第2课时 杂化轨道理论

第2课时杂化轨道理论

课程目标

1.了解杂化统道理论的基本内容。

2.能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的空间构型。

图说考点

空间构型判断一杂化轨道理论——杂化方式判断

基础知识

［新知预习］

杂化轨道理论简介

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

CK分子，所以四个C—H。键是等同的。可表示为

3

渤AP.2s2P.旭伊sP

-tItt|—个|2:—>ff|f~"f~|

2s2p

C原子的杂化轨道

2.杂化轨道的类型与分子立体构型的关系

3

杂化类型spsp2sp

参与杂化的原

子轨道ns

及数目np

杂化轨道数目

杂化轨道

间的夹角

杂化轨道示意菽

图44

立体构型

实例BeCL、CO2BC13、BF3CF4、SiCl4

［即时性自测］

1.判断正误（正确的打“J”，错误的打“义”）

（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一定相同。（）

（3）凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体构型都

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。（）

（5）根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1（）9。28'的是（）

A.CCLB.NH3

C.H20D.P4

3.下列分子的立体构型，可以用sp杂化方式解释的是（）

A.HC1B.BeCh

C.BCI3D.CCI4

4.下列对sp\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.sp?杂化轨道的夹角最大

C.sp3杂化轨道的夹角最大

D.sp\sp2、sp杂化轨道的夹角相等

技能素养

提升点杂化轨道理论及其应用

［例］完成下表中的空白

粒子中心原子中心原子杂VSEPR模空间结

价层电子对数化轨道类型型构

N3

COS

SF2

AIF3

NH7

SOCI2

IO?

层电子对数与杂化轨道数相等

［提升］(多选)下列各组微粒中，中心原子杂化轨道类型相

同的是()

A.H2s与OF2B.NCL与BCL

C.PCL与H2O2D.COCL与S0F2

［关键能力］

杂化轨道理论及其应用

1.杂化轨道理论的要点

(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

是不可能发生杂化的。

(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，形成对应的分子构

型。但如果分子中存在孤对电子，分子构型会发生变化，如此0、

NH3等。

(4)sp1杂化和sp2杂化的两种形式中，原子还有未参与杂亿的

p轨道，可用于形成兀键，而杂化轨道只能用于形成。键，或者

用来容纳未参与成键的孤对电子。

2.杂化轨道类型

(l)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轨道与两个硬

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：

E32p

2s

(3)spi杂化：同一个原子中能量相近的一个〃s轨道与一个

叩轨道进行杂化组合成两个新的sp】杂化轨道。如C2H2分子中

sp1杂化轨道形成示意图：

3.用杂化轨道理论解释典型分子的空间构型

(1)NH3分子的空间构型

在形成N%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N%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。键，另一个轨道中有

一对孤对电子，不能再与H原子形成o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

107.3°),所以氨分子的空间构型为三角锥形。

(2)BF3分子的空间构型

B原子的电子排布为Is22s22p「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Is22sl2P[2p]。B原子的2s和两个2P轨道发生了sp?杂化，

组合成三个sp?杂化轨道，B原子的三个sp?杂化轨道分别与F

原子的一个2P轨道重叠形成三个sp2-po键。由于三个sp?杂化

轨道在同一平面上，而且夹角是120。，所以BF3分子具有平面三

角形结构。

(3)BeCL分子的空间构型

Be原子的电子排布为Is22s2,在形成BeCb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sp1

杂化轨道，与C1原子中的3P轨道重叠开彳成两个spLpo键。由于

杂化轨道的夹角是180°,所以形成的BeCb分子的空间构型是直

线形。

s-p杂化轨道和简单分子几何构型的关系

等性一化彳、等性会化

杂化方术

sp

轨遒天用180°120°109°28'一一一

中心原孑n<ns

在周期袤《个别mxIV.4V人VI人VI人

中中位置例外）

中心原孑

的孤心孑000/23

对教

分孑的平面:三南

近线切V彩直线1

何构理三角巧面体巧锥巧

妈、叫、NH3、%0、

实例%Ha

映犯科

形成性自评

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，有利于牢固成键

D.CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109。28’

2.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是（）

A.C2H2与C2H4B.C02与SO2

C.CH4与NH3D.BeCb与BF3

3.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。键、未杂化的2P轨道形成兀键

B.sp?杂化轨道形成兀键、未杂化的2p轨道形成o键

C.C、H之间是sp?杂化轨道形成的。键，C、C之间是未能

参加杂化的2P轨道形成的兀键

DC、C之间是sp?杂化轨道形成的。键，C、H之间是未能

参加杂化的2P轨道形成的兀键

4.在BrCH=CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是

（）

A.sp—pB.sp2—s

C.sp2—pD.sp3-p

5,下列说法正确的是（）

A.凡是中心原子采取sp?杂化轨道成键的分子其儿何构型都

是四面体形

3

B.CH4分子中的sp杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C

原子的2P轨道混合而形成的

C.乙烘分子中，两个碳原子均采用sp?杂化

D.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的1个S轨道和3

个p轨道混合起来形成的一组能量相等的新轨道

6.下列分子或离子中，其中心原子的杂化方式和分子或离子

的空间构型均正确的是（）

A.C2H2：sp2、直线形B.sor：sp\三角锥形

C.H3O：sp3、V形D.BF3：sp?、平面三角形

7.在SCh分子中，分子的立体构型为V形，S原子采用sp?

杂化，那么SCh的键角（）

A.等于120°B.大于120°

C.小于120°D.等于180°

8.利用杂化轨道埋论填写卜表。

分子或离中心原子杂化立体构

子类型型

cor

SiF4

BH；

CH3

AsBrs

+

H2F

BeF2

SCh—

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第2课时杂化轨道理论

基础知识

新知预习

一、1.2s2psp3sp3

2.111123234180°120°109°28z

直线形平面三角形正四面体形

即时性自测

1.⑴J(2)V(3)X(4)X(5)J

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:A

3.解析：HCI为双原子分子，双原子分子中不存在杂化过

程；CC14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。键;BeCL

是直线形分子，钺原子以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。键；BCL为平面三角形结构，硼

原子以3个sp?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o键。

答案：B

4.解析：sp杂化轨道的夹角为180。，sp?杂化轨道的夹角为

120。，sp3杂化轨道的夹角为109。28’。

答案：A

技能素养

例答案：

中心原子价中心原子杂VSEPR模

粒子空间构型

层电子对数化轨道类型型

Na2SP直线形直线形

COS2sp直线形直线形

4sp3V形

SF2四面体

平面三角平面三角

A1F33sp2

形形

NH74sp3四面体V形

S0C1平面三角平面三角

3sp-

2形形

1074sp3四面体三角锥形

提升解析：H2s与0F2中中心原子价层电子对数均为4,

发生sp3杂化，A正确；N03与BC13分子中中心原子杂化方式分

别为Sp3、Sp?杂化，B错误；PC13与H2O2中中心原子杂化方式

均为sp3杂化，C正确；COC12与SOF2的中心原子杂化方式分别

为sp2、sp3杂化,D错误。

答案：AC

形成性自评

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；

轨道数目杂化前后一定相等，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

成牢固的化学键，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：B

2.解析：C2H2分子中的C采用spi杂化，C2H4分子中的C

采用sp2杂化，故A不正确；C02分子中的C采用sp1杂化，SO2

分子中的S采用spz杂化，故B不正确；CH4分子中的C采用sp3

杂化，N%分子中的N也采用sp?杂化，故C正确；BeCL分子

中的Be采用sp1杂化，BF3分子中的B采用spn杂化，故DK正

确。

答案：C

3.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，。键电子对数为3,则C原子采取sp?杂

化，C、H之间是sp?杂化轨道形成的。键，C、C之间有一个是

sp2杂化轨道形成的。键，另一个是未参加杂化的2p轨道形成的

兀键。

答案：A

4.解析：BrCH=CHBr分子中的两个碳原子都是采取sp?

杂化，溟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键采用的成键轨道

是sp2—p,C项正确。

答案：c

5.解析：中心原子采取sp3杂化的分子，VSEPR模型是四

面体形，但其立体构型不一定是四面体形，如水和氨气分子中的

中心原子均采取sp3杂化，但H?0是V形分子，NH3是三角隹形

分子，A项错误；甲烷分子中碳原子形成4个。键且不含孤电子

对，碳原子采取sp3杂化，这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。键，B项错误；乙焕分子中

每个C原子形成2个。键和2个兀键，价层电子对数是2,且不

含孤电子对，故C原子均为sp杂化，C项错误；同一个原子中

能量相近的s轨道和p轨道通过杂化可形成一组能量相等的新轨

道，D项正确。

答案：D

6.解析：乙快的结构式为H—C三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原子均采取sp杂化,

C2H2为直线形结构，A项错误；SOF的中心原子的价层电子对

数=4+：X(6+2—4X2)=4,所含孤电子对数为0,杂化轨道数

为4,S原子采取卬3杂化，分子的空间构型为正四面体形，B项

错误；AO'的中心原子的价层电子对数=3+；X(6—1—3X1)

=4,所以中心原子采取sp?杂化，因该离子中含有一对孤电子对，

所以其空间构型为三角锥形，C项错误；BF3的中心原子的价层

电子对数=3+0=3,杂化轨道数为3,所以B原子采取spz杂化,

所含孤电子对数%0,所以其空间构型为平面三角形，D项正确。

答案：D

7.解析：SO?分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上

看其键角应为120°,但由于Sth分子中的S原子有一对孤电子

对，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此SO2分子中的键角

应小于120%

答案：C

8.答案：

分子或离子中心原子杂化类型立体构型

corsp2杂化平面三角形

SiF4Sp3杂化正四面体

BHIsp3杂化正四面体

CH?Sp?杂化平面三角形

AsBr?sp3杂化三角锥形

+杂化

H2FSp?V形

BeF2sp杂化直线形

SC12Sp?杂化V形

阶段重点突破练

一'选择题：每小题只有一个选项符合题意。

1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是（）

A.杂化轨道全部参加形成化学键

B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109。28'、为0。、180。

C.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.杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变

答案A

解析杂化轨道可以部分参加形成化学键，例如NH-i中N发生了sp3杂化，形成了4个sp-'

杂化轨道，但是只有3个参与形成化学键，故A错误；sp\sp\sp杂化轨道其空间结构分

别是正四面体形、平面三角形、直线形，所以其夹角分别为109°28'、120。、180。，故B

正确；四面体形、三角锥杉、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释，如甲烷、氮气分子、

水分子等分子的中心原子均属于sp，杂化，故C正确；杂化前后的轨道数不变，杂化后，各

个轨道尽可能分散、对称分布，导致.轨道的形技发生了改变，故D正确“

2.下列关于氨气和甲烷的说法不正确的是（）

A.两种分子的VSEPR模型相同

B.NH3分子中N原子形成四个不等性杂化轨道，CE分子中C原子形成4个等性杂化轨道

C.NH3分子中有一对未成键的孤电子对，而甲烷分子中没有孤电子对，两分子的空间结构

不同

D.N%分子可以与H+结合生成NH；,这个过程N原子的杂化类型发生改变

答案D

解析氮气分子中氮原子杂化轨道数为1+3=4,属于sp3杂化；甲烷分子中的碳原子杂化

凯道数为0+4=4,属于sp3杂化，类型相同，A正确：N%分子中N原子有孤也子对，所

以叙原子杂化凯道数为1+3=4,形成四个不等性杂化轨道；甲烷分子中的碳原子无孤电子

对，杂化凯道数为0+4=4,形成4个等性杂化轨道，B正确；NH3中N原子形成3个o键，

有一对未成键的孤电子对，杂化轨道数为4,采取sp3杂化，孤曲子对对成键电子的排斥作

用较强，N—H之间的键角小于109。28',所以氯气分子空间结构是三角锥形；CH4分子中

C原子采取sp3杂化，杂化软道全部用于成键，碳原子连接4个相同的原子，c—H之间的

键角相等为109°28',故CHj为正四面体形，C正确；NH3分子可以与H卡结合生成NH；,

这个过程N原子的杂化类型并未发生改变，仍是sp3杂化，正确选项D。

3.徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO?、BR、CHACOOH

等。下列说法正确的是（）

A.H2O2分子中的。为sp2杂化

B.CO2分子中C原子为sp杂化

C.BF3分子中的B原子卬3杂化

D.CH3coOH分子中C原子均为sp?杂化

答案B

解析H2O2分子中氧原子形成2个。键，含有2对孤电子对，采取sp?杂化，故A错误；

CO2分子中C原子形成2个。键，没有孤电子对，采取sp杂化，故B正确：BF3分子中的

B原子的最外层位子数3,形成3个。键，没有孤电子对，采取sp2杂化，故C错误;CH3coOH

分子中有2个碳原子，其中甲基上的碳原子形成4个。健，没有孤对电子，采取sp3杂化，

故D错误。

4.下列物质中，化学键类型和分子空间构型皆相同的是（）

A.CO2和SO3B.CH4fUSiH4

C.BF3和PH3D.HC1和NHC

答案B

解析C02和S03都含有共价键，但CO2为直线形分子，SO3为平面三角形，故A错误；

CH」和SiH&都含有共价键，且都是正四面体形，故B正确；BR和P%都含有共价键，BF3

为平面三角形，PH3为三角锥形，故C错误；HC1只含共价键，NHK1含有离子键和共价

蛙，故D错误。

5.用价层电子对互斥理论判断SO3的空间构型为（）

A.正四面体形B.V形

C.三角锥形D.平面三角形

答案D

解析SO3的中心原子硫原子的价电子数为6,与中心原子结合的原子数为3,氧原子最多

能接受的电子数为2,则中心原子的孤电子对数=；X（6—3X2）=0,故价层电子对数=。键

电子对数=3,S03的空间构型与其价层电子对互斥模型一致，为平面三角形。

6.下列描述中正确的是（）

A.COz分子的空间结构为V形

B.CIO］的空间结构为平面三角形

C.SF6中每个原子均满足最外层8电子稳定结构

D.SiFj和SO歹的中心原子均为sp3杂化

答案D

解析CO2分子中C原子形成2个。键，孤电子对数为0,为直线形分子；QO,中C1原子

形成3个。键，孤电子对数为2上巧^^=1,为三角维形离子；SFG中S原子最外层电

子数为6X2=12;SiF4分子中Si原子形成4个。健，孤也子对数为0,为sp'杂化，SO歹中

S原子形成3个o键，孤原子对成为3+X2）=],为sp3杂化，D正确。

二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。

7.下列中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构不正确的是（）

A.PC13中P原子sp3杂化,为正四面体形

B.BCL中B原子sp?杂亿，为平面三角形

C.H2s中S原子为sp杂化，为直线形

D.CS?中C原子sp杂化，为直线形

答案AC

解析PC13中P原子形成3个。键，孤电子对数为一尸=1，则为Sp*杂化，为三角锥形，

3—3X1

故A错误；BCb中B原子形成3个。键，孤电子对数为2―—=°，则为sp?杂化，为平

面三角形，故B正确：H2s分子中S原子形成2个o键，孤电子对数为；XI=2,则为

sp3杂化，为V形，故C错误；CS2中C原子形成2个。键，孤电子对数为一）=0,则

为sp杂化，为直线形，故D正确。

8.下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是（）

选项粒子空间结构杂化方式

ASO3平面三角形S原子采取sp杂化

形原子采取杂化

Bso2VSsp3

Ccor三角锥形C原子采取sp2杂化

DC2H2直线形C原子采取sp杂化

答案D

9.下列中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构不正确的是（）

A.NO*中N原子sp?杂化，为V形

B.NH；中N原子sp3杂化，为正四面体形

C.NR中N原子sp2杂化，为平面三角形

D.SO2中S原子sp2杂化，为V形

答案C

5—3X1

解析NF.?分子中，N原子形成3个。键，孤电子对数为2—\—=1,则为sp3杂化，为三

角锥形，C错误。

三、非选择题

10.指出下列粒子的空间结构

(DOFz_______；(2)BeF2；(3)PF3；(4)BrO；。

答案(1)V形

(2)直线形

⑶三角锥形

(4)三角锥形

解析(DOF?中中心原子为O,价层电子对数=2+6；X2=4,成健电子对数为2,孤电

子对数为2,孤电子对越多，排斥力越大，所以OF2分子的空间结构为V形。

2—JX2

(2)BeF2中中心原子为Be,价层也子对数=2+—广l=2,成键包子对数为2,孤电子对

数为()，由于无孤电子对的排斥，所以BeF2为直线形。

5—।x3

(3)PF3中中心原子为P,价层也子对数=3+—『=4,成键电子对数为3,孤电子对数为

1.由于有一对孤电子对对成键电子对的排斥,所以PF；分子结构为三角锥形。

7+I_ox3

(4)BrO；中中心原子为Br,价层也子对数=3+------广一=4,成键电子对数为3,孤电

子对数为1,由于孤电子对对成键电子对的排斥，所以BrOf的空间结构为三角锥形。

11.(河北衡水中学高二月考)(1)在BF3分子中，F—B—F的键角是,硼原子的杂化

轨道类型为，BE和过量NaF作用可生成NaBF4，BF4的空间构型为。

⑵明(N2H。分子可视为N%分子中的一个氢原子被一NHX氨基)取代形成的另一种氮的氢化

物。N比分子的空间构型是;N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是,

(3汨+可与H20形成H.Q'ECr中氧原子采用杂化。HQ+中H—O—H键角比H2O

中H—O—H键角大，原因为o

(4)SCT的空间构型是,其中硫原子的杂化轨道类型是。

答案⑴120。sp2正三面体形

⑵三角锥形sp3

⑶sp3氏0中氧原子有2对孤电子对，HQ，中氧原子只有1对孤电子对，排斥力较小

(4)正四面休形sp3

解析(1)因为BF3的空间构型为平面三角形，所以F—B—F的键角为120。。

(4)SOK的中心原子S的成键电子对数为4,无孤电子将，为正四面体结构，中心原子采用

sp3杂化。

H

I

H(>—C—C=N

I

12.(1)HOCH2CN的结构简式为H,HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类

型分别是和。

⑵下列一组微粒中键角由大到小顺序排列为(填字母)。

+

A.CO2B.SiF4C.SCI2D.COfE.H3O

答案⑴Sp'Sp

(2)A>D>B>E>C

解析(2)A项，CO?是直线结构，键角为180°;B项，SiF,为正四面体结构，键角为109。28';

C项，SCb中S采用sp3杂化，为V形结构；D项，COM中C采用sp?杂化，为平面三角形

结构，键角为120°;E项，H.Q+中O采用sp，余化，为三角锥形结构，C中2对孤电子对

之间的