2.2.3 杂化轨道理论简介 学案-2024-2025学年高二下学期人教版（2019）选择性必修2

优秀教案系列 第二节　分子的空间结构 第3课时　杂化轨道理论简介 学习目标 内容标准 活动与探究建议 结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型。 根据教材中的图、表分析讨论,探究如何运用杂化轨道理论解释常见分子结构。 课堂探究 杂化轨道理论简介 一、用杂化轨道理论解释甲烷分子的空间结构为正四面体形 1.杂化轨道理论是一种价键理论,鲍林为了解释分子的　　　　提出的。当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂,混杂时保持轨道　　　　不变,却得到　　　　个新的　　　　相同、　　　　不同的轨道,各指向正四面体的4个顶角,夹角　　　　,称为sp3杂化轨道,表示这4个轨道是由　　　　个s轨道和　　　　个p轨道杂化形成的。  2.当碳原子跟4个氢原子结合时,碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠,形成　　　　个C—Hσ键,因此呈　　　　的空间结构。  3.H2O和NH3的VSEPR模型跟CH4一样,也是　　　　形,它们的中心原子也是采取sp3杂化的。但水分子的氧原子的sp3杂化轨道中有　　　　个被孤电子对占据,而氨分子的氮原子的sp3杂化轨道中有　　　　个被孤电子对占据。  二、用杂化轨道理论解释BF3的空间结构为平面三角形,BeCl2的空间结构为直线形 1.sp杂化轨道由　　　　个s轨道和　　　　个p轨道杂化而得,sp杂化得到两个夹角为　　　　的　　　　形杂化轨道,所以BeCl2的空间结构为　　　　形。  2.sp2杂化轨道由　　　　个s轨道和　　　　个p轨道杂化而得,sp2杂化得到三个夹角为　　　　的　　　　形杂化轨道,所以BF3的空间结构为　　　　形。  3.sp、sp2这两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道,可用于形成　　　　键,而杂化轨道则用于形成　　　　键或用来容纳未参与成键的　　　　。  三、杂化轨道理论要点 1.结合教材P48图2-15、2-16的sp3杂化轨道、sp杂化和sp2杂化图示,探究杂化轨道的类型与分子空间结构的关系,填写下表。 杂化类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原子轨 道及数目 ns 1 1 1 np 杂化轨道数目 杂化轨道间的夹角 杂化轨道示意图 空间结构 实例 BeCl2、CO2、CS2 BCl3、BF3、BBr3 CF4、SiCl4、SiH4 2.通过用杂化轨道理论解释CH4、BF3、BeCl2的空间结构,探究轨道在进行杂化时,什么样的轨道才能杂化?杂化前后轨道的数目和能量如何变化?常见的杂化轨道有哪些类型?杂化轨道的用途是什么? 四、杂化轨道理论与价层电子对互斥模型 结合价层电子对互斥模型对CH4、BF3、BeCl2空间结构的推测和这三种分子中心原子的杂化类型,总结两者之间的关系。 【要点归纳】根据杂化轨道数目判断中心原子杂化轨道类型。 杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对,则杂化轨道数=中心原子价层电子对数=σ键电子对数+中心原子孤电子对数,再由杂化轨道数确定杂化类型。 杂化轨道数目 2 3 4 杂化类型 sp sp2 sp3 【提醒】有机化合物分子中碳原子杂化类型的判断方法:饱和碳原子均采取sp3杂化;连接双键的碳原子均采取sp2杂化;连接三键的碳原子均采取sp杂化。 【课堂练习】 1.填表: 物质 价层电子对数 杂化轨道数 杂化轨道类型 CO2 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O 2.下列关于杂化轨道的叙述中,不正确的是(　　) A.分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时,该分子不一定为正四面体结构 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.NH3和CH4两个分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键 D.用杂化轨道理论与VSEPR模型分析分子的空间结构结果常常相互矛盾 3.下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是 (　　) 选项 粒子 空间结构 解释 A 氨基负离子(N) 直线形 N原子采取sp杂化 B 二氧化硫(SO2) V形 S原子采取sp3杂化 C 碳酸根离子(C) 三角锥形 C原子采取sp3杂化 D 乙炔(C2H2) 直线形 C原子采取sp杂化，且C原子的价电子均参与成键 素养专练 1.下列关于原子轨道的说法正确的是(　　) A.凡中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子的空间结构都是正四面体 B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和1个C原子的2p轨道混合起来而形成的 C.sp3杂化轨道是由同一原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相等的新轨道 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 2.氨气分子的空间结构是三角锥形,而甲烷是正四面体形,这是因为(　　) A.两种分子中心原子的杂化轨道类型不同,NH3为sp2杂化,而CH4是sp3杂化 B.NH3分子中N原子形成3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,它对成键电子对的排斥作用较强 D.氨气分子的原子总数为4,而甲烷为5 3.如图是乙烯分子的空间结构,下列对乙烯分子中的化学键的分析正确的是(　　) A.sp2杂化轨道形成σ键、未参与杂化的2p轨道形成π键 B.sp2杂化轨道形成π键、未参与杂化的2p轨道形成σ键 C.C、H之间的化学键是sp2杂化轨道形成的σ键,C、C之间的化学键是未参与杂化的2p轨道形成的π键 D.C、C之间的化学键是sp2杂化轨道形成的σ键,C、H之间的化学键是未参与杂化的2p轨道形成的π键 4.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是 (　　) ①BF3　②CH2CH2　③　④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4　　　　　　　　　　　　 A.仅①②③ B.仅①⑤⑥ C.仅②③④ D.仅③⑤⑥ 5.下列说法正确的是(　　) A.乙炔分子中,每个碳原子都有2个未杂化的2p轨道形成π键 B.sp3杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和3个p轨道重新组合形成的4个能量不同的sp2杂化轨道 C.凡中心原子采取sp2杂化的分子,其分子空间结构都是平面三角形 D.氨分子中有2个未参与杂化的孤电子对 6.已知次氯酸分子的结构式为H—O—Cl,下列有关说法正确的是(　　) A.O原子发生sp杂化 B.O原子与H、Cl都形成σ键 C.该分子为直线形分子 D.该分子电子式是Cl 7.氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂,可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间结构和中心原子(S)采取何种杂化方式的说法正确的是(　　) A.三角锥形、sp3 B.V形、sp2 C.平面三角形、sp2 D.三角锥形、sp2 8.化合物A是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式为,下列说法正确的是(　　) A.碳、氮原子的杂化类型相同 B.氮原子与碳原子分别为sp3杂化与sp2杂化 C.1 mol A分子中所含σ键为10 mol D.编号为a的氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内 9.如图是甲醛分子的空间填充模型和球棍模型(棍代表单键或双键)。根据图示和所学化学键知识回答下列问题: (1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是　　　　,作出该判断的主要理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断,其中正确的是　　　　(填序号)。  ①单键　②双键　③σ键　④σ键和π键 10.磷酸根离子的空间结构为　　　　,其中P的价层电子对数为　　　　,杂化轨道类型为　　　　。  参考答案 · 课堂探究 一、1.空间结构　总数　4　能量　方向　109°28'　1　3 2.4　正四面体形 3.四面体　2　1 二、1.1　1　180°　直线　直线 2.1　2　120°　平面三角　平面三角 3.π　σ　孤电子对 三、1. 杂化类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原 子轨道及数目 ns 1 1 1 np 1 2 3 杂化轨道数目 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 2.原子在成键时,同一原子中能量相近的原子轨道才能杂化。 杂化前轨道的能量相近但不相同,杂化后原子轨道数目不变(参与杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),且杂化轨道的能量完全相同。常见的杂化轨道类型有sp、sp2、sp3杂化。 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。 四、杂化轨道数=中心原子价层电子对数=σ键电子对数+中心原子孤电子对数 【课堂练习】 1.填表 物质 价层电子对数 杂化轨道数 杂化轨道类型 CO2 2 2 sp CH2O 3 3 sp2 CH4 4 4 sp3 SO2 3 3 sp2 NH3 4 4 sp3 H2O 4 4 sp3 2.D　杂化轨道理论和VSEPR模型都是为了解释分子的空间结构而提出的理论,两者不矛盾,可以先通过VSEPR模型判断出分子的空间结构,再判断出中心原子的杂化类型,D项错误。 3.D　N中N原子的价层电子对数=2+×(5+1-2×1)=4,孤电子对数为2,杂化轨道数为4,采取sp3杂化,空间结构为V形,A项错误;SO2中S原子的价层电子对数=2+×(6-2×2)=3,含孤电子对数为1,杂化轨道数为3,采取sp2杂化,空间结构为V形,B项错误;C中C原子的价层电子对数=3+×(4+2-3×2)=3,不含孤电子对,杂化轨道数为3,采取sp2杂化,空间结构为平面三角形,C项错误;C2H2中C原子采取sp杂化,且C原子的价电子均参与成键,空间结构为直线形,D项正确。 · 素养专练 1.C　2.C 3.A　乙烯分子中存在4个C—H和1个CC,C原子上孤电子对数为0,σ键电子对数为3,则C原子采取sp2杂化,C、H之间的化学键是sp2杂化轨道与H的s轨道形成的σ键,C、C之间的化学键有1个是sp2杂化轨道形成的σ键,还有1个是未参与杂化的2p轨道形成的π键。所以A项正确,B项错误;C、H之间的化学键是σ键,C、C之间的化学键是σ键和π键,C项错误、D项错误。 4.A 5.A　乙炔分子的结构式为H—C≡C—H,中心原子碳原子采取sp杂化,每个碳原子都有2个未杂化的2p轨道形成π键,A项正确;sp3杂化轨道是能量相近的1个s轨道和3个p轨道进行重新组合,形成能量相同的4个sp3杂化轨道,B项错误;中心原子采取sp2杂化且不含孤电子对的分子,其分子空间结构都是平面三角形,否则不是,如二氧化硫分子中,硫原子采取了sp2杂化,含有1个孤电子对,所以空间结构为V形,C项错误;氨分子中,氨原子为sp3杂化,形成4个杂化轨道,有1个孤电子对,D项错误。 6.B 7.A　根据价层电子对互斥模型确定粒子的空间结构,价层电子对数=成键电子对数+孤电子对数,成键电子对数=与中心原子成键的原子数,孤电子对数=(a-xb),SOCl2中与S原子成键的原子数为3,孤电子对数=×(6-1×2-2×1)=1,所以S原子采取sp3杂化,分子的空间结构为三角锥形。 8.B　A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键,氮原子有一个孤电子对而碳原子没有,故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化,A项错误、B项正确;A分子中有一个碳氧双键,故有12个共用电子对、11个σ键,C项错误;由于氮原子为sp3杂化,故相应的四个原子形成的是三角锥形结构,不可能共平面,D项错误。 9.答案:(1)sp2杂化　甲醛分子的空间结构为平面三角形　(2)②④ 10.答案:正四面体形　4　sp3 解析:经过计算,P中不含孤电子对,成键电子对数目为4,价层电子对数为4,因此其空间结构为正四面体形,P原子采取sp3杂化方式形成4个sp3杂化轨道。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$