新教材2024版高中化学第二章分子结构与性质第二节分子的空间结构第2课时杂化轨道理论学生用书新人教版选择性必修2

第2课时杂化轨道理论课程目标1．了解杂化轨道理论的基本内容。2．能依据杂化轨道理论推断简洁分子或离子的空间结构。图说考点必备基础——自学·尝试杂化轨道理论简介1．用杂化轨道理论说明甲烷分子的形成在形成CH4分子时，碳原子的一个______轨道和三个______轨道发生混杂，形成四个能量相同、方向不同的______杂化轨道。四个______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—Hσ键是等同的。可表示为2．杂化轨道的类型与分子空间结构的关系杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目ns________________________np________________________杂化轨道数目________________________杂化轨道间的夹角________________________杂化轨道示意图空间结构________________________实例BeCl2、CO2BCl3、BF3CF4、SiCl43.杂化轨道理论的要点(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)成键实力增加杂化变更原有轨道的________和____________，使原子形成的共价键更坚实。(4)排斥力最小杂化轨道为使相互间的排斥力最小，在空间取________夹角分布。不同的杂化轨道伸展方向不同；同一组杂化轨道的伸展方向不同，但________完全相同。[即学即练]1．推断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。()(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不愿定相同。()(3)凡是中心原子实行sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是正四面体形。()(4)凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均接受sp3杂化轨道成键。()(5)依据中心原子的价层电子对数，一般可以确定其杂化方式以及VSEPR模型。()2．下列分子的键角为109°28′的是()A．CCl4 B．NH3 C．H2O D．P43．下列分子的立体构型，可以用sp杂化方式说明的是()A．HCl B．BeCl2 C．BCl3 D．CCl44．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核心素养——合作·共享提升点杂化轨道理论及其应用例完成下表中的空白粒子中心原子价层电子对数中心原子杂化轨道类型VSEPR模型空间结构NCOSSF2AlF3NHSOCl2IO状元随笔价层电子对数与杂化轨道数相等[提升](双选)下列各组微粒中，中心原子杂化轨道类型相同的是()A．H2S与OF2 B．NCl3与BCl3C．PCl3与H2O2 D．COCl2与SOF2【关键实力】杂化轨道理论及其应用1．杂化轨道理论(1)形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。但原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不行能发生杂化的。(2)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。(3)一般说来，中心原子有几个轨道参与杂化，就会形成几个能量相同的杂化轨道，就能形成几个共价键，形成对应的空间结构。但假如分子中存在孤对电子，空间结构会发生变更，如H2O、NH3等。(4)sp杂化和sp2杂化的两种形式中，原子还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而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对电子。2．杂化轨道类型(1)sp3杂化：同一个原子中能量相近的一个ns轨道与三个np轨道进行混合重新组四个新的原子轨道，即sp3杂化轨道。如CH4分子中sp3杂化轨道形成示意图：(2)sp2杂化：同一个原子中能量相近的一个ns轨道与两个np轨道进行杂化组合成三个新的sp2杂化轨道。如C2H4分子中sp2杂化轨道形成示意图：(3)sp杂化：同一个原子中能量相近的一个ns轨道与一个np轨道进行杂化组合成两个新的sp杂化轨道。如C2H2分子中sp杂化轨道形成示意图：3．用杂化轨道理论说明典型分子的空间结构(1)NH3分子的空间结构在形成NH3分子时，氮原子的2s和2p原子轨道发生了sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，但NH3分子中只有三个轨道中的未成对电子分别与H原子的1s电子形成σ键，另一个轨道中有一对孤对电子，不能再与H原子形成σ键，但孤对电子对成键电子对有较强的排斥作用，使三个N—H键键角变小(键角为107°)，所以氨分子的空间结构为三角锥形。(2)BF3分子的空间结构B原子的电子排布为1s22s22p1，在形成BF3分子时，B原子的一个2s电子激发到一个空的2p轨道中，使B原子的电子排布变为1s22s12px12py1。B原子的2s和两个2p轨道发生了sp2(3)BeCl2分子的空间结构Be原子的电子排布为1s22s2，在形成BeCl2分子时，Be原子的一个2s电子激发到一个空的2p轨道中，经过杂化形成两个sp杂化轨道，与Cl原子中的3p轨道重叠形成两个sp-pσ键。由于杂化轨道的夹角是180°，所以形成的BeCl2分子的空间构型是直线形。状元随笔杂化轨道类型的推断方法1．依据杂化轨道之间的夹角推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sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。2．依据分子(或离子)的空间结构推断(1)正四面体形→中心原子为sp3杂化；三角锥形→中心原子为sp3杂化。(2)平面三角形→中心原子为sp2杂化。(3)直线形→中心原子为sp杂化。3．依据中心原子的价层电子对数推断若中心原子有2个价层电子对，中心原子接受sp杂化；若有3个价层电子对，中心原子接受sp2杂化；若有4个价层电子对，中心原子接受sp3杂化。素养形成——自测·自评1.下列关于杂化轨道的说法错误的是()A．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等C．杂化轨道能量集中，有利于坚实成键D．CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109°28′2．下列对乙烯分子中化学键的分析正确的是()A．sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键C.C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未能参与杂化的2p轨道形成的π键D．C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未能参与杂化的2p轨道形成的π键3．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()A．C2H2与C2H4 B．CO2与SO2C．CH4与NH3 D．BeCl2与BF34．在BrCH=CHBr分子中，C—Br键接受的成键轨道是()A．sp-p B．sp2-sC．sp2-p D．sp3-p5．下列分子或离子中，其中心原子的杂化方式和分子或离子的空间结构均正确的是()A．C2H2：sp2、直线形 B.SO42-C．H3O＋：sp3、V形 D．BF3：sp2、平面三角形6．在SO2分子中，分子的立体结构为V形，S原子接受sp2杂化，那么SO2的键角()A．等于120° B．大于120°C．小于120° D．等于180°7．利用杂化轨道理论填写下表。分子或离子中心原子杂化类型空间结构COSiF4BHCHAsBr3H2F＋BeF2SCl2第2课时杂化轨道理论必备基础一、1.2s2psp3sp32．111123234180°120°109°28′直线形平面三角形正四面体形3．(3)形态伸展方向(4)最大形态即学即练1．(1)√(2)√(3)×(4)×(5)√2．解析：A、B、C三项中心原子均以sp3杂化，但B、C两项中含有孤电子对(NH3：1对；H2O：2对)，故A项键角为109°28′。D项无杂化轨道，P—P键之间的键角为60°。答案：A3．解析：HCl为双原子分子，双原子分子中不存在杂化过程；CCl4分子的立体构型呈正四面体形，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氯原子的各1个3p轨道重叠形成4个σ键；BeCl2是直线形分子，铍原子以2个sp杂化轨道分别与2个氯原子的各1个3p轨道重叠形成2个σ键；BCl3为平面三角形结构，硼原子以3个sp2杂化轨道分别与3个氯原子的各1个3p轨道重叠形成3个σ键。答案：B4．解析：sp杂化轨道的夹角为180°，sp2杂化轨道的夹角为120°，sp3杂化轨道的夹角为109°28′。答案：A核心素养例答案：粒子中心原子价层电子对数中心原子杂化轨道类型VSEPR模型空间结构N2sp直线形直线形COS2sp直线形直线形SF24sp3四面体V形AlF33sp2平面三角形平面三角形NH4sp3四面体V形SOCl23sp2平面三角形平面三角形IO4sp3四面体三角锥形提升解析：H2S与OF2中中心原子价层电子对数均为4，发生sp3杂化，A符合题意；NCl3与BCl3分子中中心原子杂化方式分别为sp3、sp2杂化，B不符合题意；PCl3与H2O2中中心原子杂化方式均为sp3杂化，C符合题意；COCl2与SOF2的中心原子杂化方式分别为sp2、sp3杂化，D不符合题意。答案：AC素养形成1．解析：参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大，不能形成杂化轨道，即同一原子中只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A正确；轨道数目杂化前后确定相等，故B错误；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云重叠程度更大，形成坚实的化学键，故C正确；CH4分子中每两个sp3杂化轨道的夹角都为109°28′，故D正确。答案：B2．解析：乙烯分子中存在4个C—H键和1个C=C键，C原子上无孤电子对，σ键电子对数为3，则C原子实行sp2杂化，C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间有一个是sp2杂化轨道形成的σ键，另一个是未参与杂化的2p轨道形成的π键。答案：A3．解析：C2H2分子中的C接受sp杂化，C2H4分子中的C接受sp2杂化，故A不正确；CO2分子中的C接受sp杂化，SO2分子中的S接受sp2杂化，故B不正确；CH4分子中的C接受sp3杂化，NH3分子中的N也接受sp3杂化，故C正确；BeCl2分子中的Be接受sp杂化，BF3分子中的B接受sp2杂化，故D不正确。答案：C4．解析：BrCH=CHBr分子中的两个碳原子都是实行sp2杂化，溴原子的价电子排布式为4s24p5，4p轨道上有一个单电子，与碳原子的一个sp2杂化轨道成键，故C—Br键接受的成键轨道是sp2－p，C项正确。答案：C5．解析：乙炔的结构式为H—C≡C—H，每个碳原子的价层电子对数是2，且不含孤电子对，所以C原子均实行sp杂化，C2H2为直线形结构，A项错误；SO42-的中心原子的价层电子对数＝4＋12×(6＋2－4×2)＝4，所含孤电子对数为0，杂化轨道数为4，S原子实行sp3杂化，分子的空间结构为正四面体形，B项错误；H3O＋的中心原子的价层电子对数＝3＋12×(6－1－3×1)＝4，所以中心原子实行sp3杂化，因该离子