杂化轨道理论学案

1、高二化学学案杂化轨道理论课时： 1 编写人：卢镇芳 审核人： 编号： 8 【学习目标】1. 了解轨道杂化理论。2. 利用轨道杂化理论判断分子空间构型。【情境导读】 自然科学的研究在许多时候产生于人们对于一些既定科学事实的解释。虽然 VSEPR 理 论很好的解释了分子具有一定的空间构型的原因， 但是科学家却发现用传统的价键理论无法 解释。不知道你发现了没有： 碳原子的价层电子排布式是 2s22s2，为什么能在 CH 4分子中与 4个 H 原子的 1s轨道形成 4个完全相同的 键呢？于是鲍林在传统价键理基础上进行了调 整，为完善 VSEPR 理论建立了轨道杂化理论。从而更加完美的解释了分子具有一定

2、空间构 型的原因。 从更好的引导我们认识和分析微观的分子世界。 这也使我们深刻感受到了： 科学 进步的过程实际就是一个不断发现问题和解决问题的过程。这是非常值得我们借鉴的。 用杂化轨道理论解释 CH 4 分子的形成过程。【问题探究】 1、阅读“情境导读”部分，感受杂化轨道理论产生的背景，感受理论进一步完善的必要性。 阅读教材 P39-40 相关内容，回答下列杂化轨道理论核心问题： 轨道满足什么条件时可以杂化？杂化经历了一些什么样的过程？ 轨道杂化前和杂化后名称有什么联系？轨道数呢？原子轨道的杂化改变了原子轨道的形状和方向， 增强了原子的成键能力。 那么杂化轨道的 空间取向如何？为什么？杂化轨道

3、和未参与杂化的 p 轨道有什么区别？2、根据杂化轨道空间取最大角分布，说出以下杂化是如何形成的。形成的杂化轨道中 一个和原来轨道有什么联系。该杂化的空间构型如何？sp 杂化sp2 杂化sp3 杂化3、完成 P41“思考与交流” 。【归纳总结】通过对 sp 杂化、 sp2 杂化、 sp3 杂化、 sp3d1 杂化、 sp3d2 杂化的分析，归纳哪些轨道容 易杂化？杂化轨道数和空间构型特点的关系？说说如何应用轨道杂化理论判断分子结构。【实战演练】1.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

4、形 sp2杂化 D三角锥形 sp3杂化 2、下列叙述正确的是 ( )A.NH 3是极性分子，分子中 N 原子处在 3个 H 原子所组成的三角形的中心B.CCl 4是非极性分子，分子中 C原子处在 4个 Cl原子所组成的正方形的中心C.H2O是极性分子，分子中 O原子不处在 2个 H 原子所连成的直线的中央D.CO 2是非极性分子，分子中 C原子不处在 2个 O原子所连成的直线的中央 3.有关甲醛分子的说法正确的是 ( )A.C 原子采用 sp 杂化B.甲醛分子为三角锥形结构C.甲醛分子为平面三角形结构D.在甲醛分子中没有 键4.苯分子 (C6H6) 为平面正六边形结构，下列有关苯分子的说法错误

5、的是( )A.苯分子中的中心原子 C 的杂化方法为 sp2 B.苯分子内的共价键键角为 120 C.苯分子中的共价键的键长均相等D.苯分子的化学键是单、双键相交替的结构5.下列分子的中键角最大的是 ( )A.CO 2BNH3C.H2ODCH2CH26.对 SO3 的说法正确的是 ( )A.结构与 NH 3相似B结构与 SO2 相似C.结构与 BF3 相似7.在 SO2分子中，分子的空间结构为V 形，A.等于 120 B大于 120D结构与 P4 相似S 原子采用 sp2 杂化，那么C.小于 120 SO2的键角 (D 等于 1808下列分子中划横线的原子的杂化轨道类型属于sp 杂化的是 ( )

6、ACH4BC2H4CC2H2DNH 39有关苯分子说法不正确的是 ( )A苯分子中 C 原子均以平面三角形方式成键， 形成 120 的三个平面三角形轨道， 故为正六 边形的碳环B 每个碳原子还有 1 个未参与杂化的 2p 轨道，垂直碳环平面，相互交盖，形成共轭大 键C大 键中 6个电子被 6个 C原子共用，故称为中心6 电子大键D苯分子中共有 6 个原子共面， 6 个碳碳键完全相同10下列物质分子中的氢原子不在同一平面上的有()AC2H2BC2H4CC2H6DC6H611下列分子中，空间结构为平面三角形的是()AHgCl 2BBF3CSiCl4DSF612OF2 分子的中心原子采取的杂化轨道是

7、()A2spB spCsp3D无法确定13下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成 键的是 ( )ACHCHB CO2CBeCl 2DBF314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的杂化。在SO42中 S 原子的杂化方式为 ( )A spB sp2C sp3D无法判断15为什么 CH4、NH3、H2O 分子中中心原子的杂化轨道的类型都为sp3 杂化，但三者的空间构型却大不相同？16 ClO 、 ClO 2、 ClO 3、 ClO 4中， Cl 都是按以 sp3杂化轨道方式与 O 原子成键，则 ClO 空间的构型是 ；ClO2空间的构型是

8、；ClO 3空间的构型是 ；ClO4空间的构型是 。【困惑问题】1 解析 判断分子的杂化方式要根据中心原子的孤对电子数以及与中心原子相连的原子个数。在 NF3分子中 N 原子的孤对电子数为 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 ，空间构型为三角锥形，类似于NH 3。答案 D2 解析 本题主要考查常见物质的结构和空间构型。 NH 3 是三角锥形的立体极性分子， A 错；CCl 4是以 C原子为中心的正四面体形结构， B错；CO2是C原子在 2个O 原子中央的直线 形分子 ，D 错 ； 而 水分子 是 O 在 两 个 H 中 间的 “V”形分 子 ， 即

9、，故选 C。答案 C3 答案 C解析 甲醛分子中的中心原子采用 sp2杂化 ，是平面三角形结构，键角为 120，分子中含有 一个 键。4 答案 D解析 由于苯分子的结构为平面正六边形，可以说明分子内的键角为120，所以中心原子A本题考查的是常识问题，四个选项的键角分别为180、107、 105、120。C根据价层电子对互斥原理可知，在 SO3中，S 原子没有孤对电子，但与 S 原子相连的120，但是由于因此分子中的键的 杂化方式为 sp2杂化 ，所形成的共价键是完全相同的。 5 答案 解析 6 答案 解析 原子个数为 3，因此 S 原子采用 sp2杂化方式，分子结构呈平面三角形。 7 答案 C

10、 解析 由于 SO2分子的 VSEPR 模型为平面三角形，从理论上讲其键角为 SO2分子中的 S 原子有一对孤对电子， 对其他的两个化学键存在排斥作用， 角要小于 120 。8 答案 C解析 本题考查了杂化轨道理论的有关知识。CH4 分子中碳原子的杂化轨道是由一个2s 轨道和三个 2p 轨道重新组合而成，属 sp3 杂化； C2H4 分子中碳原子的杂化属 sp2杂化； C2H 2分子中的碳原子的原子轨道发生的是sp杂化；NH 3分子中的 N 原子的原子轨道发生的是 sp3 杂化。9 答案 D解析 苯分子中共有 6 个碳原子和 6 个氢原子共面。10 答案 C解析 CHCH 中，C 原子以 sp

11、杂化为直线形，共面；CH2=CH2中， C原子以 sp2杂化为平面形，共面；C2H6中， C 原子以 sp3杂化为四面体形，不共面；C6H6中， C 原子以 sp2杂化为平面形，共面。11 答案 B解析 B 原子以 sp2杂化，形成 3 个 sp2杂化轨道，所以 BF3是平面三角形。12 答案 C解析 根据价层电子对互斥原理可知中心 O 原子的孤对电子数为 2，相连的原子数为 2， 所以 O 原子的杂化方式为 sp3 ，其杂化方式和分子的空间结构都与H2O 相似。13 答案 C解析 A、B 选项中的分子的 C 原子采用的都是 sp杂化，分子的空间结构都为直线形， 但是当 C原子采用 sp杂化时

12、，未参与杂化的 2个 p轨道上各有 1个单电子，用于形成 键， 所以乙炔、二氧化碳分子中一定会有 2 个 键，而 BeCl 2分子中的 B 原子未参与杂化的 2 个 p轨道上没有电子，所以不会形成 键， BF3分子中的 B 原子的杂化方式为 sp2.14 答案 C解析 在 SO42中 S 原子的孤对电子数为 0，与其相连的原子数为 4，所以根据理论可 推知中心原子的杂化方式为 sp3 ，空间构型为正四面体形，类似于CH4。15 答案 CH4 分子中 sp3，每个 H 原子占据四面体一个顶点，分子为正四面体形。NH 3分子中虽是 sp3，三个 H 原子占据四面体三个顶点，一对孤对电子占据一个顶点

13、， 故 N 原子与三个氢原子构成三角锥形。H2O 分子中也是 sp3，两个 H 原子占据四面体两个顶点，另两个顶点被两个孤电子对占 据，故 O 原子与两个氢原子呈 V 形，即 H2O 分子呈 V 形。16 答案 直线形 V 形 三角锥形 正四面体解析 ClO 的组成决定其空间构型为直线形。其他3 种离子的中心原子的杂化方式都为 sp3，那么从离子的组成上看其空间结构依次类似于H2O、NH3、CH4（NH 4）。10指出下列分子中，中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。分子式杂化轨道类型分子的几何构型PCl3BCl3CS2Cl2O答案分子式杂化轨道类型分子的几何构型PCl3sp3

14、三角锥形BCl3sp2平面三角形CS2sp直线形Cl2Osp3V形解析 (1)PCl3中P原子sp3，与 NH 3、NCl 3中的N原子相似，分子构型为三角锥形。(2)BCl 3与 BF 3相似， B 原子为 sp2杂化 ，分子构型为平面正三角形。(3)CS2和CO2相似， C 原子呈 sp杂化，分子为直线形。(4)Cl 2O中O原子为 sp3杂化，与 H2O相似， V 形分子。10.试用杂化轨道理论说明下列分子或离子的立体构型。(1) SiF4(正四面体形 )(2) BCl 3(平面三角形 )(3) NF 3(三角锥形，键角为 102)答案 (1)Si 原子是 sp3 杂化，形成四个 sp3

15、杂化轨道，键角都是 10928，正好与四个只有 一个不成对的电子的 F 原子成键。(2)B 原子是 sp2 杂化，形成三个在同一平面上的sp2杂化轨道，键角都是 120，为平面三角形结构。(3)N 原子是 sp3杂化，形成四个 sp3杂化轨道，键角应该是 10928，而 N 原子最外层有五 个电子，有一对电子正好占据一个四面体形轨道，另三个不成对电子各占据一个sp3 杂化轨道，与三个 F原子成键，而占据一个 sp3杂化轨道的一对电子对其他三个NF 键的排斥作用，使其他三个 N F键有点收缩，键角为 102。解析 根据分子或离子的立体构型，结合中心原子的价电子情况进行推导。2. 为了满足生成 B

16、F3和 BeCl2 的要求， B 和 Be 原子的价电子排布应如何改变？用轨道式表 示 B、Be 原子的价电子结构的改变。答案 B 原子的电子层结构为 1s22s22px1，当硼与氟反应时，硼原子的一个2s 电子激发到一个空的 2p轨道中， 使硼原子的电子层结构为 1s22s12px12py1。Be 原子的电子结构是 1s22s2，在激发态下， Be 的一个 2s 电子可以进入 2p 轨道，使 Be 原子的电子结构为 1s22s12p1。用 VSEPR 模型预测下列分子或离子的立体结构： 提示分子或离子 结构式 VSEPR 模型 分子或离子的立体结构HCNHC N直线形用杂化轨道理论探究氰化氢 (HCN) 分子和甲醛 (CH 2O)分子的结构。1. 写出 HCN 分子和 CH2O 分子的路易斯结构式。HCNCH2O提示 HC N2.用 VSEPR 模型对HCNCH2OHCN 分子和 CH2O 分子的立体结构进行预测 (用立体结构模型表示 )。提示3. 写出 HCN 分子和 CH2O 分子的中心原子的杂化类型。HCN 的 CCH2O 的 C提示 sp 杂化 sp2 杂化4. 分析 HCN 分子和 CH2O 分子中的 键。提示 结论：HCN 分子中 C 采取 sp 杂化形成直线形分子， 另外 HCN 分子中还含有一个 CH 键，一个 CN 键，两个 CN