(讲义)专题4 第1单元 第1课时 分子的空间结构模型——杂化轨道理论-【提分教练】2023-2024学年新教材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　分子的空间结构模型——杂化轨道理论 学习任务 1．了解杂化轨道理论的基本内容。 2．能运用相关的理论来解释或预测简单分子的空间结构。 3．了解碳原子的杂化轨道。 4．能运用杂化轨道理论来解释或预测简单分子的空间结构。 一、杂化轨道理论 1．杂化轨道理论的来由 为了解释CH4等分子的空间结构，美国化学家鲍林于1931年提出的。 2．杂化与杂化轨道 在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组能量相等、成分相同的新轨道，这种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。 3．杂化轨道理论的要点 (1)在形成分子时，某些不同类型、能量相近的原子轨道重新组合成一组新的轨道。 (2)杂化轨道是不同于原来的轨道的一组新的轨道，新的轨道能量相等、成分相同，且有一定的空间取向。 (3)杂化轨道与其他原子轨道形成σ键。 4．用杂化轨道理论解释3种典型分子的空间结构 (1)CH4分子的空间结构 ①杂化轨道的形成 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“混合”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。 　 基态原子轨道　　 　　　　激发态原子轨道 　　　 　　　　　　　　　　sp3杂化轨道的空间结构 4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体形，轨道之间的夹角为_109°28′。 ②共价键的形成与CH4分子的空间结构 碳原子的4个sp3杂化轨道分别与氢原子的1s轨道重叠，形成4个相同的σ键。 　 CH4分子的空间结构为正四面体，分子中C—H键之间的夹角为109°28′。 (2)BeCl2分子的空间结构 ①杂化轨道的形成 Be原子的2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和1个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。 2个sp杂化轨道在空间呈直线形，轨道夹角为_180°，2个未杂化的2p轨道与杂化轨道相互垂直。 ②BeCl2分子的空间结构 Be原子上的2个sp杂化轨道分别与2个Cl原子上的 3p轨道重叠，形成3个相同的σ键。 BeCl2分子的空间结构为直线形，分子中Be—Cl键之间的夹角为180°。 (3)BF3分子的空间结构 ①杂化轨道的形成 B原子的2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和2个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的3个sp2杂化轨道。 3个sp2杂化轨道在空间呈平面三角形，轨道夹角为120°，未杂化的2p轨道垂直于该平面。 ②BF3分子的空间结构 B原子上的3个sp2杂化轨道分别与3个F原子上的2p轨道重叠，形成3个相同的 σ键。 BF3分子的空间结构为平面三角形，分子中B—F键之间的夹角为120°。 　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)CH4分子的碳原子轨道采用sp3杂化，即1个2s轨道和2个2p轨道杂化。 (×) (2)CCl4分子的空间结构为正方形，分子中C—Cl键之间的夹角为90°。 (×) (3)键角：CH4> BeCl2> BF3。 (×) (4)采用sp3杂化的分子空间结构均为正四面体形。 (×) 二、几种碳原子的杂化轨道 1．乙烷分子的成键情况 C原子以sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道，分别与C原子和H原子键合。 乙烷分子中，含有6个C—H _σ_键(sp3­s)、1个C—C_σ_键(sp3­sp3)。 2．乙烯分子的空间结构 C原子以sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，分别与C原子和H原子键合。 2个碳原子上未杂化的2p轨道形成1个_π键。 乙烯分子中，含有4个C—H _σ键(sp2­s)、1个C—C_σ键(sp2­sp2)、1个π键(p­p)。 乙烯分子的空间结构为平面结构。 3．乙炔分子的空间结构 C原子以sp杂化，形成2个sp杂化轨道，分别与C原子和H原子键合。 2个碳原子上未杂化的2p轨道形成2个_π键。 乙炔分子中，含有2个C—H_σ键(sp2­s)、1个C—C_σ键(sp2­sp2)、2个π键(p­p)。 乙炔分子的空间结构为直线形。 　指出下列分子中划线原子的杂化轨道类型： [解析]　根据甲烷和乙烯中碳原子的杂化方式进行类比分析。 [答案]　sp3　sp2　sp2　sp2 杂化轨道的类型与分子空间结构的关系 2­甲基­2,4­己二烯和4­甲基­1­戊炔均为无色易挥发液体，有刺激和麻醉作用，人类吸入后会引起头痛、咳嗽、呼吸困难；大量吸入出现中枢神经系统抑制、精神错乱、神志丧失。常用于制造香料、染料及合成树脂。结构简式如下所示： 　 2­甲基­2,4­己二烯　　　4­甲基­1­戊炔 [问题1]　从原子轨道重叠角度分析，2­甲基­2,4­己二烯分子中有哪些共价键？ [提示]　σ键和π键。 [问题2]　2­甲基­2,4­