2.2 第2课时 杂化轨道理论（Word教参）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中化学选择性必修2（人教版2019 河北山东湖南海南专用）

第2课时　杂化轨道理论 (一)杂化轨道理论简介 解释甲烷分子的形成 在形成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sp3杂化轨道。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，所以4个C—H键是等同的 [微点拨] ①杂化前后原子的轨道总数没变，但改变了原子轨道的形状和方向，杂化后的轨道能更大程度地发生重叠，使原子的成键能力增强。 ②sp、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。 形成及其特点 杂化轨道 类型及其 空间结构 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′，空间结构为正四面体形(如图所示) sp2杂化轨道 sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120°，呈平面三角形(如图所示) sp杂化轨道 sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角是180°，呈直线形(如图所示) (二)VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 中心原子的杂化轨道类型 VSEPR模型 典型例子 空间结构 [微思考] NCl3分子的空间结构为三角锥形，则氮原子的杂化方式是什么？C2H4分子中的键角都约是120°，则碳原子的杂化方式是什么？ 提示：sp3　sp2 sp CO2 直线形 sp2 SO2 V形 sp3 H2O V形 sp2 SO3 平面三角形 sp3 NH3 三角锥形 sp3 CH4 正四面体形 [新知探究] 分子中中心原子杂化类型的判断 [分析与推测能力] [情境质疑] 在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的杂化。如图是描述甲烷、乙烯和乙炔分子中化学键的情况。 　 1．分析图1甲烷分子中碳原子的杂化类型，原子轨道杂化后，四条共价键的键能与键长相等吗？ 提示：甲烷分子中碳原子的杂化方式是sp3杂化，原子轨道杂化后，四条C—H共价键的键能与键长都相等，因此甲烷是正四面体形结构。 2．分析乙烯和乙炔分子中碳原子的杂化方式，总结原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？ 提示：乙烯分子中碳原子杂化方式是sp2杂化；乙炔分子中碳原子的杂化方式是sp杂化；杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同，杂化后形成的一组杂化轨道能量相同。 3．2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道？ 提示：不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与3p不在同一能层，能量相差较大。 4．NH3、CH4两分子中，N、C原子都采用sp3杂化，为什么NH3分子空间结构是三角锥形、CH4分子空间结构是正四面体形？ 提示：形成的4个sp3杂化轨道中，NH3分子中只有三个轨道与H原子的1s轨道成键。另1个轨道中有一对未成键的孤电子对，孤电子对-成键电子对有较强的排斥作用，使三个N—H键角变小，成为三角锥形。而CH4分子中4个杂化轨道都分别与4个H原子形成共价键，轨道夹角＝共价键键角＝109°28′，为正四面体形。 [生成认知] 1．原子轨道的杂化过程 2．杂化类型与分子的空间结构 (1)当杂化轨道全部用于形成σ键时 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道组成 一个ns轨道和一个np轨道 一个ns轨道和两个np轨道 一个ns轨道和三个np轨道 轨道夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道 示意图 实例 BeCl2 BF3 CH4 分子结构示意图 空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形 (2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时 由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的空间结构与杂化轨道的形状有所区别。在杂化轨道的基础上，略去孤电子对，即为分子的空间结构。 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 分子空间结构的思路： 价层电子对VSEPR模型杂化轨道空间结构。 (2)根据VSEPR模型判断 VSEPR模型名称 四面体形 平面三角形 直线形 杂化类型 sp3 sp2 sp (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。 [跟踪训练] 1．下列分子中中心原子的杂化方式和分子的空间结构均正确的是(　 ) A．C2H2：sp2、四面体形 B．HClO：s