知識點一 雜化軌道理論
1.雜化軌道理論簡介(1)提出:雜化軌道理論是一種　　　　理論,是　　　　為了解釋分子的空間結(jié)構(gòu)提出的。?(2)解釋甲烷分子的形成。①雜化軌道的形成:在形成CH4分子時,C原子的一個　　　軌道和三個　　　軌道發(fā)生混雜,形成4個能量相等的　　　雜化軌道。?②化學(xué)鍵的形成:4個　　　雜化軌道分別與4個H原子的1s軌道重疊形成4個C—H　　鍵,所以4個C—H是等同的,呈現(xiàn)　　　　　　　的空間結(jié)構(gòu)。
(3)雜化軌道的形成。只在形成分子的過程中發(fā)生,孤立的原子不可能發(fā)生雜化
深度思考1.2s軌道與3p軌道能否形成sp2雜化軌道?
2.sp、sp2兩種雜化形式中還有未參與雜化的p軌道,它和雜化軌道形成的化學(xué)鍵是否相同?
提示 不能。只有能量相近的原子軌道才能形成雜化軌道。2s與3p不在同一能級,能量相差較大。
提示 不相同。sp、sp2兩種雜化形式中還有未參與雜化的p軌道,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。
3.H2O分子中氧原子的價層電子排布式為2s22p4,2p軌道有兩個未成對電子,可分別與一個H原子的1s電子形成一個σ鍵,不用雜化。但事實是氧原子形成了四個sp3雜化軌道,且鍵角是105°,空間結(jié)構(gòu)為V形,為什么?
提示 在形成水分子時,O的2s軌道和2p軌道發(fā)生了sp3雜化,形成四個sp3雜化軌道,呈正四面體形。其中兩個sp3雜化軌道中各有一個未成對電子,另外兩個sp3雜化軌道已有兩個孤電子對,不再成鍵。氧原子與氫原子化合時, O的sp3雜化軌道與H的1s軌道重疊,形成兩個σ鍵。由于兩個孤電子對的電子云密集在O的周圍,對兩個成鍵的電子對有更大的排斥作用,使O—H之間的鍵角被壓縮,因此H2O分子的空間結(jié)構(gòu)為V形。
名師點撥原子軌道的雜化過程
拓展視野s、p能級共有4個軌道,全部參與雜化時,最多有4個雜化軌道,當(dāng)分子(或離子)中的中心原子上的價層電子對數(shù)超過4時,有d軌道參與雜化,且參與雜化的d軌道數(shù)=中心原子上的價層電子對數(shù)-4。
探究角度1 雜化軌道理論的理解例1 以下有關(guān)雜化軌道的說法正確的是(　　)A.sp3雜化軌道中軌道數(shù)為4,且4個雜化軌道能量相同B.雜化軌道既可能形成σ鍵,也可能形成π鍵C.雜化軌道不能容納孤電子對D.s軌道和p軌道雜化可能有sp4出現(xiàn)
解析 雜化前后軌道數(shù)目不變,雜化后軌道能量相同,因此sp3雜化軌道中軌道數(shù)為4,且4個雜化軌道能量相同,故A正確;雜化軌道只能形成σ鍵,未參與雜化的p軌道可形成π鍵,故B錯誤;雜化軌道可以容納孤電子對,比如氨氣,故C錯誤;s、p能級共有4個軌道,全部參與雜化時,最多有4個雜化軌道,為sp3雜化,故D錯誤。
歸納總結(jié)　雜化軌道理論的要點
[對點訓(xùn)練1]下列有關(guān)sp2雜化軌道的說法錯誤的是(　　)A.由同一能層上的s軌道與p軌道雜化而成B.共有3個能量相同的雜化軌道C.每個sp2雜化軌道中s能級成分占三分之一D.sp2雜化軌道最多可形成2個σ鍵
解析 參與雜化的軌道的能量是相近的,同一能層上s軌道與p軌道的能量差異不是很大,可形成sp2雜化軌道,A項正確;形成的雜化軌道能量相同,B項正確;sp2雜化軌道是由一個s軌道與兩個p軌道雜化而成的,所以每個sp2雜化軌道中s能級成分占三分之一,C項正確;雜化軌道用于形成σ鍵和容納孤電子對,sp2雜化軌道最多可形成3個σ鍵,D項錯誤。
探究角度2 用雜化軌道理論解釋有機物分子的結(jié)構(gòu)例2 如圖所示,在乙烯分子中有5個σ鍵、1個π鍵,下列表述正確的是(　　)A.C、C之間的化學(xué)鍵是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵B.C、H之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵C.sp2雜化軌道形成σ鍵,未雜化的2p軌道形成π鍵D.sp2雜化軌道形成π鍵,未雜化的2p軌道形成σ鍵
解析 C、C之間除未參加雜化的2p軌道形成的π鍵外,還有sp2雜化軌道形成的σ鍵,故A錯誤;C、H之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵,故B錯誤;sp2雜化軌道形成σ鍵,未雜化的2p軌道形成π鍵,故C正確、D錯誤。
[對點訓(xùn)練2]甲烷中的碳原子采用sp3雜化,下列用*標(biāo)注的碳原子的雜化類型和甲烷中的碳原子的雜化類型一致的是(　　)A.CH3*CH2CH3B.*CH2═CHCH3C.CH2═*CHCH2CH3D.HC≡*CCH3
解析 CH4中碳原子為飽和碳原子,采用sp3雜化。A項,亞甲基碳原子為飽和碳原子,采用sp3雜化;B、C項,C═C中的不飽和碳原子采用sp2雜化;D項, C≡C中的不飽和碳原子采用sp雜化。
方法點撥　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。
知識點二　VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型
VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型的關(guān)系
深度思考1.在 中,中心原子Cl是以雜化軌道方式與O原子成鍵,它們的空間結(jié)構(gòu)分別是什么?
2.CH4、NH3、H2O中心原子的雜化類型都為sp3,鍵角為什么依次減小?從雜化軌道理論的角度比較鍵角大小時有什么方法?
提示 由VSEPR模型可知, 中,中心原子Cl都是以sp3雜化軌道方式與O原子成鍵。它們的空間結(jié)構(gòu)分別是V形、三角錐形、正四面體形。
提示 CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3雜化,中心原子的孤電子對數(shù)依次為0、1、2。孤電子對數(shù)越多,對成鍵電子對的排斥作用越大,鍵角越小。
探究角度1 雜化軌道類型的判斷例1 試判斷下列分子的中心原子的雜化軌道類型:(1)NI3　(2)CH3Cl　(3)CO2
答案 (1)sp3　(2)sp3　(3)sp解析 中心原子的雜化軌道數(shù)n=中心原子上的價層電子對數(shù)=中心原子上的孤電子對數(shù)+σ鍵電子對數(shù)。(1)NI3中n=1+3=4,N原子采取sp3雜化。(2)CH3Cl中n=0+4=4,C原子采取sp3雜化。(3)CO2中n=0+2=2,C原子采取sp雜化。
思維建模　中心原子軌道雜化類型的判斷(1)根據(jù)雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)判斷:
(2)根據(jù)VSEPR模型判斷:
[對點訓(xùn)練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SO2B.C2H2與C2H4C.BeCl2與H2OD.CH4與NH3
解析 CO2中C形成2個σ鍵,無孤電子對,為sp雜化,SO2中S形成2個σ鍵,孤電子對數(shù)= =1,為sp2雜化,不相同,故A錯誤;C2H4中C形成3個σ鍵,無孤電子對,為sp2雜化,C2H2中C形成2個σ鍵,無孤電子對,為sp雜化,不相同,故B錯誤;BeCl2中Be形成2個σ鍵,無孤電子對,為sp雜化,H2O中O形成2個σ鍵,2個孤電子對,為sp3雜化,不相同,故C錯誤;CH4中C形成4個σ鍵,無孤電子對,為sp3雜化,NH3中N形成3個σ鍵,孤電子對數(shù)= =1,為sp3雜化,相同,故D正確。
[對點訓(xùn)練2](教材改編題)下列分子的空間結(jié)構(gòu)模型可用sp2雜化軌道來解釋的是(　　)
A.①②③B.①②④C.①③⑤D.②⑤⑥
探究角度2 雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系例2 指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)CS2分子中的C采取　　　　雜化,分子的結(jié)構(gòu)式為　　　 　,空間結(jié)構(gòu)為　　　　;?(2)HCHO中的C采取　　　　雜化,分子的結(jié)構(gòu)式為　　　 　,空間結(jié)構(gòu)為　　 　　;?(3)CCl4分子中的C采取　　　　雜化,分子的結(jié)構(gòu)式為　　 　,空間結(jié)構(gòu)為　　　　　　　;?(4)H2S分子中的S采取　　　　雜化,分子的結(jié)構(gòu)式為　　　 ,空間結(jié)構(gòu)為　　　　。?
解析 (1)CS2中中心C原子形成2個σ鍵,無孤電子對,價層電子對數(shù)為2,采取sp雜化,分子空間結(jié)構(gòu)為直線形。(2)HCHO中中心C原子形成3個σ鍵,無孤電子對,價層電子對數(shù)為3,采取sp2雜化,分子空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。(3)CCl4中中心C原子形成4個σ鍵,無孤電子對,價層電子對數(shù)為4,采取sp3雜化,分子空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。(4)H2S中中心S原子形成2個σ鍵,有2個孤電子對,價層電子對數(shù)為4,采取sp3雜化,分子空間結(jié)構(gòu)為V形。
[對點訓(xùn)練3]下列分子的中心原子采用sp3雜化,但分子的空間結(jié)構(gòu)不同的一組是(　　)①BF3　②BeCl2?、跦2S　④CS2?、軳H3?、轈Cl4A.①②③B.①⑤⑥C.②③④D.③⑤⑥
解析 ①根據(jù)價層電子對互斥模型,BF3中B的價層電子對數(shù)為3+ ×(3-3 ×1)=3,B為sp2雜化,沒有孤電子對,BF3的空間結(jié)構(gòu)為平面正三角形;②根據(jù)價層電子對互斥模型,BeCl2中Be的價層電子對數(shù)為2+ ×(2-2×1)=2,Be為sp雜化,沒有孤電子對,BeCl2的空間結(jié)構(gòu)為直線形;③根據(jù)價層電子對互斥模型,H2S中S的價層電子對數(shù)為2+ ×(6-2×1)=4,S為sp3雜化,有2個孤電子對,H2S的空間結(jié)構(gòu)為V形;④根據(jù)價層電子對互斥模型,CS2的價層電子對數(shù)為2+ ×(4-2×2)=2,C為sp雜化,沒有孤電子對,CS2的空間結(jié)構(gòu)為直線形;⑤根據(jù)價層電子對互斥模型,NH3的價層電子對數(shù)為3+ ×(5-3×1)=4,N為sp3雜化,有1個孤電子對,NH3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形;⑥根據(jù)價層電子對互斥模型,CCl4中C的價層電子對數(shù)為4+ ×(4-4×1)=4,C為sp3雜化,沒有孤電子對,CCl4的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。綜上所述,③⑤⑥符合題意,故選D。
思維建?！∷牟椒ù_定雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系
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題組1 雜化軌道的理解1.用雜化軌道理論解釋甲烷分子的四面體結(jié)構(gòu),下列說法不正確的是(　　)A.C原子的四個雜化軌道的能量一樣B.C原子的sp3雜化軌道之間夾角一樣C.C原子的4個價電子分別占據(jù)4個sp3雜化軌道D.C原子有1個sp3雜化軌道由孤電子對占據(jù)
解析 雜化前的軌道能量不同,形成雜化軌道后能量就完全一樣,A項正確;C原子的sp3雜化軌道之間的夾角也是一樣的,B項正確;形成sp3雜化軌道后,碳原子原來的4個價電子將分別占據(jù)4個雜化軌道,C項正確;甲烷分子中的碳原子不存在孤電子對,D項錯誤。
2.下列對sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角的比較,得出結(jié)論正確的是(　　)A.sp雜化軌道的夾角最大B.sp2雜化軌道的夾角最大C.sp3雜化軌道的夾角最大D.sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角相等
解析 sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角分別為109°28'、120°、180°,則sp雜化軌道的夾角最大。
題組2 雜化軌道類型的判斷3.下列分子或離子的中心原子為sp3雜化,且雜化軌道容納1個孤電子對的是(　　)A.CH4、NH3、H2OB.CO2、BBr3、C.C2H4、SO2、BeCl2D.NH3、PCl3、H3O+
解析 CH4、NH3、H2O的中心原子價層電子對數(shù)都是4,都采用sp3雜化, CH4、NH3、H2O的中心原子上的孤電子對數(shù)分別是0、1、2,A不符合題意;CO2、BBr3、 中的中心原子價層電子對數(shù)分別是2、3、4,且CO2、BBr3、 中的中心原子上的孤電子對數(shù)分別是0、0、1,B不符合題意; C2H4、SO2、BeCl2中的中心原子價層電子對數(shù)分別是3、3、2,且C2H4、SO2、BeCl2中的中心原子上孤電子對數(shù)分別是0、1、0,C不符合題意;NH3、PCl3、H3O+的中心原子價層電子對數(shù)都是4,采用sp3雜化,中心原子上的孤電子對數(shù)都是1,D符合題意。
4.氨氣分子的空間結(jié)構(gòu)是三角錐形,而甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體形,這是因為(　　)A.兩種分子的中心原子的雜化軌道類型不同,NH3中N原子為sp2雜化,而CH4中C原子是sp3雜化B.NH3分子中氮原子形成3個雜化軌道,CH4分子中碳原子形成4個雜化軌道C.NH3分子中中心原子上有一對未成鍵的孤電子對,它對成鍵電子對的排斥作用較強D.氨氣是四原子化合物,甲烷為五原子化合物
解析 兩種分子的中心原子的雜化軌道類型相同,均為sp3雜化,故A錯誤;兩種分子的中心原子均形成4個雜化軌道,故B錯誤;NH3分子中中心原子上有一對未成鍵的孤電子對,它對成鍵電子對的排斥作用較強,所以NH3分子為三角錐形,而CH4分子中4個sp3雜化軌道全部用于形成4個C—H鍵,所以CH4分子為正四面體形,故C正確;分子的空間結(jié)構(gòu)和分子中含幾個原子沒有必然聯(lián)系,故D錯誤。
題組3 分子空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道類型的關(guān)系5.下列中心原子的雜化軌道類型和分子空間結(jié)構(gòu)不正確的是(　　)A.PCl3中P原子sp3雜化,為三角錐形B. 中N原子sp3雜化,為正四面體形C.H2S中S原子sp雜化,為直線形D.SO2中S原子sp2雜化,為V形
6.根據(jù)雜化軌道理論可以判斷分子的空間結(jié)構(gòu),試根據(jù)相關(guān)知識填空:(1)AsCl3分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　 　　,其中As的雜化軌道類型為　　　　　。?(2)CS2分子中C原子的雜化軌道類型是　　　　,分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　　　。?(3)CH3COOH中C原子雜化軌道類型為　　　　　　　　　　。?

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