第2章 第2节 第3课时 杂化轨道理论简介-【成才之路·学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2同步新课程学习指导(人教版)

041 4.(2025·郑州高二检测)下列分子或离子中，中心原子价层电子对的VSEPR模型为四面体形，而 分子或离子的空间结构为V形的是 A.NH B.PH, C.H30 D.OF2 5.完成下列问题。 (1)H,0的键角小于NH3的键角，分析原因 (2)磷酸根离子的空间构型为 ,其中P的价层电子对数为 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[10] 第3课时 杂化轨道理论简介 学习目标 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轨道类型对分子空间结构 的影响。 2.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思维模型。 学习任务一：认识杂化轨道理论 一必备知识 1.杂化轨道理论的提出 ①CH,杂化轨道图解 杂化轨道理论是一种 理论，是 为了解释分子的空 间结构提出的。 1s 2s 2.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成① (1)杂化轨道的形成：在形成CH4分子时，C原子的一个 轨 C原子杂化前 道和三个 轨道发生混杂，形成4个能量相等的 杂化轨道。 1s3 p (2)化学键的形成：4个 杂化轨道分别与4个H原子的1s 轨道重叠形成4个C一H 键，所以4个C一H是等同的， C原子杂化后 呈现 的空间结构 形成分子 042 3.常见杂化轨道类型及其空间结构② 并不是所有共价分子的原子 (1)sp3杂化轨道。 都存在杂化轨道，只有多原 sp杂化轨道是由 个s轨道和 个p轨道杂化形 子的分子或离子的中心原子 存在杂化轨道。例：双原子 成的。sp杂化轨道间的夹角是10928'，空间结构为 分子（如HCI)不存在杂化轨 (如图所示)。 道，CH4和S0?只有中心原 子碳和硫需要轨道杂化，而 0928 氢原子和氧原子不需要轨道 p3杂化 杂化。 sp3杂化 ®sp、sp两种杂化形式中还 (2)sp2杂化轨道。 有未参与杂化的p轨道，它 sp杂化轨道是由 个s轨道和 个p轨道杂化而 和杂化轨道形成的化学键 不相同。未参与杂化的p 成的。sp2杂化轨道间的夹角是 ,呈 (如图所 轨道，用于形成π键，而杂 示)。 化轨道只用于形成σ键或 者用来容纳未参与成键的 sp2杂化 未参与杂化 孤电子对。 PPP sp2 的p轨道 120 (3)sp杂化轨道。 sp杂化轨道是由 个s轨道和 个p轨道杂化而 成的。sp杂化轨道间的夹角是 ,呈 (如图所 示)。 p杂化 未参与杂化 PPP 的p轨道 三自学辨析 1.轨道杂化前后数目相等，形状、能量不同。 2.杂化轨道既可能形成σ键，也可能形成π键。 3.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。 043 三课堂探究 典例1：（2025·福州高二检测)下列微粒的中心原子杂化轨道类型 相同的是 ③1.杂化轨道理论注意点 A.C02与S02 B.BeCL2与BF 1)原子形成分子时，通常 存在激发、杂化和轨道重叠 C.CH4与S0 D.C2H2与C2H4 等过程。 命要点归纳： 2)原子轨道的杂化只有在 形成分子的过程中才会发 1.杂化轨道的形成及其特点③ 生，孤立的原子不可能发生 杂化。 轨道的杂化 原子内部能量相近的原子轨道重新组合的过程 3)杂化轨道成键时仍具有 形成 共价键的特征—方向性 杂化轨道 杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道 和饱和性。 2.常见物质中心原子的杂 ①杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数 化方式 特点 ②杂化改变了原子轨道的形状、方向 1)采取sp3杂化：有机物中 ③杂化使原子的成键能力增强 饱和碳原子、NH3、H0、金 刚石中的碳原子、晶体硅中 2.杂化轨道数目与价层电子对数的关系 的硅原子、SiO2、NH等。 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 2)采取sp杂化：有机物中 的双键碳原子BF,、石墨中 对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：杂化轨道 的碳原子、苯环中的碳原 子等。 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 3)采取sp杂化：有机物中 数目=中心原子参与杂化的轨道数。 的三键碳原子、C02、 BeCL2等。 命对点训练1：(2025·北京市东城区高二期末)下图表示某原子在形 说明：注意结构相似的物 成分子时的杂化过程。关于该过程，下列说法正确的是 质，如C02与CS2、BF3与 BBr,等中心原子的杂化轨 120 道类型分别相同。 杂化 A.该过程表示的是sp杂化 B.图中的s轨道可能属于K层 C.杂化后，P.轨道可用于形成π键 D.杂化前，p轨道可能比s轨道的能量低 044 学习任务二：VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 一必备知识 VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型O② ①当杂化轨道全部用于形成 σ键时，分子或离子的空间 中心原子上价层电子 VSEPR模型 杂化轨 典型 空间 结构与杂化轨道的空间结 构相同。 对数（杂化轨道数） 及名称 道类型 分子 结构 E结合VSEPR模型和轨道杂 化理论分析C102、CIO3、 2 C02 直线形 ClO4的空间结构：由 直线形 VSEPR模型可知，CIO2、 C10、C10:中，中心原子 C1原子的价层电子对数都 sp2 S0, 形 为4，Cl02、CI03、Cl04的 中心原子的孤电子对数依 平面三角形 次为2、1、0，C1l都是以sp 杂化轨道方式与0原子形 成sp3-pσ键。 C1O,中C1杂化轨道后为 3 sp S03 形 正四面体，与氧原子结合 平面三角形 后会有2个孤 轴 对电子。由 于孤对电子 H20 形 排斥力强， 氧原子在x轴上，孤对 四面体 电子在z轴上。 C10就是C102 NH, 形 其中一个孤电 四面体 子对与新的氧原子结合形成。 同理可以得出 CH. 正四面体形 ClO,的模型。 正四面体 二自学辨析 1.中心原子采取sp杂化的分子，其空间结构只能是四面体形或三角锥 形。 C 2.杂化轨道的空间结构与分子的空间结构一定一致。 3.杂化轨道间的夹角与分子内的键角一定相同。 它们的空间结构分别是V 4.只要分子空间结构为平面三角形，中心原子均为$p杂化。（ 形、三角锥形、正四面体形。 045 三课堂探究 典例2：(2025·广东茂名高二检测)下表中各粒子对应的空间结构 及杂化轨道类型均正确的是 ( 选项 粒子 空间结构 中心原子的杂化轨道类型 A HCN 直线形 C原子：sp B S02 V形 S原子：sp C H,0* 平面三角形 0原子：sp D HCHO 三角锥形 C原子：sp2 要点归纳： 1.常见ABn型分子杂化类型与空间结构的关系 ABn型 中心原子 价层电 中心原子孤 空间 实例 分子 杂化类型 子对数 电子对数 结构 sp 2 0 直线形 C02 AB2(或 3 1 V形 S02 B2A) 02 sp3 4 2 V形 H,O、H,S、NH2 平面三 3 0 BF3、SO3 角形 AB 三角 NH3、PCl、 sp3 锥形 NF3、H,O+ 四面 CH4、SiH4、 AB 0 体形 CCl4、CH,Cl 2.中心原子杂化类型③的判断 目键角大小的比较方法 (1)根据VSEPR模型判断 1)比较键角时，先看中心 VSEPR模型 四面体形 平面三角形 直线形 原子杂化类型，杂化类型不 杂化类型 sp sp 同时一般键角按sp、sp2、 sp sp3顺序依次减小。 (2)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取$p杂化， 2)杂化类型相同时，中心 连接双键的碳原子采取sp杂化，连接三键的碳原子采取sp 原子孤电子对数越多，键角 越小。 杂化。 3)杂化类型、中心原子孤 对点训练2：(2025·丹东高二检测)下列关于NH4、NH3、NH,三种 电子对数均相同时，根据中 微粒的说法不正确的是 心原子或与中心原子相连 A.三种微粒所含有的电子数相等 的原子的电负性判断，中心 原子的电负性越大，键角越 B.三种微粒中氮原子的杂化方式相同 大；相连的原子的电负性越 C.三种微粒的空间结构相同 大，键角越小。 D.键角大小关系：NH>NH>NH, 046 课堂素养评价 1.(2024·河北石家庄高二期末)反应C0+2[Ag(NH3)2]OH=2Ag+(NH4)2C03+2NH3用于 检验微量C0的存在，C0与N2结构相似。下列说法不正确的是 A.0原子结构示意图为： B.NH,分子的中心氮原子的杂化方式是sp杂化 C.基态碳原子的轨道表示式为：口可↑↑ 1s 2s 2p D.C0分子中有1个σ键和1个T键 2.根据价电子对互斥理论及杂化轨道理论判断NF,分子的空间构型和中心原子的杂化方式为 A.直线形，sp杂化 B.三角形，sp2杂化 C.三角锥形，sp杂化 D.三角锥形，sp杂化 3.在BrCH-CHBr分子中，C一Br键采用的成键轨道是 A.sp-p B.sp2-s C.sp-p D.sp'-P 4.(2025·北京东城高二期末)下列微粒的中心原子是sp2杂化的是 A.CH B.CH" C.NH D.NH, 5.(2025·重庆高二期未)根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构，试根据相关知识填空： (1)AsCl分子的空间结构为 ,其中As原子的杂化轨道类型为 (2)CS2分子中C原子的杂化轨道类型是 d (3)X射线衍射测定发现，I3AsF。中存在I。I的空间结构为 ,中心原子的杂化方式为 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[11] 第三节 分子结构与物质的性质 第1课时 共价键的极性 学习目标 1.知道共价键可分为极性共价键和非极性共价键。 2.知道分子可以分为极性分子和非极性分子，知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间 结构密切相关。 3.能根据分子结构特点和键的极性来判断分子的极性，并据此对分子的一些典型性质及其 应用作出解释。H,Se,故键角H,O>H,S>H,Se,故A错误；AlCl3的中心原子 的价层电子对数为3+3-了×1-3，不含孤电子对，空间构型 2 为平面三角形；S0,中心原子的价层电子对数为3+6-3×2 =3,不含孤电子对，空间构型为平面三角形，故B正确：BF 中心原子的价层电子对数为3+3-3×1=3，不含孤电子对， 2 空间构型为平面三角形，NF,中心原子的价层电子对数为3+ 5-3×1=4,含1个孤电子对，是三角锥形分子，故C错误； 2 Q0;的中心原子的价层电子对数为3+8-？×2=4，含1个 2 孤电子对，空间构型为三角锥形，故D错误：故选B。 对点训练：DS0,中中心S原子价层电子对数为2+6-2×2 3,有1个孤电子对，分子空间构型为V形，C02是直线形的分 子，故A错误；4,0中心0原子价层电子对数为2+6-？×1 =4,有2个孤电子对，分子空间构型为V形，键角为104.5°； 0,中心0原子价层电子对数为2+6-？×2=3，有1个孤电 2 子对，分子空间构型为V形，键角小于180°，故B错误；BF中 中心B原子价层电子对数为3+3-3×1=3，没有孤电子对， 为平面三角形，P,中中心P原子价层电子对数为3+ 5-?×1=4,有一对孤电子对，为三角锥形，故C错误：C0号 2 中中心C原子价层电子对数为3+4+2,3×2=3，没有孤电 子对，是平面三角形：S03中中心S原子价层电子对数为3+ 6-3×2=3,没有孤电子对，为平面三角形，故D正确。 2 课堂素养评价 H 1.BSiH4、H,O、CH4、NH的电子式分别为H:Si:H、H:O:H、 ， H H H:C:H、H:N:H,HO分子中的O原子上有两个孤电子 H H 对，NH,分子中的N原子上有一个孤电子对。 2.DS03的中心原子硫原子的价电子数为6，与中心原子结合 的原子数为3，氧原子最多能接受的电子数为2，则中心原子 的孤电子对数=宁(6-3×2)=0，放价层电子对数=0键电 子对数=3，SO,的空间结构与其VSEPR模型一致，为平面三 角形。 3.B当中心原子无孤电子对时，VSEPR模型与空间结构一致。 S0的中心原子的孤电子对数=号×(6+2-3×2)=1， 0:的中心原子的孤电子对数=子×(7+1-4×2)=0： 1 N0,的中心原子的孤电子对数=2×(5+1-2×2)=1； C0,巾心原子的孤电子对数=子x(7+1-3x2)=1。所 以只有B符合题意。 16 4.DNH中，N原子上的价层电子对数=4+5-14x1=4 N原子上无孤电子对，则NH的空间结构为正四面体形；PH 中，P原子上的价层电子对数=3+5-3×1=4，P原子上有1 2 个孤电子对，则PH3分子的空间结构为三角锥形；H0中，O 原子上的价层电子对数=3+6-1,3×1=4,0原子上有1 2 个孤电子对，则H,0的空间结构为三角锥形；O℉2中，0原子 上的价层电子对数=2+6-？×1=4,0原子上有2个孤电子 2 对，则OF2分子的空间结构为V形。 5.(1)NH中N原子含有1对孤对电子，而H,0中0原子含有 2对孤对电子，H,O中的孤对电子对成键电子对的排斥作用 较大 (2)正四面体形4 【解析】(1)H2O分子中O原子和NH3分子中N原子的价 层电子对数均为4，前者有2个孤电子对，后者有1个孤电子 对，由于孤电子对的排斥力大于σ键电子对，则中心原子含有 孤电子对越多，共价键的键角越小，故H,O的键角小于NH 的。(2)0离子中P的价层电子对数为4+5+3,4×2 4,不含孤电子对，则VSEPR模型和PO离子的空间构型均 为正四面体形。 第3课时杂化轨道理论简介 学习任务一 一、必备知识 1.价键鲍林 2.(1)2s2psp3(2)sp3g正四面体 3.（1)13正四面体形(2)12120°平面三角形 (3)11180°直线形 二、自学辨析 1.V提示：轨道杂化前后数目相等，轨道形状和能量发生 变化。 2.×提示：杂化轨道只能用于形成0键或容纳孤电子对，不能 形成T键。 3.V提示：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，这样能量才能最低，分子才能最稳定。 三、课堂探究 典例1：C根据VSEPR理论，CO2分子中中心原子价电子对数 =2+4-2×2=2,根据杂化轨道理论，中心C原子为sp杂 2 化，S0,分子中中心原子价电子对数=2+6-？×2=3，中心s 原子为sp杂化，二者中心原子的杂化轨道类型不同，故A不 选：根据VSEPR理论，BCL,分子中中心原子价电子对数=2 +2-?×1=2,根据杂化轨道理论，中心Be原子为sp杂化， 2 BF,分子中中心原子价电子对数=3+3-3x1=3,中心B原 子为sp杂化，二者中心原子的杂化轨道类型不同，故B不 选；根据VSEPR理论，CH4分子中中心原子价电子对数=4+ 4-4×1=4,根据杂化轨道理论，中心C原子为p杂化， 2 S0中中心原子价电子对数=4+6+2,4×2=4，中心S原 子为sp杂化，二者中心原子的杂化轨道类型一致，故C选： C2H2中C原子为sp杂化，C,H中C原子为sp2杂化，二者分 子中的中心原子杂化轨道类型不相同，故D不选。 对点训练1：C该过程为sp2杂化，同一能层上的1个s轨道和 2个p轨道杂化形成键角为120°的3个sp',还有1个P.轨道 未参与杂化，A错误：K层上只有1s轨道，没有p轨道，则图中 的s轨道不可能属于K层，应该在L层及以后能层，B错误； 由图可知，该过程表示sp杂化，未参与杂化的p.轨道可用于 形成π键，C正确；由杂化原则可知，只有能量相近的轨道才 能相互杂化，即同一能级上的ns和p轨道才能杂化，则杂化 前，P轨道比s轨道的能量高，D错误。 学习任务二 一、必备知识 spV平面三角sp3Vsp3三角锥sp 二、自学辨析 1.×提示：sp杂化轨道中孤电子对数目为0、1、2时分别对应 空间结构为四面体形、三角锥形、V形。 2.×提示：中心原子的杂化轨道数等于价层电子对数，当中心 原子没有孤电子对时，杂化轨道的空间结构与分子的空间结 构一定一致，否则不一致。 3.×提示：杂化轨道占有孤电子对时不相同 4.V 三、课堂探究 典例2：AHCN中心原子为C,有2个σ键，无孤电子对，故为 p杂化，空间结构为直线形，A正确；S02中心原子为S,有2 个σ键，1个孤电子对，故为sp杂化，空间结构为V形，B错 误；H0中心原子为0，有3个σ键，1个孤电子对，故为sp 杂化，空间结构为三角锥形，C错误；HCHO中心原子为C,有 3个σ键，无孤电子对，故为sp杂化，空间结构为平面三角 形，D错误。 对点训练2：CNH、NH,、NH,三种微粒所含有的电子数都为 10个，故A正确：铵根离子中氮原子价层电子对个数=σ键 个数+孤电子对个数=4+7(5-1-4×1)=4，所以其采用 p杂化，氨气分子中氮原子价层电子对个数=σ键个数+孤 电子对个数=3+(5-3×1)=4，所以氮原子杂化方式是 sp,NH,中氮原子价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个 数=2+(5+1-2×1)=4，所以其采用sp杂化，故B正 确；根据三种微粒的杂化方式可知，铵根离子为正四面体结 构，氨气分子空间结构为三角锥形，NH,空间结构为V形，故 C错误；铵根离子中，含0个孤电子对，氨气分子中含1个孤 电子对，H,含2个孤电子对，含有孤电子对越多，分子中的 键角越小，所以键角大小关系：NH>NH3>NH2,故D正确。 课堂素养评价 1.D0的原子序数为8，其核内有8个质子，核外有8个电子， 0原子结构示意图为 6,A正确：NH3分子的中心氮 原子的价层电子对数为4，采用sp杂化，B正确；碳的原子序 .16 数为6，其核外有6个电子，基态碳原子的轨道表示式为 11↑1，C正确：C0与N,是等电子体，根据 Is 2s 2p N2分子结构可知C0分子中有1个σ键和2个π键，D错误。 2.D在NF,分子中N原子价电子对数为1/2×(5+3×1)=4， 孤对电子数4-3=1，与其相连的原子数为3，根据理论可推 知中心原子的杂化方式为sp杂化，空间构型为三角锥形。 3.C分子中的两个碳原子都采取sp杂化，溴原子的价电子排 布式为4s4p,4p轨道上有一个单电子，与碳原子的一个sp 杂化轨道成键。 4.BCH中C原子的价层电子对数为3+4+)-3=4，VSEPR 2 模型为四面体，C原子采用sp3杂化，选项A错误；CH中C 原子的价层电子对数为3+4-)-3=3，VSEPR模型为平面 2 三角形，C原子采用sp杂化，选项B正确；NH中N原子的 价层电子对数为4+5-】-4=4，VSEPR模型为正四面体，N 2 原子采用sp杂化，选项C错误；NH中N原子的价层电子 对数为2+5+)-2=4，VSEPR模型为四面体，N原子采用 2 sp杂化，选项D错误。 5.(1)三角锥形sp3(2)sp(3)V形sp3 【解析】(1)AsCl,中As原子价层电子对数为4，含有1个孤 电子对，As原子的杂化方式为sp杂化，AsCl3分子的空间结 构为三角锥形。(2)CS2的结构式为S=C=S,C原子形成2 个双键，无孤电子对，呈直线形，所以C原子为sp杂化。 (3)山中1原子为中心原子，则其孤电子对数为2×(7-1 2×1)=2,且其形成了2个σ键，中心原子价层电子对数为 4,中心原子采取sp3杂化，空间结构为V形。 第三节分子结构与物质的性质 第1课时共价键的极性 学习任务一 一、必备知识 1.不同同种不发生不发生正电性负电性电中 2.(1)不重合(2)重合 3.(1)非极性(2)①非极性极性②非极性极性 二、自学辨析 1.×提示：以极性键结合起来的分子不一定是极性分子，若分 子空间结构对称，正电中心、负电中心重合，就是非极性分子， 如CH4、C02、CCl4、CS,等。 2.V 3.×提示：含有非极性键但正、负电中心不重合为极性分子， 如H202。 4.×提示：非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、 C02等。 5.V 三、课堂探究 典例1：CCH4中含有极性键，空间结构为正四面体形，结构对 称，正负电荷的中心重合，属于非极性分子，A错误；S03中含 有极性键，空间结构为平面三角形，结构对称，正负电荷的中