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同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

第2课时　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2s轨道和三个2p轨道发生混杂，形成4个能量相同、方向不同的sp3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 1 1 1 p 1 2 3 杂化类型 sp sp2 sp3 杂化轨道的数目 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 [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 直线形 sp CO2 平面三角形 sp2 SO2 四面体 sp3 H2O 平面三角形 sp2 SO3 四面体 sp3 NH3 正四面体 sp3 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 【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＋(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 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＋×(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＋×(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中碳原子价层电子对数＝3＋×(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ⅠA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 学科网（北京）股份有限公司 $$