高二化学（人教版）教学课件选择性必修二第二章第二节第3课时杂化轨道理论

杂化轨道理论第3课时目录新知探究（一）杂化轨道及其类型新知探究（二）杂化轨道类型与分子空间结构的关系课时跟踪检测命题热点共价分子(或离子)中大π键的形成和判断杂化轨道及其类型新知探究(一)1.甲烷分子形成的解释形成CH4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个新的能量相同、方向不同的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个等同的C—Hσ键。2.杂化轨道形成及特点3.杂化轨道类型及其空间结构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109°28',空间结构为正四面体形(如图所示)Sp2杂化轨道sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个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(如图所示)续表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(如图所示)

续表[微点拨]

sp、sp2两种杂化方式中还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,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。应用化学如图是描述乙烯、乙炔分子中化学键的情况。分析乙烯和乙炔分子中碳原子的杂化方式,总结原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化?提示:乙烯分子中碳原子杂化方式是sp2杂化;乙炔分子中碳原子的杂化方式是sp杂化;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。题点多维训练1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生()(2)2s和3p轨道能混杂形成杂化轨道()(3)杂化轨道能量更集中,有利于牢固成键()(4)杂化轨道的作用是形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对()√×√√2.下列关于杂化轨道的说法错误的是(

)A.杂化前后的轨道数目不变,但轨道的形状发生了改变B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°C.部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释D.杂化轨道全部参与形成化学键√解析:原子轨道发生杂化时,轨道数目不变,但轨道的形状(电子云伸展方向)发生变化,A项正确;sp3、sp2、sp杂化轨道的形状分别为正四面体形、平面三角形和直线形,夹角分别为109°28'、120°、180°,B项正确;部分四面体形、三角锥形(中心原子有1个孤电子对),V形(中心原子有2个孤电子对)分子的中心原子均采取sp3杂化,其分子结构可以用sp3杂化轨道解释,C项正确;杂化轨道用于形成σ键和容纳未成键的孤电子对,D项错误。3.下列分子的中心原子杂化轨道类型相同的是(

)A.CO2与SO2

B.CH4与NH3C.BeCl2与BF3

D.C2H2与C2H4解析:CO2为sp杂化,SO2为sp2杂化,A项错误;二者均为sp3杂化,B项正确;BeCl2为sp杂化,BF3为sp2杂化,C项错误;C2H2为sp杂化,C2H4为sp2杂化,D项错误。√4.甲醛分子的结构式为

,下列描述正确的是(

)A.甲醛分子中有4个σ键B.甲醛分子中的C原子为sp3杂化C.甲醛分子中的O原子为sp杂化D.甲醛分子为平面三角形,有一个π键垂直于三角形平面解析:甲醛分子中有3个σ键,甲醛分子中的C、O原子均为sp2杂化。√

sp3杂化sp2杂化Vsp3杂化sp杂化

sp3杂化sp3杂化

sp杂化正四面体形三角锥形sp3杂化V

4新知探究(二)杂化轨道类型与分子空间结构的关系1.杂化轨道与分子空间结构的关系(1)杂化轨道全部用于形成σ键:能量相同的杂化轨道彼此远离,形成的分子为对称结构。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'杂化轨道示意图分子的空间结构直线形平面三角形正四面体形实例BeCl2BF3CH4续表(2)杂化轨道中有未参与成键的孤电子对:孤电子对占据杂化轨道,会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状不同,形成不对称结构。杂化类型sp2sp3中心原子所在族第ⅥA族第ⅤA族第ⅥA族中心原子的孤电子对数112分子空间结构V形三角锥形V形实例SO2NH3、PCl3、PH3H2O、H2S2.键角大小比较键角大小主要与中心原子的杂化轨道类型、孤电子对数以及周围电子云密度等有关。(1)键角与中心原子杂化类型的关系当中心原子杂化类型不同时,键角大小由杂化类型决定。键角:sp杂化>sp2杂化>sp3杂化,例如,键角:CO2>BF3>CH4。(2)键角与电子对斥力相对大小的关系当中心原子杂化类型相同的粒子,键角由中心原子孤电子对数目决定,孤电子对数目越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小。例如键角:CH4>NH3>H2O。(3)键角与中心原子周围电子云密度(电负性)的关系当中心原子杂化方式相同且孤电子对数目也相同,键角由中心原子周围电子云密度大小(形成化学键原子的电负性相对大小)决定。中心原子周围电子云密度越大,排斥作用越大,键角越大。例如,H2O、H2S中,中心原子均为sp3杂化,分子空间结构均为V形,由于电负性:O>S,吸引电子的能力:O>S,H2O中O—H共用电子对偏向O的程度比H2S中S—H共用电子对偏向S的程度大,O原子周围电子云密度比S大,排斥作用大,H2O中键角大,即键角:H2O(105°)>H2S(92.3°)。(4)键角与化学键类型的关系同一粒子中不同共价键的键角,由于斥力:双键间>双键与单键间>单键间,则键角大小不同。如甲醛中:,键角:α>β。题点多维训练1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致()(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角一定相同()(3)NH3分子的空间结构为三角锥形,则氮原子的杂化方式为sp3杂化()(4)C2H4分子中的键角都约是120°,则碳原子的杂化方式是sp2杂化()√×√√2.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(

)A.C2H2:sp2、四面体形 B.HClO:sp、直线形C.H3O+:sp3、V形

D.BF3:sp2、平面三角形√解析:乙炔的结构式为H—C≡C—H,C原子采取sp杂化,为直线形结构,A错误;HClO分子的结构式为H—O—Cl,氧原子采取sp3杂化,分子结构为V形,B错误;H3O+中氧原子的价层电子对数是4,中心原子采取sp3杂化,空间结构为三角锥形,C错误;BF3分子中硼原子价层电子对数是3,孤电子对数为0,所以其空间结构为平面三角形,D正确。3.下列说法中,正确的是(

)A.杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对B.凡是中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构都是正四面体形C.凡是AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键D.SCl2属于AB2型共价化合物,中心原子S采取sp杂化轨道成键√解析:杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对,故A正确;中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构不一定是正四面体形,如果四个杂化轨道的成键情况不一样,就不是正四面体形,例如CH3Cl,故B错误;AB3型的共价化合物,其中心原子A不一定采取sp3杂化轨道成键,其中心原子还可能采取sp2杂化轨道成键,例如BF3,故C错误;SCl2中心原子S采取sp3杂化轨道成键,故D错误。4．回答下列问题。(1)Xe是第五周期的稀有气体元素，与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为______，下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是______(填字母)。A．sp

B．sp2

C．sp3

D．sp3d5D

sp3杂化sp3杂化正四面体形4sp3杂化sp3杂化5．回答下列问题。(1)BF3中键角______(填“大于”或“小于”)CCl4中键角。解析：BF3分子的空间结构为平面三角形，键角为120°；CCl4分子的空间结构为正四面体形，键角为109°28′。大于(2)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大，原因为__________________________________________________________________________________________________________。解析：H3O＋、H2O的中心原子的杂化类型均为sp3杂化，H2O中O原子有两个孤电子对，H3O＋中O原子有一个孤电子对，因为孤电子对间的排斥力>孤电子对与成键电子对间的排斥力>成键电子对间的排斥力，导致H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大。H2O中氧原子有两个孤电子对，H3O＋中氧原子有一个孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥力较小，键角较大(3)乙酸分子()中键角1_____(填“大于”“等于”或“小于”)键角2，原因是___________________________________________。解析：由于双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力，故乙酸分子结构中键角1大于键角2。大于C===O对C—C的斥力大于C—O对C—C的斥力命题热点共价分子(或离子)中大π键的形成和判断1.大π键(离域π键)形成条件(1)中心原子采取sp或sp2杂化。(2)参与形成大π键的多个原子应在同一个平面或同一直线上。

(3)判断方法:画出分子或离子中各原子间的σ键连接,算出各原子的最外层电子数与其周围σ键数差值,差值若为奇数,则提供1个电子,若为偶数,则提供1对电子,提供的电子总数则为形成大π键的电子数。[微点拨]

杂化轨道中的电子不参与形成大π键。

题点多维训练1.B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是(

)A.其熔点主要取决于所含化学键的键能B.形成大π键的电子全部由N提供C.分子中B和N的杂化方式相同D.分子中所有原子共平面√解析:B3N3H6与苯的结构相似,属于共价化合物,共价化合物的熔点与分子间作用力有关,与化学键的键能无关,A项错误;B3N3H6中形成大π键的电子全部由N提供,B项正确;由于B3N3H6和苯的结构类似,则该分子中B和N均为sp2杂化,C项正确;由于B3N3H6和苯分子结构相似,则B3N3H6分子中12个原子共面,D项正确。2.5⁃氨基四唑硝酸盐受热迅速生成以N2为主的环境友好型气体,并放出大量的热,是制造HTPB火箭推进剂的重要原料。该盐结构简式如图,其中五元环为平面结构,下列说法正确的是(

)A.阴离子的空间结构为三角锥形B.该化合物难溶于水C.该化合物中五元环上的5个原子的杂化方式都相同D.该化合物存在类似于苯分子的大π键,化学性质比较稳定√

√

√

5．(1)非金属氮化物在生产、生活和科研中应用广泛。回答下列问题：氟化硝酰(NO2F)可用作火箭推进剂中的氧化剂，NO2F中心原子的杂化方式为________。气态N2O5的分子结构为

，而固态N2O5则由一种直线形的阳离子X与一种平面正三角形的阴离子Y构成，X的化学式为______，Y的离域π键可表示为_____。sp2杂化

课时跟踪检测123456789101112131415√1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是(

)A.轨道杂化前后数目相等,形状、能量不同B.杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键C.杂化轨道成键时,要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理D.原子中能量相近的某些轨道,在成键时能重新组合成能量相等的新轨道123456789101112131415解析:轨道杂化前后数目相等,轨道形状发生变化,故A正确;杂化轨道只能用于形成σ键或容纳孤电子对,不能形成π键,π键是轨道之间“肩并肩”形成的,故B错误;杂化轨道成键时,要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理,这样能量才能最小,分子才能最稳定,故C正确;原子中能量相近的某些轨道,在成键时能重新组合成能量相等的新轨道,但轨道个数不变,轨道形状发生变化,故D正确。156789101112131415234√2.下列中心原子的杂化轨道类型和分子的空间结构不正确的是(

)A.CCl4中C原子为sp3杂化,为正四面体形B.H2S分子中S原子为sp2杂化,为直线形C.CS2中C原子为sp杂化,为直线形D.BF3中B原子为sp2杂化,为平面三角形156789101112131415234解析:CCl4中C原子的价层电子对数为4,C原子为sp3杂化,则CCl4为正四面体形,A项正确。H2S分子中S原子含有2个σ键电子对和2个孤电子对,则S原子为sp3杂化,H2S分子为V形结构,B项错误。CS2中C原子有2个σ键电子对,不含孤电子对,则C原子为sp杂化,CS2为直线形,C项正确。BF3中B原子有3个σ键电子对,不含孤电子对,则B原子为sp2杂化,BF3为平面三角形,D项正确。156789101112131415234√3.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.CH≡CH B.CO2C.BeCl2

D.BF3解析:CH≡CH中含有三键,有π键,故不选A;CO2的结构式为OCO,分子中含有碳氧双键,含有π键,故不选B;BeCl2分子中,Be原子含有两个共价单键,不含孤电子对,所以价层电子对数是2,中心原子以sp杂化轨道成键,分子中不含π键,故选C;BF3中B原子含有3个共价单键,所以价层电子对数是3,中心原子以sp2杂化轨道成键,故不选D。156789101112131415234√4.下列关于原子轨道的说法正确的是(

)A.中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其几何构型一定是正四面体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轨道混合形成C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混杂起来形成的一组新轨道D.AB3型的共价化合物中,中心原子A均采用sp3杂化轨道成键156789101112131415234解析:中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其几何构型不都是正四面体,例如氨是三角锥形,A错误。甲烷分子中碳原子的2s轨道和2p轨道通过sp3杂化,形成4个杂化轨道,再和4个氢原子的1s轨道形成4个C—H单键,B错误。sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混杂起来形成的一组新轨道,C正确。AB3型的共价化合物,其中心原子A不都采用sp3杂化轨道成键,例如BF3中的B原子是sp2杂化,是平面三角形结构,D错误。156789101112131415234√5.C原子在形成化合物时,可采取多种杂化方式。杂化轨道中s轨道成分越多,C元素的电负性越强,连接在该C原子上的H原子越容易电离。下列化合物中,最有可能在碱性体系中形成阴离子的是(

)A.CH4

B.CH2===CH2C.CH≡CH D.苯156789101112131415234解析:CH4、CH2===CH2、CH≡CH和苯中C原子分别为sp3、sp2、sp和sp2杂化,则杂化轨道中s轨道成分最多的物质是CH≡CH,其最有可能在碱性体系中形成阴离子。156789101112131415234√

156789101112131415234

156789101112131415234

156789101112131415234√7.下列一组粒子的中心原子杂化轨道类型相同,分子(或离子)的键角不相同的是(

)A.CCl4、SiCl4、SiH4 B.H2Se、NF3、CH4

C.BCl3、NH3、CO2 D.TeO3、BF3、H3O+156789101112131415234解析:H2Se、NF3、CH4的中心原子含有孤电子对数分别为2、1、0,价层电子对数均为4,则中心原子均采取sp3杂化,由于所含孤电子对数不同,孤电子对之间及孤电子对与σ键电子对之间的斥力不同,H2Se、NF3、CH4的键角依次增大,其空间结构分别为V形、三角锥形和正四面体形,B项正确。156789101112131415234√8.用短线“—”表示共用电子对,用“”表示未成键孤电子对的式子叫路易斯结构式。R分子的路易斯结构式可以表示为

,则以下叙述错误的是(

)A.R为三角锥形

B.R可以是BF3C.R是极性键

D.键角小于109°28'156789101112131415234解析:在结构式中含有3个单键和1个孤电子对,价层电子对数为4,空间结构为三角锥形,故A正确;B原子最外层含有3个电子,BF3中B原子形成3个共价键,B原子没有孤电子对,所以R不是BF3,故B错误;由于存在孤电子对,斥力增强,键角小于109°28',故D正确。156789101112131415234√

156789101112131415234

156789101112131415234√

156789101112131415234

156789101112131415234

√156789101112131415234

15678910111213141523412.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

。

解析:AsCl3中As元素的价层电子对数为4,因此As的杂化方式为sp3杂化,AsCl3分子的空间结构为三角锥形。三角锥形sp3杂化

156789101112131415234(2)CS2分子中C原子的杂化轨道类型是

。

解析:CS2的结构式为S===C===S,C原子形成2个双键,无孤电子对,所以为sp杂化。(3)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型为

。

解析:CH3COOH的结构式为

,分子中甲基上的碳原子采用sp3杂化,羧基中碳原子采用sp2杂化。

sp杂化sp3杂化、sp2杂化156789101112131415234

V形

sp3杂化156789101112131415234(5)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化方式分别为_________

和

。

解析:CO2中C原子的价层电子对数为2,故为sp杂化,CH3OH分子中C的价层电子对数为4,故为sp3杂化。sp杂化sp3杂化156789101112131415234

sp2杂化sp3杂化156789101112131415234(3)H2O分子的空间结构为

,中心原子的杂化轨道类型为

。COCl2中心原子的杂化轨道类型为

。

解析:水分子中O原子形成2个σ键,含有2个孤电子对,杂化轨道数目为4,为sp3杂化,所以分子的空间结构为V形;COCl2中C原子成3个σ键、1个π键,没有孤电子对,C原子采取sp2杂化。V形(或角形)sp3杂化sp2杂化156789101112131415234

sp3杂化156789101112131415234

156789101112131415234√

156789101112131415234

156789101112131415234

15678910111213141523415.已知A、B、C、D是原子序数依次增大的四种短周期主族元素,A的周期数等于其主族序数,B原子的价层电子排布为nsnnpn,D是地壳中含量最多的元素,E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,F元素的基态原子第四能层只有一个电子,其他能层均已充满电子。G元素最大能层符号为N,有4个单电子。(1)基态E原子的价层电子排布图为

。

156789101112131415234解析:则题意知A的周期数等于其主族序数,A的原子序数小于B,则A为H;B原子的价层电子排布为nsnnpn,则n=2

,B为C;D是地壳中含量最多的元素,则D为O;C的原子序数介于碳、氧之间,则C为N;E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,则E为Se;

F元素的基态原子第四能层只有一个电子,其他能层均已充满电子,则F为Cu;G元素最大能层符号为N,有4个单电子,则G为Fe。(1)E是Se,基态E原子的价层电子排布图为

。156789101112131415234(2)B、C、D三种元素的第一电离能由大到小的顺序为_________

(用元素符号表示)。

解析:则题意知A的周期数等于其主族序数,A的原子序数小于B,则A为H;B原子的价层电子排布为nsnnpn,则n=2

,B为C;D是地壳中含量最多的元素,则D为O;C的原子序数介于碳、氧之间,则C为N;E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,则E为Se;

F元素的基态原子第四能层只有一个电子,其他能层均已充满电子,则F为Cu;G元素最大能层符号为N,有4个单电子,则G为Fe。(2)B、C、D三种元素分别为C、N、O,同一周期,从左到右,第一电离呈增大趋势,第ⅡA族、第ⅤA族反常,故第一电离能顺序为N>O>C。N>O>C156789101112131415234

sp2平面三角形

=

156789101112131415234

156789101112131415234