专题4 第1单元 第1课时 杂化轨道理论与分子的空间结构-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（苏教版2019）

化学　选择性必修2[SJ] 第一单元　分子的空间结构 第一课时　杂化轨道理论与分子的空间结构 能准确判断共价分子中中心原子的杂化轨道类型，能用杂化轨道理论推测分子的空间结构。 一　杂化轨道理论与分子的空间结构 1．sp3杂化轨道与CH4分子的空间结构 (1)sp3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“混杂”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。 图示：。 (2)sp3杂化轨道的空间指向 碳原子的4个sp3杂化轨道指向正四面体的4个顶点，每个轨道上都有一个未成对电子。 (3)共价键的形成 碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个相同的σ键。 (4)CH4分子的空间结构 CH4分子的空间结构为正四面体，分子中C—H键之间的夹角都是109°28′。 2．sp2杂化轨道与BF3分子的空间结构 (1)sp2杂化轨道的形成 硼原子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。 图示：。 (2)sp2杂化轨道的空间指向 硼原子的3个sp2杂化轨道指向平面三角形的三个顶点。 (3)共价键的形成 硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的2p轨道重叠，形成3个相同的σ键。 (4)BF3分子的空间结构 BF3分子的空间结构为平面三角形，键角为120°。 3．sp杂化轨道与BeCl2分子的空间结构 (1)sp杂化轨道的形成 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。 图示：。 (2)sp杂化轨道的空间指向 Be原子中的两个sp杂化轨道间的夹角为180°。 (3)共价键的形成 Be原子的2个sp杂化轨道分别与2个Cl原子的3p轨道重叠形成2个相同的σ键。 (4)BeCl2分子的空间结构 BeCl2的空间结构为直线形，键角为180°。 二　乙烷、乙烯和乙炔分子的成键情况 1．在C2H6分子中，C原子均采用sp3杂化，每个C原子的3个sp3轨道分别与3个H原子的1s轨道重叠形成3个C—H__σ键；两个C原子各以1个sp3轨道发生重叠形成1个C—C__σ键。 2．在C2H4分子中，C原子均采用sp2杂化，每个C原子的2个sp2轨道分别与2个H原子的1s轨道重叠形成2个C—H__σ键；两个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。在与溴发生加成反应时，π键发生断裂。 3．在C2H2分子中，C原子均采用sp杂化，每个C原子的1个sp轨道分别与1个H原子的1s轨道重叠形成1个C—H__σ键；两个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。在与足量溴发生加成反应时，2个π键发生断裂。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (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)杂化轨道的键角与分子内的键角一定相同。(　　) (3)只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化。(　　) (4)杂化方式相同的分子，空间结构一定相同。(　　) (5)杂化轨道可以用于形成σ键或π键。(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)× 2．下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是(　　) A．键角为180°的分子，空间结构是直线形 B．键角为120°的分子，空间结构是平面三角形 C．键角为60°的分子，空间结构可能是正四面体形 D．键角在90°～109°28′之间的分子，空间结构可能是V形 答案：B 解析：苯分子的键角为120°，但其空间结构是平面正六边形，B错误。 3．下列分子的中心原子是sp2杂化的是(　　) A．NH3 B．H2O C．BeCl2 D．BF3 答案：D 4．有机物CH3CH===CH—C≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为(　　) A．sp、sp2、sp3 B．sp3、sp2、sp C．sp2、sp、sp3 D．sp3、sp、sp2 答案：B 5．下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是(　　) ①每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化，形成两个sp杂化轨道　②每个C原子的2s轨道与2个2p轨道杂化，形成3个sp2杂化轨道　③每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化，形成4个sp3杂化轨道　④每个C原子的3个价电子占据3个杂化轨道，1个价电子占据1个2p轨道 A．①③ B．②④ C．①④ D．②③ 答案：B 解析：乙烯分子中每个C原子与1个C原子和2个H原子成键，形成3个σ键，6个原子在同一平面上，则键角为120°，为sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，C原子中的1个价电子占据1个2p轨道，2个C原子成键时形成1个π键，②④正确。 知识点一　杂化轨道理论 1．杂化轨道理论要点 (1)原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成杂化轨道。 (2)杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相同，且杂化轨道的能量相同。 (3)杂化改变了原子轨道的形状、方向；杂化使原子的成键能力增强。 (4)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。 [注意]　(1)按参与杂化的s轨道、p轨道数目不同，可分为sp、sp2、sp3三种杂化，而同电子层只有三个p轨道，故无sp4杂化。 (2)杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子本身并不会杂化。 (3)原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是中心原子。 (4)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。 (5)未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。 2．中心原子杂化类型的判断方法 (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)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取sp3杂化，连接双键的碳原子采取sp2杂化，连接三键的碳原子采取sp杂化。 1．下列关于杂化轨道的说法错误的是(　　) A．所有原子轨道都参与杂化 B．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化 C．杂化轨道用来形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对 D．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键 答案：A 解析：参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2p能量相差太大不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化。 2．下列有关sp杂化轨道的叙述正确的是(　　) A．是由一个1s轨道和一个2p轨道线性组合而成 B．sp杂化轨道中的两个杂化轨道完全相同 C．sp杂化轨道可与其他原子轨道形成σ键和π键 D．sp杂化轨道有两个，一个能量高，另一个能量低 答案：B 解析：sp杂化轨道是同一原子内同一电子层内轨道发生的杂化，A错误；sp杂化轨道中的两个杂化轨道能量相等，成分相同，B正确，D错误；杂化轨道用于形成σ键，未杂化的轨道用于形成π键，C错误。 知识点二　分子的空间结构与杂化类型的关系 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 分子空间结构示意图 分子空间结构 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 由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的空间结构与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，其分子不呈正四面体形，而呈V形，氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个是由孤电子对占据的，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。 杂化轨道成键时，需满足化学键间最小排斥原理，键与键间排斥力的大小决定键的方向，即决定杂化轨道间的夹角，键角越大，化学键之间的排斥力越小。 3．下列说法正确的是(　　) A．CHCl3的空间结构为正四面体形 B．HCN分子中碳原子为sp2杂化，其分子空间结构为直线形 C．二氧化碳中碳原子为sp杂化，为直线形分子 D．NH中氮原子为sp3杂化，其空间结构为三角锥形 答案：C 解析：CHCl3分子的4个共价键不完全相同，所以其空间结构不是正四面体形，A错误；HCN分子中C原子为sp杂化，分子空间结构为直线形，B错误；NH中N原子为sp3杂化，不含孤电子对，空间结构为正四面体形，D错误。 4．指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间结构。 (1)CO2中的C为________杂化，分子的结构式为____________，空间结构为________。 (2)BCl3中的B为________杂化，分子的结构式为________，空间结构为__________。 (3)CH4中的C为________杂化，分子的结构式为________，空间结构为__________。 (4)AsH3中的As为________杂化，分子的结构式为________，空间结构为________。 答案：(1)sp　O===C===O　直线形 (2)sp2　　平面三角形 (3)sp3　　正四面体　 (4)sp3　　三角锥形 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★ 对点 杂化轨道 分子的成键情况 C2H4分子的成键情况 杂化轨道与分子的空间结构 杂化方式与分子的空间结构 杂化方式与分子的空间结构 物质结构与分子中的成键情况 杂化轨道、分子的空间结构 题号 9 10 11 12 13 14 15 难度 ★ ★★ ★ ★★ ★★★ ★★ ★★★ 对点 分子中的化学键类型、杂化方式与分子的空间结构 杂化方式与分子的 空间结构 杂化类型判断、物质中所含化学键数目 杂化类型判断与分子的空间结构 杂化轨道理论与分子空间结构判断 分子的空间结构与杂化轨道理论 分子的空间结构与杂化轨道理论 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列有关杂化轨道的说法不正确的是(　　) A．原子中能量相近的某些轨道，在成键时能重新组合成能量相等的新轨道 B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等 C．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理 D．sp3杂化轨道间的夹角为109°28′ 答案：B 2．形成下列分子时，中心原子采用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分子中的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原子形成σ键。 3．在乙烯分子中有5个σ键、1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 D．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 答案：A 解析：乙烯分子中存在4个C—H键和1个C===C键，碳原子上没有孤电子对，形成3个σ键，则C原子采取sp2杂化，碳氢键是sp2杂化轨道与H原子的1s轨道形成的σ键，碳碳双键中有1个是sp2杂化轨道形成的σ键，还有1个是未参加杂化的2p轨道形成的π键。 4．氨气分子空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为(　　) A．两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化 B．NH3分子中有3个σ键，而CH4分子中有4个σ键 C．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强 D．氨气的相对分子质量大于甲烷 答案：C 解析：NH3中N原子形成3个σ键，有一对未成键的孤电子对，杂化轨道数为4，采取sp3杂化，孤电子对对成键电子对的排斥作用较强，N—H之间的键角小于109°28′，所以氨气分子的空间结构是三角锥形；CH4分子中C原子采取sp3杂化，杂化轨道全部用于成键，碳原子连接4个相同的原子，C—H之间的键角相等，为109°28′，故CH4的空间结构为正四面体形。 5．对SO2与CO2说法正确的是(　　) A．都是直线形结构 B．中心原子都采取sp杂化 C．S原子和C原子上都没有孤电子对 D．SO2为V形结构，CO2为直线形结构 答案：D 解析：SO2中S原子采取sp2杂化，但一个杂化轨道被孤电子对占据，所以呈V形，CO2中C原子采取sp杂化，是直线形。 6．下列分子中，中心原子的杂化方式和分子的空间结构均正确的是(　　) A．C2H4：sp、平面形 B．NH3：sp3、四面体形 C．H2O：sp3、V形 D．CO2：sp2、直线形 答案：C 解析：C2H4为平面形结构，中心原子C的杂化类型为sp2杂化，A错误；NH3中中心原子N形成3个σ键，有1对孤电子对，杂化类型为sp3杂化，NH3的空间结构为三角锥形，B错误；H2O中中心原子O形成2个σ键，有2对孤电子对，杂化类型为sp3杂化，H2O的空间结构为V形，C正确；CO2中中心原子C形成2个σ键，无孤电子对，杂化类型为sp杂化，CO2的空间结构为直线形，D错误。 7．某有机物由H、C、O三种元素组成，其球棍模型结构如图： 下列关于该有机物的叙述正确的是(　　) A．该有机物中发生sp2杂化的碳原子有7个 B．该有机物不含sp3杂化的碳原子 C．分子中含有2个π键 D．构成环的所有碳原子在同一个平面上 答案：D 解析：由球棍模型可知，该有机物为，苯环上的碳原子及连有双键的碳原子是sp2杂化，甲基中的碳原子是sp3杂化，A、B错误；分子中碳碳双键和碳氧双键中均含1个π键，苯环形成1个大π键，故分子中含有3个π键，C错误；构成环的所有碳原子形成苯环，在同一个平面上，D正确。 8．关于原子轨道的说法正确的是(　　) A．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 B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混杂起来而形成的 C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混杂形成的一组能量相同的新轨道 D．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 答案：C 9．白磷是一种能自燃的单质，其分子的结构模型如图所示：，下列叙述错误的是(　　) A．每个磷原子形成3个σ键，磷原子为sp2杂化 B．磷原子均为sp3杂化 C．1 mol白磷中共含6 mol非极性键 D．白磷分子的空间结构为正四面体 答案：A 10．氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间结构和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是(　　) A．三角锥形、sp3 B．V形、sp2 C．平面三角形、sp2 D．三角锥形、sp2 答案：A 解析：SOCl2分子中S原子的杂化轨道数为1＋3＝4，S原子采取sp3杂化，由于孤电子对占据一个杂化轨道，分子的空间结构为三角锥形。 11．化合物A是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式如图所示：，下列说法正确的是(　　) A．碳、氮原子的杂化类型相同 B．氮原子、碳原子分别为sp3杂化、sp2杂化 C．1 mol A分子中所含σ键的数目为10NA D．编号为a的氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内 答案：B 解析：A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键，氮原子有一对孤电子对而碳原子没有，故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化，A错误，B正确；A分子中有11个σ键，C错误；氮原子为sp3杂化且有一对孤电子对，相应的四个原子形成的是三角锥形结构，不可能共平面，D错误。 12．目前我国研制的稀土催化剂转化汽车尾气的过程如图所示，汽车尾气的主要成分有CO、NO等。下列有关说法正确的是(　　) A．C3H8和H2O的中心原子杂化轨道类型均为sp3杂化 B．H2O中的H—O—H键角大于CO2中C===O键间的夹角 C．C3H8的空间结构为直线形 D．反应过程中没有非极性键的断裂和形成 答案：A 解析：C3H8中碳原子均为饱和碳原子，碳原子的杂化方式为sp3杂化，H2O中中心原子O有2个σ键，2对孤电子对，为sp3杂化，A正确；H2O为V形结构，CO2为直线形结构，故H2O中H—O—H键角小于CO2中C===O键间的夹角，B错误；C3H8的3个碳原子呈锯齿状排列，C错误；反应过程中有C—C、O===O非极性键的断裂和N≡N非极性键的形成，D错误。 二、非选择题 13．下图是甲醛分子模型的示意图。根据该图和所学的化学键知识回答下列问题： (1)甲醛分子中碳原子轨道杂化的方式是____，做出该判断的主要理由是__________________________。 (2)下列是对甲醛分子中的碳氧键的判断，其中正确的是________(用序号填空)。 ①单键　②双键　③极性键　④非极性键　⑤σ键　⑥π键　⑦σ键和π键 (3)甲醛分子中C—H键与C—H键的夹角________(填“>”“<”或“＝”)120°，出现该现象的主要原因是__________________________________________。 答案：(1)sp2　甲醛分子的空间结构为平面三角形 (2)②③⑦　 (3)<　碳氧双键中存在π键，它对C—H键电子对的排斥作用较强 14．已知：①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5，氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。 ②PCl5分子中，P原子的1个3s轨道、3个3p轨道和1个3d轨道发生杂化形成5个sp3d杂化轨道，PCl5分子呈三角双锥形()。 根据上述信息，回答下列问题： (1)NH3、PCl3和PCl5分子中，所有原子的最外层电子数都是8个的是________(填分子式)，该分子的空间结构是______________。 (2)有同学认为，NH5与PCl5类似，N原子的1个2s轨道、3个2p轨道和1个2d轨道可能发生sp3d杂化。请你对该同学的观点进行评价：__________________________________________________。 (3)经测定，NH5中存在离子键，N原子最外层电子数是8，所有氢原子的最外层电子数都是2，则NH5的电子式是________________。 答案：(1)PCl3　三角锥形 (2)不对，因为N原子没有2d轨道 (3) 15．按要求回答下列问题： (1)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型是________。 (2)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。 (3)X的单质与氢气可化合生成气体G，G的水溶液的pH>7。G分子中X原子的杂化轨道类型是________。 (4)S单质的常见形式为S8，其环状结构如图所示，S原子采取的轨道杂化方式是________。 (5)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中O原子采取________杂化。H3O＋中H—O—H夹角比H2O中H—O—H夹角大，为什么？ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)sp3、sp2　(2)三角锥形　sp3 (3)sp3　(4)sp3 (5)sp3　H3O＋中O原子只有1对孤电子对，H2O中O原子有2对孤电子对，前者σ键电子对与孤电子对的排斥力较小，因而键角大 解析：(1)CH3COOH分子中，—CH3和—COOH上的碳原子的杂化轨道类型分别是sp3和sp2。 (3)G是NH3，N原子采取sp3杂化。 (4)每个硫原子形成2个S—S键，孤电子对数为2，杂化方式为sp3。 13 学科网（北京）股份有限公司 $$