第2課時　雜化軌道理論[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]　1.通過雜化軌道理論的學習，能從微觀角度理解中心原子的雜化類型對分子空間結構的影響。2.通過雜化軌道理論的學習，掌握中心原子雜化軌道類型判斷的方法，建立分子空間結構分析的思維模型。一、雜化軌道理論簡介1．雜化軌道的含義在外界條件影響下，原子內部能量相近的原子軌道重新組合形成新的原子軌道的過程叫做原子軌道的雜化。重新組合后的新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。2．雜化軌道理論要點(1)原子在成鍵時，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。(2)雜化前后原子軌道數(shù)目不變(參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目)，且雜化軌道的能量相同。(3)雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。雜化軌道在角度分布上比單純的s或p軌道在某一方向上更集中，例如s軌道與p軌道雜化后形成的雜化軌道一頭大一頭小，如圖，成鍵時根據(jù)最大重疊原理，使它的大頭與其他原子軌道重疊，重疊程度更大，形成的共價鍵更牢固。(4)為使相互間的排斥最小，雜化軌道在空間取最大夾角分布。同一組雜化軌道的伸展方向不同，但形狀完全相同。(1)發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子(　　)(2)原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發(fā)生，孤立的原子是不可能發(fā)生雜化的(　　)(3)只有能量相近的軌道才能雜化(　　)(4)雜化軌道能量更集中，有利于牢固成鍵(　　)(5)雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵(　　)答案　(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√  雜化軌道理論四要點(1)能量相近原子在成鍵時，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。(2)數(shù)目不變形成的雜化軌道數(shù)與參與雜化的原子軌道數(shù)相等。(3)成鍵能力增強雜化改變原有軌道的形狀和伸展方向，使原子形成的共價鍵更牢固。(4)排斥力最小雜化軌道為使相互間的排斥力最小，故在空間取最大夾角分布，不同的雜化軌道伸展方向不同。二、雜化軌道類型與分子空間結構的關系1．雜化軌道的類型(1)sp3雜化軌道——正四面體形sp3雜化軌道是由1個ns軌道和3個np軌道雜化而成，每個sp3雜化軌道都含有s和p的成分，sp3雜化軌道間的夾角為109°28′，空間結構為正四面體形。如下圖所示。(2)sp2雜化軌道——平面三角形sp2雜化軌道是由1個ns軌道和2個np軌道雜化而成的，每個sp2雜化軌道含有s和p成分，sp2雜化軌道間的夾角都是120°，呈平面三角形，如下圖所示。(3)sp雜化——直線形sp雜化軌道是由1個ns軌道和1個np軌道雜化而成的，每個sp雜化軌道含有s和p的成分，sp雜化軌道間的夾角為180°，呈直線形，如下圖所示。2．雜化軌道類型與分子空間結構的關系(1)當雜化軌道全部用于形成σ鍵時，分子或離子的空間結構與雜化軌道的空間結構相同。雜化類型spsp2sp3軌道夾角180°120°109°28′雜化軌道示意圖實例BeCl2BF3CH4分子結構示意圖分子空間結構直線形平面三角形正四面體形 (2)當雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時，孤電子對對成鍵電子對的排斥作用，會使分子或離子的空間結構與雜化軌道的形狀有所不同。ABn型分子中心原子雜化類型中心原子孤電子對數(shù)空間結構實例AB2sp21V形SO2AB3sp31三角錐形NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2或(B2A)2V形H2S、NH (1)雜化軌道的空間結構與分子的空間結構不一定一致(　　)(2)雜化軌道間的夾角與分子內的鍵角一定相同(　　)(3)凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵分子其空間結構都是正四面體形(　　)(4)凡AB3型共價化合物，其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵(　　)(5)NH3分子的空間結構為三角錐形，則氮原子的雜化方式為sp3(　　)(6)C2H4分子中的鍵角都約是120°，則碳原子的雜化方式是sp2(　　)答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√ 1．填表物質價層電子對數(shù)雜化軌道數(shù)雜化軌道類型CO222spCH2O33sp2CH444sp3SO233sp2NH344sp3H2O44sp3 2.下列分子的空間結構可用sp2雜化軌道來解釋的是(　　)①BF3　②CH2==CH2　③　④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4A．①②③   B．①⑤⑥C．②③④   D．③⑤⑥答案　A解析　sp2雜化軌道形成夾角為120°的平面三角形，①BF3為平面三角形且B—F夾角為120°；②C2H4中碳原子以sp2雜化，未雜化的2p軌道重疊形成π鍵；③與②相似；④乙炔中的碳原子為sp雜化，未雜化的2p軌道重疊形成π鍵；⑤NH3中的氮原子為sp3雜化；⑥CH4中的碳原子為sp3雜化。 判斷中心原子雜化軌道類型的三種方法(1)根據(jù)雜化軌道數(shù)目判斷雜化軌道只能用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對，而兩個原子之間只能形成一個σ鍵，故有下列關系：雜化軌道數(shù)目＝價層電子對數(shù)目＝σ鍵電子對數(shù)目＋中心原子的孤電子對數(shù)目，再由雜化軌道數(shù)目確定雜化類型。雜化軌道數(shù)目234雜化類型spsp2sp3 (2)根據(jù)雜化軌道的空間分布判斷①若雜化軌道在空間的分布為正四面體或三角錐形，則中心原子發(fā)生sp3雜化。②若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形，則中心原子發(fā)生sp2雜化。③若雜化軌道在空間的分布呈直線形，則中心原子發(fā)生sp雜化。(3)根據(jù)雜化軌道之間的夾角判斷①若雜化軌道之間的夾角為109°28′，則中心原子發(fā)生sp3雜化。②若雜化軌道之間的夾角為120°，則中心原子發(fā)生sp2雜化。③若雜化軌道之間的夾角為180°，則中心原子發(fā)生sp雜化。提醒　有機物分子中碳原子雜化類型的判斷方法：飽和碳原子均采取sp3雜化；連接雙鍵的碳原子均采取sp2雜化；連接三鍵的碳原子均采取sp雜化。1．下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是(　　)A．CO2與SO2   B．CH4與NH3C．BeCl2與BF3   D．C2H2與C2H4答案　B解析　CO2為sp雜化，SO2為sp2雜化，A項錯誤；均為sp3雜化，B項正確；BeCl2為sp雜化，BF3為sp2雜化，C項錯誤；C2H2為sp雜化，C2H4為sp2雜化，D項錯誤。2．(2019·岑鞏縣第四中學高二期末)下列分子中的中心原子的雜化方式為sp雜化，分子的空間結構為直線形且分子中沒有形成π鍵的是(　　)A．CH≡CH   B．CO2C．BeCl2   D．BF3答案　C解析　CH≡CH中含有三鍵，所以有π鍵，不符合題意，故A不選；CO2的結構式為O==C==O，分子中含有碳氧雙鍵，含有π鍵，不符合題意，故B不選；氯化鈹分子中，鈹原子含有兩個共價單鍵，不含孤電子對，所以價層電子對數(shù)是2，中心原子以sp雜化軌道成鍵，分子中不含π鍵，故C選；BF3中B原子含有3個共價單鍵，所以價層電子對數(shù)是3，中心原子以sp2雜化軌道成鍵，故D不選。3．下列有關甲醛(HCHO)分子的說法正確的是(　　)①C原子采取sp雜化　 ②甲醛分子為三角錐形結構③C原子采取sp2雜化　 ④甲醛分子為平面三角形結構A．①②  B．②③  C．③④  D．①④答案　C解析　甲醛(HCHO)分子中的C原子為中心原子，其價層電子對數(shù)為3，C原子采取sp2雜化，C原子與其他原子形成3個σ鍵，沒有孤電子對，故甲醛分子為平面三角形結構。綜上所述，有關甲醛(HCHO)分子的說法正確的是③④，故選C。4．已知某XY2分子屬于V形分子，下列說法正確的是(　　)A．X原子一定是sp2雜化B．X原子一定為sp3雜化C．X原子上一定存在孤電子對D．VSEPR模型一定是平面三角形答案　C解析　若X原子無孤電子對，則它一定是直線形分子，若X有一對孤電子對或兩對孤電子對，則XY2一定為V形分子，此種情況下X的原子軌道可能為sp2雜化，也可能是sp3雜化，A、B項錯誤，C項正確；若X有兩對孤電子對，則該分子的VSEPR模型為四面體形，D項錯誤。5．在BrCH==CHBr分子中，C—Br采用的成鍵軌道是(　　)A．sp-p   B．sp2-sC．sp2-p   D．sp3-p答案　C解析　分子中的兩個碳原子都是采用sp2雜化，溴原子的價電子排布式為4s24p5，4p軌道上有一個單電子，與碳原子的一個sp2雜化軌道成鍵。6．乙烯分子中含有4個C—H和1個C==C，6個原子在同一平面上。下列關于乙烯分子的成鍵情況分析正確的是(　　)①每個C原子的2s軌道與2p軌道雜化，形成兩個sp雜化軌道　②每個C原子的2s軌道與2個2p軌道雜化，形成3個sp2雜化軌道　③每個C原子的2s軌道與3個2p軌道雜化，形成4個sp3雜化軌道　④每個C原子的3個價電子占據(jù)3個雜化軌道，1個價電子占據(jù)1個2p軌道A．①③   B．②④C．①④   D．②③答案　B解析　乙烯分子中每個C原子與1個C原子和2個H原子成鍵，必須形成3個σ鍵，6個原子在同一平面上，則鍵角為120°，為sp2雜化，形成3個sp2雜化軌道，1個價電子占據(jù)1個2p軌道，2個C原子成鍵時形成1個π鍵，②④正確，故選B。7．回答下列問題(1)圖(a)為S8的結構，其硫原子的雜化軌道類型為________________。(2)氣態(tài)三氧化硫以單分子形式存在，其分子的空間結構為________；固體三氧化硫中存在如圖(b)所示的三聚分子，該分子中S原子的雜化軌道類型為________。(3)COCl2分子中所有原子均滿足8電子構型，COCl2分子中σ鍵和π鍵的個數(shù)比為________，中心原子的雜化方式為________________。(4)As4O6的分子結構如圖所示，其中As原子的雜化方式為________________。(5)AlH中，Al原子的軌道雜化方式為________。答案　(1) sp3　(2)平面三角形　sp3　(3)3∶1　sp2　(4)sp3　(5)sp3

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第二節(jié) 分子的空間結構

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修2

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