第2章 第2节 课时2 杂化轨道理论简介-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 单选）

正禾一本通 一轮总复习 多媒体课件 英语（人教版） 第二章 分子结构与性质 第二节　分子的空间结构 　第2课时　杂化轨道理论简介 教材基础·预习 2s 2p sp3 1 1 1 1 2 3 2 3 4 180° 120° 109°28′ 直线形 平面三角形 正四面体形 直线形 平面三角形 四面体 平面三角形 四面体 正四面体 sp sp2 sp3 sp2 sp3 sp3 × × √ √ × √ 核心能力·探究 课下巩固训练(十)　 杂化轨道理论简介 学习目标 素养解读 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 通过对杂化理论和分子空间结构的认识，能够以微观角度探析杂化轨道与分子空间结构的关系，发展宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养 【情境诱思】 CH4的4个C—H单键都是σ键，然而碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的CH4分子。怎么解释CH4的正四面体空间结构的形成呢？ 提示：可以利用杂化轨道理论解释。 1．用杂化轨道理论解释甲烷的形成 轨道的杂化 碳原子的 轨道和三个 轨道发生混杂，形成4个能量相同、方向不同的 杂化轨道 化学键的形成 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 2.杂化轨道类型及空间结构 杂化类型 sp sp2 sp3 用于杂化的原子轨道及数目 s p 杂化轨道的数目 杂化轨道间的夹角 空间结构 [注意]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。 3．VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 VSEPR模型 VSEPR模型名称 中心原子的杂化轨道类型 典型例子 CO2 SO2 H2O SO3 NH3 CH4 【易错辨析】 1．任意能级的s轨道和p轨道都可以形成杂化轨道( ) 2．杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同( ) 3．凡通过sp3杂化形成的分子，其空间结构一定为正四面体形( ) 4．杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同( ) 5．杂化轨道中一定有一个电子( ) 6．两种分子的杂化方式一样，但是分子空间结构却不一定相同( ) 下图是乙烯分子和乙炔分子中的化学键情况。 问题1：分析乙烯中C的杂化方式，总结原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？ 提示：乙烯中C的杂化方式为sp2杂化，杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同，杂化后，形成的一组杂化轨道能量相同。 问题2：分析乙炔中C的杂化方式，根据乙烯、乙炔分析杂化类型与分子空间结构有什么关系？ 提示：乙炔中C的杂化方式为sp杂化。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。(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空间结构有所不同。 【要点归纳】 1．杂化轨道的形成及其特点 2．中心原子轨道杂化类型的判断 (1)根据杂化轨道数目判断 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。 (3)根据分子的空间结构判断 ①若分子的空间结构为正四面体形或三角锥形，则分子的中心原子采取sp3杂化。 ②若分子的空间结构为平面三角形，则分子的中心原子采取sp2杂化 ③若分子的空间结构为直线形，则分子的中心原子采取sp杂化。 ④若分子的空间结构为V形，则分子的中心原子采取sp2杂化或sp3杂化。 (4)有机物中碳原子的杂化类型的判断 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 饱和碳原子采取sp3杂化；双键及苯环上的碳原子采取sp2杂化；三键上的碳原子采取sp杂化。 3．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，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。 (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型分子或离子 中心原子杂化类型 中心原子孤电子对数 分子或离子的空间结构 实例 AB2 sp2 1 V形 SO2 AB3 sp3 1 三角锥形 NF3、H3O＋ AB2或(B2A) 2 V形 H2S、NH eq \o\al(－,2) 【典例分析】 考向1　原子轨道的杂化与杂化轨道的类型 【典例1】 (2024·湖南长沙高二检测)下列说法正确的是(　　) A．在SCl2中，中心原子S采取sp杂化轨道成键 B．凡是中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构都是正四面体形 C．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 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 解析：选C。SCl2中S原子价层电子对数是4且含有2个孤电子对，S原子杂化类型为sp3，A错误；中心原子采取sp3杂化的分子，VSEPR模型是四面体，但其空间结构不一定是正四面体，如水和氨中中心原子采取sp3杂化，但H2O是V形，NH3是三角锥形，B错误；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，没有杂化的p轨道可形成π键，C正确；AB3型的共价化合物，其中心原子A可能采用sp3杂化也可能采用sp2杂化，如BF3中B原子采用sp2杂化，NH3中N采取sp3杂化，D错误。 【对点练】 1.(2024·宁夏银川高二期中)关于原子轨道杂化的说法正确的是(　　 ) A．CH4分子的键角与其分子中杂化轨道间的夹角相同 B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由碳原子中的1s轨道和2p轨道重新混杂，形成的一组能量相同的新轨道 C．CH4分子中的碳原子通过sp3杂化改变了原子轨道的形状、方向和数目，使原子的成键能力增强 D．杂化轨道可用于形成σ键、π键和容纳孤电子对 解析：选A。CH4中心原子价层电子对数为4＋ eq \f(1,2)(4－4×1)＝4＋0＝4，由于没有孤电子对，因此CH4分子的键角与其分子中杂化轨道间的夹角相同，A正确；CH4分子中的sp3杂化轨道是由碳原子中能量相近的轨道即2s轨道和2p轨道重新混杂，形成的一组能量相同的新轨道，B错误；杂化后原子轨道的数目没有改变，C错误；杂化轨道可用于形成σ键，容纳孤电子对，但不能形成π键，D错误。 2．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　 ) A．CO2与C6H6(苯) B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4 解析：选B。CO2分子中，C原子采用sp杂化，C6H6分子中，C原子采用sp2杂化，A错误；CH4和NH3分子中C、N原子均采用sp3杂化，B正确；BeCl2分子中Be原子为sp杂化，BF3分子中B原子为sp2杂化，C错误；C2H2分子中C原子为sp杂化，C2H4分子中C原子为sp2杂化，D错误。 考向2 杂化轨道类型与分子空间结构的关系 【典例2】 下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是(　　 ) 选项 粒子 空间结构 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 CO eq \o\al(2-,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 解析：选D。SO3分子中硫原子的价层电子对数＝3＋ eq \f(1,2)×(6－3×2)＝3，不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；SO2分子中硫原子的价层电子对数＝2＋ eq \f(1,2)×(6－2×2)＝3，含1个孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为V形，错误；CO eq \o\al(2-,3)中碳原子价层电子对数＝3＋ eq \f(1,2)×(4＋2－3×2)＝3，不含孤电子对，采取sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；乙炔(CH≡CH)分子中每个碳原子均形成2个σ键和2个π键，价层电子对数是2，为sp杂化，空间结构为直线形，正确。 【对点练】 3.(2024·河南郑州高二检测)已知某微粒Q的中心原子为sp3杂化。下列说法中错误的是(　　 ) A．Q可能是三角锥形 B．Q不可能是V形 C．Q可能是正四面体形 D．Q的VSEPR模型是四面体形 答案：B 4．回答下列问题 (1)图(a)为S8的结构，其硫原子的杂化轨道类型为____________。 (2)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的空间结构为________；固态三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。 (3)COCl2分子中所有原子均满足8电子构型，COCl2分子中σ键和π键的个数比为______________，中心原子的杂化方式为________________。 (4)As4O6的分子结构如图所示，其中As原子的杂化方式为____________。 (5)AlH eq \o\al(－,4)中Al原子的轨道杂化方式为________。 答案：(1)sp3　(2)平面三角形　sp3　 (3)3∶1　sp2　(4)sp3　(5)sp3 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．以下有关杂化轨道的说法中错误的是( ) A．第Ⅰ A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．孤电子对有可能参加杂化 D．s轨道和p轨道杂化不可能有sp4出现 解析：选B。第ⅠA族元素的价电子排布式为ns1，由于只有1个ns电子，因此不可能形成杂化轨道；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；例如H2O分子中的氧原子采取sp3杂化，其sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，所以孤电子对有可能参加杂化；由于np能级只有3个原子轨道，所以s轨道和p轨道杂化只有sp3、sp2、sp三种，不可能出现sp4杂化。 2．在分子中，羰基()碳原子与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为(　　 ) A．sp2杂化；sp2杂化 B．sp3杂化；sp3杂化 C．sp2杂化；sp3杂化 D．sp杂化；sp3杂化 答案：C 3．能正确表示CH4中碳原子的成键方式的示意图为(　　) A． B． C． D． 答案：D 4．氨的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N原子形成三个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道 C．NH3分子中有一个未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 D．氨的相对分子质量大于甲烷 解析：选C。NH3中N原子形成3个σ键，有一个未成键的孤电子对，杂化轨道数为4，采取sp3杂化，孤电子对对成键电子的排斥作用较强，N—H之间的键角小于109°28′，所以氨分子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为正四面体形。 5．(1)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型是____________。 (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____________。 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。 (2)上的碳原子形成3个σ键和1个π键，采取sp2杂化。(4)G是NH3，N原子采取sp3杂化。 答案：(1)sp3、sp2　(2)sp2　(3)三角锥形　sp3　(4)sp3 【基础达标练】 1．杂化轨道是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出的结论正确的是(　　 ) A．sp杂化轨道的夹角最大 B．sp2杂化轨道的夹角最大 C．sp3杂化轨道的夹角最大 D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等 解析：选A。sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°，故A项正确。 2．下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是(　　 ) A．由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成 B．共有3个能量相同的杂化轨道 C．每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一 D．sp2杂化轨道最多可形成2个σ键 解析：选D。sp2杂化轨道是由一个s轨道与2个p轨道杂化而成的，C项正确；sp2杂化轨道最多可形成3个σ键，D项错误。 3．有机物中标有“·”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 4．水分子在特定条件下容易得到一个H＋，形成水合氢离子(H3O＋)。下列对上述过程的描述不合理的是(　　 ) A．氧原子的杂化类型发生了改变 B．微粒的形状发生了改变 C．微粒的化学性质发生了改变 D．微粒中的键角发生了改变 解析：选A。水中氧的杂化为sp3，H3O＋中氧的杂化为sp3，则氧原子的杂化类型没有改变，故A不合理；水分子为V形，H3O＋为三角锥形，则微粒的形状发生了改变，故B合理；因结构不同，则性质不同，微粒的化学性质发生了改变，故C合理；水分子为V形，H3O＋为三角锥形，微粒中的键角发生了改变，故D合理。 5．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 解析：选A。CH2==CH2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。 6．下列关于NH eq \o\al(＋,4)、NH3、NH eq \o\al(－,2)三种粒子的说法不正确的是(　　) A．三种粒子所含有的电子数相等 B．三种粒子中氮原子的杂化方式相同 C．三种粒子的空间结构相同 D．键角大小关系：NH eq \o\al(＋,4)>NH3>NH eq \o\al(－,2) 答案：C 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5个π键 D．构成环的所有碳原子在同一个平面上 解析：选D。该有机物中共有10个碳原子，苯环上的碳原子及连有双键的碳原子是sp2杂化，甲基中的1个碳原子是sp3杂化，A、B不正确；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，C不正确；构成环的所有碳原子形成苯环，在同一个平面上，D正确。 8．已知下列微粒：①CH4　②CH2==CH2 ③CH≡CH　④NH3　⑤NH eq \o\al(＋,4)　⑥BF3 ⑦H2O　⑧H2O2。试回答下列问题。 (1)分子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 【能力提升练】 9．(2024·北京顺义高二期中)甲醛(HCHO)催化加氢可得甲醇(CH3OH)，反应的化学方程式为＋H2 eq \o(―――→,\s\up7(催化剂))CH3OH。下列说法正确的是(　　 ) A．HCHO、CH3OH分子均为平面结构 B．HCHO分子中两个C—H键夹角为109°28′ C．CH3OH分子中C原子采取sp2杂化，O原子采取sp3杂化 D．CH3OH分子中的O—C—H键角小于HCHO分子中的O—C—H键角 解析：选D。CH3OH可以看成CH4中的一个H被－OH取代，不是平面结构，A错误；HCHO分子中存在碳氧双键，C原子杂化方式为sp2，空间结构为平面三角形，C—H与C—H键夹角理论上是120°，但由于有羰基氧的孤电子对的排斥，实际键角应该略小于120°，但大于109°28′，B错误；CH3OH分子中C原子采取sp3杂化，C错误；CH3OH分子中C原子采取sp3杂化，HCHO分子中C原子杂化方式为sp2，CH3OH分子中的O—C—H键角小于HCHO分子中的O—C—H键角，D正确。 10．(2023·山西太原高二期中)从微粒结构角度分析，下列说法正确的是(　　 ) A．Na2SO4中，阴离子空间结构为正四面体形，S原子的杂化方式为sp3 B．根据价层电子对互斥模型，H2S、SO2、SO3的中心原子价层电子对数相同 C．O3的空间结构为V形，其中心原子的杂化方式为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，两种分子中S原子的杂化轨道类型相同 解析：选A。SO eq \o\al(2-,4)中价层电子对为4＋ eq \f(6－4×2＋2,2)＝4，其空间结构为正四面体，S采取sp3杂化，A项正确；H2S价层电子对为2＋ eq \f(6－1×2,2)＝4，SO2为2＋ eq \f(6－2×2,2)＝3，SO3为3＋ eq \f(6－2×3,2)＝3，综上分析三者价层电子对不同，B项错误；O3的价层电子对为2＋ eq \f(6－2×2,2)＝3，空间结构为V形，采取sp2杂化，C项错误；SO3价层电子对为3＋ eq \f(6－2×3,2)＝3，采取sp2杂化，而三聚体中S采取sp3杂化，D项错误。 11．(2024·山东青岛二中期中)某种抗癌药物的结构如图。下列说法错误的是(　　 ) A．基态Se原子的价电子排布式为4s24p4 B．分子中有5种不同化学环境的H原子 C．分子中的碳原子采取sp2、sp3杂化 D．气态分子SeO3的键角小于SeO eq \o\al(2-,3)的键角 解析：选D。由题干图示信息可知，该分子左右对称，故分子中有5种不同化学环境的H原子，如图所示，B正确；分子中苯环和碳氧双键上碳原子采取sp2杂化，而另两个碳原子采用sp3杂化，C正确；SeO eq \o\al(2-,3)为sp3杂化，且含有一个孤电子对，键角小于109°28′，SeO3为平面三角形，键角为120°，气态分子SeO3的键角大于SeO eq \o\al(2-,3)的键角，D错误。 12．氯吡苯脲是一种常用的膨大剂，其结构简式为，它是经国家批准使用的植物生长调节剂。 (1)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型有______________，羰基碳原子的杂化轨道类型为______________。 (2)已知，可用异氰酸苯酯与2­氯­4­氨基吡啶反应生成氯吡苯脲： 反应过程中，每生成1 mol 氯吡苯脲，断裂________mol σ键，断裂________mol π键。 (3)膨大剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有H2O、NH3、CO2等。 H2O、NH3、CO2分子的空间结构分别是__________________________，中心原子的杂化类型分别是__________________。 答案：(1)sp2、sp3　sp2　(2)1　1　(3)V形、三角锥形、直线形　sp3、sp3、sp $$