2017-2018学年人教版选修3第2章第2节分子的立体构型第2课时学案

1、第 2 课时杂化轨道理论目标定位 知道杂化轨道理论的基本内容，能根据杂化轨道理论确定简单分子的立体构型。一、杂化轨道理论1 杂化轨道及其理论要点(1)阅读教材内容，并讨论甲烷分子中四个CH 键的键能、键长，为什么都完全相同？答案 在形成 CH 4 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 CH 4 分子，所以四个CH 键是等同的。可表示为(2)由以上分析可知在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，重新组合后的新的原子轨

2、道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。轨道杂化的过程：激发杂化轨道重叠。(3)杂化轨道理论要点原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。2 杂化轨道类型和立体构型(1)sp 杂化 BeCl 2 分子的形成 BeCl 2 分子的形成杂化后的 2 个 sp 杂化轨道分别与氯原子的3p 轨道发生重叠， 形成 2 个 键，构成直线形的BeCl 2 分子。 sp 杂化： sp 杂化轨道是由一个ns 轨道和一个np 轨道杂化而得。sp 杂化轨道间的夹角为180 ，呈直线形 (如 BeCl

3、2) 。 sp 杂化后，未参与杂化的两个np 轨道可以用于形成键，如乙炔分子中的C C 键的形成。(2)sp2 杂化 BF3 分子的形成 BF 3 分子的形成 sp2 杂化： sp2 杂化轨道是由一个ns 轨道和两个np 轨道杂化而得。sp2 杂化轨道间的夹角为120 ，呈平面三角形(如BF3 )。 sp2 杂化后， 未参与杂化的一个np 轨道可以用于形成键，如乙烯分子中的C=C 键的形成。(3)sp3 杂化 CH4 分子的形成 CH 4 分子的立体构型 sp3 杂化： sp3 杂化轨道是由一个ns 轨道和三个np 轨道杂化而得。sp3 杂化轨道的夹角为109 28，呈空间正四面体形(如 CH

4、4、 CF4、 CCl 4)。归纳总结杂化类型与分子的立体构型中心原子实例参与杂化生成杂化成键电A 原子的孤分子的(A) 的杂的轨道轨道数子对数电子对数立体构型分子式结构式化类型1 个 s220BeCl 2Cl BeClsp直线形1 个 p1 个 s平面三sp2330BF 32 个 p角形正四面40CH 4体形sp31 个 s4三角3 个 p1NH 33锥形22V形H2O1有关杂化轨道的说法不正确的是()A 杂化前后的轨道数不变，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10928、 120、 180C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

5、D杂化轨道全部参与形成化学键答案D解析杂化轨道用于形成键和容纳孤电子对。2下列分子的立体构型可用sp2 杂化轨道来解释的是 ()BF3 CH2=CH2 CHCH NH3 CH4A BCD答案 A解析sp2 杂化轨道形成夹角为120的平面三角形， BF 3 为平面三角形且B F 键夹角为120 ；C2H4 中碳原子以sp2 杂化，且未杂化的2p 轨道形成键； 同 相似； 乙炔中的碳原子为sp 杂化； NH 3 中的氮原子为sp3 杂化； CH 4 中的碳原子为sp3 杂化。二、杂化类型及分子构型的判断1 杂化类型的判断方法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，

6、故有下列关系：杂化轨道数中心原子孤电子对数中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂化类型。2 杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型VSEPR 模型和杂化轨道的立体构型是一致的，略去 VSEPR 模型中的孤电子对， 就是分子 (或离子 )的立体构型。代表物项目CO2CH 2OCH4SO2NH3H2O价层电子234344对数杂化轨道数234344杂化类型spsp2sp3sp2sp3sp3杂化轨道直线形平面正四平面四面四面立体构型三角形面体形三角形体形体形VSEPR 模直线形平面正四平面四面四面型三角形面体形三角形体形体形分子构型直线形平面正四V 形三角V 形三角形面体形锥形杂化类型的判断方法(1)

7、利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路：判断判断判断价层电子对 杂化轨道数 杂化类型 杂化轨道构型。(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109 28，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120，则中心原子发生sp2 杂化；若杂化轨道之间的夹角为180 ，则中心原子发生 sp 杂化。(3)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取sp3 杂化，连接双键的碳原子采取sp2杂化，连接三键的碳原子采取sp 杂化。3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)CS2_ 、_ 、 _ 。(2)NH4 _、

8、_、_ 。(3)H 2O_ 、 _ 、_ 。(4)PCl 3_ 、 _、 _ 。(5)BCl 3_、 _、 _ 。3答案(1)2sp直线形(2)4sp正四面体形(3)4sp3四面体形(4)4sp3四面体形(5)3sp2平面三角形4碳原子有4 个价电子， 在有机化合物中价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔、苯、甲醛分子中，碳原子采取sp杂化的分子是( 写结构简式，下同 )_ ，采取 sp2 杂化的分子是 _ ，采取 sp3 杂化的分子是 _。答案CH CH CH2=CH2、 HCHO CH3CH3解析采取 sp 杂化的分子呈直线形，采取sp2 杂化的呈平面形，采取sp3 杂

9、化的呈四面体形。杂化轨道类型VSEPR 模型典型分子立体构型spCO2直线形sp2SO2V 形sp3H 2OV 形sp2SO3平面三角形sp3NH 3三角锥形3CH4正四面体形sp1下列关于原子轨道的说法正确的是()A 凡是中心原子采取sp3 杂化轨道成键的分子其立体构型都是正四面体BCH 4 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 轨道混合起来而形成的Csp3 杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s 轨道和 p 轨道混合起来形成的一组能量相近的新轨道D凡 AB 3 型的共价化合物，其中心原子A 均采用 sp3 杂化轨道成键答案 C解析中心原子采取sp3

10、 杂化，轨道形状是正四面体，但如果中心原子还有孤电子对，分子的立体构型则不是正四面体；CH 4 分子中的sp3 杂化轨道是C 原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的；AB 3 型的共价化合物，A 原子可能采取sp2 杂化或sp3 杂化。2能正确表示CH4 中碳原子的成键方式的示意图为()答案D解析碳原子的 2s轨道与 2p 轨道形成 4 个等性的杂化轨道，因此碳原子4 个价电子分占在4 个 sp3 杂化轨道上，且自旋状态相同。3原子轨道的杂化不但出现在分子中，原子团中同样存在原子轨道的杂化。在SO42中 S 原子的杂化方式为 ()A sp2B spCsp3D无法判断答案C解析在 SO24

11、中 S 原子的孤电子对数为0，与其相连的原子数为4，所以根据杂化轨道理论可推知中心原子S 的杂化方式为sp3 杂化，立体构型为正四面体形，类似于CH4。4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 答案C解析由于 SO2 分子的 VSEPR 模型为平面三角形，从理论上讲其键角应为120，但是由于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，因此分子中的键角要小于120。5在分子中，羰基碳原子与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为()A sp2 杂

12、化； sp2 杂化3B sp 杂化；2Csp 杂化；sp3 杂化sp3 杂化sp3 杂化答案C解析羰基上的碳原子共形成3 个 键，为 sp2 杂化，两侧甲基中的碳原子共形成4 个 键，为 sp3 杂化。6 ClO 、 ClO 2、 ClO 3 、 ClO 4中，中心原子Cl 都是以sp3 杂化轨道方式与O 原子成键，则ClO 的立 体构 型 是 _ ； ClO 2 的 立体构型是 _ ； ClO 3 的 立体 构 型是_ ；ClO 4 的立体构型是 _ 。答案直线形V 形 三角锥形正四面体形解析ClO 的组成决定其立体构型为直线形。其他3 种离子的中心原子的杂化方式都为sp3杂化，那么从离子的

13、组成上看其立体构型依次类似于H 23、CH4)。4O、 NH(或 NH基础过关 题组一原子轨道杂化与杂化轨道1下列关于价层电子对互斥理论及杂化轨道理论的叙述不正确的是()A 价层电子对互斥理论将分子分成两类：中心原子有孤电子对的和无孤电子对的B 价层电子对互斥理论既适用于单质分子，也适用于化合物分子3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s 轨道和 p 轨道通过杂化形成的一组能量相近Csp的新轨道D AB 2 型共价化合物的中心原子A 采取的杂化方式可能不同答案B解析在 VSEPR 理论中，将分子分成了含孤电子对与不含孤电子对两种情况，显然分子的VSEPR模型与立体构型可能相同(不含孤电子对的情况

14、下)，也可能不同(含孤电子对的情况下 )，A 项正确； VSEPR 模型的研究对象仅限于化合物分子，不适用单质分子， B 项错误； C 项明显正确； AB 2 型共价化合物由于其中心原子具有的孤电子对数和 键电子对数可能不同，则其采取的杂化方式也可能不同，D 项正确。2下列关于杂化轨道的叙述正确的是(A 杂化轨道可用于形成键，也可用于形成B 杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对)键CNH 3 中N 原子的sp3 杂化轨道是由N 原子的3 个p 轨道与H 原子的1 个s 轨道杂化而成的D在乙烯分子中1 个碳原子的3 个sp2 杂化轨道与3 个氢原子的s 轨道重叠形成3 个C H键答案B解析杂化

15、轨道只用于形成键或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能用来形成键，故B 正确， A 不正确； NH 3 中 N 原子的 sp3 杂化轨道是由N 原子的 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道杂化而成的， C 不正确；在乙烯分子中，1 个碳原子的3 个 sp2 杂化轨道中的 2 个 sp2 杂化轨道与 2 个氢原子的 s 轨道重叠形成2 个 CH 键， 剩下的 1 个 sp2 杂化轨道与另一个碳原子的sp2 杂化轨道重叠形成 1 个 C C 键， D 不正确。题组二杂化轨道类型及其判断3BF3 是典型的平面三角形分子，它溶于氢氟酸或NaF 溶液中都形成 BF4 ，则 BF 3 和 BF4 中B 的原

16、子的杂化轨道类型分别是()A sp2、 sp2B sp3、 sp3Csp2、 sp3D sp、 sp2答案C解析BF 3 中 B 原子的价层电子对数为3，所以为 sp2 杂化， BF4中 B 原子的价层电子对数为4，所以为 sp3 杂化。4在 BrCH=CHBr 分子中， C Br 键采用的成键轨道是 ()A sp-pB sp2-sCsp2-pD sp3-p答案C解析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。5下列分子所含原子中，既有sp3 杂化，又有sp2 杂化的是 ()A 乙醛B 丙烯腈C甲醛D

17、丙炔答案A解析乙醛中甲基的碳原子采取sp3 杂化， 醛基中碳原子采取 sp2 杂化； 丙烯腈中碳碳双键的两个碳原子采取sp2 杂化，另一个碳原子采取sp 杂化；甲醛中碳原子采取sp2 杂化；丙炔中甲基碳原子采取sp3 杂化，碳碳三键中两个碳原子采取sp 杂化。题组三杂化轨道类型与分子构型6下列对于NH 3 和 CO2 的说法中正确的是()A 都是直线形结构B 中心原子都采取 sp 杂化CNH 3 为三角锥形结构，CO2 为直线形结构D N 原子和 C 原子上都没有孤电子对答案C解析NH 3 和 CO2 分子的中心原子分别采取sp3 杂化和sp 杂化的方式成键， 但NH 3 分子的N原子上有1

18、对孤电子对来参与成键，根据杂化轨道理论，NH 3 的分子构型应为三角锥形，CO2的分子构型为直线形。7下列推断正确的是()A BF3 为三角锥形分子，离子呈平面正方形结构B NH 4 的电子式为CCH 4 分子中的 4 个 C H 键都是氢原子的 1s 轨道与碳原子的2p 轨道形成的 s-p 键D甲醛分子为平面三角形，有一个键垂直于三角形平面答案D解析BF 3 为平面三角形， NH 4 为正四面体形， CH 4 分子中碳原子的2s 轨道与 2p 轨道形成 4个 sp3 杂化轨道， 然后与氢原子的 1s 轨道重叠， 形成 4 个 s-sp3 键；甲醛分子为平面三角形，为 sp2 杂化，还有一个未

19、参与杂化的 p 轨道与 O 原子形成 键，该 键垂直于杂化轨道的平面。8甲烷分子 (CH 4)失去一个H，形成甲基阴离子(CH 3)，在这个过程中，下列描述不合理的是 ()A 碳原子的杂化类型发生了改变B 微粒的形状发生了改变C微粒的稳定性发生了改变D微粒中的键角发生了改变答案A解析CH 4 为正四体结构，而CH 3为三角锥形结构，形状、键角、稳定性均发生改变，但杂化类型不变，仍是 sp3 杂化。9 NH3 分子立体构型是三角锥形，而CH 4 是正四面体形，这是因为()A 两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH 3 为 sp2 杂化，而CH4 是 sp3 杂化B NH 3 分子中 N 原子形

20、成 3 个杂化轨道， CH4 分子中 C 原子形成4 个杂化轨道CNH 3 分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强D NH 3 分子中有 3 个 键，而 CH 4 分子中有4 个 键答案 C解析NH 3 和 CH 4 的中心原子均是sp3 杂化，但NH 3 分子中有一对孤电子对，CH 4 分子中没有孤电子对，由于孤电子对与成键电子对之间的排斥作用成键电子对与成键电子对之间的排斥作用， NH 3 分子进一步被“ 压缩 ” 成三角锥形，甲烷则呈正四面体形。能力提升 10如图是甲醛分子的模型，根据该图和所学化学知识回答下列问题：(1) 甲醛分子中碳原子的杂化方式是_，作出该判断的主

21、要理由是_ 。(2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是_(填序号 )。单键双键 键 键 键和 键(3)甲醛分子中C H 键与 C H 键间的夹角 _(填“”“ ”或“ ” )120 ，出现该现象的主要原因是_ 。答案(1)sp 2 杂化甲醛分子的立体构型为平面三角形(2)(3)碳氧双键中存在键，它对C H 键的排斥作用较强解析(1) 原子的杂化轨道类型不同，分子的立体构型也不同。由图可知，甲醛分子为平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2 杂化。(2)醛类分子中都含有C=O 键，所以甲醛分子中的碳氧键是双键。一般来说，双键是键和 键的组合。(3)由于碳氧双键中存在键，它对 CH

22、键的排斥作用较强， 所以甲醛分子中CH 键与 C H键间的夹角小于120。11石墨烯 (图甲 )是一种由单层碳原子构成的平面结构新型材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙 )。(1)图甲中， 1 号 C 与相邻 C 形成 键的个数为 _。(2)图乙中，1 号 C 的杂化方式是_，该 C 与相邻 C 形成的键角 _(填“”“”或“” )图甲中 1 号 C 与相邻 C 形成的键角。3解析(1)图甲中， 1 号 C 与相邻的3个 C 形成1 个碳碳双键和2 个碳碳单键，即形成3 个 键和1 个 键。(2)图乙中，1 号C 除与3 个C 形成化学键外，还与羟基氧

23、原子形成化学键，故该C 采取sp3杂化。12 (1)SCN 、 NO2具有相同的原子个数，它们的价电子总数都是第二周期两元素组成的_ 分子的结构相同，微粒呈16，因此它们的结构与由_ 形，中心原子都采取_杂化。2(2)CO 3 、NO 3 等微粒具有相同的原子个数，它们的价电子总数都是_，因此它们与由 A 族两元素组成的 _分子的结构相同，呈 _形，中心原子都采取 _杂化。答案(1)CO 2 直线 sp (2)24 SO3 平面三角sp2解析(1)SCN 、 NO2与 CO2 互为等电子体。由于CO2 中 C 原子采取 sp 杂化，形成直线形分子，所以SCN、 NO2 的中心原子都采取sp 杂

24、化。 (2)CO 23 、 NO3与 SO3 互为等电子体，SO3 中S 采取sp2 杂化，形成平面三角形分子。13磷与氯气在一定条件下反应，可以生成PCl 3、 PCl 5。(1)写出磷原子的电子排布式：_ 。(2)PCl 3 分子中磷原子采用的杂化方式是_，分子的立体构型为_ 。(3)磷原子在形成PCl5 分子时，除最外层s、p 轨道参与杂化外，其3d 轨道也有1 个参加了杂化，称为sp3d杂化。成键电子对数与孤电子对数总和为5 的原子常采用sp3d杂化。 PCl 5 分子中 5 个杂化轨道分别与氯原子配对成键，PCl 5 的立体构型为三角双锥形(如图所示)。下列关于 PCl5 分子的说法正确的有 _。A PCl 5 分子