第二章 第二节　第2课时　杂化轨道理论简介-【优化探究】2023-2024学年新教材高中化学选择性必修2同步导学案配套教参（人教版，单选）

第2课时　杂化轨道理论简介 [核心素养发展目标]　1.通过杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。2.通过杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法，建立分子空间结构分析的思维模型。 　杂化轨道理论及应用 授课提示：对应学生用书第40页 认真阅读教材，学会快速提取信息，提升化学学科阅读理解能力。 杂化轨道理论简介 1．用已学过的价键理论解释分子的空间结构时遇到的矛盾(以甲烷分子为例) 分子的空间结构：甲烷分子呈正四面体形，它的4个C—H 的键长相同，H—C—H的键角为109°28′。 价层原子轨道：碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形2s轨道。 矛盾：碳原子的3个相互垂直的2p轨道和1个球形2s轨道与4个氢原子的1s轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。 2．鲍林解决上述矛盾的思路 提出新的理论——杂化轨道理论，解释分子的空间结构。 3．用杂化轨道理论解释甲烷分子的空间结构 在形成CH4分子时，碳原子的 2s轨道和3个 2p轨道发生混杂，形成4个能量相等的 sp3杂化轨道。4个 sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以4个C—H是等同的。碳原子的sp3杂化可表示如图： 4．杂化轨道理论的要点 (1)原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新混杂形成杂化轨道。 (2)杂化前后原子轨道数目保持不变，且杂化轨道的能量相同、方向不同。 如CH4分子的中心碳原子的1个2s轨道和3个2p轨道(2s轨道的能量小于2p轨道)混杂形成4个能量相同的sp3(表示1个s轨道和3个p轨道)杂化轨道。 (3)杂化使原子的成键能力增加。 杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更牢固。 (4)杂化改变了原子轨道的形状、方向。 为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间采取最大夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同。如sp3杂化轨道中4个轨道形状完全相同，各指向四面体的 4个顶角，呈四面体形排列。 5．杂化轨道类型与分子空间结构的关系 (1)杂化轨道的类型 ①sp3杂化轨道——正四面体形： sp3杂化轨道是由 1个s轨道和 3个p轨道杂化而成的，sp3杂化轨道间的夹角为109°28′，空间结构为正四面体形。 ②sp2杂化轨道——平面三角形： sp2杂化轨道是由 1个s轨道和 2个p轨道杂化而成的，sp2杂化轨道间的夹角为120°，空间结构为平面三角形。 ③sp杂化轨道——直线形： sp杂化轨道是由 1个s轨道和 1个p轨道杂化而成的，sp杂化轨道间的夹角为180°，空间结构为直线形。 (2)杂化轨道类型与分子空间结构的关系 ①当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。 杂化类型 sp sp2 sp3 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 分子的空 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，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。 ABn型 分子 中心原子 杂化类型 中心原子孤电 子对数 空间结构 实例 AB2 sp2 1 V形 SO2 AB3 sp3 1 三角锥形 NH3、PCl3、 NF3、H3O＋ AB2(或 B2A) 2 V形 H2S、NH 思考并判断下列说法是否正确，加深对本任务中概念或原理的认识，消除对本任务内容的错误理解。 1．价层电子对互斥模型可预测分子的结构，用杂化轨道理论解释分子的结构。(√) 2．分子的空间结构决定杂化轨道的类型，杂化轨道的类型不能与分子的空间结构相矛盾。(√) 3．轨道混杂成杂化轨道时，轨道总能量守恒、轨道数目守恒，轨道形状和取向也不发生改变。(×) 4．杂化轨道的数目与中心原子的“价层电子对数”相同，杂化轨道类型与VSEPR模型相同。(√) 5．用杂化轨道理论解释分子的空间结构时除要考虑杂化轨道的类型外，还要考虑孤电子对的作用。(√) 授课提示：对应学生用书第42页 　探究分子空间结构与杂化轨道类型的关系 问题1　如图描述的是乙烯分子和乙炔分子中化学键情况。 (1)分析乙烯中C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？ (2)分析乙炔中C原子的杂化方式，根据乙烯、乙炔分析杂化轨道类型与分子空间结构有什么关系？ 提示：(1)乙烯中C原子的杂化