2.2.2　杂化轨道理论简介 讲义 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

杂化轨道理论简介 学习目标　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。 一、杂化轨道理论简介 (一)知识梳理 1.杂化轨道理论及应用 (1)杂化轨道理论是一种　　　　　　　理论,是　　　　为了解释分子的空间结构提出的。  (2)用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成。 在形成CH4分子时,碳原子的　　　　轨道和3个　　　　轨道发生混杂,形成4个能量相等的　　　　杂化轨道。4个　　　　杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—H 　　　　键,4个C—H是等同的,因此CH4呈正四面体形结构。  (3)概念:在外界条件影响下,原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道,叫做杂化原子轨道,简称杂化轨道。 2.杂化轨道的形成及其特点 3.杂化轨道三种基本类型 (1)sp3杂化轨道——正四面体形 sp3杂化轨道是由　　　　　　个ns轨道和　　　　　　个np轨道杂化而成,每个sp3杂化轨道都含有p的成分,sp3杂化轨道间的夹角为　　　　　　,空间结构为正四面体形。如图所示。  (2)sp2杂化轨道——平面三角形 sp2杂化轨道是由　　　　　　个ns轨道和　　　　　　个np轨道杂化而成的,每个sp2杂化轨道含有s和p的成分,sp2杂化轨道间的夹角都是120°,呈平面三角形,如图所示。  (3)sp杂化——直线形 sp杂化轨道是由　　　　个ns轨道和　　　　个np轨道杂化而成的,每个sp杂化轨道含有s和p的成分,sp杂化轨道间的夹角为　　　　　　,呈直线形,如图所示。  微点拨:sp、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。 4.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 杂化轨道类型 VSEPR模型 典型分子 空间结构 sp CO2 　　　　形  sp2 SO2 　　　　形  sp2 SO3 　　　　形  　  H2O V形 　  NH3 三角锥形 　  CH4 正四面体形 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.判断正误(对的在括号内打“√”,错的在括号内打“×”。) (1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同。 (　　) (2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。 (　　) (3)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是正四面体形。 (　　) (4)凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。 (　　) 2.下列关于杂化轨道的说法中,错误的是 (　　) A.第ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道 B.杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键 C.s轨道和p轨道杂化不可能有sp4杂化轨道出现 D.杂化轨道可容纳孤电子对 3.下列图形表示sp2杂化轨道的电子云轮廓图的是 (　　) 【题后归纳】　杂化轨道理论四要点 1.能量相近 原子在成键时,同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。 2.数目不变 形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。 3.成键能力增强 杂化改变原有轨道的形状和伸展方向,使原子形成的共价键更牢固。 4.排斥力最小 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。 二、杂化轨道理论的应用 1.判断中心原子杂化轨道类型的三方法 (1)根据杂化轨道数目判断 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,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系:杂化轨道数目=价层电子对数目=σ键电子对数目+中心原子的孤电子对数目,再由杂化轨道数目确定杂化类型。 杂化轨道数目 2 3 4 杂化类型 sp sp2 sp3 (2)根据杂化轨道的空间分布判断 ①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形,则中心原子发生sp3杂化。 ②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则中心原子发生sp2杂化。 ③若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则中心原子发生sp杂化。 (3)根据杂化轨道之间的夹角判断 ①若杂化轨道之间的夹角为109°28',则中心原子发生sp3杂化。 ②若杂化轨道之间的夹角为120°,则中心原子发生sp2杂化。 ③若杂化轨道之间的夹角为180°,则中心原子发生sp杂化。 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 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道组成 一个ns和 一个np 一个ns和 两个np 一个ns和 三个np 轨道夹角 180° 120° 109°28' 杂化轨道 示意图 实例 BeCl2 BF3 CH4 杂化类型 sp sp2 sp3 分子结构 示意图 分子空间 结构名称 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、N (3)有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法 饱和碳原子均采取sp3杂化;连接双键的碳原子均采取sp2杂化;连接三键的碳原子均采取sp杂化。 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是 (　　) A.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变 B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180° C.四面体形、三角锥形的结构可以用sp3杂化轨道解释 D.杂化轨道全部参与形成化学键 2.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是 (　　) ①BF3　②CH2==CH2　③　④CH≡CH ⑤NH3　⑥CH4 A.①②③ B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥ 3.如图在乙烯分子中有5个σ键、一个π键,它们分别是 (　　) A.sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键 B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键 C.C—H之间是sp2形成的σ键,C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 D.C—C之间是sp2形成的σ键,C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 4.已知下列微粒:①CH4　②CH2==CH2 ③CH≡CH　④NH3　⑤N　⑥BF3　⑦H2O ⑧H2O2。试回答下列问题。 (1)分子空间构型为正四面体形的是　　　　　　　　　 (填序号,下同)。 (2)中心原子为sp3杂化的是　　　　　　,中心原子为sp2杂化的是　　　　　　,中心原子为sp杂化的是　　　　　　。  (3)所有原子共平面(含共直线)的是　　　　　　　　　　, 共直线的是　　　　　　。  杂化轨道理论简介 一、 (一)1.(1)价键　鲍林　(2)2s　2p　sp3　sp3　σ　3.(1)1　3　109°28'　(2)1　2　(3)1　1　180°　4.直线　V　平面三角　sp3 sp3　sp3 (二) 对点训练 1.(1)√　(2)√　(3)×　(4)× 解析　(1)形成杂化轨道过程中,形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。参与杂化的原子轨道能量是不同的。 (2)分子内的键角是成键电子对和孤电子对相互排斥的结果,与杂化轨道间的夹角不一定相同。 (3)中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构有四面体形、三角锥形和V形。 (4)AB3型的共价化合物,其中心原子A不是都采用sp3杂化轨道成键、还有其他的成键方式。 2.B　[第ⅠA族元素如果是碱金属,易失电子,如果是H,一个电子在1s能级上,不可能杂化;杂化轨道只能形成σ键,不可能形成π键;p能级只有3个p轨道,不可能有sp4杂化。] 3.D　[A项,杂化轨道的空间结构为直线形,夹角为180°,共有2个杂化轨道,为sp杂化,错误;B项,未形成杂化轨道,错误;C项,杂化轨道的空间结构为正四面体形,共有4个杂化轨道,为sp3杂化,错误;D项,杂化轨道的空间结构为平面三角形,夹角为120°,共有3个杂化轨道,为sp2杂化,正确。] 二、 对点训练 1.D　[杂化过程中,原子轨道总数不变,即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等,杂化后轨道的形状发生变化,A正确;sp3、sp2与sp杂化轨道的空间结构分别为正四面体形、平面三角形和直线形,因此其杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°和180°,B正确;部分四面体形、三角锥形和V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释,如甲烷分子、氨分子、水分子,C正确;杂化轨道可以部分参与形成化学键,如NH3中N原子采取sp3杂化,形成了4个sp3杂化轨道,但是只有3个杂化轨道参与形成化学键,D错误。] 2.A　[sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形,①BF3为平面三角形且B—F夹角为120°;②C2H4中碳原子以sp2杂化,未杂化的2p轨道重叠形成π键;③与②相似;④乙炔中的碳原子为sp杂化,未杂化的2p轨道重叠形成π键;⑤NH3中的氮原子为sp3杂化;⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。] 3.A　[CH2CH2中含有5个σ键:其中4个是在C—H之间,另一个是在C—C之间;且在C—C之间还有一个未杂化的2p轨道形成π键。] 4.(1)①⑤ (2)①④⑤⑦⑧　②⑥　③ (3)②③⑥⑦　③ 解析　①CH4中C原子杂化轨道数=σ键数+孤电子对数=4+0=4,所以C原子采取sp3杂化,CH4的空间构型为正四面体形;②CH2CH2中C原子杂化轨道数=σ键数+孤电子对数=3+0=3,所以C原子采取sp2杂化,CH2CH2中所有原子共平面;③CH≡CH中C原子采取sp杂化,CH≡CH的空间构型为直线形;④NH3中N原子杂化轨道数=σ键数+孤电子对数=3+1=4,所以N原子采取sp3杂化,NH3的空间构型为三角锥形;⑤N中N原子采取sp3杂化,N的空间构型为正四面体形;⑥BF3中B原子杂化轨道数=σ键数+孤电子对数=3+0=3,所以B原子采取sp2杂化,BF3的空间构型为平面三角形;⑦H2O中O原子杂化轨道数为4,孤电子对数为2,采取sp3杂化,空间构型V形;⑧H2O2中O原子杂化轨道数为4,孤电子对数为2,采取sp3杂化,为书页形分子。 学科网（北京）股份有限公司 $$