基礎(chǔ)課時7　雜化軌道理論簡介學 習 任 務1．知道雜化軌道理論的基本內(nèi)容。2．能根據(jù)雜化軌道理論確定簡單分子的空間結(jié)構(gòu)。1．用雜化軌道理論解釋甲烷分子的形成在形成CH4分子時，碳原子的一個2s軌道和三個2p軌道發(fā)生混雜，形成4個能量相等的sp3雜化軌道。4個sp3雜化軌道分別與4個H原子的1s軌道重疊形成4個C—Hσ鍵，所以4個C—H是等同的。2．雜化軌道的形成及其特點3．雜化軌道類型及其空間結(jié)構(gòu)(1)sp3雜化軌道sp3雜化軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化形成的。sp3雜化軌道間的夾角是109°28′，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形(如下圖所示)。(2)sp2雜化軌道sp2雜化軌道是由1個s軌道和2個p軌道雜化而成的。sp2雜化軌道間的夾角是120°，呈平面三角形(如下圖所示)。(3)sp雜化軌道sp雜化軌道是由1個s軌道和1個p軌道雜化而成的。sp雜化軌道間的夾角是180°，呈直線形(如下圖所示)。微點撥：sp、sp2兩種雜化形式中還有未參與雜化的p軌道，可用于形成π鍵，而雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對。(4)VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型雜化軌道類型VSEPR模型典型分子空間結(jié)構(gòu)spCO2直線形sp2SO2V形sp3H2OV形sp2SO3平面三角形sp3NH3三角錐形sp3CH4正四面體形　(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)雜化軌道與參與雜化的原子軌道的數(shù)目相同，但能量不同。 (√)(2)雜化軌道間的夾角與分子內(nèi)的鍵角不一定相同。 (√)(3)凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子其空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形。(×)(4)凡AB3型的共價化合物，其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵。 (×)　下列關(guān)于雜化軌道的敘述不正確的是(　　)A．分子的中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時，該分子不一定為正四面體形B．雜化軌道可用于形成σ鍵、π鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對C．雜化前后原子軌道數(shù)目不變，但軌道的形狀發(fā)生了變化D．sp3、sp2、sp雜化軌道間的夾角分別為109°28′、120°、180°B　[分子的中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時，該分子不一定為正四面體形，可能是三角錐形或V形，如NH3是三角錐形、H2O是V形，故A正確。雜化軌道用來形成σ鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對，不能用于形成π鍵，未參與雜化的軌道可用來形成π鍵，故B錯誤。雜化前后原子軌道數(shù)目不變，但雜化后軌道形狀發(fā)生變化，故C正確。sp3、sp2、sp雜化軌道間的夾角分別為109°28′、120°、180°，故D正確。]雜化軌道理論要點及中心原子的雜化軌道類型的判斷用價層電子對互斥模型只能解釋分子的空間結(jié)構(gòu)，卻無法解釋許多深層次的問題，如無法解釋甲烷分子中四個C—H的鍵長、鍵能相同及H—C—H的鍵角為109°28′。按照我們已經(jīng)學過的價鍵理論，甲烷分子的4個C—H都應該是σ鍵，然而，碳原子的4個價層原子軌道是3個相互垂直的2p軌道和1個球形的2s軌道，用它們跟4個氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到正四面體形的甲烷分子。為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論。[問題1]　寫出碳原子的價電子排布式，這些價電子的能量是否相同？提示：2s22p2，這些價電子的能量不完全相同，2s電子與2p電子的能量不同。[問題2]　碳原子的2s電子的能量與2p電子的能量是否有很大的差別？提示：沒有很大的差別。2s軌道與2p軌道都處于第二能層，能量有差別但差別不是很大。[問題3]　碳原子的2s軌道電子能進入2p軌道嗎？提示：能。2s軌道的電子激發(fā)后可以進入2p軌道。1．雜化軌道理論要點(1)只有能量相近的原子軌道才能雜化。(2)雜化軌道數(shù)目和參與雜化的原子軌道數(shù)目相等，雜化軌道能量相同。(3)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)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。(5)雜化軌道只用于形成σ鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對。(6)未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。2．中心原子雜化軌道類型的判斷(1)利用價層電子對互斥模型、雜化軌道理論判斷分子構(gòu)型的思路：價層電子對雜化軌道數(shù)雜化類型雜化軌道構(gòu)型。(2)根據(jù)雜化軌道之間的夾角判斷：若雜化軌道之間的夾角為109°28′，則中心原子發(fā)生sp3雜化；若雜化軌道之間的夾角為120°，則中心原子發(fā)生sp2雜化；若雜化軌道之間的夾角為180°，則中心原子發(fā)生sp雜化。(3)有機物中碳原子雜化類型的判斷：飽和碳原子采取sp3雜化，連接雙鍵的碳原子采取sp2雜化，連接三鍵的碳原子采取sp雜化。1．下列分子中中心原子的雜化方式和分子的空間結(jié)構(gòu)均正確的是(　　)A．C2H2：sp2、直線形 B．SO：sp3、三角錐形C．H3O＋：sp3、V形 D．BF3：sp2、平面三角形D　[乙炔的結(jié)構(gòu)式為H—C≡C—H，每個碳原子價層電子對個數(shù)是2且不含孤電子對，所以C原子采用sp雜化，為直線形結(jié)構(gòu)；SO中硫原子的價層電子對數(shù)＝4，孤電子對數(shù)為0，采取sp3雜化，為正四面體形；H3O＋中氧原子的價層電子對數(shù)＝3＋1＝4，所以中心原子原子軌道為sp3雜化，該離子中含有一個孤電子對，所以其空間結(jié)構(gòu)為三角錐形；BF3分子中硼原子價層電子對數(shù)＝3＋0＝3，雜化軌道數(shù)為3，孤電子對數(shù)為0，所以其空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。]2．已知三聚氰胺的結(jié)構(gòu)簡式如下圖所示：三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚體，請回答下列問題：(1)寫出基態(tài)碳原子的電子排布式：__________。(2)氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺環(huán)上的氮原子和氨基中的氮原子，這三種氮原子的雜化方式分別是__________、__________、__________。(3)一個三聚氰胺分子中有__________個σ鍵。[解析]　(2)—C≡N中的N原子、三聚氰胺環(huán)上的N原子、—NH2中的N原子分別參與形成1、2、3個σ鍵且均有一對未成鍵的孤電子對，所以分別采取sp、sp2、sp3雜化。(3)三聚氰胺分子中除每個雙鍵上有1個σ鍵外，其余共價單鍵均為σ鍵。[答案]　(1)1s22s22p2　(2)sp　sp2　sp3　(3)15根據(jù)分子的空間結(jié)構(gòu)判斷中心原子雜化軌道類型的方法?1?若分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形或三角錐形，則分子的中心原子采取sp3雜化。?2?若分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，則分子的中心原子采取sp2雜化。?3?若分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形，則分子的中心原子采取sp雜化。?4?若分子的空間結(jié)構(gòu)為V形，則分子的中心原子采取sp2雜化或sp3雜化。 1．下列關(guān)于雜化軌道的說法錯誤的是(　　)A．并不是所有的原子軌道都參與雜化B．同一原子中能量相近的原子軌道參與雜化C．雜化軌道能量集中，有利于牢固成鍵D．雜化軌道都用來成鍵D　[參與雜化的原子軌道，其能量不能相差太大，如1s與2s、2p的能量相差太大，不能形成雜化軌道，即只有能量相近的原子軌道才能參與雜化，故A、B正確；雜化軌道的電子云一頭大一頭小，成鍵時利用大的一頭，可使電子云的重疊程度更大，形成牢固的化學鍵，故C項正確；并不是所有的雜化軌道中都成鍵，也可以容納孤電子對(如NH3、H2O的形成)，故D項錯誤。]2．三氯化磷分子中的中心原子以sp3雜化，下列有關(guān)敘述正確的是(　　)①3個P—Cl鍵長、鍵角均相等②空間結(jié)構(gòu)為平面三角形③空間結(jié)構(gòu)為正四面體形④空間結(jié)構(gòu)為三角錐形A．①②　　　B．②③　　　C．③④　　　D．①④D　[PCl3中P原子采取sp3雜化，有一對孤電子對，結(jié)構(gòu)類似于NH3分子，3個P—Cl鍵長、鍵角均相等，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。]3．徐光憲在《分子共和國》一書中介紹了許多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列說法正確的是(　　)A．H2O2分子中的O原子為sp2雜化B．CO2分子中的C原子為sp雜化C．BF3分子中的B原子為sp3雜化D．CH3COOH分子中的C原子均為sp2雜化B　[H2O2分子中O原子形成2個σ鍵，含有2對孤電子對，所以O原子為sp3雜化，A錯誤；CO2分子為直線形，C原子為sp雜化，B正確；BF3分子中B原子形成3個σ鍵，沒有孤電子對，B原子為sp2雜化，C錯誤；CH3COOH分子的羧基中C原子形成3個σ鍵，沒有孤電子對，采取sp2雜化，但甲基中C原子形成4個σ鍵，沒有孤電子對，采取sp3雜化，D錯誤。]4．以硼酸(H3BO3)為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4)，NaBH4是有機合成中重要的還原劑，可將羧酸直接還原成醇。(1)BH中B原子的雜化類型為__________，BH的空間結(jié)構(gòu)為__________。(2)乙酸分子()中鍵角1大于鍵角2，其原因為___________。[解析]　(1)BH中B原子的σ鍵電子對數(shù)為4，孤電子對數(shù)＝＝0，價層電子對數(shù)為4，故B原子采取sp3雜化，BH的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。(2)由于雙鍵對單鍵的斥力大于單鍵對單鍵的斥力，所以乙酸分子中鍵角1大于鍵角2。[答案]　(1)sp3　正四面體形　(2)C===O對C—C的斥力大于C—O對C—C的斥力5．寫出下列原子的雜化軌道類型及分子的結(jié)構(gòu)式、空間結(jié)構(gòu)。(1)CO2分子中的C原子采取__________雜化，分子的結(jié)構(gòu)式為__________，空間結(jié)構(gòu)呈__________。(2)HCHO中的C原子采取__________雜化，分子的結(jié)構(gòu)式為__________，空間結(jié)構(gòu)呈__________。(3)H2S分子中的S原子采取__________雜化，分子的結(jié)構(gòu)式為__________，空間結(jié)構(gòu)呈__________。[解析]　(1)CO2分子中C原子的價層電子對數(shù)＝2＋＝2，C原子采取sp雜化，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形。(2)HCHO中C原子與2個H原子形成2個σ鍵，與O原子形成1個σ鍵和1個π鍵，無孤電子對，故中心原子的雜化軌道數(shù)為3，采取sp2雜化，分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。(3)H2S分子中S原子的價層電子對數(shù)＝2＋＝4，S原子采取sp3雜化，VSEPR模型為四面體形，S原子上孤電子對數(shù)為2，故H2S分子的空間結(jié)構(gòu)為V形。[答案]　(1)sp　O===C===O　直線形(2)sp2　　平面三角形(3)sp3　H—S—H　V形  

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第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修2

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