2.2.2 杂化轨道理论(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程化学选择性必修第二册同步学习指导(人教版2019)

３，孤电子对数为１，则分子的ＶＳＥＰＲ模型为平面三角形，空间 构型为Ｖ形，故Ｄ错误。故选Ａ。 ４． Ｄ　 ＣＳ２中中心原子Ｃ上的孤电子对数为１２ ×（４ － ２ × ２）＝ ０，σ键电子对数为２，价层电子对数为０ ＋ ２ ＝ ２，ＶＳＥＰＲ模型 为直线形，Ｃ上没有孤电子对，ＣＳ２ 是直线形分子，Ａ项错误； ＳｎＢｒ２中中心原子Ｓｎ上的孤电子对数为１２ ×（４ － ２ × １）＝ １， σ键电子对数为２，价层电子对数为１ ＋ ２ ＝ ３，ＶＳＥＰＲ模型为 平面三角形，由于孤电子对与成键电子对间的排斥作用＞成 键电子对间的排斥作用，ＳｎＢｒ２ 的键角小于１２０°，Ｂ项错误； ＢＦ３中中心原子Ｂ上的孤电子对数为１２ ×（３ － ３ × １）＝ ０，σ 键电子对数为３，价层电子对数为０ ＋ ３ ＝ ３，ＶＳＥＰＲ模型为平 面三角形，Ｂ上没有孤电子对，ＢＦ３是平面三角形分子，Ｃ项错 误；ＮＨ ＋４ 中中心原子Ｎ上的孤电子对数为１２ ×（５ － １ － ４ × １） ＝０，σ键电子对数为４，价层电子对数为０ ＋ ４ ＝ ４，ＶＳＥＰＲ模 型为正四面体形，Ｎ上没有孤电子对，ＮＨ ＋４ 为正四面体形，键 角等于１０９°２８′，Ｄ项正确。故选Ｄ。 随堂演练·知识落实 １． Ａ　 质谱法只能判断分子的相对分子质量，二者的相对分子质 量相等，利用质谱法无法鉴别二甲醚和乙醇，故Ａ符合题意； 金属钠能和乙醇反应，不能和二甲醚反应，利用金属钠可以鉴 别二甲醚和乙醇，故Ｂ不符合题意；红外光谱法可探测分子的 官能团，从而区分羟基、醚键，利用红外光谱法可以鉴别二甲 醚和乙醇，故Ｃ不符合题意；二甲醚结构对称，分子中有１种 氢原子，乙醇结构不对称，分子中有３种氢原子，利用核磁共 振氢谱可以鉴别二甲醚和乙醇，故Ｄ不符合题意。故选Ａ。 ２． Ｃ　 ＮＯ３ －中氮原子的价层电子对数＝ ３ ＋ １２ ×（５ ＋ １ － ２ × ３） ＝ ３，没有孤电子对，ＶＳＥＰＲ模型、立体构型均为平面三角形， 故Ａ错误、Ｃ正确；ＣｌＯ －３ 中氯原子的价层电子对数＝ ３ ＋ １２ × （７ ＋ １ － ３ × ２）＝ ４，有一对孤电子对，ＶＳＥＰＲ模型为四面体 形，立体构型为三角锥形，故Ｂ、Ｄ错误。故选Ｃ。 ３． Ａ　 由中心原子上孤电子对数的计算公式可知，ＣＨ４中碳原子 上无孤电子对，ＮＨ３中的氮原子上有１对孤电子对，Ｈ２Ｏ中的 氧原子上有２对孤电子对。根据题意知，孤电子对与成键电 子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力，使其 键角变小，Ａ项正确。故选Ａ。 ４． Ｄ　 ＣＨ４分子中价层电子对数＝ ４ ＋ １２ ×（４ － １ × ４）＝ ４，采用 ｓｐ３杂化，不含孤电子对，所以其空间构型为正四面体，ＣＨ２Ｃｌ２ 分子中价层电子对数＝ ４ ＋ １２ ×（４ － １ × ４）＝ ４，采用ｓｐ ３杂 化，不含孤电子对，有Ｈ和Ｃｌ，所以其空间构型为四面体，Ａ错 误；ＢｅＣｌ２分子中价层电子对数＝ ２ ＋ １２ ×（２ － ２ × １）＝ ２，采 用ｓｐ杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为直线形结构， ＳＯ２分子中价层电子对数＝ ２ ＋ １２ ×（６ － ２ × ２）＝ ３，采用ｓｐ ２ 杂化，含１对孤电子对，所以其空间构型为Ｖ形结构，Ｂ错误； ＢＦ３分子中价层电子对数＝ ３ ＋ １２ ×（３ － ３ × １）＝ ３，采用ｓｐ ２ 杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构， ＰＣｌ３分子中价层电子对数＝ ３ ＋ １２ ×（５ － ３ × １）＝ ４，采用ｓｐ ３ 杂化，且含１对孤电子对，所以其空间构型为三角锥形结构，Ｃ 错误；ＮＯ －３ 离子中价层电子对数＝ ３ ＋ １２ ×（５ ＋ １ － ２ × ３）＝ ３，采用ｓｐ２杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三 角形结构，ＣＯ２ －３ 离子中价层电子对数＝ ３ ＋ １２ ×（４ ＋ ２ － ２ × ３）＝ ３，采用ｓｐ２杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平 面三角形结构，Ｄ正确。故选Ｄ。 ５．直线形　 直线形　 四面体形　 Ｖ形　 四面体形　 三角锥形　 正四面体形　 正四面体形　 四面体形　 三角锥形 解析：二氯化铍分子中铍原子的价层电子对数为２，孤电子对 数为０，分子的ＶＳＥＰＲ模型为直线形，空间结构为直线形；二 氯化硫分子中硫原子的价层电子对数为４，孤电子对数为２， 分子的ＶＳＥＰＲ模型为四面体形，空间结构为Ｖ形；三氟化磷 分子中磷原子的价层电子对数为４，孤电子对数为１，分子的 ＶＳＥＰＲ模型为四面体形，空间结构为三角锥形；铵根离子中氮 原子的价层电子对数为４，孤电子对数为０，离子的ＶＳＥＰＲ模 型和空间结构都为正四面体形；亚硫酸根离子中硫原子的价 层电子对数为４，孤电子对数为１，离子的ＶＳＥＰＲ模型为正四 面体形，空间结构为三角锥形。 第２课时　 杂化轨道理论 　 　 一、４．（１）１个　 ３个　 １０９°２８′　 （２）１个　 ２个　 （３）１个 　 １个 正误判断 １．√　 ２．√　 ３．√　 ４．√　 ５．√　 ６． × 深度思考 １．常见的杂化轨道类型有ｓｐ、ｓｐ２、ｓｐ３。同一原子内由１个ｓ轨 道和３个ｐ轨道参与的杂化称为ｓｐ３杂化。 ２．判断杂化轨道类型，首先判断杂化轨道数，杂化轨道数＝中心 原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，由杂化轨道数即 可判断杂化轨道类型。 ３． ０ ＋ ２ ＝ ２　 ｓｐ　 ０ ＋ ３ ＝ ３　 ｓｐ２ 　 ０ ＋ ４ ＝ ４　 ｓｐ３ 　 １ ＋ ２ ＝ ３　 ｓｐ２ 　 １ ＋ ３ ＝ ４　 ｓｐ３ 　 ２ ＋ ２ ＝ ４　 ｓｐ３ 应用体验 １． Ａ　 同一原子中参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大， 如１ｓ轨道与２ｓ、２ｐ轨道能量相差太大，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，Ａ项错误，Ｂ项正 确；杂化轨道能量集中，形成牢固的化学键，Ｃ项正确；杂化轨 道可用于形成σ键，Ｄ项正确。故选Ａ。 ２． Ｃ　 中心原子采取ｓｐ３ 杂化的分子，ＶＳＥＰＲ模型是四面体，但 其立体构形不一定是正四面体，如：水和氨气分子中中心原子 采取ｓｐ３杂化，但Ｈ２Ｏ是Ｖ形，ＮＨ３是三角锥形，故四面体形、 三角锥形、Ｖ形分子的结构可以用ｓｐ３ 杂化轨道解释，故Ａ正 确；ｓｐ３、ｓｐ２、ｓｐ杂化轨道其空间构型分别是正四面体、平面三 角形、直线形，所以其夹角分别为１０９°２８′、１２０°、１８０°，故Ｂ正 确；杂化轨道可以部分参加形成化学键，例如ＮＨ３中Ｎ发生了 ｓｐ３杂化，形成了４个ｓｐ３杂化轨道，但是只有３个参与形成化 学键，故Ｃ错误；杂化前后的轨道数不变，杂化后，                                                                       各个轨道尽 —１６３— 可能分散，对称分布，导致轨道的形状发生了改变，故Ｄ正确。 故选Ｃ。 ３． Ｄ　 苯分子中的每个碳原子与相邻两个碳原子及与之相连的 一个氢原子形成３个σ键，同时每个碳原子还有一个未参加 杂化的２ｐ轨道，它们均有一个未成对电子，这些２ｐ轨道相互 平行，以“肩并肩”方式相互重叠，形成一个大π键，而杂化轨 道用于形成σ键或者容纳孤电子对，因此苯分子中所有碳原 子均采取ｓｐ２杂化成键，故Ａ项正确；杂化轨道只用于形成σ 键或用于容纳未参与成键的孤电子对，如ＮＨ３ 中Ｎ是ｓｐ３杂 化，所以形成４个杂化轨道，其中３个用于形成Ｎ—Ｈ σ键，还 有１个用于容纳未参与成键的孤电子对，故Ｂ项正确；根据杂 化轨道理论，ＳＯ２中Ｓ的杂化轨道数为２ ＋ １２ ×（６ － ２ × ２）＝ ３，Ｃ２Ｈ４中碳原子形成２个碳氢键，１个碳碳双键，Ｃ原子杂化 轨道数为２ ＋ １ ＝ ３，因此ＳＯ２ 和Ｃ２Ｈ４分子中的中心原子Ｓ和 Ｃ是通过ｓｐ２杂化轨道成键，故Ｃ项正确；中心原子通过ｓｐ３杂 化轨道成键时，该分子不一定为四面体结构，可能为三角锥形 或Ｖ形，如ＮＨ３、Ｈ２Ｏ等，故Ｄ项错误。故选Ｄ。 　 　 二、１．直线形　 平面三角形　 正四面体形　 ２． Ｖ形　 三角 锥形　 Ｖ形 正误判断 １．√　 ２． × 　 ３．√　 ４．√ 深度思考 　 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。 应用体验 １． Ｂ　 ＰＣｌ３ 中Ｐ原子的价层电子对数为３ ＋ ５ － ３ × １２ ＝ ４，采取 ｓｐ３杂化，有１对孤对电子，空间结构为三角锥形，Ａ正确；ＯＦ２ 中Ｏ原子的价层电子对数为２ ＋ ６ － ２ × １２ ＝ ４，采取ｓｐ ３杂化， 有２对孤对电子，空间结构为Ｖ形，Ｂ错误；ＮＨ ＋４ 中Ｎ原子的 价层电子对数为４ ＋ ５ － １ ＋ ４ × １２ ＝ ４，采取ｓｐ ３杂化，没有孤对 电子，空间结构为正四面体形，Ｃ正确；ＳＯ２中Ｓ原子的价层电 子对数为２ ＋ ６ － ２ × ２２ ＝ ３，采取ｓｐ ２ 杂化，有１对孤对电子，空 间结构为Ｖ形，Ｄ正确。故选Ｂ。 ２． Ｄ　 Ｎ －３ 的空间结构为直线形，中心Ｎ原子价层电子对数为２ ＋ ５ ＋ １ － ３ × ２２ ＝ ２，所以Ｎ原子的杂化方式为ｓｐ杂化，Ａ正 确；Ｈ２ＣＯ３中Ｃ原子的价层电子对数为３ ＋ ４ ＋ ２ － ２ × ３２ ＝ ３， 因此Ｃ原子的杂化方式为ｓｐ２ 杂化，Ｂ正确；Ｓ２Ｏ２ －３ （Ｓ２Ｏ２ －３ 相 当于ＳＯ２ －４ 中一个氧被硫替代）中心原子Ｓ的价层电子对数为 ４ ＋ ６ ＋ ２ － ２ × ４２ ＝ ４，因此Ｓ原子杂化方式为ｓｐ ３杂化，Ｃ正确； ＳＯ３分子中的中心Ｓ原子价层电子对数为３ ＋ ６ － ２ × ３２ ＝ ３，则 其中Ｓ原子杂化类型为ｓｐ２杂化；而三聚分子中每个Ｓ原子 价层电子对数都是４个，所以其中Ｓ原子杂化类型是ｓｐ３ 杂化，两种形式中Ｓ原子的杂化轨道类型不相同，Ｄ错误。 故选Ｄ。 随堂演练·知识落实 １． Ａ　 ｓｐ３杂化轨道是由同一个原子中能量相近的１个ｓ轨道和 ３个ｐ轨道杂化形成的一组能量相同、数量与原理相同的新 轨道，Ａ正确；ＣＨ４分子中的ｓｐ３杂化轨道是由Ｃ原子的２ｓ轨 道和２ｐ轨道杂化而形成的，Ｂ错误；由于孤电子对也会占据 杂化轨道，所以中心原子采取ｓｐ３杂化轨道成键的分子的立体 构型不一定是正面体形，如水分子为Ｖ形，氨气分子为三角锥 形，Ｃ错误；ＡＢ２型的共价化合物，中心原子Ａ也可以是ｓｐ２杂 化、ｓｐ３杂化，如Ｈ２Ｏ中Ｏ为ｓｐ３杂化，ＳＯ２ 中Ｓ为ｓｐ２ 杂化，Ｄ 错误。故选Ａ。 ２． Ｂ　 Ｎ２存在σ ｐ － ｐ和π键，Ａ项错误；Ｃ２Ｈ４中，Ｃ原子为ｓｐ２ 杂化，存在σ ｓ － ｓｐ２ 键，Ｂ项正确；Ｃ２Ｈ２ 中，中心Ｃ原子发生 ｓｐ杂化，形成σ ｓ － ｓｐ键，Ｃ项错误；ＨＣｌ中只存在σ ｓ － ｐ键， Ｄ项错误。故选Ｂ。 ３． Ｄ　 ＳＯ３ 分子中价层电子对个数＝ σ键个数＋孤电子对个数 ＝ ３ ＋（６ － ３ × ２）／ ２ ＝ ３，所以硫原子采用ｓｐ２ 杂化，为平面三 角形结构，故Ａ错误；ＳＯ２ 的价层电子对个数＝ ２ ＋（６ － ２ × ２）／ ２ ＝ ３，硫原子采取ｓｐ２ 杂化，该分子为Ｖ形结构，故Ｂ错 误；碳酸根离子中价层电子对个数＝ σ键个数＋孤电子对个 数＝ ３ ＋（４ ＋ ２ － ３ × ２）／ ２ ＝ ３，所以原子杂化方式是ｓｐ２，为平 面三角形结构，故Ｃ错误；乙炔（ 帒ＣＨ ＣＨ ）分子中每个Ｃ原 子含有２个σ键和２个π键，价层电子对个数是２，为ｓｐ杂 化，为直线形，故Ｄ正确。故选Ｄ。 ４． Ｃ　 ＰＣｌ５中心原子Ｐ原子的价层电子对数＝ ５ ＋ ５ － １ × ５２ ＝ ５， 故Ａ正确；ＰＣｌ５分子中是由Ｐ—Ｃｌ单键构成的，没有π键，故 Ｂ正确；根据题图知，平面上键角（Ｃｌ—Ｐ—Ｃｌ）为１２０°、上顶点 和平面上的Ｃｌ原子形成的键角（Ｃｌ—Ｐ—Ｃｌ）有９０°，上下顶点 和Ｐ原子形成的键角（Ｃｌ—Ｐ—Ｃｌ）为１８０°，故Ｃ错误；ＳＦ４ 分 子中Ｓ原子有一对孤电子对，成键电子对数与孤电子对数总 和为４ ＋ １ ＝ ５，也采用ｓｐ３ｄ杂化，故Ｄ正确。故选Ｃ。 ５．（１）１０９°２８′　 （２） Ｈ··Ｃ ·· Ｈ · · · ·Ｃ ·· Ｈ · ·Ｈ 　 Ｈ··ＣＣ··Ｈ　 ｒ（ Ｃ Ｃ） ＞ ｒ（ 帒Ｃ Ｃ ）　 乙烯　 乙炔　 （３）①相等　 ②Ｃ—Ｃ键和 Ｃ Ｃ键 解析：（１）甲烷分子的空间结构是正四面体形，Ｃ—Ｈ键的键 角为１０９°２８′。 （２）１个乙烯分子中含有２个碳原子和４个氢原子，两个碳原 子之间通过共用２对电子形成一个碳碳双键，碳碳双键与碳 氢键之间的夹角为１２０°，为平面形结构，其电子式为 Ｈ··Ｃ ·· Ｈ · · · ·Ｃ ·· Ｈ · ·Ｈ；乙炔的电子式为Ｈ··ＣＣ··Ｈ；共用电子对 越多，两个碳原子的结合力越强，所以ｒ （ Ｃ Ｃ）＞ ｒ（ 帒Ｃ Ｃ ）。碳碳三键的键能大，使溴水褪色的时间长，故在 同浓度同体积的溴水中分别通入乙烯和乙炔时，乙烯使溴水 褪色的时间短；发生加成反应时１ ｍｏｌ乙烯消耗１ ｍｏｌ溴，１ ｍｏｌ乙炔消耗２ ｍｏｌ溴，故同温同压下，使等体积等浓度的溴 水正好褪色，消耗的乙炔少。 （３）①苯分子中碳碳键键长相等                                                                       ； —１６４— ②由于Ｃ—Ｃ键中只含有１个σ键，碳碳双键中含有１个σ键 和１个仅被２个碳原子共有的π键，所以苯分子中碳碳键的 键长介于Ｃ—Ｃ键和 Ｃ Ｃ键之间。 微专题３　 分子（或离子）空间结构 与杂化轨道理论 一、跟踪训练 １． Ｄ　 ＰＨ３、Ｈ２Ｓ、ＳｉＨ４的立体构型分别为三角锥形、Ｖ形、正四面 体，故不选Ａ；ＢＣｌ３中Ｂ原子杂化轨道数＝ σ键＋孤对电子对 数＝ ３ ＋ ０ ＝ ３，分子构型为平面正三角形，ＳＯ３ 中Ｓ原子价层 电子对数＝ ３ ＋ １２ ×（６ － ３ × ２）＝ ３，Ｓ原子采用ｓｐ ２杂化，分子 构型为平面正三角形，而ＳｅＯ２ －３ 中心原子Ｓｅ的价层电子对数 为３ ＋ １２ ×（６ ＋ ２ － ３ × ２）＝ ４，空间结构为三角锥形，故不选 Ｂ；ＨＣＨＯ的空间构型为平面三角形，ＨＣＮ的空间构型为直线 形，ＣｌＯ －２ 的空间构型为Ｖ形，故不选Ｃ；ＳｅＯ２ －４ 、ＡｓＯ３ －４ ，ＧｅＣｌ４ 分子中中心原子没有孤对电子，其价层电子对数是４，所以它 们的空间构型都是正四面体形，故选Ｄ。 ２． Ｃ　 二氯甲烷分子中碳氢键的键长与碳氯键的键长不相等，所 以分子的空间结构不是正四面体形，故Ａ错误；水分子中氧原 子的价层电子对数为４，孤对电子对数为２，则分子中氧原子 的杂化轨道类型为ｓｐ３，分子的立体构型为Ｖ形，故Ｂ错误；二 氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为２，孤对电子对数为 ０，则分子中碳原子的杂化轨道类型为ｓｐ，分子的立体构型为 直线形，故Ｃ正确；亚硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为 ４，孤对电子对数为１，则离子的空间结构为三角锥形，故Ｄ错 误。故选Ｃ。 ３．（１）３　 ２　 （２）＋ ３　 Ｎ的电负性大于Ｂ的电负性　 （３）正四 面体形　 Ｎａ ＋［··Ｆ ·· ·· · ·Ｂ ·· · ·Ｆ ··· · ··· ·Ｆ·· · · · ·Ｆ ·· ·· · ·］－ 解析：（１）根据图示可知，２号Ｂ原子的价层电子对数为３，且无 孤电子对；根据图示可知，该阴离子的化学式为［Ｈ４Ｂ４Ｏ９］ｍ －，其 中Ｈ显＋ １价，Ｂ显＋ ３价、Ｏ显－ ２价，所以ｍ ＝ ２。（２）由于 电负性：Ｎ ＞ Ｂ，所以ＢＮ中Ｂ显＋ ３价。（３）ＢＦ －４ 的空间结构 为正四面体形，ＮａＢＦ４的电子式为Ｎａ ＋［··Ｆ ·· ·· · ·Ｂ ·· · ·Ｆ ··· · ··· ·Ｆ·· · · · ·Ｆ ·· ·· · ·］－。 二、跟踪训练 １． Ｃ 　 ＣｌＯ －２ 的结构式为 ，ＣｌＯ －３ 的结构式为 ，ＣｌＯ －４ 的结构式为 Ｃｌ   Ｏ Ｏ         Ｏ Ｏ － ，ＶＳＥＰＲ模型 均为四面体，中心原子价层电子对数均为４，因此Ｃｌ的杂化方 式都是ｓｐ３，Ａ正确；量子力学把电子在原子核外的一个空间 运动状态称为一个原子轨道，基态Ｃｌ原子的核外电子排布式 为１ｓ２２ｓ２２ｐ６３ｓ２３ｐ５，ｓ能级各有一个轨道，ｐ能级各有３个轨 道，共９个轨道。因此基态Ｃｌ原子的核外电子的空间运动状 态有９种，Ｂ正确；三种离子的Ｃｌ原子均为ｓｐ３杂化，中心原 子孤电子对越多，对成键电子排斥越强，键角越小，ＣｌＯ －２ 有２ 对孤电子对，空间结构呈Ｖ形，键角为１０５°，ＣｌＯ －３ 有１对孤 电子对，空间结构呈三角锥形，键角为１０７°，ＣｌＯ －４ 没有孤电 子对，空间结构呈四面体形，键角为１０９° ２８′，键角关系为 ＣｌＯ －２ ＜ ＣｌＯ － ３ ＜ ＣｌＯ － ４ ，Ｃ错误；Ｃｌ２Ｏ中心原子为Ｏ原子，杂化 方式为ｓｐ３，结构式为 ，因此空间构型为Ｖ形，分 子中的化学键的键长和键角可以通过Ｘ射线衍射实验获得， Ｄ正确。故选Ｃ。 ２． Ａ　 ＮＨ３、ＰＨ３、ＡｓＨ３结构相似，电负性Ｎ ＞ Ｐ ＞ Ａｓ，键合电子离中 心原子的距离逐渐变远，键合电子间的排斥力逐渐变小，则键角 依次减小，即是ＮＨ３ ＞ ＰＨ３ ＞ ＡｓＨ３，故Ａ正确；元素的原子序数＝ 核外电子数，Ｃｄ为４８号元素，则其核外有４８个电子，根据构造原 理可知电子排布式为［Ｋｒ］４ｄ１０５ｓ２，故Ｂ错误；Ｓｎ位于第五周期第 ⅣＡ族，位于ｐ区，则其核外有５个能层，价电子数等于最外层电 子数，为４个，其价层电子排布式为５ｓ２ ５ｐ２，故Ｃ错误；ＳｉＨ４中Ｈ 元素显－１价，而ＣＨ４中Ｈ元素显＋１价，ＳｉＨ４的还原性大于ＣＨ４ 的，故Ｄ错误。故选Ａ。 ３． Ｂ　 由题意可知，Ｘ和Ｚ的基态原子Ｌ层上均有２个未成对电 子，且原子序数Ｘ ＜ Ｚ，则Ｘ的基态原子核外电子排布式为 １ｓ２２ｓ２２ｐ２，Ｘ为Ｃ，Ｚ的基态原子核外电子排布式为１ｓ２２ｓ２２ｐ４， Ｚ为Ｏ，则Ｙ为Ｎ；Ｚ与Ｍ同主族，则Ｍ为Ｓ；Ｗ位于第四周 期，其基态原子失去３个电子后３ｄ轨道半充满，则Ｗ为Ｆｅ。 组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用 力越强，物质的熔、沸点越高，即沸点：ＣＨ４ ＜ ＳｉＨ４ ＜ ＧｅＨ４ ＜ ＳｎＨ４，故Ａ 错误；Ｙ 为Ｎ，其基态原子轨道表示式为 ↑↓ １ｓ 　↑↓ ２ｓ ↑ ↑ ↑ ２ｐ ，共有５个轨道，一个轨道就是一种空间运 动状态，则基态Ｎ原子核外电子有５种空间运动状态，故Ｂ正 确；ＭＺ２ －３ 为ＳＯ２ －３ ，ＳＯ２ －３ 的中心原子Ｓ的价层电子对数为３ ＋ １ ２ ×（６ ＋ ２ － ２ × ３）＝ ４，采用ｓｐ ３杂化，有１个孤电子对；ＭＺ２ －４ 为ＳＯ２ －４ ，ＳＯ２ －４ 的中心原子Ｓ的价层电子对数为４ ＋ １２ ×（６ ＋ ２ － ２ × ４）＝ ４，采用ｓｐ３ 杂化，无孤电子对；由于孤电子对对成 键电子对的斥力大于成键电子对间的斥力，则键角ＳＯ２ －３ ＜ ＳＯ２ －４ ，故Ｃ错误；Ｗ为Ｆｅ，位于元素周期表的ｄ区，故Ｄ错误。 故选Ｂ。 ４． Ｄ　 元素钌（４４Ｒｕ）位于元素周期表的第Ⅷ族，为ｄ区，Ａ正确； 水分子中氧为ｓｐ３杂化且含２对孤电子对，ＢＨ －４ 中Ｂ为ｓｐ３杂 化且无孤电子对，ＢＨ３中Ｂ为ｓｐ２ 杂化，孤电子对与成键电子 对之间的斥力大于成键电子对之间的斥力，故键角：Ｈ２Ｏ ＜ ＢＨ －４ ＜ ＢＨ３，Ｂ正确；反应过程中Ｂ化合价一直为＋ ３、氧化合 价一直为－ ２，变化中仅氢元素化合价发生变化，Ｃ正确； Ｈ２ＢＯＨ、ＨＢ（ＯＨ）２ 中Ｂ均形成３ 个共价键为ｓｐ２ 杂化， Ｂ（ＯＨ）－４ 中Ｂ为ｓｐ３杂化，ＶＳＥＰＲ模型不相同，Ｄ错误。故 选Ｄ。 ５．（１）ＳＯ２ －４ 的键角大于Ｈ２Ｏ的。ＳＯ２ －４ 中中心原子Ｓ的价层电 子对数为４、孤电子对数为０，其离子的空间构型为正四面体 形，Ｈ２Ｏ分子中中心原子Ｏ的价层电子对数为４、                                                                      孤电子对数 —１６５— # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : !"#$%&'() 对应学生用书学案Ｐ １．已知二甲醚（ＣＨ３ＯＣＨ３）和乙醇是同分异构 体，下列鉴别方法中不可行的是 （Ａ ） Ａ．利用质谱法 Ｂ．利用金属钠 Ｃ．利用红外光谱法 Ｄ．利用核磁共振氢谱 ２．下列有关描述正确的是 （Ｃ ） Ａ． ＮＯ －３ 为Ｖ形分子 Ｂ． ＣｌＯ －３ 的立体构型为平面三角形 Ｃ． ＮＯ－３ 的ＶＳＥＰＲ模型、立体构型均为平面三角形 Ｄ． ＣｌＯ －３ 的ＶＳＥＰＲ模型、立体构型相同 ３．已知ＣＨ４中Ｃ—Ｈ键间的键角为１０９°２８′，ＮＨ３中 Ｎ—Ｈ键间的键角为１０７°，Ｈ２Ｏ中Ｏ—Ｈ键间的 键角为１０５°，则下列说法中正确的是 （Ａ ） Ａ．孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键 电子对与成键电子对间的斥力 Ｂ．孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键 电子对与成键电子对间的斥力 Ｃ．孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键 电子对与成键电子对间的斥力 Ｄ．题干中的数据不能说明孤电子对与成键电 子对间的斥力和成键电子对与成键电子对 间的斥力之间的大小关系 ４．用ＶＳＥＰＲ模型预测下列分子或离子的立体 结构，其中正确的是 （Ｄ ） Ａ． ＣＨ４与ＣＨ２Ｃｌ２均为正四面体 Ｂ． ＢｅＣｌ２与ＳＯ２为直线形 Ｃ． ＢＦ３与ＰＣｌ３为三角锥形 Ｄ． ＮＯ －３ 与ＣＯ２ －３ 为平面三角形 ５．用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子 的空间结构。 分子或离子 ＶＳＥＰＲ模型名称 空间结构名称 ＢｅＣｌ２ 　 直线形　 　 直线形　 ＳＣｌ２ 　 四面体形　 　 Ｖ形　 ＰＦ３ 　 四面体形　 　 三角锥形　 ＮＨ ＋４ 　 正四面体形　 　 正四面体形　 ＳＯ２ －３ 　 四面体形　 　 三角锥形　 请同学们认真完成练案［８                                 ］ 第２课时　 杂化轨道理论 核心素养发展目标 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。 一、杂化轨道及其类型 　 　 １．杂化轨道的含义 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 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．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２ｓ轨道和３ 个２ｐ轨道发生混杂，混杂时保持轨道总数不 变，得到４个新的能量相同、方向不同的轨道， 各指向正四面体的４个顶角，夹角１０９°２８′，称 为ｓｐ３杂化轨道，碳原子以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Ｃ—Ｈ σ键，呈现正四面体的空间结构。 ３．杂化轨道的形成及其特点                  !%% ! " # $ % & ' ( ２ ) * + , - . & + # # # # # # # ４．杂化轨道的类型 （１）ｓｐ３杂化轨道——正四面体形 ｓｐ３杂化轨道是由　 １个　 　 ｎｓ轨道和　 ３ 个　 　 ｎｐ轨道杂化而成，每个ｓｐ３杂化轨道都含 有１４ ｓ和 ３ ４ ｐ的成分，ｓｐ ３杂化轨道间的夹角为 　 １０９°２８′　 ，空间结构为正四面体形。如下图 所示。 （２）ｓｐ２杂化轨道——平面三角形 ｓｐ２杂化轨道是由　 １个　 　 　 ｎｓ轨道和 　 ２个　 　 ｎｐ轨道杂化而成的，每个ｓｐ２杂化轨 道含有１３ ｓ和 ２ ３ ｐ成分，ｓｐ ２杂化轨道间的夹角都 是１２０°，呈平面三角形，如下图所示。 （３）ｓｐ杂化——直线形 ｓｐ杂化轨道是由　 １个　 ｎｓ轨道和　 １个　 ｎｐ轨道杂化而成的，每个ｓｐ杂化轨道含有１２ ｓ 和１２ ｐ的成分，ｓｐ杂化轨道间的夹角为１８０°，呈 直线形，如下图所示。 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，孤立的原子时不可能发生杂化。 （√ ） 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。 （ × ） 深度思考 　 　 １．常见的杂化轨道类型有哪些？什么是 ｓｐ３杂化轨道？ ２．如何判断杂化轨道类型？ ３．填写下表： 代表物杂化轨道数 杂化轨道类型 ＣＯ２ 　 ０ ＋ ２ ＝ ２　 　 ｓｐ　 ＣＨ２Ｏ 　 ０ ＋ ３ ＝ ３　 　 ｓｐ２　 ＣＨ４ 　 ０ ＋ ４ ＝ ４　 　 ｓｐ３　 ＳＯ２ 　 １ ＋ ２ ＝ ３　 　 ｓｐ２　 ＮＨ３ 　 １ ＋ ３ ＝ ４　 　 ｓｐ３　 Ｈ２Ｏ 　 ２ ＋ ２ ＝ ４　 　 ３ｐ３　 应用体验 １．下列关于杂化轨道的说法错误的是（Ａ ） Ａ．所有原子轨道都参与杂化形成杂化轨道 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．杂化轨道可用于形成σ键 ２．下列有关杂化轨道的说法不正确的是（Ｃ ） Ａ．四面体形、三角锥形、Ｖ形分子的结构可以 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．杂化轨道全部参加形成化学键 Ｄ．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发                                                                        生了改变 !%& # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : ３．下列关于杂化轨道的叙述中，不正确的是 （Ｄ ） Ａ．苯分子中所有碳原子均采取ｓｐ２杂化成键 Ｂ．杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参 与成键的孤电子对 Ｃ． ＳＯ２和Ｃ２Ｈ４分子中的中心原子Ｓ和Ｃ是通 过ｓｐ２杂化轨道成键 Ｄ．中心原子通过ｓｐ３杂化轨道成键时，该分子 一定为四面体结构 　 　 （１）杂化轨道理论的要点 ①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。 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（如２ｓ、 ２ｐ）。 ④杂化前后原子轨道数目不变（参加杂化 的轨道数目等于形成的杂化轨道数目），且杂化 轨道的能量相同。 ⑤杂化轨道成键时要满足化学键间最小排 斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布，故杂 化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但杂化轨 道的形状完全相同。 ⑥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。 （２）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 ＣＨ ２ ＣＨ２等； ③形成两个π 键，采取ｓｐ 杂化，如 帒ＣＨ ＣＨ 、ＣＯ２等。                               二、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，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。 杂化类型 ｓｐ ｓｐ２ ｓｐ３ 轨道夹角 １８０° １２０° １０９°２８′ 杂化轨道示意图 实例 ＢｅＣｌ２ ＢＦ３ ＣＨ４ 分子结构示意图 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，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 ＡＢ２或（Ｂ２Ａ） ｓｐ３ １ 　 三角锥形　 ＮＨ３、ＰＣｌ３、ＮＦ３、Ｈ３Ｏ ＋ ２ 　 Ｖ形　 Ｈ２Ｓ、ＮＨ －２ !%' ! " # $ % & ' ( ２ ) * + , - . & + # # # # # # # 　 　 ３．中心原子轨道杂化类型的判断 （１）利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理 论判断分子构型的思路 价层电子对→判断ＶＳＥＰＲ模型→判断杂化轨道 构型。 （２）根据ＶＳＥＰＲ模型判断 价层电子对数　 　 　 ４　 　 　 　 ３　 　 　 　 ２ ＶＳＥＰＲ模型　 四面体形　 　 三角形　 　 直线形 杂化类型　 　 　 　 ｓｐ３ 　 　 　 　 　 ｓｐ２ 　 　 　 ｓｐ （３）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。 ４．等电子原理：原子总数相同、价电子总数 相同的分子，具有相似的化学键特征，它们的许 多性质是相近的。满足等电子原理的分子称为 等电子体。例如ＣＯ和Ｎ２具有相同的原子总数 和相同的价电子总数，属于等电子体。 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． ＮＨ３分子的空间结构为三角锥形，则氮原子 的杂化方式为ｓｐ３。 （√ ） ４． Ｃ２Ｈ４分子中的键角都约是１２０°，则碳原子的 杂化方式是ｓｐ２。 （√ ） 深度思考 　 　 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。 应用体验 １．下列粒子的中心原子的杂化轨道类型和粒子 的空间结构不正确的是 （Ｂ ） Ａ． ＰＣｌ３中Ｐ原子为ｓｐ３杂化，分子空间结构为 三角锥形 Ｂ． ＯＦ２中Ｏ原子为ｓｐ杂化，分子空间结构为 直线形 Ｃ． ＮＨ ＋４ 中Ｎ原子为ｓｐ３杂化，分子空间结构 为正四面体形 Ｄ． ＳＯ２中Ｓ原子为ｓｐ２杂化，分子空间结构为 Ｖ形 ２．从微粒结构角度分析，下列说法错误的是 （Ｄ ） Ａ． Ｎ －３ 的空间结构为直线形，中心原子的杂化 方式为ｓｐ Ｂ． Ｈ２ＣＯ３中Ｃ原子的杂化方式为ｓｐ２ Ｃ． Ｓ２Ｏ ２ － ３ （Ｓ２Ｏ２ －３ 相当于ＳＯ２ －４ 中一个氧被硫 替代）中心原子Ｓ的杂化方式为ｓｐ３ Ｄ．三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体 （ ）两种存在形式，两种形 式中Ｓ原子的杂化轨道类型相同 　 　 中心原子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′，则中心原子采取 ｓｐ３杂化；若杂化轨道之间的夹角为１２０°，则中 心原子采取ｓｐ２杂化；若杂化轨道之间的夹角为 １８０°，则中心原子采取ｓｐ杂化。 （２）根据价层电子对数判断：若价层电子对 数为４，则中心原子采取ｓｐ３ 杂化；若价层电子 对数为３，则中心原子采取ｓｐ２ 杂化；若价层电 子对数为２，则中心原子采取ｓｐ杂化。 （３）常见物质中心原子的杂化方式 ①采取ｓｐ３杂化的：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、ＮＨ ＋４ 等。 ②采取ｓｐ２ 杂化的：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杂化的：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。                                                                        !%( # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 " 8 9 : !"#$%&'() 对应学生用书学案Ｐ １．关于原子轨道的说法正确的是 （Ａ ） Ａ． ｓｐ３杂化轨道是由同一个原子中能量相近 的ｓ轨道和ｐ轨道杂化形成的一组能量相 同的新轨道 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轨道杂化而形 成的 Ｃ．凡是中心原子采取ｓｐ３杂化轨道成键的分 子其立体构型都是正四面体 Ｄ．凡ＡＢ２型的共价化合物，其中心原子Ａ均 采用ｓｐ杂化轨道成键 ２． ｓ轨道与ｓ轨道重叠形成的共价键可用符号 表示为σ ｓ － ｓ，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σ ｐ － ｐ， 请你指出下列分子中含有σ ｓ － ｓｐ２键的是 （Ｂ ） Ａ． Ｎ２ Ｂ． Ｃ２Ｈ４ Ｃ． Ｃ２Ｈ２ Ｄ． ＨＣｌ ３．下表中各粒子对应的立体结构及杂化方式均 正确的是 （Ｄ ） 选项粒子立体结构 杂化方式 Ａ ＳＯ３ 平面三角形 Ｓ原子采取ｓｐ杂化 Ｂ ＳＯ２ Ｖ形 Ｓ原子采取ｓｐ３杂化 Ｃ ＣＯ２ －３ 三角锥形 Ｃ原子采取ｓｐ２杂化 Ｄ Ｃ２Ｈ２ 直线形 Ｃ原子采取ｓｐ杂化 ４． Ｐ原子在形成ＰＣｌ５分子时，３ｓ、３ｐ轨道和１个 ３ｄ轨道参与形成ｓｐ３ｄ杂化，ＰＣｌ５ 的空间构型 为三角双锥形（如下图所示）。下列关于ＰＣｌ５ 分子的说法不正确的是 （Ｃ ） Ａ． ＰＣｌ５分子中价电子对数为５ 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 Ｄ． ＳＦ４分子中Ｓ原子也采用ｓｐ３ｄ杂化 ５．如图是甲烷分子中Ｃ原子ｓｐ３ 杂化轨道电子 云图： （１）甲烷分子中Ｃ—Ｈ键的键角为　 　 　 １０９°２８′　 。 （２）乙烯和乙炔的电子式分别为　 　 　 　 　 　 、 　 　 　 　 　 　 ，请你比较乙烯和乙炔分子中 “ Ｃ Ｃ”和“ 帒Ｃ Ｃ ”的键长大小：　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 。乙炔和乙烯一样都能 和溴水发生加成反应并使溴水褪色，请你预 测在同浓度同体积的溴水中分别通入乙烯和 乙炔时，　 乙烯　 （选填“乙烯”或“乙炔”）使 溴水褪色的时间短；同温同压下，使等体积等 浓度的溴水正好褪色，消耗的　 乙炔　 （选填 “乙烯”或“乙炔”）少。 （３）苯分子中Ｃ原子以ｓｐ２ 杂化轨道成键， ６个Ｃ原子中每个Ｃ原子的２ｓ轨道和其中２ 个２ｐ轨道形成３个ｓｐ２ 杂化轨道，其中１个 ｓｐ２杂化轨道与１个Ｈ原子形成１个σ键、另 外２个ｓｐ２杂化轨道分别与另外２个Ｃ原子 的ｓｐ２杂化轨道形成２个σ键而形成１个六 元环，而每个Ｃ原子未参与杂化的另１个ｓｐ２ 轨道均垂直于这个六元环所处的平面且相互 之间“肩并肩”重叠形成１个“大π键”， 如图： 请你猜想： ①苯分子中每个碳碳键的键长是否相等？ 　 相等　 ； ②苯分子中碳碳键的键长与Ｃ—Ｃ键、 Ｃ Ｃ 键、 帒Ｃ Ｃ 键的键长相比，处于　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 的键长之间。 请同学们认真完成练案［９                                                                    ］ !%)