1、第第 2 2 课时课时 杂化轨道理论简介杂化轨道理论简介 学业要求 核心素养建构 1.能运用杂化轨道理论解释和预测简单分子的空间结 构。 2.能判断共价分子或离子中原子的杂化类型。 知识梳理 一、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 2s 轨道和三个 2p 轨道发生混杂，形成四个能 量相等的 sp3杂化轨道。四个 sp3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 CH 键是等同的。可表示为 微自测 1.能正确表示 CH4中碳原子成键方式的示意图为( ) 答案 D 二、杂化轨道的类型与分子空间结构的关系 杂化类型 sp sp2
2、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 10928 杂化轨道示意图 空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形 实例 BeCl2、CO2、CS2 BCl3、BF3、BBr3 CF4、SiCl4、SiH4 微自测 2.ClO 、ClO 2、ClO 3、ClO 4中，Cl 都是以 sp3杂化轨道方式与 O 原子成键，则 ClO 的空间结构是_；ClO 2的空间结构是_；ClO 3的空间结构是 _；ClO 4的空间结构是_。 答案 直线形 V 形 三角锥形 正四面体形 探究一、杂化轨道理论 从多角度解读杂化轨道
3、理论提升探析能力 探究素材 杂化轨道理论要点 1.只有能量相近的原子轨道才能杂化。 2.杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等，杂化轨道能量相同。 3.杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。 4.杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨 道伸展方向不同。 5.杂化轨道只用于形成 键或用于容纳未参与成键的孤电子对。 6.未参与杂化的 p 轨道可用于形成 键。 探究题目 1.判断正误，正确的打“”；错误的打“”。 (1)所有原子轨道都参与杂化。( ) (2)杂化轨道能量集中，有利于牢固成键。( ) (3)杂化轨道中不一定有电子。( ) (4)杂化
4、方式相同的分子，空间结构一定相同。( ) (5)并非任意两个原子轨道都能发生杂化。( ) (6)杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，能量也相同。( ) (7)2s 轨道与 3p 轨道能形成 sp2杂化轨道。( ) (8)NH3中 N 原子的 1 个 2s 轨道和 3 个 2p 经杂化后形成 1 个 sp3杂化轨道。 ( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 从微观探析中心原子轨道杂化类型建构判断模型 探究素材 根据价层电子对数判断 1.杂化轨道只能用于形成 键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成 一个 键，故有下列关系： 杂化轨道数价层电子对数中心
5、原子孤电子对数中心原子结合的原子数。 2.根据杂化轨道数判断杂化类型，如下表所示： ABn型 分子 中心原子 价层电子 对数 中心原子 孤电子 对数 中心原子 结合的原 子数 杂化轨 道类型 示例 AB2 2 0 2 sp BeCl2、CO2 3 1 2 sp2 SO2 4 2 2 sp3 H2O、H2S AB3 3 0 3 sp2 BF3、 SO3、 CH2O 4 1 3 sp3 NH3、PCl3 AB4 4 0 4 sp3 CH4、CCl4 探究题目 2.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( ) A.CO2与 SO2 B.CH4与 NH3 C.BeCl2与 BF3 D.C2H4与
6、C2H2 解析 中心原子杂化轨道数中心原子价层电子对数1 2(中心原子的价电子数 配位原子的成键电子数) 实例 价层电子对数 杂化轨道类型 BeCl2 n1 2(22)2 sp BF3 n1 2(33)3 sp2 CO2 n1 2(40)2 sp SO2 n1 2(60)3 sp2 CCl4 n1 2(44)4 sp3 NH3 n1 2(53)4 sp3 C2H2和 C2H4中每个碳原子连接的原子个数分别为 2、3 个，每个 C 原子分别形成 2 个 键、2 个 键和 3 个 键、1 个 键，C 原子杂化类型分别为 sp 杂化、sp2 杂化。 答案 B 从共价键角度建构中心原子杂化类型判断模型
7、 探究素材 根据共价键类型判断中心原子杂化类型 由于杂化轨道形成 键或容纳孤电子对，未参与杂化的轨道可用于形成 键，故 有如下规律： 1.中心原子形成 1 个三键，则其中有 2 个 键，是 sp 杂化，如 CHCH。 2.中心原子形成 2 个双键，则其中有 2 个 键，是 sp 杂化，如 O=C=O。 3.中心原子形成 1 个双键，则其中有 1 个 键，是 sp2杂化，如：， CH2=CH2。 探究题目 3.下列分子的空间结构可用 sp2杂化轨道来解释的是( ) BF3 CH2=CH2 CHCH NH3 CH4 A. B. C. D. 解析 sp2杂化轨道形成夹角为 120 的平面三角形杂化轨
8、道。 BF3为平面三角形 且 BF 键夹角为 120 ；C2H4中 C 原子为 sp2杂化，且未杂化的 2p 轨道形成 键；同相似；乙炔中的 C 原子为 sp 杂化；NH3中的 N 原子为 sp3杂化； CH4中的 C 原子为 sp3杂化。 答案 A 探究二、分子空间结构与杂化轨道类型的关系 从分子的空间结构与杂化类型关系提升探析能力 探究素材 分子的空间结构与杂化类型的关系 (1)当杂化轨道全部用于形成 键时， 分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结 构相同。 sp 杂化：直线形；sp2杂化：平面三角形；sp3杂化：正四面体形(或四面体形)。 (2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电
9、子对对成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形状有所不同。 杂化轨道类型 VSEPR 模型 典型分子 空间结构 sp CO2 直线形 sp2 SO2 V 形 sp3 H2O V 形 sp2 SO3 平面三角形 sp3 NH3 三角锥形 sp3 CH4 正四面体形 探究题目 4.计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数，判断中心原子的杂化轨道类型，写出 VSEPR 模型名称。 (1)C S2_、_、_。 (2)N H 4_、_、_。 (3)H2O _、_、_。 (4)P Cl3_、_、_。 (5)B Cl3_、_、_。 答案 (1)2 sp 直线形 (2)4 sp3 正四面体形
10、(3)4 sp3 四面体形 (4)4 sp3 四面体形 (5)3 sp2 平面三角形 从分子的键角与杂化类型的关系提升探析能力 探究素材 分子的键角与杂化类型的关系 1.比较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时：一般键角按 sp、sp2、 sp3顺序依次减小； 2.杂化类型相同时，看孤电子对数，由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键 角变小， 孤电子对数越多排斥作用越大， 键角越小。 即中心原子孤电子对数越多， 键角越小。 3.杂化类型相同且孤电子对数也相同时，看电负性，中心原子的电负性越大或与 中心原子连接的原子的电负性越小，中心原子周围电子的聚集程度越大，排斥作 用越大，键角越大。
11、 探究题目 5.CH4、 NH3、 H2O 中心原子的杂化类型都为 sp3， 键角由大到小的顺序_， 从杂化轨道理论的角度解释原因_。 答案 CH4NH3H2O CH4、NH3、H2O 中心原子都采取 sp3杂化，中心原子的 孤电子对数依次为 0 个、1 个、2 个。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键 角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。 从空间结构角度判杂化类型提升应用能力 探究素材 判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法 1.根据杂化轨道的空间分布构型判断 (1)若杂化轨道在空间的分布为正四面体形，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呈平面三角形，则
12、分子的中心原子发生 sp2杂化。 (3)若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生 sp 杂化。 2.根据杂化轨道之间的夹角判断 若杂化轨道之间的夹角为 10928，则分子的中心原子发生 sp3杂化；若杂化轨道 之间的夹角为 120 ，则分子的中心原子发生 sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为 180 ，则分子的中心原子发生 sp 杂化。 探究题目 6.下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是( ) 选项 粒子 空间结构 杂化方式 A SO3 平面三角形 S 原子采取 sp 杂化 B SO2 V 形 S原子采取sp3杂化 C CO2 3 三角锥形 C原子采取sp2杂化 D C2H
13、2 直线形 C 原子采取 sp 杂化 解析 A 项， SO3分子中硫原子的价层电子对数31 2(632)3， 不含孤电 子对，采取 sp2杂化，空间结构为平面三角形，错误；B 项，SO2分子中硫原子的 价层电子对数21 2(622)3，含 1 对孤电子对，采取 sp 2 杂化，空间结构 为 V 形，错误；C 项，CO2 3中碳原子价层电子对数31 2(4232)3， 不含孤电子对， 采取 sp2杂化， 空间结构为平面三角形， 错误； D 项， 乙炔(CHCH) 分子中每个碳原子均形成 2 个 键和 2 个 键，价层电子对数是 2，为 sp 杂化， 空间结构为直线形，正确。 答案 D 1.在中，
14、 中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是( ) A.sp2、sp2 B.sp3、sp3 C.sp2、sp3 D.sp、sp3 解析 中间的碳原子形成了一个 键，p 轨道形成 键，3 个 p 轨道减去一个 p 轨道，则两个 p 轨道参与杂化，杂化方式是 sp2；两边的碳原子各自形成了 4 个 键，无未成键电子对，需要形成 4 个杂化轨道，采用的是 sp3杂化。 答案 C 2.三氯化磷分子中的中心原子以 sp3杂化， 下列有关三氯化磷分子的叙述正确的是 ( ) 3 个 PCl 键长、键角均相等 空间结构为平面三角形 空间结构为正四 面体 空间结构为三角锥形 A. B. C. D. 解析 P
15、Cl3中 P 以 sp3杂化，有一对孤电子对，结构类似于 NH3分子，3 个 PCl 键长、键角均相等，空间结构为三角锥形。 答案 D 3.以下有关杂化轨道的说法中错误的是( ) A.第A 族元素成键时不可能有杂化轨道 B.杂化轨道既可能形成 键，也可能形成 键 C.孤电子对有可能参加杂化 D.s 轨道和 p 轨道杂化不可能有 sp4出现 解析 第A 族元素的价电子排布式为 ns1，由于只有 1 个 ns 电子，因此不可能 形成杂化轨道； 杂化轨道只用于形成 键或用来容纳未参与成键的孤电子对； H2O 分子中的氧原子采取 sp3杂化，其 sp3杂化轨道有 2 个是由孤电子对占据的，所以 孤电子
16、对有可能参加杂化；由于 np 能级只有 3 个原子轨道，所以 s 轨道和 p 轨道 杂化只有 sp3、sp2、sp 3 种，不可能出现 sp4杂化。 答案 B 4.(1)CH3COOH 中 C 原子的杂化轨道类型为_。 (2)醛基中碳原子的杂化轨道类型是_。 (3)化合物中阳离子的空间构型为_，阴离子的中心 原子轨道采用_杂化。 (4)X 的单质与氢气可化合生成气体 G，其水溶液 pH7。G 分子中 X 原子的杂化 轨道类型是_。 (5)S 单质的常见形式为 S8，其环状结构如图所示，S 原子采用的轨道杂化方式是 _。 解析 (1)CH3COOH 分子中，CH3和COOH 上的碳原子的杂化轨道
17、类型分别 是 sp3和 sp2。(2) 上的碳原子形成 3 个 键和 1 个 键，是 sp2杂化。 (3)阳离子是 H3O ，呈三角锥形；阴离子是HOBF 3 ，硼原子形成 4 个 键(含 1 个配位键)，采用 sp3杂化。(4)G 是 NH3分子，N 原子采取 sp3杂化。(5)硫原子 形成 2 个 SS 键，还有 2 对孤电子对，杂化方式为 sp3。 答案 (1)sp3、sp2 (2)sp2 (3)三角锥形 sp3 (4)sp3 (5)sp3 5.(1)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是_。 (2)I 3离子的几何构型为_，中心原子的杂化形式为_。 (3)CO2和 CH3OH 分子中 C 原子的杂化形式分别为_和_。 (4)CS2分子中，C 原子的杂化轨道类型是_。 答案 (1)sp3和 sp2 (2)V 形 sp3 (3)sp sp3 (4)sp