2.2分子的空间结构第2课时课件高二下学期化学人教版选择性必修2

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[明确学习目标]1．了解杂化轨道理论的基本内容。2．能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构。[核心素养对接]1．宏观辨识与微观探析：通过认识分子结构以及杂化轨道理论，探究杂化类型与分子空间结构的关系。2．证据推理与模型认知：结合杂化轨道理论与分子的空间结构，能论证证据与模型建立及其发展之间的关系。课前篇

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自主学习固基础一、轨道的杂化与杂化轨道

[知识梳理]1．概念(1)轨道的杂化：原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成与原轨道数相等的一组新轨道的过程。(2)杂化轨道：杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道。2．杂化轨道类型杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目1个s轨道和1个p轨道1个s轨道和2个p轨道1个s轨道和3个p轨道杂化轨道的数目________________________2

3

4二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系杂化类型spsp2sp3杂化轨道间的夹角________________________空间结构名称________________________实例________________________180°

120°

109°28′

直线形平面三角形正四面体形CO2、C2H2

BF3、HCHO

CH4、CCl4

[自我排查]一、微判断(1)sp3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(

)(2)中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形、三角锥形或V形(

)✘✔二、填空烯烃中双键上的C原子为sp2杂化，乙烯分子的成键情况如图：

试分析乙烯分子中碳碳双键的成键方式？提示：乙烯分子中碳原子采取sp2杂化，碳碳双键是成键碳原子的sp2杂化轨道“头碰头”形成σ键，同时其余的p轨道垂直于平面，“肩并肩”形成π键。课堂篇

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重点难点要突破研习1杂化轨道1．我们已经知道甲烷分子的结构如下：

[探究活动]化学式结构式键角分子的空间结构模型CH4109°28′

[问题探讨]甲烷分子是正四面体形，它的4个C—H键的键长相同。按照我们已经学过的价键理论，甲烷分子中的4个C—H均为σ键，其中，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，分别与4个氢原子的1s轨道“头碰头”形成1个s­sσ和3个s­pσ键，得到的应是四面体结构(s­pσ键键长＞s­sσ键键长)，而不是正四面体结构，你知道其中的原因是什么吗？提示：当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到4个能量相同的轨道，夹角为109°28′，称为sp3杂化轨道，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。当碳原子跟4个氢原子结合时，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—Hσ键，因此呈正四面体形的空间结构。其图示如下：2．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？(2)2s轨道与3p轨道能形成sp2杂化轨道吗？提示：(1)杂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)不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与3p不在同一能层，能量相差较大。

[重点讲解]1．杂化与杂化轨道2．杂化过程的理解3．杂化轨道与σ键、π键的关系杂化轨道只能用于形成σ键或者容纳孤电子对，不能形成π键；未参与杂化的p轨道可用于形成π键。4．杂化轨道类型的判断——根据杂化轨道数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＝中心原子上孤电子对数＋中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂化类型，例如：代表物杂化轨道数杂化轨道类型CO20＋2＝2spCH2O0＋3＝3sp2CH40＋4＝4sp3SO21＋2＝3sp2NH31＋3＝4sp3H2O2＋2＝4sp3[典例1]

下列关于杂化轨道的叙述正确的是(

)A．杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对C．CH4中C原子的sp3杂化轨道是由C原子的3个p轨道与H原子的1个s轨道杂化而成的D．在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—Hσ键B解析：A错、B对，杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能用来形成π键。C错，CH4中C原子的sp3杂化轨道是由C原子的1个2s轨道和3个2p轨道杂化而成的。D错，在乙烯分子中，1个碳原子的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的1s轨道重叠形成2个C—Hσ键，剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个C—Cσ键。

[举一反三]1．在下列分子、离子中，中心原子的轨道杂化类型、分子的空间结构都与NH3分子相同的是(

)A．BF3 B．H2OC．H3O＋

D．SO3C解析：NH3的中心原子N的轨道杂化类型是sp3，空间结构是三角锥形。BF3的中心原子B的轨道杂化类型是sp2。H2O、H3O＋的中心原子O的轨道杂化类型是sp3，H2O的空间结构是V形，H3O＋的空间结构是三角锥形。SO3的中心原子S的价层电子对有3个σ键电子对，孤电子对数为(6－3×2)/2＝0，S的杂化轨道类型是sp2，SO3的空间结构是平面三角形。2．下列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，其空间结构都是正四面体形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轨道组合起来而形成的C．sp3杂化轨道是由一个原子中能量相近的1个s轨道和3个p轨道重新组合而形成的一组能量相同的新轨道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C解析：A错，中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形，也可能是三角锥形(如NH3)，也可能是V形(如H2O)。B错，CH4分子中的sp3杂化轨道是由C原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的。D错，AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化，也可能是其他杂化方式。研习2轨道杂化与分子空间结构的关系

[探究活动]

[问题探讨]1．用杂化轨道理论解释为什么BF3分子具有平面三角形结构。提示：硼原子的电子排布式为1s22s22px1，硼原子的1个2s电子激发到1个空轨道中，硼原子的电子排布式变为1s22s12px12py1。硼原子的2s轨道和2个2p轨道混杂成3个sp2杂化轨道，硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的各1个2p轨道重叠形成3个sp2­pσ键，由于3个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角为120°，所以BF3分子具有平面三角形结构，如图所示：2．用杂化轨道理论解释为什么BeCl2分子是直线形结构。提示：铍原子的电子排布式是1s22s2，Be的1个2s电子激发进入空的2p轨道，经过杂化形成2个sp杂化轨道，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sp-­pσ键。由于杂化轨道间的夹角为180°，所以形成的BeCl2分子的空间结构型是直线形。如图所示：3．用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构为什么是三角锥形和V形。提示：NH3分子中N原子的价层电子排布式为2s22p3。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，另一个杂化轨道中是成对电子，不与H原子形成共价键。sp3杂化轨道为四面体形，但由于孤电子对的排斥作用，使3个N—H的键角变小，成为三角锥形的空间结构。H2O分子中O原子的价层电子排布式为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杂化轨道为四面体形，但由于2对孤电子对的排斥作用，使2个O—H的键角变得更小，成为V形的空间结构。

[重点讲解]1．杂化轨道类型与分子空间结构的关系(1)杂化轨道只用于形成σ键或容纳孤电子对，当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道在空间彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，相应的分子空间结构也发生变化。(2)杂化轨道与分子空间结构的关系①当杂化轨道全部用于形成σ键杂化类型spsp2sp3轨道组成一个ns和一个np一个ns和两个np一个ns和三个np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直线形平面三角形正四面体形续表②当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的空间结构与杂化轨道的形态有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个由孤电子对占据，其分子不呈正四面体形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。2．含σ键和π键的分子空间结构和杂化类型物质结构式杂化轨道类型分子中的共价键数键角分子的空间结构甲醛sp23个σ键，1个π键120°平面三角形乙烯5个σ键，1个π键120°平面形物质结构式杂化轨道类型分子中的共价键数键角分子的空间结构乙炔H─C≡C─Hsp3个σ键，2个π键180°直线形氰化氢H─C≡N2个σ键，2个π键180°直线形续表[典例2]

下列说法正确的是(

)A．CHCl3呈正四面体形B．H2O分子中O原子采取sp2杂化，其分子空间结构为V形C．CO2分子中C原子采取sp杂化，为直线形分子D．NH4＋呈三角锥形C

在以下的分子或离子中，空间结构的几何形状不是三角锥形的是(

)A．NF3 B．CH3－C．BF3 D．H3O＋

[举一反三]C解析：其中NF3、CH3-和H3O＋的中心原子N、C、O均采用sp3杂化，但是只形成3个化学键，有1个杂化轨道被孤电子对占据，又由于价层电子对相互排斥，所以空间结构为三角锥形；BF3中的B采用sp2杂化，空间结构为平面三角形，故选C。

演习篇

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学业测试速达标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．CH4与NH3C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H42．下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是(

)A．CHCH B．CO2

C．BeCl2 D．BF3BC3．下列有关甲醛(HCHO)分子的说法正确的是(

)①C原子采取sp杂化②甲醛分子为三角锥形结构③C原子采取sp2杂化④甲醛分子为平面三角形结构A．①② B．②③

C．③④ D．①④C4．已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是(

)A．X原子一定是sp2杂化B．X原子一定为sp3杂化C．X原子上一定存在孤电子对D．VSEPR模型一定是平面三角形C解析：若X原子上无孤电子对，则它一定是直线形分子，若X有一对孤电子对或两对孤电子对，则XY2一定为V形分子，此种情况下X的原子轨道可能为sp2