨道结构 杂化轨道数 杂化轨道空间结构 成键电子
对数 孤电子
对数 分子空间
结构 实例
sp2 3 平面三
角形 3 0 平面
三角形 BF3
2 1 V形 SO2、
PbCl2
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杂化类型 杂化轨道结构 杂化轨道数 杂化轨道空间结构 成键电子
对数 孤电子
对数 分子空间
结构 实例
sp3 4 正四
面体形 4 0 正四
面体形 CH4
3 1 三角
锥形 NH3、
NF3
2 2 V形 H2O
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3.中心原子轨道杂化类型的判断
(1)利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断:
价层电子对VSEPR模型杂化轨道构型。
(2)根据VSEPR模型判断:
VSEPR模型 四面体形 三角形 直线形
杂化类型 sp3 sp2 sp
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(3)有机物中碳原子杂化类型的判断:饱和碳原子采取sp3杂化,连接双键的碳原子采取sp2杂化,连接三键的碳原子采取sp杂化。
第2课时 杂化轨道理论简介
①sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
②双原子分子中(如HCl),不存在杂化过程。
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[例] (2022·潍坊高二检测)下列