高中化学选择性必修二 第2章　第2节　第2课时　杂化轨道理论简介

1、第2课时杂化轨道理论简介发 展 目 标体 系 构 建1. 知道杂化轨道理论的基本内容。2.能根据杂化轨道理论确定简单分子的空间结构。1用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成在形成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4个能量相等的sp3杂化轨道。4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个CH键，所以4个CH键是等同的。2杂化轨道的形成及其特点3杂化轨道类型及其空间结构(1)sp3杂化轨道sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。sp3杂化轨道间的夹角是10928，空间结构为正四面体形(如下图所示)。(2)sp2杂化轨道sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个

2、p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120，呈平面三角形(如下图所示)。(3)sp杂化轨道sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角是180，呈直线形(如下图所示)。微点拨：sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成键，而杂化轨道只用于形成键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。(4)VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型杂化轨道类型VSEPR模型典型分子空间结构spCO2直线形sp2SO2V形sp3H2OV形sp2SO3平面三角形sp3NH3三角锥形sp3CH4正四面体形1判断正误(对的在括号内打“”，错的在括号内打“”。)(1)杂化轨道与参与

3、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一定相同。()(3)凡是中心原子采取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均采用sp3杂化轨道成键。()2能正确表示CH4中碳原子的成键方式的示意图为()D碳原子的2s轨道与2p轨道形成4个等性的杂化轨道，因此碳原子4个价电子分占在4个sp3杂化轨道上，且自旋状态相同。3ClO、ClOeq oal(,2)、ClOeq oal(,3)、ClOeq oal(,4)中，中心原子Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键，则ClO的空间结构是_；ClOeq oal(,

4、2)的空间结构是_；ClOeq oal(,3)的空间结构是_；ClOeq oal(,4)的空间结构是_。解析ClO的组成决定其空间结构为直线形。其他 3种离子的中心原子的杂化方式都为sp3杂化，从离子的组成上看其空间结构依次类似于H2O、NH3、CH4(或NHeq oal(,4)。答案直线形V形三角锥形正四面体形杂化类型及分子空间结构的判断在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的杂化。双原子分子中，不存在杂化过程。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下：(1)观察上述杂化过程，分析原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？提示：杂

5、化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同，杂化后，形成的一组杂化轨道能量相同。(2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道？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。(3)用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构？提示：NH3分子中N原子的价电子排布式为2s22p3。1个2s轨道和3个2p经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另1个杂化轨道中是成对电子，不与H原子形成共价键，sp3杂化轨道为正四面体形，但由于孤电子对的排斥作用，使3个NH的键角变

6、小，成为三角锥形的空间结构。H2O分子中O原子的价电子排布式为2s22p4。1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另2个杂化轨道是成对电子，不与H原子形成共价键，sp3杂化轨道为正四面体形，但由于2对孤电子对的排斥作用，使2个OH的键角变得更小，成为V形的空间结构。(4)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：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个、1个、2个。由于孤电子对对共用电

7、子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。比较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时：一般键角按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。1杂化轨道理论要点(1)只有能量相近的原子轨道才能杂化。(2)杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等，杂化轨道能量相同。(3)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)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。(5)杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对。(6)未参与杂化的p轨道可用于形成键。2中心原子轨道杂化

8、类型的判断(1)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eq o(,sup9(判断)杂化轨道数eq o(,sup9(判断)杂化类型eq o(,sup9(判断)杂化轨道构型。(2)根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为10928，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。(3)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。1下列分子中中心原子的杂化方式和分子的空间结构均正确的是()AC2H2：s

9、p2、直线形BSOeq oal(2,4)：sp3、三角锥形CH3O：sp3、V形DBF3：sp2、平面三角形D乙炔的结构式为HCCH，每个碳原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，所以C原子采用sp杂化，为直线形结构；SOeq oal(2,4)中硫原子的价层电子对数4，孤电子对数为0，采取sp3杂化，为正四面体形；H3O中氧原子的价层电子对数314，所以中心原子原子轨道为sp3杂化，该离子中含有一个孤电子对，所以其空间结构为三角锥形；BF3分子中硼原子价层电子对数303，杂化轨道数为3，孤电子对数为0，所以其空间结构为平面三角形。2下列说法中正确的是()ANCl3分子呈三角锥形，这是氮原子采取s

10、p2杂化的结果Bsp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道C中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形或V形DAB3型的分子空间结构必为平面三角形CNCl3分子中心氮原子上的价层电子对数键电子对数孤电子对数3eq f(531,2)4，因此NCl3分子中氮原子以sp3杂化，选项A错误；sp3杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道“混杂”起来，形成能量相等、成分相同的4个轨道，选项B错误；一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的空间结构为四面体形，如甲烷分子，但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据，则空间结构发生变化，如NH3、PC

11、l3分子是三角锥形，选项D错误，选项C正确。 3计算下列各粒子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。 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1下列关于杂化轨道的说法错误的是()A并不是所有的原子轨道都参与杂化B同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化C杂化轨道能量集中，有利于牢固成键D杂化轨道都用来成键D参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p的能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A、B正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大

12、的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都成键，也可以容纳孤电子对(如NH3、H2O的形成)，故D项错误。2三氯化磷分子中的中心原子以sp3杂化，下列有关叙述正确的是()3个PCl键长、键角均相等空间结构为平面三角形空间结构为正四面体形空间结构为三角锥形ABCDDPCl3中P原子采取sp3杂化，有一对孤电子对，结构类似于NH3分子，3个PCl键长、键角均相等，空间结构为三角锥形。3有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是()A两个碳原子采用sp杂化方式B两个碳原子采用sp2杂化方式C每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成键D两个碳原子形成两个键B乙炔中

13、每个碳原子价层电子对数是2且不含孤电子对，所以碳原子采用sp杂化，A正确，B错误；每个碳原子中两个未杂化的2p轨道肩并肩重叠形成键，C正确；两个碳原子之间形成1个键2个键，D正确。4下列关于原子轨道的说法正确的是()A杂化轨道形成共价键时，只能形成键不能形成键B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C凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其空间结构都是正四面体形DCH4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AAB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化，B错误；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，分子的空间结构则不是正四面体，C错误；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，D错误。5根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构，试根据相关知识填空：(1)AsCl3分子的空间结构为_，其中As的杂化轨道类型为_。(2)C