2024-2025学年新教材高中化学第2章分子结构与性质第2节分子的空间结构第2课时杂化轨道理论简介课件新人教版选择性必修2

第二节分子的空间结构第二课时杂化轨道理论简介素养目标学习要点1.结合实例了解杂化轨道理论要点和类型(sp、sp2、sp3),会运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2.通过对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,并能运用模型正确判断VSEPR模型与杂化类型的关系,建立证据推理与模型认知的化学核心素养。一个理论要点:杂化轨道理论。三个基本类型:sp、sp2、sp3。一个等量关系:价层电子对数等于杂化轨道数目。五种空间结构:V形、直线形、平面三角形、三角锥形、四面体形。知识点一杂化轨道理论基础落实•必备知识全过关知识点一杂化轨道理论1.杂化轨道理论简介(1)提出:杂化轨道理论是一种

理论,是

为了解释分子的空间结构提出的。

(2)解释甲烷分子的形成。①杂化轨道的形成:在形成CH4分子时,C原子的一个

轨道和三个

轨道发生混杂,形成4个能量相等的

杂化轨道。

②化学键的形成:4个

杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—H

键,所以4个C—H是等同的,呈现

的空间结构。价键鲍林2s2psp3sp3σ正四面体(3)杂化轨道的形成。只在形成分子的过程中发生,孤立的原子不可能发生杂化能量相近

新的能量相同

2.杂化轨道类型

杂化类型sp3sp2sp轨道组成

个s轨道和

个p轨道杂化

个s轨道和

个p轨道杂化

个s轨道和

个p轨道杂化杂化轨道夹角

杂化轨道数目

131211109°28'120°180°432正四面体形平面三角形直线形深度思考1.2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道?2.sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道,它和杂化轨道形成的化学键是否相同?提示

不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与3p不在同一能级,能量相差较大。提示

不相同。sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道,用于形成π键,而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。3.H2O分子中氧原子的价层电子排布式为2s22p4,2p轨道有两个未成对电子,可分别与一个H原子的1s电子形成一个σ键,不用杂化。但事实是氧原子形成了四个sp3杂化轨道,且键角是105°,空间结构为V形,为什么?提示

在形成水分子时,O的2s轨道和2p轨道发生了sp3杂化,形成四个sp3杂化轨道,呈正四面体形。其中两个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子,另外两个sp3杂化轨道已有两个孤电子对,不再成键。氧原子与氢原子化合时,O的sp3杂化轨道与H的1s轨道重叠,形成两个σ键。由于两个孤电子对的电子云密集在O的周围,对两个成键的电子对有更大的排斥作用,使O—H之间的键角被压缩,因此H2O分子的空间结构为V形。名师点拨原子轨道的杂化过程拓展视野s、p能级共有4个轨道,全部参与杂化时,最多有4个杂化轨道,当分子(或离子)中的中心原子上的价层电子对数超过4时,有d轨道参与杂化,且参与杂化的d轨道数=中心原子上的价层电子对数-4。重难突破•能力素养全提升探究角度1

杂化轨道理论的理解例1以下有关杂化轨道的说法正确的是(

)A.sp3杂化轨道中轨道数为4,且4个杂化轨道能量相同B.杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键C.杂化轨道不能容纳孤电子对D.s轨道和p轨道杂化可能有sp4出现A解析

杂化前后轨道数目不变,杂化后轨道能量相同,因此sp3杂化轨道中轨道数为4,且4个杂化轨道能量相同,故A正确;杂化轨道只能形成σ键,未参与杂化的p轨道可形成π键,故B错误;杂化轨道可以容纳孤电子对,比如氨气,故C错误;s、p能级共有4个轨道,全部参与杂化时,最多有4个杂化轨道,为sp3杂化,故D错误。归纳总结杂化轨道理论的要点

[对点训练1]下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是(

)A.由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成B.共有3个能量相同的杂化轨道C.每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一D.sp2杂化轨道最多可形成2个σ键D解析

参与杂化的轨道的能量是相近的,同一能层上s轨道与p轨道的能量差异不是很大,可形成sp2杂化轨道,A项正确;形成的杂化轨道能量相同,B项正确;sp2杂化轨道是由一个s轨道与两个p轨道杂化而成的,所以每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一,C项正确;杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对,sp2杂化轨道最多可形成3个σ键,D项错误。探究角度2

用杂化轨道理论解释有机物分子的结构例2如图所示,在乙烯分子中有5个σ键、1个π键,下列表述正确的是(

)A.C、C之间的化学键是未参加杂化的2p轨道形成的π键B.C、H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键C.sp2杂化轨道形成σ键,未杂化的2p轨道形成π键D.sp2杂化轨道形成π键,未杂化的2p轨道形成σ键C解析

C、C之间除未参加杂化的2p轨道形成的π键外,还有sp2杂化轨道形成的σ键,故A错误;C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键,故B错误;sp2杂化轨道形成σ键,未杂化的2p轨道形成π键,故C正确、D错误。[对点训练2]甲烷中的碳原子采用sp3杂化,下列用*标注的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子的杂化类型一致的是(

)A.CH3*CH2CH3 B.*CH2═CHCH3C.CH2═*CHCH2CH3

D.HC≡*CCH3A解析

CH4中碳原子为饱和碳原子,采用sp3杂化。A项,亚甲基碳原子为饱和碳原子,采用sp3杂化;B、C项,C═C中的不饱和碳原子采用sp2杂化;D项,C≡C中的不饱和碳原子采用sp杂化。方法点拨

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。知识点二VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型基础落实•必备知识全过关知识点二

VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系

sp直线形sp2V形sp3V形sp2平面三角形sp3三角锥形sp3正四面体形深度思考1.在

中,中心原子Cl是以杂化轨道方式与O原子成键,它们的空间结构分别是什么?2.CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都为sp3,键角为什么依次减小?从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法?提示

由VSEPR模型可知,中,中心原子Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键。它们的空间结构分别是V形、三角锥形、正四面体形。提示

CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化,中心原子的孤电子对数依次为0、1、2。孤电子对数越多,对成键电子对的排斥作用越大,键角越小。重难突破•能力素养全提升探究角度1

杂化轨道类型的判断例1试判断下列分子的中心原子的杂化轨道类型:(1)NI3

(2)CH3Cl

(3)CO2答案

(1)sp3

(2)sp3

(3)sp解析

中心原子的杂化轨道数n=中心原子上的价层电子对数=中心原子上的孤电子对数+σ键电子对数。(1)NI3中n=1+3=4,N原子采取sp3杂化。(2)CH3Cl中n=0+4=4,C原子采取sp3杂化。(3)CO2中n=0+2=2,C原子采取sp杂化。思维建模中心原子轨道杂化类型的判断(1)根据杂化轨道的空间结构判断:(2)根据VSEPR模型判断:VSEPR模型四面体形平面三角形直线形杂化类型sp3sp2sp[对点训练1]下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(

)A.CO2与SO2

B.C2H2与C2H4C.BeCl2与H2O D.CH4与NH3D解析

CO2中C形成2个σ键,无孤电子对,为sp杂化,SO2中S形成2个σ键,孤电子对数==1,为sp2杂化,不相同,故A错误;C2H4中C形成3个σ键,无孤电子对,为sp2杂化,C2H2中C形成2个σ键,无孤电子对,为sp杂化,不相同,故B错误;BeCl2中Be形成2个σ键,无孤电子对,为sp杂化,H2O中O形成2个σ键,2个孤电子对,为sp3杂化,不相同,故C错误;CH4中C形成4个σ键,无孤电子对,为sp3杂化,NH3中N形成3个σ键,孤电子对数==1,为sp3杂化,相同,故D正确。[对点训练2](教材改编题)下列分子的空间结构模型可用sp2杂化轨道来解释的是(

)A.①②③ B.①②④C.①③⑤ D.②⑤⑥B探究角度2

杂化轨道类型与分子空间结构的关系例2指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间结构。(1)CS2分子中的C采取

杂化,分子的结构式为

,空间结构为

;

(2)HCHO中的C采取

杂化,分子的结构式为

,空间结构为

;

(3)CCl4分子中的C采取

杂化,分子的结构式为

,空间结构为

;

(4)H2S分子中的S采取

杂化,分子的结构式为

,空间结构为

。

spS═C═S直线形sp2平面三角形sp3正四面体形sp3V形解析

(1)CS2中中心C原子形成2个σ键,无孤电子对,价层电子对数为2,采取sp杂化,分子空间结构为直线形。(2)HCHO中中心C原子形成3个σ键,无孤电子对,价层电子对数为3,采取sp2杂化,分子空间结构为平面三角形。(3)CCl4中中心C原子形成4个σ键,无孤电子对,价层电子对数为4,采取sp3杂化,分子空间结构为正四面体形。(4)H2S中中心S原子形成2个σ键,有2个孤电子对,价层电子对数为4,采取sp3杂化,分子空间结构为V形。[对点训练3]下列分子的中心原子采用sp3杂化,但分子的空间结构不同的一组是(

)①BF3

②BeCl2

③H2S

④CS2

⑤NH3

⑥CCl4A.①②③ B.①⑤⑥C.②③④ D.③⑤⑥D解析

①根据价层电子对互斥模型,BF3中B的价层电子对数为3+

×(3-3

×1)=3,B为sp2杂化,没有孤电子对,BF3的空间结构为平面正三角形;②根据价层电子对互斥模型,BeCl2中Be的价层电子对数为2+

×(2-2×1)=2,Be为sp杂化,没有孤电子对,BeCl2的空间结构为直线形;③根据价层电子对互斥模型,H2S中S的价层电子对数为2+

×(6-2×1)=4,S为sp3杂化,有2个孤电子对,H2S的空间结构为V形;④根据价层电子对互斥模型,CS2的价层电子对数为2+×(4-2×2)=2,C为sp杂化,没有孤电子对,CS2的空间结构为直线形;⑤根据价层电子对互斥模型,NH3的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,N为sp3杂化,有1个孤电子对,NH3的空间结构为三角锥形;⑥根据价层电子对互斥模型,CCl4中C的价层电子对数为4+×(4-4×1)=4,C为sp3杂化,没有孤电子对,CCl4的空间结构为正四面体形。综上所述,③⑤⑥符合题意,故选D。思维建模四步法确定杂化轨道类型与分子空间结构的关系

学以致用·随堂检测全达标123456题组1杂化轨道的理解1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构,下列说法不正确的是(

)A.C原子的四个杂化轨道的能量一样B.C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样C.C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道D.C原子有1个sp3杂化轨道由孤电子对占据D解析

杂化前的轨道能量不同,形成杂化轨道后能量就完全一样,A项正确;C原子的sp3杂化轨道之间的夹角也是一样的,B项正确;形成sp3杂化轨道后,碳原子原来的4个价电子将分别占据4个杂化轨道,C项正确;甲烷分子中的碳原子不存在孤电子对,D项错误。1234562.下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较,得出结论正确的是(

)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A解析

sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°,则sp杂化轨道的夹角最大。123456题组2杂化轨道类型的判断3.下列分子或离子的中心原子为sp3杂化,且杂化轨道容纳1个孤电子对的是(

)A.CH4、NH3、H2OB.CO2、BBr3、C.C2H4、SO2、BeCl2D.NH3、PCl3、H3O+D123456解析

CH4、NH3、H2O的中心原子价层电子对数都是4,都采用sp3杂化,CH4、NH3、H2O的中心原子上的孤电子对数分别是0、1、2,A不符合题意;CO2、BBr3、

中的中心原子价层电子对数分别是2、3、4,且CO2、BBr3、

中的中心原子上的孤电子对数分别是0、0、1,B不符合题意;C2H4、SO2、BeCl2中的中心原子价层电子对数分别是3、3、2,且C2H4、SO2、BeCl2中的中心原子上孤电子对数分别是0、1、0,C不符合题意;NH3、PCl3、H3O+的中心原子价层电子对数都是4,采用sp3杂化,中心原子上的孤电子对数都是1,D符合题意。1234564.氨气分子的空间结构是三角锥形,而甲烷分子的空间结构是正四面体形,这是因为(

)A.两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同,NH3中N原子为sp2杂化,而CH4中C原子是sp3杂化B.NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道,CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道C.NH3分子中中心原子上有一对未成键的孤电子对,它对成键电子对的排斥作用较强D.氨气是四原子化合物,甲烷为五原子化合物C123456解析

两种分子的中心原子的杂化轨道类型相同,均为sp3杂化,故A错误;两种分子的中心原子均形成4个杂化轨道,故B错误;NH3分子中中心原子上有一对未成