第2章 第2节 第1课时 分子空间结构的理论分析-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学选择性必修2同步导学案配套PPT课件（鲁科版）双选

优化探究 第2章　微粒间相互作用与物质性质 第2节　共价键与分子的空间结构 第1课时　分子空间结构的理论分析   [课程标准要求]　1.了解杂化轨道理论的基本内容。2.能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构。 任务一　杂化轨道理论 任务二　杂化类型及典型分子的空间结构 课时作业　巩固提升 任务一　杂化轨道理论 1.杂化轨道理论的提出 研究证实,甲烷(CH4)分子中的四个C—H键的键角均为　　　　,从而形成非常规则的　　　　　结构。  原子之间若要形成共价键,它们的价电子中应当有未成对的电子。碳原子的价电子排布为　　　　,也就是,它只有两个未成对的2p电子。若碳原子与氢原子结合,则应形成CH2;即使碳原子的一个2s电子受外界条件影响跃迁到2p空轨道,使碳原子具有四个未成对电子,它与四个氢原子形成的分子也不应当具有规则的正四面体形结构。  109°28'　 正四面体形　 2s22p2 2.杂化轨道的概念 在外界条件影响下,原子内部　　 　　的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫作原子轨道的杂化,组合后形成的一组新的原子轨道叫作杂化原子轨道,简称杂化轨道。  能量相近 3.甲烷(CH4)分子中碳原子的杂化类型 2s　 2p　 能量相同 1.任意能级的s轨道和p轨道都可以形成杂化轨道。(　　) 2.ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道。 (　　) 3.杂化轨道能量相同。 (　　) 4.sp3杂化后轨道数目是3。 (　　) × √ √ × 用鲍林的杂化轨道理论解释CH4分子的正四面体形结构,下列说法正确的是　　　　(填序号)。  (1)C原子的4个杂化轨道的能量一样 (2)C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样 (3)C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道 (4)C原子有1个sp3杂化轨道由孤电子对占据 (1)(2)(3) 杂化轨道理论的要点 (1)原子在成键时,同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。 (2)参与杂化的原子轨道数目与组成的杂化轨道数目相等。 (3)杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增强。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中,如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小( ),成键时根据最大重叠原理,使它的大头与其他原子轨道重叠,重叠程度更大,形成的共价键更牢固。 (4)杂化轨道为使相互间的排斥力最小,故在空间取最大夹角分布,不同的杂化轨道伸展方向不同。 1.(双选)下列关于杂化轨道的说法错误的是(　　) A.所有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.杂化轨道中一定有电子 AD 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,故A项错误,B项正确;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重叠程度更大,形成牢固的化学键,故C项正确;并不是所有的杂化轨道中都会有电子,也可以是空轨道,也可以有一对电子,故D项错误。 2.下列有关杂化轨道的说法不正确的是(　　) A.轨道杂化前后数目相等,形状、能量不同 B.杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键 C.杂化轨道成键时,要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理 D.原子中能量相近的某些轨道,在成键时能重新组合成能量相等的新轨道 B 轨道杂化前后数目相等,轨道形状、能量发生变化,A正确;杂化轨道不能形成π键,π键是轨道之间“肩并肩”形成的,B错误;杂化轨道成键时,要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理,这样能量最低,分子才最稳定,C正确;原子中能量相近的某些轨道,在成键时能重新组合成能量相等的新轨道,但轨道个数不变,轨道形状发生变化,D正确。 任务二　杂化类型及典型分子的空间结构 1.sp杂化(以乙炔为例):由1个s轨道和1个p轨道杂化形成。 乙炔分子:HC≡CH　　　　形,C原子核外电子排布式:　　　　　　。  直线　 1s22s22p2　 sp-s、sp-sp均为　键,C原子中未杂化的py轨道与另一C原子中未杂化的py轨道沿纸面方向形成　键,pz与pz轨道沿与纸面垂直的方向形成　键。  σ π π 2.sp2杂化(以乙烯为例):由1个s轨道和2个p轨道杂化形成。 乙烯分子: 　　　　形。  平面　 C—C:1个sp2-sp2　　　　键,C—H:4个sp2-s 　　　　键,未杂化的p轨道之间形成π键,故有C==C存在。  σ　 σ 3.sp3杂化(以甲烷为例):由1个s轨道和3个p轨道杂化形成。 甲烷分子: 　　　　形。  正四面体 4.苯分子结构分析 根据杂化轨道理论,形成苯分子时每个碳原子的价电子原子轨道都发生 　　　杂化,由此形成的三个　　　杂化轨道在同一平面内,每个sp2杂化轨道上有一个未成对电子。这样,每个碳原子的两个sp2杂化轨道分别与邻近的两个碳原子的sp2 杂化轨道重叠形成　　键,于是六个碳原子组成一个　　　　形的碳环,每个碳原子的另一个sp2杂化轨道分别与一个氢原子的1s轨道重叠形成σ键。与此同时,每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道(如2pz),这六个轨道相互平行且各有一个未成 sp2 sp2 σ 正六边 对电子,以“肩并肩”的方式相互重叠,从而形成属于六个碳原子的　　键,形象地称为　　　　键。因此,在苯分子中,六个碳原子和六个氢原子都在同一平面内,整个分子呈　　　　　　形,键角皆为　　　　。正是由于苯分子所具有的这种结构特征,才使它表现出特殊的稳定性,而不像乙烯那样容易使酸性高锰酸钾溶液或溴的四氯化碳溶液褪色。  π 大π　 平面正六边　 120° 5.NH3分子的空间结构 (1)NH3分子为　　　　形,分子中N—H键的键角为107.3°,分子空间结构如图:  三角锥 (2)NH3分子中N原子的杂化类型及成键情况 氮原子的 2s 和 2p 轨道发生杂化,形成4个　　杂化轨道,夹角应为109°28'。其中3个　　　杂化轨道与H原子的1s轨道形成3个　　　σ键,剩余一个sp3杂化轨道已有两个电子,称为孤电子对。它对成键电子对的排斥作用较强,使3个N—H键的键角减小,空间结构发生变化。  sp3 sp3 sp3-s 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,未参与杂化的p轨道可用于形成π键。(　　) 2.NH3分子和CH4分子的空间结构相同。 (　　) 3.孤电子对有可能参与杂化。 (　　) 4.苯分子与乙烯分子均为平面形。 (　　) √ × √ √ 1.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:   (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 (2)—C≡N中的N原子、三聚氰胺环状结构中的N原子、—NH2中的N原子分别形成1、2、3个σ键且均有一对未成键电子,所以分别采取sp、sp2、sp3杂化。 (3)一个三聚氰胺分子中有　　　　个σ键。  15 (3)除每个双键上有1个π键外,其余均为σ键,共15个。 (4)三聚氰胺与三聚氰酸( )分子间可相互结合,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 sp2　 C (4)由于该分子中C与O形成双键,则应采取sp2方式杂化,sp2杂化的C原子与氧原子间有1个σ键、1个π键。 2.有机物中碳原子的杂化类型是有规律的。当碳原子全部形成单键时,其为　　杂化;当其形成的键中有一个双键时,其为　　杂化;当其形成的键中有一个三键时,其为　　杂化。苯分子中碳原子的杂化类型为　 , CH3CH==CH2分子中,中间的碳原子的杂化类型为　,该分子中有　个σ键与　　个π键。  sp3 sp2 sp sp2 sp2 8 1 (教参独具) 杂化类型的判断方法 (1)由分子的空间结构判断 ①直线形——sp杂化; ②平面形——sp2杂化; ③四面体形——sp3杂化。 (3)有机物分子中碳原子杂化类型的判断 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 ⅰ.饱和碳原子采取sp3杂化; ⅱ.双键上的碳原子或苯环上的碳原子采取sp2杂化; ⅲ.三键上的碳原子采取sp杂化。 (4)对于ABm型分子,中心原子A的杂化方式判断方法: n= 说明:①n为中心原子杂化轨道数目,n=2时,为sp杂化,n=3时,为sp2杂化,n=4时,为sp3杂化。 ②配位原子B为氧原子或硫原子时,成键电子数为0;配位原子为氢原子或ⅦA族元素时,每个配位原子有一个成键电子。 1.下列各物质中的中心原子不是采取sp3杂化的是(　　) A.NH3　　　　　　　 B.H2O C.CO2 D.CCl4 C 2.乙炔的结构式为H—C≡C—H,下列有关乙炔分子中化学键的描述不正确的是(　　) A.两个碳原子采用sp杂化方式 B.两个碳原子采用sp2杂化方式 C.每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成π键 D.两个碳原子形成两个π键 B 乙炔分子中两个C原子均以1个s轨道和1个p轨道形成sp杂化轨道,两个碳原子采用sp杂化,每个碳原子以两个未杂化的2p轨道形成2个π键构成碳碳三键,B项不正确。 3.(双选)下列有关苯的描述错误的是(　　) A.苯分子中每个碳原子的sp2杂化轨道中的一个参与形成大π键 B.常温下苯是一种不溶于水且密度小于水的液体 C.苯分子中碳原子的三个sp3杂化轨道与其他原子形成三个σ键 D.苯分子呈平面正六边形,六个碳碳键完全相同,键角均为120° AC 苯分子中每个碳原子的杂化方式都是sp2,未杂化的p轨道参与形成大π键,故A错误;常温下苯是一种不溶于水且密度小于水的液体,故B正确;苯分子中每个碳原子的杂化方式都是sp2,碳原子的三个sp2杂化轨道与其他原子形成三个σ键,故C错误;苯分子呈平面正六边形,六个碳碳键完全相同,键角均为120°,故D正确。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [A组　基础落实] 题组一　杂化轨道理论 1.ns轨道和np轨道杂化的类型不可能有(　　) A.sp杂化　　　　　　　　　 B.sp2杂化 C.sp3杂化 D.sp4杂化 9 10 D 11 p能级只有3个轨道,不可能有sp4杂化。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2.下列关于杂化轨道的叙述正确的是(　　) A.杂化轨道可用于形成σ键,也可用于形成π键 B.杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对 C.NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的s轨道杂化而成的 D.在乙烯分子中,1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—H σ键 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 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,不能用来形成π键,B正确,A不正确;NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的,C不正确;在乙烯分子中,1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的s轨道重叠形成2个C—H σ键,剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个C—C σ键,D不正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 3.下列说法错误的是(　　) A.s轨道和p轨道杂化后,s和p轨道的空间取向发生改变 B.甲烷分子中杂化轨道的夹角为109°28' C.一个s轨道和三个p轨道的杂化称为sp3杂化 D.所有分子中均有杂化轨道 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 稀有气体分子中不含有化学键,没有杂化轨道,D项错误。 题组二　杂化类型及典型分子的空间结构 4.下列分子中的碳原子采用sp2杂化的是 (　　) A.C2H2 B.CS2 C.HCHO D.C3H8 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 乙炔是直线形分子,碳原子采用sp杂化形成两个sp杂化轨道,碳原子上的另两个p轨道未参与杂化,而是与另一个碳原子同样的轨道形成两个π键; CS2类似于CO2,是直线形分子,也采用sp杂化;HCHO是平面三角形分子,碳原子采用sp2杂化;C3H8是烷烃,类似于CH4,碳原子采用sp3杂化。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 5.原子轨道的杂化不但出现在分子中,原子团中同样存在原子轨道的杂 化。在S中S原子的杂化方式为(　　) A.sp B.sp2 C.sp3 D.无法判断 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 在S中S原子的孤电子对数为0,与其相连的原子数为4,所以根据杂化轨道理论可推知中心原子S的杂化方式为sp3杂化,空间结构为正四面体形,类似于CH4。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 6.(双选)下列有关苯分子中的化学键描述正确的是(　　) A.每个碳原子的sp2杂化轨道中的其中一个形成π键 B.每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成π键 C.碳原子的三个sp2杂化轨道只形成两个σ键 D.1 mol苯中含12 mol σ键 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 BD 11 在苯分子中,每个碳原子中的三个sp2杂化轨道分别与两个碳原子和一个氢原子形成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,形成一个多电子的大π键,故A、C不正确,B正确;1 mol苯中含6 mol碳碳σ键和6 mol碳氢σ键,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 7.乙烯分子中含有4个C—H键和1个C==C键,6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是(　　) ①每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化,形成2个sp杂化轨道　②每个C原子的2s轨道与2个2p轨道杂化,形成3个sp2杂化轨道　③每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化,形成4个sp3杂化轨道　④每个C原子的3个价电子占据3个杂化轨道,1个价电子占据1个2p轨道 A.①③ B.②④ C.①④ D.②③ 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 乙烯分子中每个C原子与1个C原子和2个H原子成键,必须形成3个σ键,6个原子在同一平面上,则键角为120°,为sp2杂化,形成3个sp2杂化轨道,1个价电子占据1个2p轨道,2个C原子成键时形成1个π键。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 [B组　培优训练] 8.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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 9.下列推断正确的是(　　) A.BF3为三角锥形分子 B.N的电子式为[H︰︰H]+,离子呈平面正方形结构 C.CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的s-p σ键 D.甲醛分子为平面三角形,有一个π键垂直于三角形平面 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 BF3为平面三角形,N为正四面体形,CH4分子中碳原子的2s轨道与2p轨道形成4个sp3杂化轨道,然后与氢的1s轨道重叠,形成4个s-sp3σ键。甲醛分子为平面三角形,碳原子为sp2杂化,还有一个未参与杂化的p轨道与O原子形成π键,该π键垂直于杂化轨道的平面。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 10.(双选)下列说法正确的是(　　) A.CHCl3是四面体形结构,中心原子为sp3杂化 B.H2O分子中氧原子为sp2杂化,其分子空间结构为角形 C.二氧化碳中碳原子为sp杂化,为直线形分子结构 D.N中N原子为sp3杂化,是四边形结构 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 AC 11 11.元素X和元素Y属于同一主族。负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体,其中X的质量分数为88.9%;元素X和元素Y可以形成两种化合物,在这两种化合物中,X的质量分数分别为50%和60%。 (1)确定X、Y两种元素在周期表中的位置分别为　　　　　　　　、 　　　　　　　　。  (2)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中,写出X质量分数为50%的化合物的化学式:　　　　;该分子的中心原子以　　　　杂化,分子空间结构为　　　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 第2周期ⅥA族　 第3周期ⅥA族 SO2　 sp2 角形 (3)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式:　　　　;该分子的中心原子以　　　　杂化,分子空间结构为　　　 　。  (4)由氢元素与X元素形成的化合物中,含有非极性键的是　　　　(写分子式),分子空间结构为角形的是　　　　(写分子式)。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 SO3　 sp2　 平面三角形 H2O2　 H2O 根据氢化物化学式H2X,知×100%=88.9%,M(X)≈16。可推知,X的相对原子质量约为16,X为O,则Y为S,其氧化物分别为SO2、SO3,根据杂化轨道理论易确定其中心原子杂化方式及分子空间结构。X为O元素,与氢元素形成两种化合物H2O和H2O2,其中H2O的分子空间结构为角形,H2O2分子中含有非极性键O — O。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (2)根据轨道夹角判断 $$