高中化學(xué)選擇性必修二 2.2.2 雜化軌道理論簡(jiǎn)介教學(xué)設(shè)計(jì)下學(xué)期

1、第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)2.2.2 雜化軌道理論簡(jiǎn)介本節(jié)從分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定、三原子、四原子、五原子分子的立體構(gòu)型為例，介紹典型分子立體構(gòu)型；然后從價(jià)層電子對(duì)互斥理論和雜化軌道理論解釋分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性，并根據(jù)上述理論判斷簡(jiǎn)單分子和離子的構(gòu)型。課程目標(biāo)學(xué)科素養(yǎng)1.了解雜化軌道理論的基本內(nèi)容。2.在理解雜化軌道理論的基礎(chǔ)上，對(duì)分子的空間構(gòu)型進(jìn)行解釋和預(yù)測(cè)。1.微觀探析：通過(guò)雜化軌道理論的學(xué)習(xí),能從微觀角度理解中心原子的雜化類型對(duì)分子空間結(jié)構(gòu)的影響。2.模型認(rèn)知：通過(guò)雜化軌道理論的學(xué)習(xí),掌握中心原子雜化軌道類型判斷的方法,建立分子空間結(jié)構(gòu)分析的思維模型。教學(xué)重點(diǎn)：雜化軌道理論

2、教學(xué)難點(diǎn)：雜化軌道理論多媒體調(diào)試、講義分發(fā)【創(chuàng)設(shè)情境】甲烷呈正四面體形，它的4個(gè)CH鍵的鍵能、鍵長(zhǎng)相同，HCH的鍵角10928，按照我們已經(jīng)學(xué)過(guò)的價(jià)鍵理論，甲烷的4個(gè)C- H單鍵都應(yīng)該是鍵，然而，碳原子的4個(gè)價(jià)層原子軌道是3個(gè)相互垂直的2p軌道和1個(gè)球形的2s軌道，用它們跟4個(gè)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。請(qǐng)解釋原因?！局v解】當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，碳原子的2s軌道和3個(gè)2p軌道會(huì)發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，卻得到4個(gè)新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正四面體的4個(gè)頂角，夾角10928，稱為sp3雜化軌道，表示這4個(gè)軌道是由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道

3、雜化形成的。當(dāng)碳原子跟4個(gè)氫原子結(jié)合時(shí)，碳原子以4個(gè)sp雜化軌道分別與4個(gè)氫原子的1s軌道重疊，形成4個(gè)C-H 鍵，因此呈正四面體形的空間結(jié)構(gòu)?！具^(guò)渡】了解了CH4的雜化方式，接下來(lái)我們就來(lái)具體學(xué)習(xí)雜化軌道理論?！局v解】1.雜化軌道理論(1)雜化軌道理論是一種價(jià)鍵理論，是鮑林為了解釋分子的空間結(jié)構(gòu)提出的。軌道的雜化：在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新的軌道的過(guò)程。雜化軌道：原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡(jiǎn)稱雜化軌道。軌道雜化的過(guò)程：激發(fā)雜化軌道重疊。(2)雜化軌道理論要點(diǎn)：原子在成鍵時(shí)，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌

4、道。參與雜化的原子軌道數(shù)等于形成的雜化軌道數(shù)。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。原子軌道的雜化只有在形成分子的過(guò)程中才會(huì)發(fā)生，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。雜化軌道用于形成鍵或者用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。未參與雜化的p軌道可用于形成鍵。分子的空間結(jié)構(gòu)主要取決于原子軌道的雜化類型。雜化軌道數(shù)=中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)+與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。(3)雜化軌道的形成及其特點(diǎn)【講解】2.雜化類型CH4是由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道雜化形成的，sp3雜化軌道的夾角為10928，呈空間正四面體形這

5、種雜化方式我們稱為sp3雜化。【展示】 sp3雜化軌道的形成?！局v解】sp2雜化軌道是由一個(gè)ns軌道和兩個(gè)np軌道雜化而得。sp2雜化軌道間的夾角為120，呈平面三角形(如BF3)。sp2雜化后，未參與雜化的一個(gè)np軌道可以用于形成鍵，如乙烯分子碳碳雙鍵的形成?！菊故尽縮p2雜化軌道BF3分子的形成【講解】sp雜化軌道是由一個(gè)ns軌道和一個(gè)np軌道雜化而得。sp雜化軌道間的夾角為180，呈直線形(如BeCl2)。雜化后的2個(gè)sp雜化軌道分別與氯原子的3p軌道發(fā)生重疊，形成2個(gè)鍵，構(gòu)成直線形的BeCl2分子。sp雜化后，未參與雜化的兩個(gè)np軌道可以用于形成鍵，如乙炔分子中的CC鍵的形成?！菊故尽?/p>

6、sp雜化軌道 【講解】 3.雜化軌道與分子空間構(gòu)型雜化軌道用于形成鍵或用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)，當(dāng)沒有孤電子對(duì)時(shí)，能量相同的雜化軌道彼此遠(yuǎn)離，形成的分子為對(duì)稱結(jié)構(gòu)；當(dāng)有孤電子對(duì)時(shí)，孤電子對(duì)占據(jù)一定空間且對(duì)成鍵電子對(duì)產(chǎn)生排斥，形成的分子的空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化?！緦W(xué)生活動(dòng)】試分析雜化軌道與分子的空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系?！究偨Y(jié)】雜化軌道類型spsp2sp3軌道組成1個(gè)ns和1個(gè)np1個(gè)ns和2個(gè)np1個(gè)ns和3個(gè)np軌道夾化軌道示意圖實(shí)例BeCl2BeF3CH4分子的空間結(jié)構(gòu)直線形平面三角形正四面體【學(xué)生活動(dòng)】分析CO2、SO2、SO3、H2O、NH3、CH4的雜化軌道類型、VS

7、EPR模型、空間構(gòu)型，總結(jié)VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型的關(guān)系?！究偨Y(jié)】?jī)r(jià)電子對(duì)數(shù)VSEPR模型VSEPR模型名稱雜化軌道數(shù)中心原子的雜化軌道類型分子的空間構(gòu)型實(shí)例2直線形2sp直線形BeCl2、CO23平面三角形3sp2V形SO23平面三角形3sp2平面三角形SO34四面體形4sp3V形H2O4四面體形4sp3三角錐形NH34正四面體形4sp3正四面體形CH4、CCl4【學(xué)生活動(dòng)】用雜化軌道理論解釋NH3、H2O的空間結(jié)構(gòu)。【講解】當(dāng)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對(duì)時(shí)，由于孤電子對(duì)參與互相排斥，使分子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的形態(tài)發(fā)生變化。如水分子的氧原子的sp3雜化軌道中有2個(gè)被孤電子

8、對(duì)占據(jù)，其分子不呈正四面體形，而呈V形；氨分子的氮原子的sp3雜化軌道中有1個(gè)被孤電子對(duì)占據(jù)，氨分子不呈正四面體形，而呈三角錐形?！究偨Y(jié)】中心原子軌道雜化類型的判斷(1)根據(jù)雜化軌道的立體構(gòu)型判斷若雜化軌道在空間的分布為正四面體形或三角錐形，則分子的中心原子發(fā)生sp3雜化。若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形，則分子的中心原子發(fā)生sp2雜化。若雜化軌道在空間的分布呈直線形，則分子的中心原子發(fā)生sp雜化。(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10928，則分子的中心原子發(fā)生sp3雜化；若雜化軌道之間的夾角為120，則分子的中心原子發(fā)生sp2雜化；若雜化軌道之間的夾角為180，則分子

9、的中心原子發(fā)生sp雜化。(3)根據(jù)等電子原理進(jìn)行判斷如CO2是直形線分子，CNS、Neq oal(,3)與CO2互為等電子體，所以分子構(gòu)型均為直線形，中心原子均采用sp雜化。(4)根據(jù)中心原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)判斷如中心原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)為4，是sp3雜化，為3是sp2雜化，為2是sp雜化。(5)根據(jù)分子或離子中有無(wú)鍵及鍵數(shù)目判斷如沒有鍵為sp3雜化，含1個(gè)鍵為sp2雜化，含2個(gè)鍵為sp雜化?！緦W(xué)生活動(dòng)】CH4、NH3、H2O中心原子的雜化類型都為sp3，鍵角為什么依次減??？從雜化軌道理論的角度比較鍵角大小時(shí)有什么方法？【提示】CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3雜化，中心原子的孤電子對(duì)數(shù)依次為

10、0個(gè)、1個(gè)、2個(gè)。由于孤電子對(duì)對(duì)共用電子對(duì)的排斥作用使鍵角變小，孤電子對(duì)數(shù)越多排斥作用越大，鍵角越小。比較鍵角時(shí)，先看中心原子雜化類型，雜化類型不同時(shí)：一般鍵角按sp、sp2、sp3順序依次減小；雜化類型相同時(shí)，中心原子孤電子對(duì)數(shù)越多，鍵角越小?！菊n堂小結(jié)】回顧本節(jié)課的內(nèi)容，本節(jié)課需要掌握判斷雜化類型。先確定分子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)，就可以知道雜化的軌道數(shù)，再由VSEPR模型確定雜化類型，即可得出雜化軌道構(gòu)型。根據(jù)雜化軌道理論和價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷，下列分子或者離子的中心原子雜化方式及空間構(gòu)型正確的是選項(xiàng)分子或離子中心原子雜化方式價(jià)層電子對(duì)互斥模型分子或離子的立體構(gòu)型Asp直線形直線形BHCHO平

11、面三角形三角錐形C四面體形平面三角形D正四面體形正四面體形【答案】D【解析】選項(xiàng)分子或離子中心原子雜化方式價(jià)層電子對(duì)互斥模型分子或離子的立體構(gòu)型A平面三角形V形BHCHO平面三角形平面三角形C四面體形三角錐形D正四面體形正四面體形下列說(shuō)法中正確的是（ ）A. 和都是正四面體形分子，且鍵角都為B. 乙烯分子中，碳原子的雜化軌道形成鍵，未雜化的2p軌道形成鍵C. 鍵長(zhǎng)，因此穩(wěn)定性D. 分子中孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)的排斥作用比成鍵電子對(duì)之間的排斥作用弱【答案】B【解析】A.的鍵角為，故A錯(cuò)誤；B.乙烯分子中，碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，碳原子的雜化軌道形成鍵，之間未參加雜化的2p軌道“肩并肩”形成鍵，故

12、B正確；C.鍵長(zhǎng)越長(zhǎng)，鍵能越小，分子的穩(wěn)定性越差，則穩(wěn)定性，故C錯(cuò)誤；D.分子中孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)的排斥作用比成鍵電子對(duì)之間的排斥作用大，所以分子為三角錐形，鍵角小于，故D錯(cuò)誤。已知如圖所示反應(yīng)中的四種物質(zhì)由三種元素組成，其中a的分子空間構(gòu)型為正四面體形，組成a物質(zhì)的兩種元素的原子序數(shù)之和小于10，組成b物質(zhì)的元素為第三周期元素。下列判斷正確的是 A. 四種分子中的化學(xué)鍵均是極性鍵B. a、c分子中中心原子均采用雜化C. 四種分子中既有鍵，又有鍵D. b、d分子中共價(jià)鍵的鍵能：【答案】B【解析】由題意可知，a的分子空間構(gòu)型為正四面體組成a分子的兩種元素的原子序數(shù)和小于10，所以a是甲烷分子，

13、組成b分子的元素為第三周期的元素，形成雙原子分子是氯氣分子，所以反應(yīng)是a甲烷與b氯氣反應(yīng)生成c一氯甲烷和d氯化氫。A.四種分子中氯氣分子所含的化學(xué)鍵為非極性鍵，A錯(cuò)誤；B.甲烷、一氯甲烷分子中，中心原子C原子均采用雜化，B正確；C.四種分子中均只存在鍵而沒有鍵，C錯(cuò)誤；D.鍵的鍵能小于鍵的鍵能，D錯(cuò)誤。故選B。分子或離子中的大鍵可表示為，其中x表示參與形成大鍵原子總數(shù)，y表示電子數(shù)，已知電子數(shù)價(jià)電子總數(shù)電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)。和的結(jié)構(gòu)如圖所示：下列關(guān)于和的有關(guān)說(shuō)法正確的是（ ）A. 的電子數(shù)為6B. 的大鍵可表示為C. 中心原子為雜化方式D. 與空間構(gòu)型相同【答案】B【解析】A.電子數(shù)價(jià)電子總數(shù)電

14、子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)，則的電子數(shù)為，故A錯(cuò)誤；B.的電子數(shù)為，則的大鍵可表示為，故B正確；C.中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為，則雜化方式為雜化，故C錯(cuò)誤；D.中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為，有一對(duì)孤電子對(duì)，則空間構(gòu)型為V形，中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為，沒有孤電子對(duì)，則空間構(gòu)型為平面三角形，故D錯(cuò)誤。下列中心原子的雜化軌道類型和分子幾何構(gòu)型均不正確的是A. 中C原子雜化，為正四面體形B. 中B原子雜化，為平面三角形C. 中C原子sp雜化，為直線形D. 分子中，S為sp雜化，為直線形【答案】D【解析】A.中C原子形成4個(gè)鍵，孤電子對(duì)數(shù)為0，則為雜化，為正四面體形，故A正確；B.中B原子形成3個(gè)鍵，孤電子對(duì)數(shù)為，則為雜化，為平面三角形，故B正確；C.中C原子形成2個(gè)鍵，孤電子對(duì)數(shù)為，則為sp雜化，為直線形，故C