2-2第二课时杂化轨道理论简介（导学案）-高二化学人教版（2019）选择性必修2

人教版化学选择性必修2第二章第二节2杂化轨道理论简介知识链接Hi，在开始挑战之前，先来热下身吧！应用VSEPR理论判断分子或离子的构型▪◆学习任务（一）读教材，首战告捷让我们一起来阅读教材，并做好色笔区分吧。（二）试身手，初露锋芒让我们来试试回答下面的问题和小练习吧。问题1：杂化的概念在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。特点：。问题2：甲烷分子的杂化轨道的形成（sp3杂化）①甲烷分子的立体构型：空间正四面体，分子中的C—H键是等同的，键角是109°28′②中心原子价电子构型C：2s22p2。③鲍林提出杂化轨道理论：形成甲烷分子时，中心原子碳的四条原子轨道发生混杂，形成一组新的轨道，即四个相同的sp3杂化轨道，夹角109°28′。这些sp3杂化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以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—Hδ键，因此呈正四面体的分子构型。问题3：其他形式的杂化根据参与杂化的s轨道与p轨道的数目，除了有sp3杂化轨道外，还有sp2杂化和sp杂化，sp2杂化轨道表示由一个s轨道与两个p轨道杂化形成的，sp杂化轨道表示由一个s轨道与一个p轨道杂化形成的①碳原子的sp2杂化（以乙烯为例）乙烯的中心原子C在轨道杂化时，有1个p轨道未参与杂化，只是Ｃ的２s轨道与2个２p轨道发生杂化，形成3个相同的sp2杂化轨道，sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点，杂化轨道间夹角为120°。杂化轨道与2个H原子和另外一个C原子形成键和键，未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面，与另外的C原子形成C—Cp键。②碳原子的sp杂化（以乙炔为例）乙炔的中心原子C在轨道杂化时，有2个p轨道未参与杂化，只是Ｃ的２s与1个２p轨道发生杂化，形成2个相同的sp杂化轨道，杂化轨道间夹角为180°。杂化轨道与1个H原子和另外一个C原子形成1个键和1个键，未杂化2个p轨道垂直于sp杂化轨道所在平面，与另外的C原子形成2个C—Cp键。【小结】杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，从而使它与其它原子的原子轨道重叠的程度更大，形成的共价键更牢固。练习1．应用杂化轨道理论判断多原子分子的杂化方式及立体结构化学式中心原子孤对电子对数杂化轨道数杂化轨道类型分子结构PO43-SO3NCl3HCNSO2举一反三：【变式】下列离子中，中心原子的杂化方式与其它三种不同的是（）A．SO42﹣ B．ClO4﹣ C．NO3﹣ D．SO32﹣（三）攻难关，自学检测☆让我们来挑战吧！你一定是最棒的！☆1．下列分子的中心原子杂化轨道类型相同的是（）A．CO2和SO2 B．BeCl2和BF3 C．H3O+和SO3 D．CH4和NH3☆☆☆☆2．下列分子或离子中，不存在sp3杂化类型的是（）A．H2O2 B．NH3 C．C2H6 D．SO2找规律，方法总结杂化轨道与分子的立体结构1、判断杂化轨道的数目和杂化方式之和，就是杂化轨道数。例如：NH3中心原子N上有一对孤对电子，所以杂化轨道数为1+3=4，即N原子采用sp3杂化；BeCl2中心原子Be上没有孤对电子，所以杂化轨道数为0+2=2，即Be原子采用sp杂化；H2O中心原子O上有2对孤对电子，所以杂化轨道数为2+2=4，即O原子采用sp3杂化2、分子的立体结构三种杂化轨道的轨道形状，sp杂化夹角为180°的直线型杂化轨道，例如BeCl2、C2H2；sp2杂化轨道为120°的平面三角形，例如BF3、C2H4；sp3杂化轨道为109°28′的正四面体构型，例如CH4、CCl4中心原子孤对电子数化学式杂化轨道数杂化轨道类型分子结构0CH4C2H4BF3CH2OC2H2CO21SO22H2O3、微粒的空间构型小结(1)、直线形：Cl—Be—Cl、O＝C＝O、CS2、C2H2等，中心原子的电子云以杂化成键。(2)、V形：H2O、H2S、NH2-是中学比较常见的，中心原子周围有四对电子，电子对的构型必然是四面体形，这样微粒的空间构型就是V形了；SO2、O3这些是中学中不常见的，中心原子均是以杂化的形式成键的。(3)、三角锥形：NH3、NF3、H3O+、PCl3等，中心原子都有1对孤对电子，以杂化成键，电子对的构型为四面体形，微粒构型为三角锥形。(4)、平面三角形：BF3，CH3+，中心原子以杂化形式成键，中心原子周围的电子对数目为3，所以电子对的空间构型是平面三角形，这样微粒的空间构型就是平面三角形，键角为120°(5)、四面体形：①、正四面体形：P4（是空心正四面体，有六条化学键，键角为60°）、CH4、CCl4、NH4+、（是顶点原子与中心原子成有中心的正四面体，中心原子一定以sp3杂化成键，键角一定是109°28′）②、四面体：与正四面体CH4相似，只是顶点的原子有不同，但是属于一类，如：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。键角与109°28′相近）(6)、三角双锥：PCl5(7)、正八面体：SF6、PCl6-等(8)、某些分子得到质子后的构型的变化：A、H2O得到一个H+成H3O+，构型由V形变成三角锥形B、NH3得到一个H+成NH4+，构型有三角锥形成正四面体形C、PCl5失去一个Cl-，构型由三角双锥成正四面体D、PCl5得到一个Cl-成PCl6-，构型由三角双锥成正八面体测一测，大显身手一、选择题（每小题只有1个选项符合题意）1．下列对C原子的sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，说法正确的是（）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2．乙烯分子中含有4个C—H和1个C=C双键，6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况说法正确的是（）A．每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化，形成两个sp杂化轨道B．每个C原子的1个2s轨道与2个2p轨道杂化，形成3个sp2杂化轨道C．每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化，形成4个sp3杂化轨道D．每个C原子的3个价电子占据3个杂化轨道，1个价电子占据1个2p轨道3．下列关于杂化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几何构型都是正四面体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轨道混合起来而形成的C．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D．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4．下列分子的中心原子是sp2杂化的是（）A．CH4 B．BF3 C．H2O D．NF35．下表中各粒子、粒子对应的立体结构及解释均正确的是（）粒子立体结构解释A氨基负离子（NH2﹣）直线形N原子采用sp杂化B二氧化硫（SO2）V形S原子采用sp3杂化，与H2O中的O原子杂化形式相同C乙炔（C2H2）直线形C原子采用sp杂化且C原子的价电子均参与成键D碳酸根离子（CO32﹣）三角锥形C原子采用sp3杂化A．A B．B C．C D．D二、填空题6．ClO-、ClO2-、ClO3-、ClO4-中Cl都是以sp3杂化轨道与O原子成键的，试推测下列微粒的立体结构微粒ClO-ClO2-ClO3-ClO4-立体结构参考答案知识链接Hi，在开始挑战之前，先来热下身吧！应用VSEPR理论判断分子或离子的构型▪◆学习任务（二）试身手，初露锋芒让我们来试试回答下面的问题和小练习吧。问题1：杂化的概念在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。特点：杂化前后轨道数目不变。杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。能量相近的原子轨道重新组合问题2：甲烷分子的杂化轨道的形成（sp3杂化）①甲烷分子的立体构型：空间正四面体，分子中的C—H键是等同的，键角是109°28′②中心原子价电子构型C：2s22p2碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。③鲍林提出杂化轨道理论：形成甲烷分子时，中心原子碳的2s和2px、2py、2pz四条原子轨道发生混杂，形成一组新的轨道，即四个相同的sp3杂化轨道，夹角109°28′。这些sp3杂化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以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—Hδ键，因此呈正四面体的分子构型。问题3：其他形式的杂化根据参与杂化的s轨道与p轨道的数目，除了有sp3杂化轨道外，还有sp2杂化和sp杂化，sp2杂化轨道表示由一个s轨道与两个p轨道杂化形成的，sp杂化轨道表示由一个s轨道与一个p轨道杂化形成的①碳原子的sp2杂化（以乙烯为例）乙烯的中心原子C在轨道杂化时，有1个p轨道未参与杂化，只是Ｃ的２s轨道与2个２p轨道发生杂化，形成3个相同的sp2杂化轨道，sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点，杂化轨道间夹角为120°。杂化轨道与2个H原子和另外一个C原子形成2个C—Hδ键和1个C—Cδ键，未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面，与另外的C原子形成C—Cp键。②碳原子的sp杂化（以乙炔为例）乙炔的中心原子C在轨道杂化时，有2个p轨道未参与杂化，只是Ｃ的２s与1个２p轨道发生杂化，形成2个相同的sp杂化轨道，杂化轨道间夹角为180°。杂化轨道与1个H原子和另外一个C原子形成1个C—Hδ键和1个C—Cδ键，未杂化2个p轨道垂直于sp杂化轨道所在平面，与另外的C原子形成2个C—Cp键。【小结】杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，从而使它与其它原子的原子轨道重叠的程度更大，形成的共价键更牢固。练习1．【答案】化学式中心原子孤对电子对数杂化轨道数杂化轨道类型分子结构PO43-04sp3正四面体形SO303sp2平面三角形NCl314sp3三角锥形HCN02sp直线形SO213sp2V形【解析】比如CH4分子中心原子C，其杂化轨道数=孤对电子对数+其相连的其他原子数=0+4=4，有4个杂化轨道，即sp3杂化，正四面体形【总结升华】杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤对电子，杂化轨道理论的主要应用是能够更好解释分子的立体结构，而不是预测分子的立体结构举一反三：【变式】【答案】C【解析】根据杂化轨道数＝σ键数目+孤对电子对数，确定杂化方式进行判断。解：SO42﹣离子的价层电子对数＝4+（6+2﹣4×2）＝4，采取sp3杂化方式；ClO4﹣离子的价层电子对数＝4+（7+1﹣4×2）＝4，采取sp3杂化方式；NO3﹣离子的价层电子对数＝3+（5+1﹣3×2）＝3，采取sp2杂化方式；SO32﹣离子的价层电子对数＝3+（6+2﹣3×2）＝4，采取sp3杂化方式；所以中心原子的杂化方式与其它不同的是CO32﹣；故选：C。（三）攻难关，自学检测☆让我们来挑战吧！你一定是最棒的！☆1．【答案】D【解析】A.CO2中心碳原子价层电子对数n＝＝2，采取sp杂化，SO2中心硫原子价层电子对数n＝＝3，采取sp2杂化，杂化类型不同，故A错误；B.BeCl2中心原子Be价层电子对数为：＝2，采取sp杂化，BF3中心原子B价层电子对数为：＝3，采取sp2杂化，杂化类型不同，故B错误；C.H3O+中心原子O价层电子对数为：＝4，采取sp3杂化，SO3中心原子S价层电子对数为：＝3，采取sp2杂化，杂化类型不同，故C错误；D.CH4中心原子C价层电子对数为：＝4，采取sp3杂化，NH3中心原子S价层电子对数为：＝4，采取sp3杂化，杂化类型不同，故D正确。故选：D.【总结升华】根据价层电子对互斥理论确定中心原子杂化类型，价层电子对数n＝，（氧族元素原子做中心原子提供6个价电子，做配位原子不提供价电子，卤族元素原子做中心原子提供7个价电子，做配位原子提供1个价电子），一般n＝2，采取sp杂化，n＝3采取sp2杂化，n＝4采取sp3杂化，据此判断。☆☆☆☆2．【答案】D【解析】A．由H2O2的结构可知，O原子形成1个O﹣H键、1个O﹣O键，孤电子对数为LP＝＝2，含有2对孤对电子，杂化轨道数为4，杂化方式为sp3，故A不选；B．NH3，根据VSEPR理论，配位原子数为BP＝3，孤电子对数为LP＝＝1，则价电子对数为VP＝BP+LP＝3+1＝4，根据杂化轨道理论，中心N原子为sp3杂化，故B不选；C．乙烷C2H6中，C均成四个共价键，因此C为sp3杂化，故C不选；D．SO2中配位原子数为BP＝2，孤电子对数为LP＝＝1，则价电子对数为VP＝BP+LP＝2+1＝3，根据杂化轨道理论，中心S原子为sp2杂化，故D选；故选：D。（四）找规律，方法总结杂化轨道与分子的立体结构1、判断杂化轨道的数目和杂化方式中心原子的孤对电子对数与相连的其他原子数之和，就是杂化轨道数。例如：NH3中心原子N上有一对孤对电子，所以杂化轨道数为1+3=4，即N原子采用sp3杂化；BeCl2中心原子Be上没有孤对电子，所以杂化轨道数为0+2=2，即Be原子采用sp杂化；H2O中心原子O上有2对孤对电子，所以杂化轨道数为2+2=4，即O原子采用sp3杂化2、分子的立体结构三种杂化轨道的轨道形状，sp杂化夹角为180°的直线型杂化轨道，例如BeCl2、C2H2；sp2杂化轨道为120°的平面三角形，例如BF3、C2H4；sp3杂化轨道为109°28′的正四面体构型，例如CH4、CCl4中心原子孤对电子数化学式杂化轨道数杂化轨道类型分子结构0CH40+4sp3正四面体形C2H40+3sp2平面三角形BF30+3sp2平面三角形CH2O0+3sp2平面三角形C2H20+2sp直线形CO20+2sp直线形1SO21+2sp2V形2H2O2+2sp3V形3、微粒的空间构型小结(1)、直线形：Cl—Be—Cl、O＝C＝O、CS2、C2H2等，中心原子的电子云以sp杂化成键。(2)、V形：H2O、H2S、NH2-是中学比较常见的，中心原子周围有四对电子，电子对的构型必然是四面体形，这样微粒的空间构型就是V形了；SO2、O3这些是中学中不常见的，中心原子均是以sp2杂化的形式成键的。(3)、三角锥形：NH3、NF3、H3O+、PCl3等，中心原子都有1对孤对电子，以sp3杂化成键，电子对的构型为四面体形，微粒构型为三角锥形。(4)、平面三角形：BF3，CH3+，中心原子以sp2杂化形式成键，中心原子周围的电子对数目为3，所以电子对的空间构型是平面三角形，这样微粒的空间构型就是平面三角形，键角为120°(5)、四面体形：①、正四面体形：P4（是空心正四面体，有六条化学键，键角为60°）、CH4、CCl4、NH4+、（是顶点原子与中心原子成有中心的正四面体，中心原子一定以sp3杂化成键，键角一定是109°28′）②、四面体：与正四面体CH4相似，只是顶点的原子有不同，但是属于一类，如：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。键角与109°28′相近）(6)、三角双锥：PCl5(7)、正八面体：SF6、PCl6-等(8)、某些分子得到质子后的构型的变化：A、H2O得到一个H+成H3O+，构型由V形变成三角锥形B、NH3得到一个H+成NH4+，构型有三角锥形成正四面体形C、PCl5失去一个Cl-，构型由三角双锥成正四面体D、PCl5得到一个Cl-成PCl6-，构型由三角双锥成正八面体测一测，大显身手【答案与解析】1．A【解析】sp3杂化得到夹角为109°28′的四面体形杂化轨道，sp2杂化得到夹角120°的平面三角形杂化轨道，sp杂化得到夹角180°的直线形杂化轨道，所以A选项正确2．BD【解析】乙烯分子立体结构为平面形，其中心原子C采取sp2杂化，C原子的