第2章 第2节 第2课时 杂化轨道理论简介-【优学精讲】2024-2025学年高中化学选择性必修2教用Word(人教版)

第2课时　杂化轨道理论简介 【学习目标】　1.能从微观角度理解杂化轨道类型与分子(或离子)的空间结构的关系。 2．掌握中心原子杂化类型的判断方法，建立分子空间结构分析的思维模型。 知识点一　杂化轨道及其类型 1．杂化轨道的形成及特点 2．杂化轨道类型及其空间结构 (1)sp3杂化——四面体形 sp3杂化轨道由________________个s轨道和____________个p轨道杂化而得，每个sp3杂化轨道都含有s轨道的成分和p轨道的成分，sp3杂化轨道间的夹角为____________，空间结构为________。如下图所示： (2)sp2杂化——平面三角形 sp2杂化轨道由________________个s轨道和____________个p轨道杂化而得，每个sp2杂化轨道都含有s轨道的成分和p轨道的成分，sp2杂化轨道间的夹角为____________，空间结构为____________。如下图所示： (3)sp杂化——直线形 sp杂化轨道由______________个s轨道和____________个p轨道杂化而得，每个sp杂化轨道都含有s轨道的成分和p轨道的成分，sp杂化轨道间的夹角为____________，空间结构为________。如下图所示： [特别提醒]　①sp2杂化和sp杂化中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道则用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。 ②中心原子的杂化轨道数＝中心原子上的孤电子对数＋σ键电子对数。 　判断SiH4、CS2、BF3分子中杂化轨道类型并比较夹角大小。 提示：SiH4、CS2、BF3分子中杂化轨道类型依次为sp3、sp、sp2，夹角：CS2>BF3>SiH4。 [答案自填] 1　3　109°28′　四面体形 1　2　120°　平面三角形　1　1 180°　直线形 (1)sp3 杂化轨道中轨道数为4，且4个杂化轨道能量相同(　　) (2)杂化轨道既能形成σ键，又能形成π键(　　) (3)sp2杂化轨道最多可形成 2 个σ键(　　) (4)2s轨道和3p轨道能形成sp2杂化轨道(　　) (5)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不可能发生杂化(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ 1．C原子在形成化合物时，可采取多种杂化方式。杂化轨道中s轨道成分越多，连接在该C原子上的H原子越容易电离。下列化合物中，最有可能在碱性体系中形成阴离子的是(　　) A.CH4　　　　　　　　B．CH2===CH2 C.CH≡CH D．苯 解析：选C。CH4、CH2===CH2、CH≡CH和苯中C原子分别为sp3、sp2、sp和sp2杂化，杂化轨道中s轨道成分最多的化合物是CH≡CH，CH≡CH最有可能在碱性体系中形成阴离子。 2．在中，羰基碳原子和甲基碳原子分别采用的杂化方式是(　　) 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 解析：选C。杂化轨道数＝中心原子上的孤电子对数＋σ键电子对数。羰基碳原子上的孤电子对数为0，σ键电子对数为3，杂化方式是sp2杂化；甲基碳原子上的孤电子对数为0，σ键电子对数为4，杂化方式是sp3杂化。 3．(2024·湖南高二期末)下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳了1个孤电子对的是(　　) A.CH4、NH3 B．BBr3、SO C.SO2、BeCl2 D．PCl3、H3O＋ 解析：选D。A项，CH4中碳原子为sp3杂化但不含孤电子对；B项，BBr3中B原子为sp2杂化且不含孤电子对；C项，SO2中S原子为sp2杂化，含有1个孤电子对，BeCl2中Be原子为sp杂化且不含孤电子对。 知识点二　杂化轨道类型与分子空间结构的关系 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。 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道 示意图 实例 BeCl2 BF3 CH4 分子结构 示意图 分子或离子的空间结构名称 直线形 __________ ________ 2.当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对σ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。 类型 中心原 子杂化 类型 中心原子 上的孤电 子对数 分子或离 子的空间 结构名称 实例 AB2 sp2 1 ______ SO2 AB3 sp3 1 ______ NH3、PCl3、 NF3、H3O＋ AB2或 (B2A) 2 ______ H2S、NH [答案自填] 平面三角形　正四面体形　V形 三角锥形　V形 (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，氮原子的杂化方式为sp3(　　) (5)C2H4分子中的键角都约是120°，碳原子的杂化方式是sp2(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√ 常见物质中心原子的杂化方式 (1)采取sp3杂化的：有机化合物中饱和碳原子、NH3、H2O、NH等。 (2)采取sp2杂化的：有机化合物中的双键碳原子、BF3、苯环中的碳原子等。 (3)采取sp杂化的：有机化合物中的三键碳原子、CO2、BeCl2等。 1．根据价层电子对互斥模型及杂化轨道理论判断，NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式均正确的是(　　) A.直线形　sp杂化　　 B.三角形　sp2杂化 C.三角锥形　sp2杂化 D.三角锥形　sp3杂化 解析：选D。判断中心原子的杂化方式要依据中心原子的孤电子对数以及σ键电子对数。在NF3分子中，N原子的孤电子对数为1，σ键电子对数为3，可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化，NF3分子的空间结构为三角锥形。 2．下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是(　　) ①BF3　②CH2===CH2　③ ④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4 A.①②③ B．①⑤⑥ C.②③④ D．③⑤⑥ 解析：选A。sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形。①BF3为平面三角形且B—F夹角为120°；②CH2===CH2中碳原子为sp2杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；③中的碳原子为sp2杂化；④CH≡CH 中的碳原子为sp杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4 中的碳原子为sp3杂化。 3．下列分子的中心原子的杂化轨道类型相同的是　(　　) A.CO2与SO2 B．CH4与NH3 C.BeCl2与BF3 D．HCN与H2O 解析：选B。CO2的中心C原子为sp杂化，SO2的中心S原子为sp2杂化，故A项不符合题意；CH4的中心C原子为sp3杂化，NH3的中心N原子也为sp3杂化，故B项符合题意；BeCl2的中心Be原子为sp杂化，BF3的中心B原子为sp2杂化，故C项不符合题意；HCN的中心C原子为sp杂化，H2O的中心O原子为sp3杂化，故D项不符合题意。 1．下列关于杂化轨道的说法错误的是(　　) A.并不是所有的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.杂化轨道都用来成键 解析：选D。参与杂化的原子轨道，能量不能相差太大，如1s与2s、2p的能量相差太大，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、B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，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C正确；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，并不是所有的杂化轨道都用来成键，故D错误。 2.右图为乙烯的空间结构模型。在乙烯分子中有5个σ键和1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与H之间是sp2杂化形成σ键，C与C之间是未参加杂化的2p轨道形成π键 D.C与C之间是sp2杂化形成σ键，C与H之间是未参加杂化的2p轨道形成π键 解析：选A。在乙烯分子中碳原子与相连的氢原子、碳原子形成平面三角形，所以乙烯分子中碳原子均采取sp2杂化，其中杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键。 3．下列分子或离子的空间结构和中心原子的杂化方式均正确的是(　　) A.AsH3　平面三角形　sp3杂化 B.H3O＋　平面三角形　sp2杂化 C.H2Se　V形　sp3杂化 D.CO　三角锥形　sp3杂化 解析：选C。A.AsH3的中心As原子的价层电子对数＝3＋×(5－3×1)＝4，As的杂化方式为sp3，含有一个孤电子对，AsH3分子的空间结构为三角锥形，选项A错误；B.H3O＋的中心O原子的价层电子对数＝3＋×(6－1－3×1)＝4，O的杂化方式为sp3，含有一个孤电子对，H3O＋的空间结构为三角锥形，选项B错误；C.H2Se的中心Se原子的价层电子对数＝2＋×(6－2×1)＝4，Se的杂化方式为sp3，含有两个孤电子对，H2Se分子的空间结构为V形，选项C正确；D.CO的中心C原子的价层电子对数＝3＋×(4＋2－3×2)＝3，C的杂化方式为sp2，没有孤电子对，CO的空间结构为平面三角形，选项D错误。 4．下列说法不正确的是(　　) A.H2SO4分子中S原子以杂化轨道成键 B.NH的电子式为，该离子呈正四面体形 C.CH4分子中的4个C—H键都是由氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道重叠形成的 D.CH4分子中碳原子的sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—H键　 解析：选C。H2SO4分子的中心原子为S原子，S原子以杂化轨道成键，A项正确；NH中中心N原子采取sp3杂化，NH呈正四面体形，B项正确；CH4分子中碳原子的2s轨道与2p轨道进行杂化形成4个sp3杂化轨道，然后碳原子的sp3杂化轨道与氢原子的1s轨道重叠形成C—H σ键，C项错误，D项正确。 5．回答下列问题： (1)图(a)为S8的结构，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，分子的空间结构为__________；固体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分子中的所有原子均满足8电子稳定结构，COCl2分子中心原子的杂化轨道类型为__________。 (4)As4O6的分子结构如图(c)所示，其中As原子的杂化方式为__________。 (5)AlH中Al原子的杂化方式为__________________。 答案：(1)sp3　(2)平面三角形　sp3　(3)sp2 (4)sp3　(5)sp3 学科网（北京）股份有限公司 $