第2章 第2节 第1课时 分子空间结构的理论分析-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（鲁科版2019）

化学　选择性必修2 导学案 L 第2节　共价键与分子的空间结构 第1课时　分子空间结构的理论分析 核心素养 学业要求 1.能将化学事实和微粒间相互作用相关理论模型进行关联和合理的匹配。 2.能选取适当的证据从不同的视角分析问题，推出合理的结论 1.理解杂化轨道理论的基本内容。 2.能够用杂化轨道理论解释一些典型分子的空间结构。 3.了解常见分子的空间结构 一、杂化轨道理论 1．杂化轨道 (1)含义：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作原子轨道的杂化。组合后形成的一组新的原子轨道叫作杂化原子轨道，简称杂化轨道。 (2)特点：①s轨道和p轨道杂化后，杂化轨道不仅改变了原有s轨道和p轨道的空间取向，而且使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大，形成的共价键更牢固。 ②有几个原子轨道参与杂化，杂化后就生成几个杂化轨道。杂化轨道的能量相同。 2．几个典型的杂化类型 (1)sp杂化 一个s轨道和一个p轨道杂化形成两个sp杂化轨道，夹角为180°，呈直线形。 (2)sp2杂化 一个s轨道和两个p轨道杂化形成三个sp2杂化轨道，夹角为120°，呈平面三角形。 (3)sp3杂化 一个s轨道和三个p轨道杂化形成四个sp3杂化轨道，夹角为109°28′，呈正四面体形。 二、典型分子的空间结构 1．甲烷 甲烷分子中的碳原子采用sp3杂化，碳原子中每个杂化轨道分别与一个氢原子的1s轨道重叠形成一个共价键，这样所形成的四个共价键是等同的，从而使甲烷分子具有正四面体形结构。 2．乙烯 形成乙烯分子时碳原子采用sp2杂化，三个sp2杂化轨道和一个未参与杂化的p轨道中各有一个未成对电子。两个碳原子各以一个sp2杂化轨道重叠形成一个σ键，同时以p轨道重叠形成一个π键；每个碳原子都以另外两个sp2杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个σ键。在乙烯分子中的碳原子之间存在着一个σ键和一个π键。 3．乙炔 乙炔分子中的碳原子采用sp杂化，两个碳原子之间存在着一个σ键和两个π键。 4．苯 (1)根据杂化轨道理论，形成苯分子时每个碳原子的价电子原子轨道都发生了sp2杂化，由此形成的三个sp2杂化轨道在同一平面内，每个杂化轨道上有一个未成对电子。每个碳原子的杂化轨道分别与邻近的两个碳原子的杂化轨道重叠形成σ键，于是六个碳原子组成一个正六边形的碳环；每个碳原子的另一个杂化轨道分别与一个氢原子的1s轨道重叠形成σ键。 (2)每个碳原子上各有一个未参与杂化的垂直于碳环平面的2p轨道，这六个轨道以“肩并肩”的方式相互重叠形成属于六个C原子的大π键。 (3)苯分子中，六个碳原子和六个氢原子都在同一个平面内，整个分子呈平面正六边形，键角皆为120°。 5．氨 (1)形成氨分子时氮原子发生了sp3杂化，生成了四个sp3杂化轨道，其中有三个轨道各含有一个未成对电子，可分别与一个氢原子的1s电子形成一个σ键。 (2)在另一个sp3杂化轨道中，含有一对电子，称为孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强，使NH3分子空间结构成为三角锥形。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)任意能级的s轨道和p轨道都可以形成杂化轨道。(　　) (2)杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变。(　　) (3)杂化轨道全部参与形成化学键。(　　) (4)sp3杂化轨道是平面形，夹角是120°。(　　) (5)ⅠA族元素原子成键时不可能形成杂化轨道。(　　) (6)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。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)× 解析：(1)能量相近的s轨道和p轨道才可以形成杂化轨道。 (3)杂化轨道可以部分参与形成化学键，如NH3中N发生sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道，但只有3个杂化轨道参与形成化学键，另外1个杂化轨道容纳孤电子对。 (6)中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构不一定是正四面体形，如H2O和NH3分子中中心原子均采取sp3杂化，但H2O是角形，NH3是三角锥形。 2．在中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是(　　) A．sp2　sp2 B．sp3　sp3 C．sp2　sp3 D．sp　sp3 答案：C 3．形成下列分子时，中心原子的sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是(　　) ①PF3　②CF4　③NH3　④H2O A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案：A 解析：PF3、CF4、NH3、H2O分子中P原子、C原子、N原子、O原子都采取sp3杂化，NH3和H2O分子中H原子以1s轨道分别与N和O原子的杂化轨道形成σ键，PF3和CF4分子中F原子以2p轨道分别与P和C原子的杂化轨道形成σ键。 4．下列分子的空间结构正确的是(　　) A．CO2： B．NH3： C．H2S： D．CH4： 答案：D 探究　杂化轨道理论 1．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，故在空间上取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。 2．杂化轨道类型的判断方法 (1)根据杂化轨道之间的夹角判断 若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。 (2)根据分子(或离子)的空间结构判断 ①正四面体形→中心原子为sp3杂化；三角锥形→中心原子为sp3杂化。 ②平面三角形→中心原子为sp2杂化。 ③直线形→中心原子为sp杂化。 (3)根据杂化轨道数目判断 一般情况下，中心原子杂化轨道数目(以ABm型分子为例) n＝中心原子A上的孤电子对数＋中心原子A的成键电子对数(m) ＝ ①说明：n＝2时，为sp杂化，n＝3时，为sp2杂化，n＝4时，为sp3杂化。②配位原子B为氧原子或硫原子时，成键电子数为0；配位原子B为氢原子或ⅦA族元素原子时，每个配位原子有一个成键电子。 3．有机物中碳原子杂化类型的判断 (1)根据碳原子形成的σ键数目判断 有机物中，碳原子杂化轨道形成σ键，未杂化轨道形成π键。 (2)由碳原子的饱和程度判断 ①饱和碳原子采取sp3杂化。 ②双键上的碳原子或苯环上的碳原子采取sp2杂化。 ③三键上的碳原子采取sp杂化。 4．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 杂化轨道数目 2 3 4 杂化轨道间的夹角 180° 120° 109°28′ 空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形 实例 BeCl2、HgCl2、CO2、CS2 BCl3、BF3、BBr3 CF4、SiCl4、SiH4 (2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，由于孤电子对的排斥作用，会使分子的空间结构与杂化轨道在空间的分布不同，如H2O和NH3，O与N的杂化类型都为sp3杂化，孤电子对数分别为2、1，分子空间结构分别为角形、三角锥形。 [易错警示]　(1)sp杂化和sp2杂化的两种形式中，原子还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而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。 (2)杂化轨道的夹角与成键轨道的夹角大小不一定相等。如NH3、H2O的中心原子均为sp3杂化，但由于中心原子上有孤电子对且其数目不同，使得二者成键轨道的夹角不相等且均小于杂化轨道的夹角。 1．下列有关杂化轨道的说法不正确的是(　　) A．四面体形、三角锥形、V形分子的结构都可以用sp3杂化轨道解释 B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180° C．杂化轨道全部参与形成化学键 D．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变 答案：C 2．按要求回答下列问题： (1)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型有________。 (2)醛基中碳原子的杂化轨道类型是________。 (3)化合物中阳离子的空间结构为________，阴离子的中心原子采取________杂化。 (4)非金属元素X的单质与氢气可化合生成气体G，室温下G的水溶液的pH>7。G分子中X原子的杂化轨道类型是________。 答案：(1)sp3、sp2　(2)sp2　(3)三角锥形　sp3　(4)sp3 本课小结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ 对点 杂化轨道理论 成键轨道类型 杂化轨道类型、分子空间结构 杂化轨道理论 常见分子的空间结构及中心原子的杂化方式 乙烯分子中化学键的形成 杂化轨道类型 杂化轨道类型、分子空间结构 杂化轨道类型 杂化轨道类型 题号 11 12 13 14 15 16 17 难度 ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★★ 对点 苯分子中化学键的形成 杂化轨道理论 杂化轨道类型、分子空间结构 杂化轨道类型、空间结构 杂化轨道类型、微粒空间结构 杂化轨道类型的判断 杂化轨道类型、分子空间结构 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1．下列关于杂化轨道的叙述正确的是(　　) A．杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键 B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对 C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的s轨道杂化而成的 D．在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—H σ键 答案：B 2．在BrCH===CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是(　　) A．sp­p B．sp2­s C．sp2­p D．sp3­p 答案：C 3．下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是(　　) A．CH≡CH B．CO2 C．BeCl2 D．BF3 答案：C 4．下列说法正确的是(　　) A．AB3型的分子空间结构必为平面三角形 B．中心原子为sp2杂化的分子不一定是平面结构 C．通过sp3杂化轨道形成的化合物分子中含有σ键 D．通过sp2或sp杂化轨道形成的化合物分子中一定含有π键 答案：C 解析：NH3的空间结构为三角锥形，A错误；中心原子为sp2杂化的分子一定是平面结构，B错误；BF3中的B原子为sp2杂化，BeF2中Be原子为sp杂化，但二者中均没有π键，D错误。 5．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 答案：A 解析：①BF3分子中B原子采取sp2杂化；②CH2===CH2分子中C原子采取sp2杂化，且未杂化的2p轨道形成π键；③苯分子中C原子采取sp2杂化；④乙炔分子中的C原子采取sp杂化；⑤NH3分子中N原子采取sp3杂化；⑥CH4分子中的碳原子采取sp3杂化。 6．如图所示，在乙烯分子中有5个σ键、1个π键，下列表述正确的是(　　) A．C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 B．C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 C．sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键 D．sp2杂化轨道形成π键，未杂化的2p轨道形成σ键 答案：C 7．甲烷中的碳原子采用sp3杂化，下列用*标注的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子的杂化类型一致的是(　　) A．CH3*CH2CH3 B．*CH2===CHCH3 C．CH2===*CHCH2CH3 D．HC≡*CCH3 答案：A 解析：A项，亚甲基碳原子为饱和碳原子，采用sp3杂化；B、C项，C===C中的不饱和碳原子采用sp2杂化；D项，C≡C中的不饱和碳原子采用sp杂化。 8．下列关于丙烯(CH3—CH===CH2)的说法正确的是(　　) A．丙烯分子有8个σ键，1个π键 B．丙烯分子中3个碳原子都是sp3杂化 C．丙烯分子中不存在非极性键 D．丙烯分子中3个碳原子不在同一平面 答案：A 9．毒奶粉事件曾一度震惊全国，主要是奶粉中含有有毒的三聚氰胺。下列关于三聚氰胺分子的说法正确的是(　　) A．三聚氰胺分子中所有碳原子均采取sp2杂化 B．一个三聚氰胺分子中共含有12个σ键 C．三聚氰胺的分子式为C3N3H6 D．三聚氰胺分子中同时含有极性键和非极性键 答案：A 解析：三聚氰胺分子中碳原子成键电子对数为3，孤电子对数为0，故碳原子采用sp2杂化，A正确；一个三聚氰胺分子中共含有6个N—H键、6个N—C键、3个N===C键，故共含有15个σ键，B错误；三聚氰胺的分子式为C3N6H6，C错误；三聚氰胺分子中不存在由同种元素的原子形成的共价键，故不存在非极性键，D错误。 10．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　) A．BeCl2与BF3 B．CO2与SO2 C．CCl4与NH3 D．C2H2与C2H4 答案：C 解析：A项，BeCl2分子、BF3分子中杂化轨道数分别为2、3，中心原子杂化轨道类型分别为sp、sp2；B项，CO2分子中杂化轨道数为2，SO2分子中杂化轨道数为3，中心原子杂化轨道类型分别为sp、sp2；C项，中心原子杂化轨道类型均为sp3；D项，中心原子杂化轨道类型分别为sp、sp2。 11．有关苯分子中化学键的描述正确的是(　　) A．每个碳原子的一个sp2杂化轨道参与形成大π键 B．每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成大π键 C．碳原子的3个sp2杂化轨道与其他碳原子形成2个σ键和1个π键 D．碳原子的未参加杂化的2p轨道与其他碳原子的2p轨道形成σ键 答案：B 解析：杂化轨道只能形成σ键，而不能形成π键。每个碳原子的两个sp2杂化轨道上的电子分别与邻近的两个碳原子的sp2杂化轨道上的电子配对形成σ键；每个碳原子的另一个sp2杂化轨道上的电子分别与一个氢原子的1s电子配对形成σ键；未参与杂化的2p轨道形成大π键。 12．下列说法正确的是(　　) A．H2SO4分子中三种原子均以杂化轨道成键 B．NH的电子式为，该离子呈平面正方形 C．CH4分子中的4个C—H键都是由氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道重叠形成的 D．CH4分子中碳原子的sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—H键 答案：D 解析：H2SO4分子中H、O原子没有发生轨道杂化，A错误；NH呈正四面体形，B错误；CH4分子中碳原子的2s轨道与2p轨道进行杂化形成4个sp3杂化轨道，然后碳原子的sp3杂化轨道与氢原子的1s轨道重叠形成C—H键，C错误，D正确。 13．据报道，大气中存在一种潜在的温室气体SF5—CF3，下列关于SF5—CF3的说法正确的是(　　) A．分子中既有σ键又有π键 B．所有原子在同一平面内 C．C的杂化方式为sp3杂化 D．0.1 mol SF5—CF3分子中含8 mol电子 答案：C 解析：SF5—CF3分子中只有共价单键，故只有σ键，没有π键，A错误；C原子形成4个σ键，没有孤电子对，为sp3杂化，所有原子不可能共面，B错误，C正确；0.1 mol SF5—CF3分子中含有的电子数为0.1 mol×(16＋9×8＋6)＝9.4 mol，D错误。 14．顺铂[Pt(NH3)2Cl2]是1969年发现的第一种具有抗癌活性的金属配合物；碳铂是1，1­环丁二羧酸二氨合铂(Ⅱ)的简称，属于第二代铂族抗癌药物，结构如图所示，其毒副作用低于顺铂。下列说法正确的是(　　) A．碳铂中所有碳原子在同一平面上 B．顺铂分子中氮原子的杂化方式是sp2杂化 C．碳铂分子中sp3杂化的碳原子与sp2杂化的碳原子数目之比为2∶1 D．1 mol 1，1­环丁二羧酸含有σ键的数目为12NA(NA表示阿伏加德罗常数的值) 答案：C 解析：根据碳铂的结构简式可知，与4个C相连的碳原子为sp3杂化，存在四面体形结构，因此分子中所有碳原子不可能在同一平面上，A错误；顺铂分子中N原子形成4个共价单键，因此杂化类型为sp3杂化，B错误；碳铂分子中sp3杂化的碳原子有4个，sp2杂化的碳原子有2个，即数目之比为2∶1，C正确；由题中信息可知，1，1­环丁二羧酸的结构简式为，补全碳环上的氢原子，可得1 mol此有机物含有σ键的数目为18NA，D错误。 二、非选择题 15．已知微粒：①CH4；②CH2===CH2； ③CH≡CH；④NH3；⑤NH；⑥BF3； ⑦H2O；⑧H2O2。试回答下列问题： (1)微粒空间结构为正四面体形的是________(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________。 答案：(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的空间结构为正四面体形；②CH2===CH2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，CH2===CH2中所有原子共平面；③CH≡CH中C原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝2＋0＝2，所以C原子采取sp杂化，CH≡CH的空间结构为直线形；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的空间结构为三角锥形；⑤NH中N原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝4＋0＝4，所以N原子采取sp3杂化，NH的空间结构为正四面体形；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的空间结构为平面三角形；⑦H2O中O原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝2＋2＝4，所以O原子采取sp3杂化，H2O的空间结构为角形；⑧H2O2中O原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝2＋2＝4，所以O原子采取sp3杂化，H2O2中两个H原子犹如在半展开的书的两面纸上并有一定夹角，两个O原子在书的夹缝上。 16．小明同学上网查阅了如下资料： 中心原子杂化类型的判断方法： (1)公式：n＝(中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数)÷2。 说明：配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数看为0；当电荷数为正值时，公式中取“－”号，当电荷数为负值时，公式中取“＋”号。 (2)根据n值判断杂化类型：当n＝2时为sp杂化，n＝3时为sp2杂化，n＝4时为sp3杂化。 请运用该方法计算下列微粒的n值，并判断中心原子的杂化类型。 ①NH3：n＝________，________杂化。 ②NO：n＝________，________杂化。 ③NH：n＝________，________杂化。 ④SO2：n＝________，________杂化。 答案：①4　sp3　②3　sp2　③4　sp3　④3　sp2 解析：①NH3中n＝＝4，N为sp3杂化。②NO中n＝＝3，N为sp2杂化。③NH中n＝＝4，N为sp3杂化。④SO2中n＝＝3，S为sp2杂化。 17．元素X和元素Y属于同一主族。负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。 (1)确定X、Y两种元素在周期表中的位置分别为________________、________________。 (2)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中，X质量分数为50%的化合物的化学式为________；该分子的中心原子以________杂化，分子空间结构为________。 (3)X的质量分数为60%的化合物的化学式为________；该分子的中心原子以________杂化，分子空间结构为________。 (4)由氢元素与X元素形成的化合物中，含有非极性键的是________(写分子式)，分子空间结构为角形的是________(写分子式)。 答案：(1)第2周期ⅥA族　第3周期ⅥA族 (2)SO2　sp2　角形 (3)SO3　sp2　平面三角形 (4)H2O2　H2O 解析：根据氢化物化学式H2X，知×100%＝88.9%，M(X)≈16。可推知，X的相对原子质量为16，X为O，则Y为S，其氧化物分别为SO2、SO3，根据杂化轨道理论易确定其分子空间结构。X元素为O，与氢元素形成两种化合物H2O和H2O2，其中H2O的分子空间结构为角形，H2O2分子中含有非极性键“—O—O—”。 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