第二章 分子结构与性质\n第二节 分子的空间结构第3课时 杂化轨道理论简介\n学习目标核心素养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立体构型。\n课堂素能探究名师博客呈现课堂达标验收课前素能奠基新课情境呈现\n新课情境呈现\n研究证实，甲烷(CH4)分子中的四个C—H键的键角均为109.5°，从而形成非常规则的正四面体构型。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2s22p2，也就是说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结构。那么，甲烷分子的正四面体构型是怎样形成的呢？\n课前素能奠基\n杂化轨道理论简介1．概念在形成分子时，由于原子的相互影响，若干个不同类型但________________的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新轨道的过程叫做______________________，所形成的新轨道就称为________________。能量相近新知预习原子轨道的杂化杂化轨道\n2．要点(1)能量相近：参与杂化的各原子轨道能量要____________(同一能级组或相近能级组的轨道)。(2)数目不变：参与杂化的轨道数目等于形成的________________数目。(3)排斥力最小：杂化轨道在空间取最大夹角分布，且不同的杂化轨道伸展方向不同。相近杂化轨道\n3．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成在形成CH4分子时，碳原子的一个__________轨道和三个__________轨道发生混杂，形成四个能量相同、方向不同的___________杂化轨道。四个___________杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—Hσ键是等同的。可表示为2s2psp3sp3\n杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目ns___________________________np___________________________杂化轨道数目___________________________杂化轨道间的夹角___________________________________4．杂化轨道的类型与分子立体构型的关系111123234180°120°109°28′\n直线形平面三角形正四面体形\n1．思考辨析：(1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。()(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。()(3)杂化轨道中一定有一个电子。()(4)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。()(5)根据中心原子的价层电子对数，一般可以确定其杂化方式以及VSEPR模型。()√预习自测√××√\n2．下列分子立体构型为正四面体形，中心原子采用sp3杂化方式的是()A．CCl4B．NH3C．H2OD．P4解析：A、B、C三项中心原子均以sp3杂化，但B、C两项中含有孤电子对(NH3：1对；H2O：2对)，故A项为正四面体形。D项虽为正四面体形，但无杂化轨道。A\n3．下列分子的立体构型，可以用sp杂化方式解释的是()A．HClB．BeCl2C．BCl3D．CCl4解析：HCl为双原子分子，双原子分子中不存在杂化过程；BeCl2是直线形分子，铍原子以2个sp杂化轨道分别与2个氯原子的各1个3p轨道重叠形成2个σ键；BCl3为平面三角形结构，硼原子以3个sp2杂化轨道分别与3个氯原子的各1个3p轨道重叠形成3个σ键；CCl4分子的立体构型呈正四面体形，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氯原子的各1个3p轨道重叠形成4个σ键。B\n4．下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是()A．sp杂化轨道的夹角最大B．sp2杂化轨道的夹角最大C．sp3杂化轨道的夹角最大D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等解析：sp杂化轨道的夹角为180°，sp2杂化轨道的夹角为120°，sp3杂化轨道的夹角为109°28′。A\n5．下列关于杂化轨道的说法错误的是()A．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等C．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键D．CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109°28′B\n解析：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，即同一原子中只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A正确；轨道数目杂化前后一定相等，故B错误；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正确；CH4分子中每两个sp3杂化轨道的夹角都为109°28′，故D正确。\n6．下列对乙烯分子中化学键的分析正确的是()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、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未能参加杂化的2p轨道形成的π键D．C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未能参加杂化的2p轨道形成的π键A\n解析：乙烯分子中存在4个C—H键和1个C＝C键，C原子上无孤电子对，σ键电子对数为3，则C原子采取sp2杂化，C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间有一个是sp2杂化轨道形成的σ键，另一个是未参加杂化的2p轨道形成的π键。\n课堂素能探究\n问题探究：1．水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，其分子不呈正四面体构型，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体构型，而呈三角锥形。试说明中心原子的孤电子对如何影响分子的立体构型？2．乙烷、乙烯、乙炔分子中的碳原子杂化方式分别是什么？三种分子中的C—C键和C—H键方式分别是什么？知识点杂化轨道理论\n探究提示：1．提示：孤电子对占有一定空间，排斥其他成键电子，从而影响分子的立体构型。2．提示：C2H6中的C是sp3杂化，CC键是sp3sp3σ键，C—H键是sp3sσ键；C2H4中的C是sp2杂化，C—C键是sp2sp2σ键和ppπ键，C—H键是sp2sσ键；C2H2中的c是sp杂化，C—C键是spspσ键和ppπ键，C—H键是spsσ键。\n知识归纳总结：1．杂化轨道类型(1)sp3杂化：同一个原子中能量相近的一个ns轨道与三个np轨道进行混合重新组合成四个新的原子轨道，即sp3杂化轨道。如CH4分子中sp3杂化轨道形成示意图：\n(2)sp2杂化：同一个原子中能量相近的一个ns轨道与两个np轨道进行杂化组合成三个新的sp2杂化轨道。如C2H4分子中sp2杂化轨道形成示意图：\n(3)sp杂化：同一个原子中能量相近的一个ns轨道与一个np轨道进行杂化组合成两个新的sp杂化轨道。如C2H2分子中sp杂化轨道形成示意图：\n2．用杂化轨道理论解释典型分子的空间构型(1)NH3分子的空间构型在形成NH3分子时，氮原子的2s和2p原子轨道发生了sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，但NH3分子中只有三个轨道中的未成对电子分别与H原子的1s电子形成σ键，另一个轨道中有一对孤对电子，不能再与H原子形成σ键，但孤对电子对成键电子对有较强的排斥作用，使三个N—H键键角变小(键角为107.3°)，所以氨分子的空间构型为三角锥形。\n\n\n指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、立体构型。(1)CS2分子中的C为__________杂化，分子的结构式_______________，立体构型______________；(2)CH2O中的C为___________杂化，分子的结构式___________，立体构型__________________；典例spS＝C＝S直线形sp2平面三角形\n(3)CCl4分子中的C为_______杂化，分子的结构式_____________，立体构型__________________；(4)H2S分子中的S为________杂化，分子的结构式______________，立体构型___________。sp3正四面体形sp3V形\n规律方法指导：根据杂化轨道的空间分布判断中心原子杂化轨道类型的方法：(1)若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形，则分子的中心原子发生sp3杂化；(2)若杂化轨道在空间的分布为平面三角形，则分子的中心原子发生sp2杂化，(3)若杂化轨道在空间的分布为直线形，则分子的中心原子发生sp杂化。\n〔变式训练〕根据价层电子对互斥理论及原子的杂化理论判断NF3分子的立体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sp2杂化D．三角锥形sp3杂化解析：判断分子的杂化方式要根据中心原子的孤电子对数以及与中心原子相连的原子个数。在NF3分子中N原子的孤电子对数为1，与其相连的原子数为3，所以根据理论可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化，立体构型为三角锥形，类似于NH3。D\n名师博客呈现\ns－p杂化轨道和简单分子几何构型的关系杂化方式等性杂化不等性杂化spsp2sp3sp3轨道夹角180°120°109°28′－－－中心原子在周期表中的位置ⅡA、ⅡB(个别例外)ⅢAⅣAVAⅥAⅦA\n杂化方式等性杂化不等性杂化spsp2sp3sp3中心原子的孤电子对数000123分子的几何构型直线形平面三角形正四面体形三角锥形V形直线形实例BeCl2HgCl2BF3CH4、SiH4NH3、PH3H2O、H2SHCl\nD\n\n\n2．在SO2分子中，分子的立体构型为V形，S原子采用sp2杂化，那么SO2的键角()A．等于120°B．大于120°C．小于120°D．等于180°解析：SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上看其键角应为120°，但由于SO2分子中的S原子有一对孤电子对，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此SO2分子中的键角应小于120°。C\n课堂达标验收\n1．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()A．C2H2与C2H4B．CO2与SO2C．CH4与NH3D．BeCl2与BF3解析：C2H2分子中的C采用sp杂化，C2H4分子中的C采用sp2杂化，故A不正确；CO2分子中的C采用sp杂化，SO2分子中的S采用sp2杂化，故B不正确；CH4分子中的C采用sp3杂化，NH3分子中的N也采用sp3杂化，故C正确；BeCl2分子中的Be采用sp杂化，BF3分子中的B采用sp2杂化，故D不正确。C\n2．在BrCH＝CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是()A．sp－pB．sp2－sC．sp2－pD．sp3－p解析：BrCH＝CHBr分子中的两个碳原子都是采取sp2杂化，溴原子的价电子排布式为4s24p5,4p轨道上有一个单电子，与碳原子的一个sp2杂化轨道成键，故C—Br键采用的成键轨道是sp2－p，C项正确。C\n3．下列说法正确的是()A．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是四面体形B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合而形成的C．乙炔分子中，两个碳原子均采用sp2杂化D．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的1个s轨道和3个p轨道混合起来形成的一组能量相等的新轨道D\n解析：中心原子采取sp3杂化的分子，VSEPR模型是四面体形，但其立体构型不一定是四面体形，如水和氨气分子中的中心原子均采取sp3杂化，但H2O是V形分子，NH3是三角锥形分子，A项错误；甲烷分子中碳原子形成4个σ键且不含孤电子对，碳原子采取sp3杂化，这4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—Hσ键，B项错误；乙炔分子中每个C原子形成2个σ键和2个π键，价层电子对数是2，且不含孤电子对，故C原子均为sp杂化，C项错误；同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道通过杂化可形成一组能量相等的新轨道，D项正确。\nC\n\n5．下列四种分子中，中心原子的杂化方式与其他三种不同的是()A．SOCl2B．H2OC．CH4D．AlCl3解析：SOCl2、H2O、CH4中中心原子的价层电子对数均为4，均采取sp3杂化，而AlCl3中中心原子的价层电子对数为3，属于sp2杂化，故选D。D\n分子或离子中心原子杂化类型立体构型CO_________________________________SiF4_______________________________BH_______________________________CH_________________________________AsBr3_______________________________H2F＋__________________________BeF2____________________________SCl2__________________________6．利用杂化轨道理论填写下表。sp2杂化平面三角形sp3杂化正四面体sp3杂化正四面体sp2杂化平面三角形sp3杂化三角锥形sp3杂化V形sp杂化直线形sp3杂化V形
