高考化学杂化轨道理论讲义

杂化轨道理论学生姓名：科目：化学日期：审核人：一、课前小测：时间15min、正确率常见的分子、离子的价层电子对数和立体构型分子或离子σ键电子对数中心原子孤电子对数价层电子对数=σ+孤电子对数VSEPR模型立体构型axb(a－xb)/2分子CO2BeCl2SO2SO3离子H3O＋CO32－二、放电影三、内容讲解考点1.杂化轨道理论【相关知识回顾】1．s、p能级与轨道数s、p能级对应的原子轨道数分别为1、3，所能容纳的最多电子数分别为2、6（一）杂化轨道理论的提出杂化轨道理论是美国化学家鲍林为了解释分子的立体构型而提出的一种价键理论，它较好地解决了分子的立体结构与价键理论之间的矛盾。例如，甲烷分子呈正四面体形。他认为：当碳原子与4个氢原子形成CH4分子时，碳原子的1个2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，而得到4个相同的、夹角为109°28′的杂化轨道，称为sp3杂化轨道。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—H”σ键（“sp3-s”σ键），因此呈正四面体的立体构型。（二）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的过程叫做原子轨道的杂化，组合后形成一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。（三）轨道杂化的过程杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。如CH4分子的形成过程：【同步训练】8．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杂化轨道由孤对电子占据（四）杂化轨道的类型1．sp3杂化sp3杂化轨道是由一个s轨道和三个p轨道组合而成的。sp3杂化轨道间的夹角是109°28′，呈正四面体形。例如CH4分子的立体构型。说明：①能级相近的原子轨道才能形成杂化轨道②有几个原子轨道参与杂化，就形成几个杂化轨道③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④未参与杂化的p轨道，可用于形成π键2．sp2杂化sp2杂化轨道是由一个s轨道和两个p轨道组合而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120°，呈平面三角形。例如BF3分子的立体构型：3．sp杂化sp杂化轨道是由一个s轨道和一个p轨道组合而成的。sp杂化轨道间的夹角是180°，呈直线形。例如，气态BeCl2分子的立体构型：方法与技巧——杂化类型的判断因为杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，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＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数代表物杂化轨道数杂化轨道类型代表物杂化轨道数杂化轨道类型CO20＋2＝2spNH3CH2O0＋3＝3sp2H2OCH40＋4＝4sp3HCN【例3】指出下列分子中，中心原子可能采取的杂化轨道类型，并预测分子的立体构型。（1）BeCl2（2）PCl3（3）BCl3（4）CS2（5）SCl2杂化轨道立体构型【同步训练】1．原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是形成化合物种类最多的元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，W的原子序数为29。回答下列问题：Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为，1molY2X2含有σ键的数目为。2．下列是A、B、C、D、E五种短周期元素的某些性质。ABCDE化合价－4－2－1－2－1电负性2.52.53.03.54.0（1）E原子的外围电子排布图为。（3）BD2分子中B原子的杂化方式为杂化，分子的立体构型为。3．有A、B、C、D、E五种短周期元素，它们的原子序数依次增大，其中B是地壳中含量最多的元素。已知A、C及B、D分别是同主族元素，且B、D两元素原子核内质子数之和是A、C两元素原子核内质子数之和的2倍；在处于同周期的C、D、E三元素中，E的原子半径最小；通常条件下，五种元素的单质中有三种气体，两种固体。(1)B、C两元素按原子个数1∶1组成的化合物F中的阴阳离子比为________，F中既存在离子键又存在________共价键(填“极性”或“非极性”)。(2)试比较D、E两元素的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱(填写化学式)：________＞________。(3)将E单质通入A、B、C三种元素组成的化合物的水溶液中，写出反应的离子方程式：__________________________________________________。(4)写出两种均含A、B、C、D四种元素的化合物在溶液中相互反应，且生成气体的化学方程式：____________________________________________。(5)D的氢化物分子中，D原子的杂化方式是________，空间构型是________。四、三步一回头考点2.判断分子或离子立体构型的方法（1）用VSEPR理论判断。（2）用键角判断，分子的立体构型和键角的关系如下表：分子类型键角立体构型举例AB2180°直线形CO2、BeCl2＜180°V形H2O、H2SAB3120°平面三角形BF3、BCl3＜120°三角锥形NH3、PH3、H3O＋AB4109°28′正四面体形CH4、CCl4、NH4＋（3）根据杂化轨道类型判断由于杂化轨道类型不同，杂化轨道间的夹角也不相同，其成键时键角也就不相同，故杂化轨道类型与分子的立体构型有关。如下表：杂化类型spsp2sp3用于杂化的原子轨道数234杂化轨道间的夹角180°120°109°28′立体构型直线形平面三角形正四面体形【总结】VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系VSEPR模型VSEPR模型名称直线形平面三角形四面体形正四面体形立体构型直线形V形平面三角形V形三角锥形正四面体形中心原子的杂化轨道类型spsp2sp3杂化轨道夹角180°120°（或略小于120°）109°28′（或略小于109°28′）杂化轨道示意图例子CO2、C2H2SO2、O3SO3、BF3、H2C＝CH2、HCHOH2ONH3、H3O＋、SO32－CH4、NH4＋【针对练习】（22佛山二模）（4）的空间构型为__________．（20全国I卷）（3）磷酸根离子的空间构型为_______，其中P的价层电子对数为_______、杂化轨道类型为_______。（22广一模）（3）化合物I中碳原子的杂化轨道类型为___________，化合物II中阳离子的空间构型为___________。（22广二模）（22全国甲卷）(4)CF2=CF2和ETFE分子[是四氟乙烯(CF2=CF2)的共聚物]中C的杂化轨道类型分别为_______和_______；（注意共聚物的陷阱）【同步训练】1．关于原子轨道的说法正确的是（）A．凡是中心原子采取sp3杂化成键的分子，其立体构型都是正四面体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轨道杂化而成的C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道杂化而成的新轨道D．凡是AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化成键2．关于原子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，其中中心原子A均采用sp3杂化轨道成键3．下列说法中能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面的是（）A．任意两个B－F键的夹角相等 B．3个B－F键键能相等C．3个B－F键键长相等 D．任意两个B－F键间的夹角为120°4．通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是（）A．CH4和NH4+是等电子体，键角均为60°B．NO3－和CO32－是等电子体，均为平面正三角形结构C．H3O+和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道5．短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、X原子的最外层电子数之比为4∶3，Z原子比X原子的核外电子数多4。下列说法正确的是（）A．W、Y、Z的电负性大小顺序一定是Z＞Y＞WB．W、X、Y、Z的原子半径大小顺序可能是W＞X＞Y＞ZC．Y、Z形成的分子的空间构型可能是正四面体 D．WY2分子中σ键与π键的数目之比是2∶17．X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的四种常见元素,其相关信息如下表：元素相关信息XX的基态原子核外3个能级上有电子，且每个能级上的电子数相等Y常温常压下，Y单质是淡黄色固体，常在火山口附近沉积ZZ和Y同周期，Z的电负性大于YWW的一种核素的质量数为63，中子数为34(1)Z位于元素周期表第周期第族，Y的氢化物空间构型是。(2)XY2是一种常用的溶剂，XY2的分子中存在个σ键。在H－Y、H－Z两种共价键中，键的极性较强的是，键长较长的是。(3)XZ4分子中X以方式杂化。(4)写出W元素的原子核外电子排布式。五、教学总结六、巩固练习（15分钟2小题共23分）1．下列说法正确的是A．CH2Cl2分子的空间结构为正四面体形B．H2O分子中氧原子的杂化轨道类型为sp2，分子的立体构型为V形C．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp，分子的立体构型为直线形D．SO的空间结构为平面三角形2．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3．下列关于σ键和π键的说法中，不正确的是A．σ键由原子轨道“头碰头”重叠形成 B．N2分子中的π键为p-pπ键，π键不能绕键轴旋转C．HCl分子中的σ键为s-sσ键 D．p轨道和p轨道之间既能形成π键，又能形成σ键4．在乙烯分子中有σ键和π键，下列说法不正确的是A．中心原子采用sp2杂化 B．乙烯分子中有4个σ键和2个π键C．杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键 D．乙烯分子中所有原子一定在同一平面5．已知Zn2+的4s轨道和4p轨道可以形成sp3型杂化轨道，那么[ZnCl4]2-的立体构型为A．正四面体形 B．平面正方形C．可能为正四面体也可能为平面正方形 D．正六面体形6．已知，和碳元素同主族的X元素位于元素周期表中的第一个长周期，短周期元素Y原子的最外层电子数比内层电子总数少3，它们形成的化合物分子式是XY4。试回答：(1)X元素的基态原子的核外电子排布式为___________，Y元素原子最外层