2.2.2杂化轨道理论高二化学教学讲与练（人教版2019选择性必修2）(原卷版)

第二章分子结构与性质第二节分子的空间结构第2课时杂化轨道理论课程标准核心素养目标1.通过杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。2.通过杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法，建立分子空间结构分析的思维模型。1．宏观辨识与微观探析：能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。2．证据推理和模型认知：通过学习价层电子对互斥模型、杂化轨道理论来判断简单分子或离子的构型，培养学生“证据推理和模型认知”的学科素养。一、杂化轨道理论简介1．杂化轨道的含义在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的。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。2．杂化轨道理论要点(1)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。(2)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道的相同。(3)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。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更。(4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同。【归纳总结】杂化轨道理论四要点(1)能量相近原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。(2)数目不变形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。(3)成键能力增强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)排斥力最小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。二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系1．杂化轨道的类型(1)sp3杂化轨道——正四面体形sp3杂化轨道是由ns轨道和np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有eq\f(1,4)s和eq\f(3,4)p的成分，sp3杂化轨道间的夹角为，空间结构为正四面体形。如下图所示。(2)sp2杂化轨道——平面三角形sp2杂化轨道是由ns轨道和np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有eq\f(1,3)s和eq\f(2,3)p成分，sp2杂化轨道间的夹角都是，呈平面三角形，如下图所示。(3)sp杂化——直线形sp杂化轨道是由ns轨道和np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有eq\f(1,2)s和eq\f(1,2)p的成分，sp杂化轨道间的夹角为，呈直线形，如下图所示。2．杂化轨道类型与分子空间结构的关系(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。杂化类型spsp2sp3轨道夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子空间结构(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电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。ABn型分子中心原子杂化类型中心原子孤电子对数空间结构实例AB2sp21SO2AB3sp31NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2或(B2A)2H2S、NHeq\o\al(－,2)【归纳总结】判断中心原子杂化轨道类型的三种方法(1)根据杂化轨道数目判断杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：杂化轨道数目＝价层电子对数目＝σ键电子对数目＋中心原子的孤电子对数目，再由杂化轨道数目确定杂化类型。杂化轨道数目234杂化类型spsp2sp3(2)根据杂化轨道的空间分布判断①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生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，则中心原子发生sp杂化。(3)根据杂化轨道之间的夹角判断①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化。②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。【特别提醒】有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法：饱和碳原子均采取sp3杂化；连接双键的碳原子均采取sp2杂化；连接三键的碳原子均采取sp杂化。探究一分子空间结构与杂化轨道类型的关系下图是描述甲烷、乙烯和乙炔分子的成键情况：【问题探究】1.分析图1中甲烷分子中碳原子的杂化方式，原子轨道杂化后甲烷分子是如何形成正四面体结构的？2.分析图2中乙烯分子中碳原子的杂化方式，总结原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？3.分析图3乙炔中碳原子的杂化方式，根据甲烷、乙烯和乙炔中碳原子的杂化方式分析分子的空间构型与杂化类型有何关系？1.原子轨道的杂化过程2.分子的空间结构与杂化类型间的关系(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的立体构型与杂化轨道的立体构型相同。杂化类型spsp2sp3轨道组成一个ns轨道和一个np轨道一个ns轨道和两个np轨道一个ns轨道和三个np轨道轨道夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子构型直线形平面三角形正四面体形(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。在杂化轨道的基础上，略去孤电子对，即为分子的立体构型。例如：分子VSEPR模型中心原子杂化轨道类型分子的立体构型(略去孤电子对)SO2sp2(V形)H2Osp3(V形)NH3sp3(三角锥形)【例1】(2023·河北冀州中学高二期中)下下列分子中，中心原子杂化类型相同，分子的空间结构也相同的是()A.BeCl2、CO2 B.H2O、SO2C.SO2、CH4 D.NF3、CH2O1.(2023·天津耀华中学高二调研)氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间结构和中心原子(S)采取何种杂化方式的说法正确的是()A.三角锥形、sp3B.平面三角形、sp2C.平面三角形、sp3D.三角锥形、sp21．（2024上·浙江杭州二中高二期中）下列化学用语表示不正确的是A．碳原子的核外电子轨道表示式：B．sp2杂化轨道模型：C．SO3的VSEPR模型：D．氢氧根离子的电子式：2．（2023上·陕西咸阳实验中学月考）下列分子的中心原子的杂化方式为杂化，分子的空间构型为直线形且分子中没有形成键的是A． B． C． D．3．（2023上·广东东莞东莞一中月考）下列有关三硫化磷的说法中不正确的是A．中各原子最外层均满足8电子稳定结构B．中磷元素为价C．中P原子和S原子均为杂化D．分子中含有极性共价键4．（2023上·辽宁铁岭清河高级中学月考）下列分子中中心原子的杂化方式和分子的空间构型均正确的是A．BF3：sp2、平面三角形 B．CO：sp2、三角锥形C．C2H2：sp2、直线形 D．H2O：sp2、V形5．（2024上·湖南衡阳八中期末）下列说法正确的是A．NH3为三角锥形，中心原子N发生sp2杂化B．NH和H3O+的空间结构相同C．CO2和SO2都是AB2型分子，所以空间结构都是直线形D．杂化轨道用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对6．（2024上·河南·高二校联考期末）火药是我国四大发明之一，黑火药爆炸时发生的反应为。下列说法错误的是A．电负性：B．第一电离能：C．上述反应体系的物质中含有离子键、极性共价键和非极性共价键D．的空间结构为正四面体形，其中氮原子的杂化轨道类型为7．（2023下·浙江海宁市高级中学期中）下列描述正确的是A．CS2是空间结构为V形的极性分子 B．的空间结构为平面三角形C．的VSEPR模型为四面体形 D．的中心原子杂化轨道类型为sp28．（2023上·海南海口第一中学期中）下表中关于各微粒的描述完全正确的一项是选项化学式中心原子杂化类型模型名称空间结构A直线形直线形B平面三角形V形C四面体形四面体形D正四面体形三角锥形9．（2023上·河北衡水中学月考）下列分子中心原子的杂化方式不为的是A． B． C． D．10．（2023上·海南省三亚一中高二月考）下列分子中，在形成共价键时中心原子采用sp3杂化的分子有①H2O②NH3③CH4④PCl3⑤CO2⑥N2A．3种 B．4种 C．5种 D．6种11．（2023上·湖南师大附中期末）下列离子的VSEPR模型与离子的空间立体构型一致的是A． B． C． D．12．（2023上·广东省揭阳一中月考）根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断，下列说法不正确的是选项粒子中心原子杂化方式VSEPR模型空间结构A直线形直线形B四面体形三角锥形C四面体形平面三角形D四面体形三角锥形13．（2023下·北京牛栏山一中期中）下列说法中正确的是A．杂化轨道只用于形成共价键B．只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为杂化C．中心原子是sp杂化的，其分子的空间结构不一定为直线形D．价层电子对互斥模型中，π键电子对数要计入中心原子的价层电子对数14．（2023下·山西运城康杰中学月考）氨硼烷(NH3·BH3)是一种高性能固体储氢材料在催化剂作用下可发生水解：3NH3·BH3+6H2O=3NH+B3O+9H2↑，已知B3O的结构如图所示，下列说法正确的是A．该反应过程中B原子的杂化方式均为sp3B．水解