2.2.2 杂化轨道理论 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修2 （人教版2019）

null 第二章　第二节 第2课时　杂化轨道理论 1 1.通过对杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对 分子空间结构的影响。 2.通过对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。 核心素养 发展目标 一、杂化轨道及其类型 二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系 课时对点练 内容索引 杂化轨道及其类型 一 1.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1个 轨道和3个 轨道发生混杂，形成 个新的能量相等的 杂化轨道。 个 杂化轨道分别与 个H原子的 轨道重叠形成4个 键，所以4个C—H是等同的。 2s 2p 4 sp3 4 sp3 4 1s C—H σ 2.杂化轨道的形成及特点 3.杂化轨道的类型 (1)sp3杂化轨道 sp3杂化轨道是由 个s轨道和 个p轨道杂化而成的，sp3杂化轨道间的夹角为 ，空间结构为 (如图所示)。 1 3 109°28′ 正四面体形 (2)sp2杂化轨道 sp2杂化轨道是由 个s轨道和 个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角都是 ，呈 (如图所示)。 1 2 120° 平面三角形 (3)sp杂化轨道 sp杂化轨道是由 个s轨道和 个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角为 ，呈 (如图所示)。 1 1 180° 直线形 1.填写下表： 深度思考 代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型 CO2 __________ ____ CH2O __________ ____ CH4 _________ ____ SO2 _________ ____ NH3 _________ ____ H2O _________ ____ 0＋2＝2 sp 0＋3＝3 sp2 0＋4＝4 sp3 1＋2＝3 sp2 1＋3＝4 sp3 2＋2＝4 sp3 2.C原子在形成化合物时，可采取多种杂化方式。杂化轨道中s轨道成分越多，C元素的电负性越强，连接在该C原子上的H原子越容易电离。下列化合物中，最有可能在碱性体系中形成阴离子的是 A.CH4 B.CH2==CH2 C.CH≡CH D.苯 深度思考 √ CH4、CH2==CH2、CH≡CH和苯中C原子分别为sp3、sp2、sp和sp2杂化，则杂化轨道中s轨道成分最多的物质是CH≡CH，其最有可能在碱性体系中形成阴离子，故选C。 1.正误判断 (1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子 (2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的 (3)只有能量相近的轨道才能杂化 (4)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键 (5)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，未参与杂化的p轨道可用于形成π键 (6)2s轨道和3p轨道能形成sp2杂化轨道 应用体验 √ √ √ √ √ × 应用体验 2.下列分子的中心原子杂化轨道类型相同的是 A.CO2与SO2 B.CH4与NH3 C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4 √ CO2为sp杂化，SO2为sp2杂化，A项错误； 二者均为sp3杂化，B项正确； BeCl2为sp杂化，BF3为sp2杂化，C项错误； C2H2为sp杂化，C2H4为sp2杂化，D项错误。 应用体验 3.(2022·湖南师大附中高二期末)下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳了1个孤电子对的是 A.CH4、NH3 B.BBr3、 C.SO2、BeCl2 D.PCl3、H3O＋ √ CH4中碳原子为sp3杂化但不含孤电子对，故A错误； BBr3中B原子为sp2杂化且不含孤电子对，故B错误； SO2中S原子为sp2杂化，含有1个孤电子对，BeCl2中Be原子为sp杂化且不含孤电子对，故C错误。 应用体验 4.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 √ CH≡CH中含有三键，有π键，故不选A； CO2的结构式为O==C==O，分子中含有碳氧双键，含有π键，故不选B； BeCl2分子中，Be原子含有两个共价单键，不含孤电子对，所以价层电子对数是2，中心原子以sp杂化轨道成键，分子中不含π键，故选C； BF3中B原子含有3个共价单键，所以价层电子对数是3，中心原子以sp2杂化轨道成键，故不选D。 归纳总结 以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化轨道类型 (1)没有形成π键，采取sp3杂化，如CH4、CCl4等； (2)形成一个π键，采取sp2杂化，如CH2==CH2等； (3)形成两个π键，采取sp杂化，如CH≡CH、CO2等。 返回 杂化轨道类型与分子空间结构的关系 二 1.杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。 (1)没有孤电子对：能量相同的杂化轨道彼此远离→形成的分子为对称结构。 (2)有孤电子对：孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥→形成的分子的空间结构发生变化。 2.杂化轨道与分子的空间结构的关系 (1)杂化轨道全部用于形成σ键 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       25 实例 BeCl2 BF3 CH4 分子的空 间结构 _________ ___________ ____________ 直线形 平面三角形 正四面体形 (2)杂化轨道中有未参与成键的孤电子对 杂化类型 sp2 sp3 中心原子所在族 第ⅥA族 第ⅤA族 第ⅥA族 中心原子的孤电子对数 1 1 2 分子空间结构 V形 三角锥形 V形 实例 SO2 NH3、PCl3、PH3 H2O、H2S CH4、NH3、H2O中心原子的杂化轨道类型都是sp3，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小。 深度思考 提示　CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。比较键角时，先看中心原子杂化轨道类型，杂化轨道类型不同时，键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化轨道类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。 1.正误判断 (1)杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致 (2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角一定相同 (3)凡AB3型共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键 (4)NH3分子的空间结构为三角锥形，则氮原子的杂化方式为sp3 (5)C2H4分子中的键角都约是120°，则碳原子的杂化方式是sp2 应用体验 √ × × √ √ 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 应用体验 √ 应用体验 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.下列中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构不正确的是 A.PCl3中P原子为sp3杂化，三角锥形 B. 中N原子为sp3杂化，正四面体形 C.H2S中S原子为sp杂化，直线形 D.SO2中S原子为sp2杂化，V形 应用体验 √ 应用体验 应用体验 4.已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是 A.X原子一定是sp2杂化 B.X原子一定为sp3杂化 C.X原子上一定存在孤电子对 D.VSEPR模型一定是平面三角形 应用体验 √ 应用体验 若X原子无孤电子对，则它一定是直线形分子，若X有1个孤电子对或2个孤电子对，则XY2一定为V形分子，此种情况下X的原子轨道可能为sp2杂化，也可能是sp3杂化，A、B项错误，C项正确； 若X有2个孤电子对，则该分子的VSEPR模型为四面体形，D项错误。 5.按要求回答下列问题： (1)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型是___________。 应用体验 sp3、sp2 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。 (2)醛基中碳原子的杂化轨道类型是________。 应用体验 sp2 上的碳原子形成3个σ键和1个π键，采取sp2杂化。 (3)化合物 中阳离子的空间结构为____________， 阴离子的中心原子轨道采取_____杂化。 (4)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______。 应用体验 三角锥形 sp3 sp3 G是NH3，N原子采取sp3杂化。 返回 归纳总结 常见物质中心原子的杂化方式 (1)采取sp3杂化：有机物中饱和碳原子、NH3、H2O、金刚石中的碳原子、晶体硅中的硅原子、SiO2、 等。 (2)采取sp2杂化：有机物中的双键碳原子、BF3、石墨中的碳原子、苯环中的碳原子等。 (3)采取sp杂化：有机物中的三键碳原子、CO2、BeCl2等。 说明　注意结构相似的物质，如CO2与CS2、BF3与BBr3等的杂化轨道类型分别相同。 课时对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 题组一　杂化轨道理论 1.(2023·海南儋州高二期末)下列关于杂化轨道的说法错误的是 A.并不是所有的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.杂化轨道能量集中，有利于牢固成键 D.杂化轨道都用来成键 √ 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A、B正确； 杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C正确； 并不是所有的杂化轨道都成键，也可以容纳孤电子对，故D错误。 2.(2023·长沙南雅中学高二检测)能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为 A. B. C. D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 碳原子中的2s轨道与2p轨道形成4个等性的杂化轨道，因此碳原子最外层上的4个电子分占在4个sp3杂化轨道上并且自旋状态相同。 3.(2022·广东铁一中学高二检测)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.碳与氢原子之间是sp2杂化轨道形成的σ键，碳与碳原子之间是未参加 杂化的2p轨道形成的π键 D.碳与碳原子之间是sp2杂化轨道形成的σ键，碳与氢原子之间是未参加 杂化的2p轨道形成的π键 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 乙烯分子中存在4个C—H和1个C==C，碳原子上没有孤电子对，成键电子对数为3，则C原子采取sp2杂化，碳氢键是sp2杂化轨道形成的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，A项正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 4.(2022·西安第一中学高二期中)s轨道与s轨道重叠形成的共价键可用符号表示为s-s σ键，p轨道与p轨道以“头碰头”方式重叠形成的共价键可用符号表示为p-p σ键，请你指出下列分子中含有s-sp2 σ键的是 A.N2 B.C2H4 C.C2H2 D.HCl √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 N2存在p-p σ键和π键，A项错误； C2H4中，C原子为sp2杂化，存在s-sp2 σ键，B项正确； C2H2中，中心C原子发生sp杂化，形成s-sp σ键，C项错误； HCl中只存在s-p σ键，D项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 6.下列分子所含原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是 A.乙醛 B.丙烯腈 C.甲醛 D.丙炔 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 甲基中C原子为sp3杂化，—CHO中C原子为sp2杂化，A项正确； 碳碳双键中C原子为sp2杂化，—CN中C原子为sp杂化，B项错误； —CHO中C原子为sp2杂化，C项错误； 甲基中C原子为sp3杂化，碳碳三键中C原子为sp杂化，D项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 题组二　杂化轨道理论的应用 7.(2022·唐山一中高二期中)氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成，已知其阴离子空间结构为平面三角形，则其阳离子的空间结构和阳离子中的氮的杂化方式分别为 A.直线形，sp B.V形，sp2 C.三角锥形，sp3 D.平面三角形，sp2 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 9.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VSEPR模型、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.四面体形、三角锥形、sp3 B.平面三角形、V形、sp2 C.平面三角形、平面三角形、sp2 D.四面体形、三角锥形、sp2 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 P4分子的空间结构是正四面体形，A错误； BeCl2中铍原子成键电子对数是2，无孤电子对，是sp杂化，分子是直线形，B错误； 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 11.下列说法正确的是 A.PCl3分子是三角锥形，这是因为磷原子是sp2杂化的结果 B.sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道 C.中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形 或V形 D.AB3型的分子空间结构必为平面三角形 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 PCl3中P原子形成3个σ键，有1个孤电子对，采取sp3杂化，PCl3分子是三角锥形，A项错误； sp3杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道，B项错误； 中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形(如CH3Cl)或三角锥形(如NH3)或V形(如H2O)，C项正确； AB3型的分子空间结构可能为平面三角形(如BF3)或三角锥形(如NH3)，D项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 12.化合物A是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式为 ，下列说法正确的是 A.碳、氮原子的杂化类型相同 B.氮原子与碳原子分别为sp3杂化与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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键，氮原子有1个孤电子对而碳原子没有孤电子对，故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化，A项错误、B项正确； 1个A分子中有11个σ键，C项错误； 氮原子为sp3杂化，相应的四个原子形成的是三角锥形结构，不可能共平面，D项错误。 13.根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构，试根据相关知识填空： (1)AsCl3分子的空间结构为__________，其中As的杂化轨道类型为_____。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 AsCl3中As原子价层电子对数为4，含有1个孤电子对，As的杂化方式为sp3杂化，AsCl3分子的空间结构为三角锥形。 三角锥形 sp3 (2)CS2分子中C原子的杂化轨道类型是______。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 CS2的结构式为S==C==S，C原子形成2个双键，无孤电子对，呈直线形，所以C为sp杂化。 sp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 V形 sp3 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( )。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 (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)下列关于PCl5分子的说法正确的有______(填字母)。 A.PCl5分子中磷原子没有孤电子对 B.PCl5分子中没有形成π键 C.PCl5分子中所有的Cl—P—Cl键角都相等 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 PCl3 三角锥形 AB (3)N、P是同一族元素，P能形成PCl3、PCl5两种氯化物，而N只能形成一种氯化物NCl3，而不能形成NCl5，原因是___________________________ _______________________。 (4)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中H元素的化合价为______和______；该化合物中N原子的杂化方式为_______杂化。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 N原子最外层无d轨道，不能 ＋1 发生sp3d杂化，故无NCl5 －1 sp3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15.“三鹿奶粉事件”在社会上引起了人们对食品质量的恐慌，三鹿奶粉中掺杂了被称为“蛋白精”的工业原料三聚氰胺。已知三聚氰胺的结构简式如图所示。三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体，请回答下列问题： 15 综合强化 (1)写出基态碳原子的电子排布式：_________。 (2)氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂化轨道类型分别是______、______、_____。 1s22s22p2 sp sp2 sp3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 氰胺中—C≡N中的N原子、三聚氰胺环上的N原子、—NH2中的N原子分别形成1、2、3个σ键且均有一个孤电子对，所以分别采取sp、sp2、sp3杂化。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (3)一个三聚氰胺分子中有_____个σ键。 15 综合强化 15 除每个双键上有1个π键外，其余均为σ键，共15个。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (4)三聚氰胺与三聚氰酸( )分子相互之间通过 氢键结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中C原子采取_____杂化。该分子的结构简式中，每个碳氧原子之间的共价键是____(填字母)。 A.2个σ键　　B.2个π键　　C.1个σ键，1个π键 15 综合强化 sp2 C 74 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 由于该分子中C与O形成双键，则应采取sp2杂化方式成键，sp2杂化的C原子与氧原子间有1个σ键、1个π键。 返回 SO NH PCl3中P原子价层电子对数＝3＋＝4，含有一个孤电子对，则P原子为sp3杂化，分子空间结构为三角锥形，故A正确； NH中N原子价层电子对数＝4＋＝4，不含孤电子对，则N原子为sp3杂化，分子空间结构为正四面体形，故B正确； H2S中S原子价层电子对数＝2＋＝4，含有两个孤电子对，则S原子为sp3杂化，分子空间结构为V形，故C错误； SO2中S原子价层电子对数＝2＋＝3，含有一个孤电子对，则S原子为sp2杂化，分子空间结构为V形，故D正确。 NH 5.BF3是典型的平面三角形分子，它溶于氢氟酸或NaF溶液中都形成BF，则BF3和BF中B原子的杂化轨道类型分别是 A.sp2、sp2 B.sp3、sp3 C.sp2、sp3 D.sp、sp2 BF3中B原子的价层电子对数为3，所以为sp2杂化，BF中B原子的价层电子对数为4，所以为sp3杂化。 氮的最高价氧化物为N2O5，根据N元素的化合价为＋5和原子组成，可知阴离子为NO、阳离子为NO，NO中N原子价层电子对数为 2＋×(5－1－2×2)＝2，因此杂化类型为sp，阳离子空间结构为直线形，A项正确。 8.下列关于NH、NH3、NH三种微粒的说法不正确的是 A.三种微粒所含有的电子数相等 B.三种微粒中氮原子的杂化方式相同 C.三种微粒的空间结构相同 D.键角大小关系：NH>NH3>NH NH、NH3、NH中含有的电子数均为10，A正确； NH、NH3、NH三种微粒中氮原子的杂化方式均为sp3杂化，B正确； NH为正四面体形，NH3为三角锥形，NH为V形，C错误； NH、NH3、NH三种微粒的键角大小关系为NH>NH3>NH，D正确。 SOCl2分子中S原子形成2个S—Cl、1个S==O，价层电子对数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋×(6－1×2－2)＝4，杂化轨道数是4，故S原子采取sp3杂化，SOCl2分子的VSEPR模型为四面体形，且S原子含1个孤电子对，则其分子的空间结构为三角锥形，A项正确。 10.下列说法正确的是 A.含有四个原子的分子的空间结构不可能为正四面体形 B.分子式为AB2的分子的空间结构一定为V形 C.在SO中硫原子的杂化方式为sp2，是正四面体形结构 D.CO中心碳原子的孤电子对数为0，故其结构为平面三角形 在SO中硫原子的孤电子对数是0，与其相连的原子数为4，根据杂化轨道理论可推知硫原子为sp3杂化，SO的空间结构是正四面体形，C错误； CO中心碳原子的成键电子对数为3，孤电子对数为×(4＋2－3×2)＝0，该离子是平面三角形结构，D正确。 (3)X射线衍射测定发现，I3AsF6中存在I。I的空间结构为________，中心原子的杂化方式为_______。 I中I原子为中心原子，则其孤电子对数为×(7－1－2×1)＝2，且其形成了2个σ键，中心原子采取sp3杂化，空间结构为V形。 $$nullnull