高中化学物质结构杂化轨道理论

第2课时杂化轨道理论［学习目标定位］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。一杂化轨道理论杂化轨道及其理论要点阅读教材内容，并讨论甲烷分子中四个C—H键的键能、键长，为什么都完全相同？答案在形成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C—H是等同的。可表示为冋““「輕|7|""丨竹迤|f|f|f|「2s2p2s2p*二K-——"1——r「sjr基态激发态杂•化轨道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道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。轨道杂化的过稈：激发一杂化一轨道重叠。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。杂化轨道类型和立体构型sp杂化BeCl2分子的形成BeCl2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o键，构成直线形的BeCl2分子。coo整ed炎民sp沖恥口扮子(宜线形)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，每个sp杂化轨道含有*s

轨道的成分。sp杂化轨道间的夹角为180。，呈直线形（如BeCl2）。sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成n键，如乙炔分子中的C三C键的形成。⑵sp2杂化——BF3分子的形成①bf3分子的形成rrrrn②sp2杂化：sp2杂化轨道是由一个ns轨道和两个np轨道杂化而得，每个sp2杂化轨道含有*s和|p的成分。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n键，如乙烯分子中的C===C键的形成。⑶sp3杂化——CH4分子的形成①CH4分子的立体构型②sp3杂化：sp3杂化轨道是由一个ns轨道和三个np轨道杂化而得,每个sp3杂化轨道含有*s和3P的成分。sp3杂化轨道的夹角为109。28'，呈空间正四面体形（如CH4、CF4、CCl4）。［归纳总结］杂化类型与分子间的空间构型中心参与生成成键A原分子的实例原子杂化杂化电子子的空间构型分子式结构式

(A)的杂化类型黝道白轨道数对数孤电子对数sp1个s1个p220直线形BeCl2Cl—Be—ClFZ、Fsp21个s2个p330平面一角形sp31个s3个p440止四面体形CH4HHH31三角锥形NH322V形H2O八［活学活用］有关杂化轨道的说法不正确的是()杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109。28‘、120。、180。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G键和容纳孤电子对。①②③B.①⑤⑥C.②③④D.③⑤⑥答案A解析sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，且未杂化的2p轨道形成n键；③同②相似；④乙炔中的碳原子为sp杂化；@NH3中的氮原子为Sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为Sp3杂化。二杂化类型及分子构型的判断杂化类型的判断方法杂化轨道只能用于形成G键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个G键，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。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CO2CH2OCH4SO2NH3H2O价层电子对数234344杂化轨道数234344杂化类型spsp2sp3sp2sp3sp3杂化轨道立体构型直线形平面二角形正四面体形平面二角形四面体形四面体形VSEPR模型直线形平面二角形正四面体形平面二角形四面体形四面体形分子构型直线形平面二角形正四面体形V形三角锥形V形［归纳总结］杂化类型的判断方法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：价层电子对*杂化轨道数—虬杂化类型―虬杂化轨道构型。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sp?杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取sp3杂化，连接双键的碳原子米取sp2杂化，连接二键的碳原子米取sp杂化。［活学活用］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。⑴gs2、、oTOC\o"1-5"\h\zNH、、。H2O、、。PCl3、、。BCl3、、。答案(1)2sp直线形(2)4sp3正四面体形(3)4sp3四面体形(4)4sp3四面体形(5)3sp2平面三角形碳原子有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，采取Sp3杂化的分子是。答案CH三CHCH2==C巧、一：、HCHOCH3CH3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杂化的呈四面体形。團学习小结杂化轨道类型VSEPR模型典型分子立体构型spoO=oCO2直线形sp2ASO2V形sp3XH2OV形sp2SO3平面二角形sp3NH3三角锥形sp3CH4正四面体形当堂检测1.关于原子轨道的说法正确的是()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正四面体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轨道混合起来而形成的SP3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杂化轨道成键答案C解析中心原子采取sp3杂化，轨道形状是正四面体，但如果中心原子还有孤电子对，分子的空间结构不是正四面体。CH4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。AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。2•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SO旷中S原子的杂化方式为()spB.sp2C.sp3D.无法判断答案C解析在SO2-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。3•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()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°。()II4•在〔ML；IL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()sp2杂化；sp2杂化sp3杂化；sp3杂化sp2杂化；sp3杂化sp杂化；sp3杂化答案C解析羰基上的碳原子共形成3个o键为sp2杂化两侧甲基中的碳原子共形成4个o键，为sp3杂化。C1O-、CIO，、CIO亍、ClOy中，中心原子Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键，则C1O-的立体构型是；ClOy的立体构型是；C1O-的立体构型是；C1O-的立体构型。答案直线形V形三角锥形正四面体形解析C1O-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，那么从离子的组成上看其立体构型依次类似于H2O、NH3、CH4（或NH打。40分钟课时作业［基础过关］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（）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sp3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的新轨道AB2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；AB2型共价化合物由于其中心原子具有的孤电子对数和O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。下列关于杂化轨道的叙述正确的是（）杂化轨道可用于形成o键，也可用于形成n键杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对NH3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s轨道杂化而成的在乙烯分子中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—Ho键答案B解析杂化轨道只用于形成o键或用来容纳未参与成键的孤电子对,不能用来形成n键，故B正确，A不正确；NH3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C—Ho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—Co键，D不正确。二、杂化轨道类型及其判断BF3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BF-，则BF3和BF-中BB的原子的杂化轨道类型分别是（）sp2、sp2B.sp3、sp3C.sp2、sp3D.sp、sp2答案C解析BF3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.sppB.sp2sC.sp2pD.sp3p答案C解析分子中的两个碳原子都是采用sp2杂化，臭原子的价电子排布式为4S24p5,4p轨道上有—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（）d乙醛］H丙烯航甲醛］］）.丙焕「H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。三、杂化轨道类型与分子构型6•下列对于NH3和CO2的说法中正确的是（）都是直线形结构中心原子都采取sp杂化c.nh3为三角锥形结构，CO2为直线形结构D.N原子和C原子上都没有孤对电子答案c解析NH3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nh3分子的N原子上有1对孤对电子来参与成键，根据杂化轨道理论，NH3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[H：M：H」+NH4的电子式为「，离子呈平面正方形结构CH4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spo键甲醛分子为平面三角形，有一个n键垂直于三角形平面答案D解析BF3为平面三角形，NHf为正四面体形，CH4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ssp3o键；甲醛分子为平面三角形，为sp2杂化，还有一个未参与杂化的p轨道与O原子形成n键，该n键垂直于杂化轨道的平面。8•甲烷分子(CH4)失去一个H+,形成甲基阴离子(CH_),在这个过程中，下列描述不合理的是()碳原子的杂化类型发生了改变微粒的形状发生了改变微粒的稳定性发生了改变微粒中的键角发生了改变答案A解析ch4为正四体结构，而ch3-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•有机物CH3CH==CH—QCH中标有“•”的碳原子的杂化方式依次为()A.sp、sp2、sp3B.sp2、sp、sp3sp3、sp2、spD.sp3、sp、sp2答案C［能力提升］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卯醛你子的出例模型屮醛分予的球桎模利甲醛分子中碳原子的杂化方式是,作出该判断的主要理由。下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的(填序号)。①单键②双键③o键④n键⑤o键和n键甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角(填“=”、“>”或“<”)120。，出现该现象的主要原因。答案(1)sp2杂化甲醛分子的立体构型为平面三角形②⑤(3)<碳氧双键中存在n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。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o键和n键的组合。由于碳氧双键中存在n键，它对C—H键的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角小于120。。(1)SCN-、NO+具有相同的原子个数，它们的价电子总数都是16，因此它们的结构与由第二周期两元素组成的分子的结构相同，微粒呈形，中心原子都采取杂化。CO3-、NO-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WA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)CO2直线sp(2)24SO3平面三角sp2解析(1)中SCN「NOj与CO2为等电子体。由于CO2中C原子采用sp杂化，形成直线形分子，所以SCN一、N%的中心原子都采用sp杂化。(2)中CO3一、NO3-与SO3为等电子体，SO3中S采取sp2杂化形成平面三角形分子。12•有A、B、C、D、E五种短周期元素，其中A、B、C属于同一周期，A原子最外层p能级的电子数等于次外层的电子总数；B原子最外层中有两个不成对的电子；D、E原子核内各自的质子数与中子数相等；B元素可分别与A、C、D、E生成RB2型化合物，并知在DB2和EB2中，D与B的质量比为7:8,E与B的质量比为1：1。试回答：TOC\o"1-5"\h\z写出D元素基态原子的电子排布式：。写出AB2的结构式：。B、C两元素的第一电离能大小关系为>(填元素符号)，原因根据VSEPR模型预测C的氢化物的立体构型为，中心原子C的杂化轨道类型为。C的单质分子中n键的数目为，B、D两元素的气态氢化物的稳定性大小关系为>(填化学式)。答案(1)1s22s22p63s23p2(2)O===C===ONON原子最外层的p能级电子处于半充满状态，比较稳定(4)三角锥形sp3杂化(5)2H2OSiH4解析阅读题干寻找突破口，如A原子最外层p能级的电子数等于次外层的电子总数，可知A原子的核外电子排布式为1s22s22p2，A为碳元素；然后顺藤摸瓜，如A、B、C属于同一周期，B原子最外层中有两个不成对的电子，可知B为氧元素；C能与B形成CB2型化合物且位于第二周期，可知C为氮元素；DB中岛：吕二1：2,可知M(D)二28,D中质TOC\o"1-5"\h\z2M(D)16子数等于中子数，可知D为硅元素，同理可知E为硫元素。13.磷与氯气在一定条件下反应，可以生成PC13、PC15。写出磷原子的电子排布式：—PCl3分子中磷原子采用的杂化方式，分子的空间构型为。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。PCl5分子中5个杂化轨道分别与氯原子配对成键，PCl5的空间构型为三角双锥形(如下图所示)。下列关于PCl5分子的说法正确的有。PC15分子中没有形成n键PC15分子中所有的C1—P—C1键角都相等SF4分子中S原子也采用sp3d杂化N、P是同一族元素，P能形成PC13、PC—两种氯化物，而N只能形成一种氯化物NC13,而不能形