第2章 第2节 第3课时 杂化轨道理论-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2教师用书word（人教版 多选版）

本高中化学讲义聚焦杂化轨道理论核心知识点，从甲烷分子形成切入，系统讲解杂化轨道的形成、sp/sp²/sp³三种类型及其空间结构，再结合孤电子对分析杂化类型与分子空间结构的关系，延伸至大π键的形成与判断，构建完整学习支架。 该资料通过表格对比杂化类型、空间结构及实例，微点拨强调关键细节，搭配多维训练题（如乙烯乙炔杂化方式分析、甲醛分子结构判断），培养科学思维（模型建构、证据推理）与科学探究能力。课中辅助教师系统授课，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

第3课时　杂化轨道理论 新知探究(一)——杂化轨道及其类型 1.甲烷分子形成的解释 形成CH4分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,却得到4个新的能量相同、方向不同的sp3杂化轨道。4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠,形成4个等同的C—H σ键。 2.杂化轨道形成及特点 3.杂化轨道类型及其空间结构 sp3杂 化轨道 sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。sp3杂化轨道间的夹角是109°28',空间结构为正四面体形(如图所示) sp2杂 化轨道 sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120°,呈平面三角形(如图所示) sp杂化 轨道 sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角是180°,呈直线形(如图所示) [微点拨]　sp、sp2两种杂化方式中还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。 应用化学　 　　如图是描述乙烯、乙炔分子中化学键的情况。 分析乙烯和乙炔分子中碳原子的杂化方式,总结原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化? 提示:乙烯分子中碳原子杂化方式是sp2杂化;乙炔分子中碳原子的杂化方式是sp杂化;杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同,杂化后形成的一组杂化轨道能量相同。 [题点多维训练] 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生 (√) (2)2s和3p轨道能混杂形成杂化轨道 (×) (3)杂化轨道能量更集中,有利于牢固成键 (√) (4)杂化轨道的作用是形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对 (√) 2.下列关于杂化轨道的说法错误的是 (　　) A.杂化前后的轨道数目不变,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.部分四面体形、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:选D　原子轨道发生杂化时,轨道数目不变,但轨道的形状(电子云伸展方向)发生变化,A项正确;sp3、sp2、sp杂化轨道的形状分别为正四面体形、平面三角形和直线形,夹角分别为109°28'、120°、180°,B项正确;部分四面体形、三角锥形(中心原子有1个孤电子对)、V形(中心原子有2个孤电子对)分子的中心原子均采取sp3杂化,其分子结构可以用sp3杂化轨道解释,C项正确;杂化轨道用于形成σ键和容纳未成键的孤电子对,D项错误。 3.甲醛分子的结构式为,下列描述正确的是 (　　) A.甲醛分子中有4个σ键 B.甲醛分子中的C原子为sp3杂化 C.甲醛分子中的O原子为sp杂化 D.甲醛分子为平面三角形,有一个π键垂直于三角形平面 解析:选D　甲醛分子中有3个σ键,甲醛分子中的C、O原子均为sp2杂化。 4.(1)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是　　　　和　　　　。  (2)的空间结构为　　　　形,中心原子的杂化方式为　　　　。  (3)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化方式分别为　　　　和　　　　。  (4)Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为　　　　。  (5)CS2分子中,C原子的杂化轨道类型是　　　　。  (6)S中的空间结构是　　　　　　。  (7)AsCl3分子的空间结构为　　　　　　,其中As的杂化轨道类型为　　　　。  (8)化合物Cl2O的空间结构为　　　　形,中心原子的价层电子对数为　　　　。  答案:(1)sp3杂化　sp2杂化　(2)V　 sp3杂化 (3)sp杂化　sp3杂化　(4)sp3杂化　(5)sp杂化 (6)正四面体形　(7)三角锥形　sp3杂化 (8)V　4 新知探究(二)——杂化轨道类型与分子空间结构的关系 1.杂化轨道与分子空间结构的关系 (1)杂化轨道全部用于形成σ键:能量相同的杂化轨道彼此远离,形成的分子为对称结构。 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道组成 一个ns和 一个np 一个ns和 两个np 一个ns和 三个np 轨道夹角 180° 120° 109°28' 杂化轨道示意图 分子的空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形 实例 BeCl2 BF3 CH4 (2)杂化轨道中有未参与成键的孤电子对:孤电子对占据杂化轨道,会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状不同,形成不对称结构。 杂化类型 sp2 sp3 中心原子所在族 第ⅥA族 第ⅤA族 第ⅥA族 中心原子的孤电子对数 1 1 2 分子空间结构 V形 三角锥形 V形 实例 SO2 NH3、PCl3、PH3 H2O、H2S 2.键角大小比较 键角大小主要与中心原子的杂化轨道类型、孤电子对数以及周围电子云密度等有关。 (1)键角与中心原子杂化类型的关系 当中心原子杂化类型不同时,键角大小由杂化类型决定。 键角:sp杂化>sp2杂化>sp3杂化,例如,键角:CO2>BF3>CH4。 (2)键角与电子对斥力相对大小的关系 当中心原子杂化类型相同的粒子,键角由中心原子孤电子对数目决定,孤电子对数目越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小。例如键角:CH4>NH3>H2O。 (3)键角与中心原子周围电子云密度(电负性)的关系 当中心原子杂化方式相同且孤电子对数目也相同,键角由中心原子周围电子云密度大小(形成化学键原子的电负性相对大小)决定。中心原子周围电子云密度越大,排斥作用越大,键角越大。 例如,H2O、H2S中,中心原子均为sp3杂化,分子空间结构均为V形,由于电负性:O>S,吸引电子的能力:O>S,H2O中O—H共用电子对偏向O的程度比H2S中S—H共用电子对偏向S的程度大,O原子周围电子云密度比S大,排斥作用大,H2O中键角大,即键角:H2O(105°)>H2S(92.3°)。 (4)键角与化学键类型的关系 同一粒子中不同共价键的键角,由于斥力:双键间>双键与单键间>单键间,则键角大小不同。如甲醛中:,键角:α>β。 [题点多维训练] 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (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)NH3分子的空间结构为三角锥形,则氮原子的杂化方式为sp3杂化 (√) (4)C2H4分子中的键角都约是120°,则碳原子的杂化方式是sp2杂化 (√) 2.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、四面体形 B.HClO:sp、直线形 C.H3O+:sp3、V形 D.BF3:sp2、平面三角形 解析:选D　乙炔的结构式为H—C≡C—H,C原子采取sp杂化,为直线形结构,A错误;HClO分子的结构式为H—O—Cl,氧原子采取sp3杂化,分子结构为V形,B错误;H3O+中氧原子的价层电子对数是4,中心原子采取sp3杂化,空间结构为三角锥形,C错误;BF3分子中硼原子价层电子对数是3,孤电子对数为0,所以其空间结构为平面三角形,D正确。 3.下列分子中,杂化类型相同,空间结构也相同的是 (　　) A.H2O、SO2 B.BeCl2、CO2 C.H2O、NH3 D.NH3、HCHO 解析:选B　水中O原子价层电子对数为4,采取sp3杂化方式,含有的孤电子对数=×(6-2×1)=2,水是V形结构;SO2中S原子价层电子对数为3,采取sp2杂化方式,含有的孤电子对数=×(6-2×2)=1,SO2是V形结构,A不符合题意。BeCl2中Be原子采取sp杂化,BeCl2是直线形结构,CO2中碳原子采取sp杂化,CO2是直线形结构,B符合题意。氨气中氮原子采取sp3杂化,含有1个孤电子对,因此氨气是三角锥形结构,C不符合题意。甲醛中碳原子采取sp2杂化,甲醛是平面三角形结构,D不符合题意。 4.回答下列问题。 (1)Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为　　　,下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是　　　(填字母)。  A.sp　　B.sp2　　C.sp3　　D.sp3d (2)水分子中氧原子的杂化轨道类型是　　　　。  (3)NH3分子中氮原子的杂化轨道类型是　　 　。  (4)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　　　。  (5)有机碱CH3N中,N原子的杂化轨道类型是　　　　。  答案:(1)5　D　(2)sp3杂化　(3)sp3杂化 (4)正四面体形　4　sp3杂化　(5)sp3杂化 5.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的中心原子的杂化类型均为sp3杂化,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,孤电子对对成键电子对的排斥力较小,键角较大　(3)大于　C==O对C—C的斥力大于C—O对C—C的斥力 命题热点——共价分子(或离子)中大π键的形成和判断 1.大π键(离域π键)形成条件 (1)中心原子采取sp或sp2杂化。 (2)参与形成大π键的多个原子应在同一个平面或同一直线上。 2.大π键(离域π键)共用电子数判断 (1)表示:(m表示参与形成大π键的原子数,n表示参与形成大π键的电子数)。 (2)特点:形成大π键的电子数等于垂直于分子或离子平面的p轨道中的电子数总和,形成大π键的原子数等于同一平面或同一直线上的原子数。 (3)判断方法:画出分子或离子中各原子间的σ键连接,算出各原子的最外层电子数与其周围σ键数差值,差值若为奇数,则提供1个电子,若为偶数,则提供1对电子,提供的电子总数则为形成大π键的电子数。 [微点拨]　杂化轨道中的电子不参与形成大π键。 　　[典例]　(1)推测C中的大π键为　　　　。  (2)已知吡咯为平面形结构,如图。则吡咯环中的大π键应表示为　　　　。  [解析]　(1)根据价层电子对互斥模型判断C为平面三角形结构,中心C原子为sp2杂化,三个O分别用一个单电子与中心C原子形成三个C—O σ键,C原子提供1个电子,每个O原子各提供1个电子形成大π键,形成两个负电荷的电子也参与形成大π键。则大π键的电子总数为1+3+2=6,表示为。(2)吡咯环中形成大π键的原子数为5个;氮原子中未参与成键的电子为1对,可提供2个电子形成π键,还有4个碳分别提供1个电子形成大π键,共有电子数为6,所以吡咯环中的大π键应表示为。 [答案]　(1)　(2) [题点多维训练] 1.B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是 (　　) A.其熔点主要取决于所含化学键的键能 B.形成大π键的电子全部由N提供 C.分子中B和N的杂化方式相同 D.分子中所有原子共平面 解析:选A　B3N3H6与苯的结构相似,属于共价化合物,共价化合物的熔点与分子间作用力有关,与化学键的键能无关,A项错误;B3N3H6中形成大π键的电子全部由N提供,B项正确;由于B3N3H6和苯的结构类似,则该分子中B和N均为sp2杂化,C项正确;由于B3N3H6和苯分子结构相似,则B3N3H6分子中12个原子共面,D项正确。 2.5⁃氨基四唑硝酸盐受热迅速生成以N2为主的环境友好型气体,并放出大量的热,是制造HTPB火箭推进剂的重要原料。该盐结构简式如图,其中五元环为平面结构,下列说法正确的是 (　　) A.阴离子的空间结构为三角锥形 B.该化合物难溶于水 C.该化合物中五元环上的5个原子的杂化方式都相同 D.该化合物存在类似于苯分子的大π键,化学性质比较稳定 解析:选C　硝酸根离子中,成键电子对为3,孤电子对数为×(5+1-3×2)=0,因此其空间结构为平面三角形,A错误;硝酸盐易溶于水,B错误;五元环为平面结构,可知该化合物中五元环上的5个原子均为sp2杂化,C正确;该化合物受热迅速生成N2,化学性质不稳定,D错误。 3.(2025·菏泽高二检测)胍()是一种平面形分子,其盐酸盐()是核酸检测液的主要成分。下列说法错误的是 (　　) A.胍的水溶液呈碱性 B.胍中C、N杂化方式均为sp2杂化 C.胍中存在大π键 D.胍盐中含有的化学键均为极性键 解析:选D　胍可以和盐酸反应生成胍盐,胍的水溶液呈碱性,A正确;胍是平面形分子,C、N均采取sp2杂化,B正确;胍中存在大π键,C正确;胍盐中含有共价键和离子键,D错误。 4.吡啶()替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的大π键,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据　　　　　(填字母)。  A.2s轨道　　　　　　 B.2p轨道 C.sp杂化轨道 D.sp2杂化轨道 解析:选D　吡啶替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的大π键,则说明吡啶中N原子也是采用sp2杂化,杂化轨道只用于形成σ键或容纳孤电子对,则吡啶中N原子的孤电子对占据sp2杂化轨道。 5.(1)非金属氮化物在生产、生活和科研中应用广泛。回答下列问题: 氟化硝酰(NO2F)可用作火箭推进剂中的氧化剂,NO2F中心原子的杂化方式为　　　　。  气态N2O5的分子结构为,而固态N2O5则由一种直线形的阳离子X与一种平面正三角形的阴离子Y构成,X的化学式为　　　　,Y的离域π键可表示为　　　　。  (2)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构,其局部结构如图所示。 R中阴离子中的σ键总数为　　　　个。分子中的大π键可用符号表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为),则中的大π键应表示为　　　　。  答案:(1)sp2杂化　N　　(2)5　 学科网（北京）股份有限公司 $