专题4 第一单元 第1课时 杂化轨道理论与分子的空间结构(Word教参)-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中化学选择性必修2（苏教版2019）

第一单元|分子的空间结构 第1课时　杂化轨道理论与分子的空间结构 (一) 杂化轨道理论与分子的空间结构 sp3杂化(以CH4为例) 碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混杂”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。4个sp3杂化轨道间的夹角为109°28′。CH4分子为正四面体结构。 [微提醒] 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，使原子的成键能力增强。 正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、NH等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英(SiO2)晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的 sp2杂化(以BF3为例) B原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。1个2s轨道和2个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的3个sp2杂化轨道。3个sp2杂化轨道间的夹角为120°，这3个sp2杂化轨道分别与F原子的2p轨道形成σ键，因此BF3分子具有平面三角形结构。 sp杂化(以BeCl2为例) Be原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道，1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。2个sp杂化轨道间的夹角为180°，这2个sp杂化轨道分别与Cl原子的3p轨道形成σ键，因此BeCl2为直线形分子。 (二)用杂化轨道理论分析分子的成键情况 分子 C2H6 C2H4 C2H2 [微点拨] 杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，不能形成π键；未参与杂化的p轨道可用于形成π键。所以在计算杂化轨道数时，将孤电子对与σ键电子对数相加即为杂化轨道数。 C的 杂化方式 sp3杂化 sp2杂化 sp杂化 成键情况 ①每个C原子的3个sp3轨道与3个H原子的1s轨道重叠形成3个C—H σ键； ②2个C原子各以1个sp3轨道发生重叠形成1个C—C σ键 ①每个C原子的2个sp2轨道与2个H原子的1s轨道重叠形成2个C—H σ键； ②2个C原子各以1个sp2轨道发生重叠形成1个C—C σ键，各以1个未杂化的2p轨道发生重叠，形成1个π键 ①每个C原子的1个sp轨道与1个H原子的1s轨道重叠形成1个C—H σ键； ②2个C原子各以1个sp轨道发生重叠形成1个C—C σ键，各以2个未杂化的2p轨道发生重叠，形成2个π键 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [新知探究(一)] 分子的杂化轨道的分析 [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。双原子分子中，不存在杂化过程。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下： 1．观察上述杂化过程，分析原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？ 提示：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。 2．2s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。 3．用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构？ 提示：NH3分子中N原子的价电子排布式为2s22p3。1个2s轨道和3个2p经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另1个杂化轨道中是成对电子，不与H原子形成共价键，sp3杂化轨道为正四面体，但由于孤电子对的排斥作用，使3个N—H的键角变小，成为三角锥形的空间结构。H2O分子中O原子的价电子排布式为2s22p4。1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另2个杂化轨道是成对电子，不与H原子形成共价键，sp3杂化轨道为正四面体，但由于2对孤电子对的排斥作用，使2个O—H的键角变得更小，成为V形的空间结构。 [生成认知] 1．杂化轨道理论形成 2．杂化轨道的理解 (1)杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相同，但能量不同。 (2)杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。 (3)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。 (4)未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。 [跟踪训练] 1．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 解析：选D　np轨道有三个：npx、npy、npz，当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：①sp杂化：即一个s轨道和一个p轨道的杂化。②sp2杂化：即一个s轨道和两个p轨道