2.2 第2课时 杂化轨道理论简介(教用Word)-【赢在微点·轻松课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版，单选）

第2课时　杂化轨道理论简介 新课程标准 核心素养 知道杂化轨道理论的基本内容,能根据杂化轨道理论确定简单分子的空间结构。 1.宏观辨识与微观探析: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轨道类型对分子空间结构的影响。 2.证据推理与模型认知: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。 课前预习新知 　 知|识|梳|理 知识点一 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。重新组合后的新的能量相同的原子轨道,叫做杂化原子轨道,简称杂化轨道。 2.原子轨道的杂化过程。 3.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s轨道和3个p轨道杂化而成,每个sp3杂化轨道都含有s和p的成分,sp3杂化轨道间的夹角为109°28',空间结构为正四面体形。如图所示: (2)sp2杂化轨道——平面三角形。 sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的,每个sp2杂化轨道含有s和p的成分,sp2杂化轨道间的夹角都是120°,呈平面三角形,如图所示: (3)sp杂化——直线形。 sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的,每个sp杂化轨道含有s和p的成分,sp杂化轨道间的夹角为180°,呈直线形,如图所示。 微思考 1.常见的杂化轨道类型有哪些?什么是sp3杂化? 提示: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.如何判断杂化轨道类型? 提示: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。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 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。 (×) 知识点二 VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 VSEPR 模型 VSEPR 模型名称 直线形 平面 三角形 平面 三角形 四面体 四面体 正四 面体 中心原子 的杂化轨 道类型 sp sp2 sp2 sp3 sp3 sp3 典例 CO2 SO2 SO3 H2O NH3 CH4 微思考 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。 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。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 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。 (√) 课堂互动探究 　 探究一 分子空间结构与杂化轨道类型的关系 1.当杂化轨道全部用于形成σ键时,即中心原子不含孤电子对,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 轨道组成 一个ns轨道和 一个np轨道 一个ns轨道和 两个np轨道 一个ns轨道和 三个np轨道 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,由于孤电子对对成键电子对的排斥作用,会使分子的空间结构与杂化轨道的形状有所区别。在杂化轨道的基础上,略去孤电子对,即为分子的空间结构。例如: 分子 VSEPR模型 中心原子杂 化轨道类型 分子的空间结构 (略去孤电子对) SO2 sp2 (V形) H2O sp3 (V形) NH3 sp3 (三角锥形) 【例1】　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.C2H2:sp2、直线形 B.S:sp3、三角锥形 C.H3O+:sp3、V形 D.BF3:sp2、平面三角形 解析　乙炔的结构式为H—C≡C—H,每个碳原子价层电子对数是2且不含孤电子对,所以C原子采用sp杂化,为直线形结构;S中硫原子价层电子对数是4,孤电子对数为0,采取sp3杂化,为正四面体形;H3O+中氧原子价层电子对数=3+1=4,所以中心原子的杂化方式为sp3杂化,该离子中含有一个孤电子对,所以其空间结构为三角锥形;BF3分子中硼原子价层电子对数=3+0=3,杂化轨道数为3,系取sp2杂化方式,孤电子对数为0,所以其空间结构为平面三角形。 答案　D 【变式训练】 1.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 (　　) A.CO2与SO2 B.CH4与NH3 C.BeCl2与BF3 D.C2H4与C2H2 解析　中心原子杂化轨道数=中心原子价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数。 实例 价层电子对数 杂化轨道类型 BeCl2 n=2+×(2-2×1)=2 sp BF3 n=3+×(3-3×1)=3 sp2 CO2 n=2+×(4-2×2)=2 sp SO2 n=2+×(6-2×2)=3 sp2 CH4 n=4+×(4-4×1)=4 sp3 NH3 n=3+×(5-3×1)=4 sp3 C2H2中每个C原子形成2个σ键、2个π键;C2H4中每个C原子形成3个σ键、1个π键,则二者中C原子杂化类型分别为sp杂化、sp2杂化。 答案　B 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、N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。 探究二 键角大小比较 影响键角大小的因素主要有中心原子的杂化类型、中心原子孤电子对数、配位原子的电负性大小、中心原子的电负性大小等,这几个影响键角的因素都是有条件的,在影响键角的能力方面也是有区别的。 1.电子对斥力大小的顺序。 (1)顺序:孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力。 (2)原因:键合电子对受到左、右两端带正电的原子核的吸引,而孤电子对只受到一端原子核的吸引,相比之下,孤电子对电子云较“胖”,占据较大的空间,而键合电子对电子云较“瘦”,占据较小的空间。 2.双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键之间的斥力。 3.斥力大小顺序:xw-xw>xw-xs>xs-xs(其中x代表配位原子的电负性,下标w为弱,s为强)。 【例2】　请回答下列问题。 (1)BF3中键角　　　　(填“大于”或“小于”)CCl4中键角。  (2)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中H—O—H 的键角比H2O中H—O—H的键角大,原因为　　　　　　　　　　。  (3)乙酸分子()中键角1　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)键角2,原因是　　　　　　　　　　　　　。  解析　(1)BF3分子的空间结构为平面三角形,键角为120°;CCl4分子的空间结构为正四面体形,键角为109°28'。(2)H3O+、H2O的中心原子的价层电子对数均为4,H2O中O原子有两个孤电子对,H3O+中O原子有一个孤电子对,因为孤电子对间的排斥力>孤电子对与成键电子对间的排斥力>成键电子对间的排斥力,导致H3O+中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大。(3)由于双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力,故乙酸分子结构中键角1大于键角2。 答案　(1)大于　(2)H2O中氧原子有两个孤电子对,H3O+中氧原子有一个孤电子对,排斥力较小　(3)大于　CO键对C—C键的斥力大于C—O键对C—C键的斥力 【变式训练】 2.在SO2分子中,分子的空间结构为V形,S原子采用sp2杂化,那么SO2的键角 (　　) A.等于120° B.大于120° C.小于120° D.等于180° 解析　SO2分子的VSEPR模型为平面三角形,从理论上看其键角应为120°,但由于SO2分子中的S原子有一个孤电子对,对其他的两对成键电子对存在排斥作用,因此SO2分子中的键角应小于120°。 答案　C 随堂达标自测 　 1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是 (　　) A.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变 B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180° C.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 D.杂化轨道全部参与形成化学键 解析　杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对。 答案　D 2.在CH3COCH3中,中间碳原子和两边碳原子成键所采用的杂化方式分别是 (　　) A.sp2、sp3 B.sp3、sp3 C.sp2、sp2 D.sp、sp3 解析　首先写出CH3COCH3的结构简式:,由此知两边的碳均为sp3杂化(与CH4类似);中间碳原子采取sp2杂化。 答案　A 3.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 C 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　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,A项错误;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,B项错误;C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,C项错误;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,采取sp杂化,空间结构为直线形,D项正确。 答案　D 4.(1)X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在。的空间结构为　　　　　　　,中心原子的杂化方式为　　　　　　。  (2)从结构角度分析,N和H3O+两种阳离子的相同之处为　　　　,不同之处为　　　　(填选项字母)。  A.中心原子的杂化轨道类型 B.中心原子的价层电子对数 C.空间结构 D.共价键类型 (3)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化方式分别为　　　　和　　　　。  解析　(1)中I原子为中心原子,其价层电子对数=2+×(7-1-2×1)=4,则中心原子采取sp3杂化,的空间结构为V形。(2)N中N原子的价层电子对数=4+×(5-1-4×1)=4,采取sp3杂化,空间结构为正四面体形;H3O+中O原子的价层电子对数=3+×(6-1-3×1)=4,采取sp3杂化,空间结构为三角锥形;两离子中均只含极性共价键,共价键类型相同。(3)CO2中C原子的价层电子对数=2+×(4-2×2)=2,采取sp杂化。由甲醇的结构式可知,C原子形成四个共价单键,故C原子采取sp3杂化。 答案　(1)V形　sp3　(2)ABD　C　(3)sp　sp3 学科网（北京）股份有限公司 $$