第二課時 雜化軌道理論簡介
【學習目標】1. 理解雜化軌道理論的主要內容。
2. 能用雜化軌道理論解釋或預測某些分子或離子空間結構。
【學習重點】應用雜化軌道理論解釋分子的空間結構。
【學習難點】用雜化軌道理論解釋含有孤電子對的分子的空間結構。
【課前預習】
舊知回顧：
1、書寫C和H的 電子排布式和軌道表示式？
H：1s1 C：1s22s22p2
2、CH4的電子式、結構式和空間構型？
正四面體形
3、價層電子對的計算公式？
價層電子對數(shù)=σ鍵電子對數(shù)+
新知預習：
1、雜化軌道是一種 價鍵 理論，它的提出者是 鮑林
2、雜化軌道的三種類型： sp 、 sp2 、 sp3
3、VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型的關系
【課中探究】
情景導入：復習提問，請同學們回顧一下甲烷的分子式、電子式、結構式，碳原子的軌道表示式以及甲烷的空間結構是什么樣的？導入新課。
CH4、、、、正四面體形
任務一、探究雜化軌道理論
【學生活動】閱讀教材P47第2、3、4、5自然段和P48圖2-15和圖2-16，小組合作，回答下列問題：
1、雜化軌道類型
2、原子軌道發(fā)生sp、sp2雜化時，還有未參與雜化的p軌道，可用于形成 π 鍵，而雜化軌道用于形成 σ 鍵或用來容納 未參與成鍵的孤電子對 。
任務二、探究雜化軌道類型與分子的空間結構的關系
【學生活動】閱讀教材P48自然段和P49表2-5，補充下列表格：
任務三、探究雜化軌道類型的判斷方法
【學生活動】小組討論，從價層電子對數(shù)、VSEPR模型、雜化軌道間的夾角三個方面填寫表格，總結判斷雜化軌道類型的方法。
1、利用價層電子對數(shù)進行判斷
2、利用空間構型進行判斷
3、利用雜化軌道間的夾角進行判斷
【思考與討論】確定BF3和H3O+的中心原子的雜化軌道類型，并與同學討論。
BF3的中心原子B的孤電子對數(shù)為0,價層電子對數(shù)為3，VSEPR模型為平面三角形，中心原子B的雜化軌道類型為sp2雜化。同理，H3O+的中心原子O的孤電子對數(shù)為1，價層電子對數(shù)為4，VSEPR模型為四面體形，中心原子O的雜化軌道類型為sp3雜化。
【對應訓練1】下列關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.雜化軌道數(shù)與雜化前后軌道數(shù)不相同
【答案】D
【解析】雜化軌道數(shù)與雜化前后軌道數(shù)相同，D錯誤。
【對應訓練2】雜化軌道理論是鮑林為了解釋分子的空間結構提出的。下列關于sp、sp2、sp3雜化軌道的夾角的比較正確的是（ ）
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.sp、sp2、sp3雜化軌道的夾角相等
【答案】A
【解析】sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角分別為109°28′、120°、180°,故A項正確。
【對應訓練3】下列中心原子的雜化軌道類型和分子的空間結構不正確的是（ ）
A.CCl4中C原子為sp3雜化，為正四面體形
B.H2S分子中S原子為sp2雜化，為直線形
C.CS2中C原子為sp雜化，為直線形
D.BF3中B原子為sp2雜化，為平面三角形
【答案】B
【解析】CCl4中C原子的價層電子對數(shù)為4,C原子為sp3雜化，則CCl4為正四面體形，A項正確。H2S分子中S原子含有2對σ鍵電子對和2對孤電子對，則S原子為sp3雜化，H2S分子為V形結構，B項錯誤。CS2中C原子有2對σ鍵電子對，不含孤電子對，則C原子為sp雜化，CS2為直線形，C項正確。BF3中B原子有3對σ鍵電子對，不含孤電子對，則B原子為sp2雜化，BF3為平面三角形，D項正確。
【對應訓練4】完成下表中的空白
【解析】CO2的價層電子對數(shù)=2+1/2(4-2×2)=0，孤電子對數(shù)為0，所以雜化軌道類型是sp雜化?？臻g結構為直線形；SO2的價層電子對數(shù)=2+1/2(6-2×2)=3，孤電子對數(shù)為1，所以雜化軌道類型是sp2雜化，空間結構為V形；H2O的價層電子對數(shù)=2+1/2(6-2×1)=4，孤電子對數(shù)為2，所以雜化軌道類型是sp3雜化，空間結構為V形；HCN的結構式為H-C≡N，碳的孤電子對數(shù)為0，有2對σ鍵電子對，所以雜化軌道類型是sp雜化，空間結構為直線形；BF3的價層電子對數(shù)=3+1/2(3-3×1)=3，孤電子對數(shù)為0，所以雜化軌道類型是sp2雜化，空間結構為平面三角形；NH3的價層電子對數(shù)=3+1/2(5-3×1)=4，孤電子對數(shù)為1，所以雜化軌道類型是sp3雜化，空間結構為三角錐形；H3O+的價層電子對數(shù)=3+1/2(6-1-3×1)=4，孤電子對數(shù)為1，所以雜化軌道類型是sp3雜化，空間結構為三角錐形；CH2O的結構式為
，碳的孤電子對數(shù)為0，有3對σ鍵電子對，所以雜化軌道類型是sp2雜化，空間結構為平面三角形；CH4的價層電子對數(shù)=4+1/2(4-1×4)=0，孤電子對數(shù)為0，所以雜化軌道類型是sp3雜化，空間結構為正四面體形；SO42-的價層電子對數(shù)=4+1/2(6+2-2×4)=0，孤電子對數(shù)為0，所以雜化軌道類型是sp3雜化，空間結構為正四面體形。
【課后鞏固】1.（易）下列說法中，正確的是（ ）
A.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
B.凡是中心原子采取sp3雜化的分子，其空間結構都是正四面體形
C.凡是AB3型的共價化合物，其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵
D.SCl2屬于AB2型共價化合物，中心原子S采取sp3雜化軌道成鍵
【答案】A
【解析】中心原子采取sp3雜化的分子，若中心價層電子不含孤電子對，空間結構是正四面體形，若含1對孤電子對，則為三角錐形，若含2對孤電子對，則為V形，B錯誤；AB3型的共價化合物，若A原子最外層含有1對孤電子對，則A原子采取sp3雜化，若A原子最外層不含孤電子對，則A原子采取sp2雜化，C錯誤；SCl2中S原子形成2個σ健，且含2對孤電子對，則S原子采取sp3雜化，D錯誤。
2.（易）下列分子中的中心原子是sp2雜化的是（ ）
A.NH3 B.CH4 C.BF3 D.H2O
【答案】C
【解析】根據(jù)雜化軌道的數(shù)目判斷中心原子雜化方式：雜化軌道數(shù)目=σ鍵數(shù)+弧電子對數(shù)。NH3中N原子形成3個σ鍵且含1對孤電子對，則N原子采取sp3雜化，A錯誤；CH4中C原子形成4個σ鍵，不含孤電子對，則C原子采取sp3雜化，B錯誤；BF3中B原子形成3個σ鍵，不含孤電子對，則B原子采取sp2雜化，C正確；H2O分子中O原子形成2個σ鍵且含2對孤電子對，則O原子采取sp3雜化，D錯誤。
3.（易）關于CO2和SO2的說法中，正確的是（ ）
A.C和S上都沒有孤電子對
B.C和S都是sp3雜化
C.都是AB2型，所以空間結構都是直線形
D.CO2的空間結構是直線形，SO2的空間結構是V形
【答案】D
【解析】CO2中C原子的孤電子對數(shù)為1/2(4-2×2)=0, SO2中S原子的孤電子對數(shù)為1/2(6-2×2)=1，A錯誤：C原子采取sp2雜化，S原子采取sp3雜化，B錯誤; CO2是直線形，SO2是V形，C錯誤，D正確。
4.（易）下列有關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.所形成的3個sp2雜化軌道的能量相同
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
【答案】D
【解折】同一能層上的s軌道與p軌道的能量差異不大，sp2雜化軌道是由同一能層上的s軌道與p軌道雜化而成的，A項正確；同種類型的雜化軌道能量相同，B項正確；sp2雜化軌道是由1個s軌道與2個p軌道雜化而成的，C項正確；sp2雜化軌道最多可形成3個σ鍵，D項錯誤。
5.（中）在SO2分子中，分子的空間結構為V形，S原子采用sp2雜化，那么SO2的鍵角（ ）
A.等于120° B.大于120° C.小于120° D.等于180°
【答案】C
【解折】SO2分子的 VSEPR模型為平面三角形，從理論上看其鍵角應為120°,但由于SO2分子中的S原子有一對孤電子對，對其他的兩個化學鍵存在排斥作用，因此SO2分子中的鍵角應小于120°。
6.（中）CH3+、CH3—、-CH3都是重要的有機反應中間體，下列說法不正確的是（ ）
A.碳原子均采取sp2雜化
B.CH3+中所有原子共面
C.CH3—的空間結構為三角錐形
D. CH3+和CH3—結合可得到CH3CH3
【答案】A
【解折】CH3—和-CH3中碳原子采取sp3雜化，A項錯誤；CH3+中碳原子采取sp2雜化，為平面三角形，所有原子共面，B項正確；CH3—中C采取sp3雜化，為三角錐形，C項正確；CH3+和CH3—結合可得到CH3CH3,D項正確。
7.（易）下列分子的中心原子采取sp2雜化的是（ ）
A.H2O B.NH3 C. C2H4 D.CH4
【答案】C
【解析】根據(jù)價層電子對互斥模型判斷中心原子雜化類型，σ鍵個數(shù)、孤電子對數(shù)和中心原子雜化類型如下表：
8.（易）正誤判斷，正確的打“√”，錯誤的打“×”。
(1)雜化軌道只用于形成共價鍵（ ）
(2)中心原子若通過sp3雜化軌道成鍵，則該分子一定為正四面體形結構（ ）
(3)NH3為三角錐形，N發(fā)生sp2雜化（ ）
(4)只要分子的空間結構為平面三角形，中心原子均為sp2雜化（ ）
(5)中心原子是sp雜化的，其分子的空間結構不一定為直線形（ ）
(6)價層電子對互斥模型中，π鍵電子對數(shù)不計入中心原子的價層電子對數(shù)（ ）
【答案】（1）×（2）×（3）×（4）√（5）×（6）√
【解析】（1）雜化軌道用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對
（2）也可以是三角錐形，例如氨氣，或者V形，例如水
（3）N發(fā)生了sp3雜化
（4）利用空間構型可以判斷雜化方式
（5）利用空間構型可以判斷雜化方式，一定為直線形
（6）σ鍵計入，π鍵不計入
9.乙炔分子的碳原子采取什么雜化方式？它的雜化軌道用于形成什么化學鍵？怎樣理解它存在碳碳三鍵？
答案：乙炔分子中的碳原子采取sp雜化方式。在乙炔分子中，2個碳原子各以1個sp雜化軌道與1個氫原子的1s軌道重疊形成1個C-Hσ鍵，同時又各以另1個sp雜化軌道形成1個C-Cσ鍵。除此之外，兩個碳原子又通過各自的2個未參加雜化的軌道（相互垂直）重疊形成了2個π鍵。因此，乙炔的三鍵中有1個σ鍵和2個π鍵。
10. （易）計算下列各微粒中心原子的雜化軌道數(shù)，判斷中心原子的雜化軌道類型，寫出VSEPR模型名稱。
(1)CS2： 、 、
(2)NH4+： 、 、
(3)H2O： 、 、
(4)PCl3： 、 、
(5)BCl3： 、 、
【答案】（1）2 sp 直線形 （2）4 sp3 正四面體形 （3）4 sp3 四面體形
（4）4 sp3 四面體形（5）3 sp2 平面三角形
【解析】利用價層電子對互斥模型理論進行求解。VSEPR模型名稱
直線形
平面三角形
四面體形
正四面體形
中心原子的雜化軌道類型
sp
sp2
sp3
sp3
類型
形成過程
夾角
空間結構
sp3
sp3雜化軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化形成的
109°28′
正四面體形
sp2
sp2雜化軌道是由1個s軌道和2個p軌道雜化而成的
120°
平面三角形
sp
sp雜化軌道是由1個s軌道和1個p軌道雜化而成的
180°
直線形
VSEPR模型
直線形
平面三角形
四面體形
中心原子的雜化軌道類型
sp
sp2
sp3
價層電子對數(shù)
雜化軌道類型
2
sp
3
sp2
4
sp3
VSEPR模型
直線形
平面三角形
四面體形
中心原子的雜化軌道類型
sp
sp2
sp3
雜化軌道間的夾角
雜化軌道類型
109o28′
sp3
120o
sp2
180o
sp
原子總數(shù)
粒子
中心原子孤電子對數(shù)
中心原子的雜化軌道類型
空間結構
3
CO2
0
sp
直線形
SO2
1
sp2
V形
H2O
2
sp3
V形
HCN
0
sp
直線形

4
BF3
0
sp2
平面三角形
NH3
1
sp3
三角錐形
H3O+
1
sp3
三角錐形
CH2O
0
sp2
平面三角形
5
CH4
0
sp3
正四面體形
SO42-
0
sp3
正四面體形
σ鍵個數(shù)
孤電子對數(shù)
中心原子雜化類型
H2O
2
2
sp3
NH3
3
1
sp3
C2H4
3
0
sp2
CH4
4
0
sp3

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高中化學人教版 (2019)選擇性必修2電子課本

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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