雜化軌道理論簡(jiǎn)介高二化學(xué)講義（人教版2019選擇性必修2）（原卷版）

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)第2課時(shí)雜化軌道理論簡(jiǎn)介[學(xué)習(xí)目標(biāo)]知道雜化軌道理論的基本內(nèi)容。2.能利用雜化軌道理論解釋簡(jiǎn)單粒子的空間結(jié)構(gòu)，發(fā)展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”學(xué)科核心素養(yǎng)。3.通過雜化軌道理論的學(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。4.通過雜化軌道理論的學(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。課前課前預(yù)習(xí)一、雜化軌道理論要點(diǎn)1、原子在成鍵時(shí)，同一原子中能量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，且雜化軌道的相同。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。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(shí)根據(jù)重疊原理，使它的大頭與其他原子軌道重疊，程度更大，形成的更牢固。4、為使相互間的排斥最，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。二、雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)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ns軌道和np軌道雜化而成，每個(gè)sp3雜化軌道都含有eq\f(1,4)s和eq\f(3,4)p的成分，sp3雜化軌道間的夾角為，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。(2)sp2雜化軌道——平面三角形sp2雜化軌道是由ns軌道和np軌道雜化而成的，每個(gè)sp2雜化軌道含有eq\f(1,3)s和eq\f(2,3)p成分，sp2雜化軌道間的夾角都是120°，呈平面三角形。(3)sp雜化——直線形sp雜化軌道是由ns軌道和np軌道雜化而成的，每個(gè)sp雜化軌道含有eq\f(1,2)s和eq\f(1,2)p的成分，sp雜化軌道間的夾角為180°，呈直線形。2、雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系(1)當(dāng)雜化軌道全部用于形成σ鍵時(shí)，分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)相同。雜化類型spsp2sp3軌道夾角180°120°109°28′雜化軌道示意圖實(shí)例BeCl2BF3CH4分子結(jié)構(gòu)示意圖分子空間結(jié)構(gòu)(2)當(dāng)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對(duì)時(shí)，孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用，會(huì)使分子或離子的空間結(jié)構(gòu)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(duì)數(shù)空間結(jié)構(gòu)實(shí)例AB2sp21SO2AB3sp31NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2或(B2A)2H2S、NHeq\o\al(－,2)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)一．雜化軌道理論簡(jiǎn)介1．雜化軌道的含義在外界條件影響下，原子內(nèi)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(jiǎn)稱雜化軌道。2．用雜化軌道理論解釋甲烷分子的形成在形成CH4分子時(shí)，碳原子的2s軌道和3個(gè)2p軌道發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，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109°28′，稱為sp3雜化軌道，碳原子以4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)H原子的1s軌道重疊形成4個(gè)C—Hσ鍵，呈現(xiàn)正四面體的空間結(jié)構(gòu)。3．雜化軌道理論要點(diǎn)(1)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(shí)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(jià)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。二．雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)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(gè)ns軌道和3個(gè)np軌道雜化而成，每個(gè)sp3雜化軌道都含有eq\f(1,4)s和eq\f(3,4)p的成分，sp3雜化軌道間的夾角為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——平面三角形sp2雜化軌道是由1個(gè)ns軌道和2個(gè)np軌道雜化而成的，每個(gè)sp2雜化軌道含有eq\f(1,3)s和eq\f(2,3)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(gè)ns軌道和1個(gè)np軌道雜化而成的，每個(gè)sp雜化軌道含有eq\f(1,2)s和eq\f(1,2)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(jié)構(gòu)的關(guān)系(1)當(dāng)雜化軌道全部用于形成σ鍵時(shí)，分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)相同。雜化類型spsp2sp3軌道夾角180°120°109°28′雜化軌道示意圖實(shí)例BeCl2BF3CH4分子結(jié)構(gòu)示意圖分子空間結(jié)構(gòu)直線形平面三角形正四面體形(2)當(dāng)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對(duì)時(shí)，孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用，會(huì)使分子或離子的空間結(jié)構(gòu)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(duì)數(shù)空間結(jié)構(gòu)實(shí)例AB2sp21V形SO2AB3sp31三角錐形NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2或(B2A)2V形H2S、NHeq\o\al(－,2)三．中心原子軌道雜化類型的判斷1．利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論、雜化軌道理論判斷成為分子構(gòu)型的思路：價(jià)層電子對(duì)VSEPR模型雜化軌道構(gòu)型。2．根據(jù)VSEPR模型判斷：價(jià)層電子對(duì)數(shù)432VSEPR模型 四面體形 三角形 直線形雜化類型 sp3 sp2 sp3．有機(jī)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。4．等電子原理：原子總數(shù)相同、價(jià)電子總數(shù)相同的分子，具有相似的化學(xué)鍵特征，它們的許多性質(zhì)是相近的。滿足等電子原理的分子稱為等電子體。例如CO和N2具有相同的原子總數(shù)和相同的價(jià)電子總數(shù)，屬于等電子體?！敬笳锌偨Y(jié)】一、雜化軌道理論四要點(diǎn)(1)能量相近：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(qiáng)：雜化改變?cè)熊壍赖男螤詈蜕煺狗较?，使原子形成的共價(jià)鍵更牢固。(4)排斥力最?。弘s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、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(duì)，而兩個(gè)原子之間只能形成一個(gè)σ鍵，故有下列關(guān)系：雜化軌道數(shù)目＝價(jià)層電子對(duì)數(shù)目＝σ鍵電子對(duì)數(shù)目＋中心原子的孤電子對(duì)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。典型例題典型例題例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．C2H2與C2H4 C．BeCl2與H2O D．CH4與NH3【答案】D【解析】A．CO2中C形成2個(gè)δ鍵，無孤電子對(duì)，為sp雜化，SO2中S形成2個(gè)δ鍵，孤電子對(duì)數(shù)==1，為sp2雜化，不相同，故A錯(cuò)誤；B．C2H4中C形成3個(gè)δ鍵，無孤電子對(duì)，為sp2雜化，C2H2中形成2個(gè)δ鍵，無孤電子對(duì)，為sp雜化，不相同，故B錯(cuò)誤；C．BeCl2中Be形成2個(gè)δ鍵，無孤電子對(duì)，為sp雜化，H2O中O形成2個(gè)δ鍵，2對(duì)孤電子對(duì)，為sp3雜化，不相同，故C錯(cuò)誤；D．CH4中C形成4個(gè)δ鍵，無孤電子對(duì)，為sp3雜化，NH3中N形成3個(gè)δ鍵，孤電子對(duì)數(shù)==1，為sp3雜化，相同，故D正確；故選D。例2、下列敘述中正確的是（）A．CS2為V形的極性分子，形成分子晶體B．SiF4和SO的中心原子均為sp3雜化，SiF4呈正四面體，SO呈三角錐形C．氯化硼(BCl3)的熔點(diǎn)為107℃，氯化硼液態(tài)時(shí)能導(dǎo)電而固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電D．ClO的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形【答案】B【解析】A．CS2中C的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=，C原子采用sp雜化，CS2為直線形分子，不是V形分子，A錯(cuò)誤；B．SiF4中Si的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=，采用sp3雜化，SiF4分子呈正四面體；SO中S的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=，采用sp3雜化，含有1對(duì)孤對(duì)電子對(duì)，SO呈三角錐形，B正確；C．根據(jù)熔點(diǎn)可知氯化硼是共價(jià)晶體，固態(tài)或液態(tài)BCl3中只含有分子，不存在離子，不具有導(dǎo)電能力，C錯(cuò)誤；D．ClO中Cl的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=，采用sp3雜化，含有1對(duì)孤對(duì)電子對(duì)，ClO呈三角錐形，D錯(cuò)誤；答案選B。例3、下列有關(guān)乙烯分子的描述不正確的是（）A．兩個(gè)碳原子采用sp雜化方式B．兩個(gè)碳原子采用雜化方式C．兩個(gè)碳原子未參與雜化的2p軌道形成鍵D．兩個(gè)碳原子之間形成一個(gè)鍵和一個(gè)鍵【答案】A【解析】A．乙烯分子中兩個(gè)碳原子之間為雙鍵，兩個(gè)碳原子均為雜化，A錯(cuò)誤；B．乙烯分子中兩個(gè)碳原子均為雜化，B正確；C．乙烯分子中兩個(gè)碳原子未參與雜化的2p軌道以“肩并肩”的形式重疊形成鍵，C正確；D．兩個(gè)碳原子之間形成一個(gè)鍵和一個(gè)鍵，D正確；故選A。強(qiáng)化訓(xùn)練強(qiáng)化訓(xùn)練一、單選題1．下列分子中，在形成共價(jià)鍵時(shí)中心原子采用sp3雜化的分子有①H2O②NH3③CH4④PCl3⑤CO2⑥N2A．3種 B．4種 C．5種 D．6種2．下列關(guān)于、、三種微粒的說法不正確的是A．三種微粒所含有的電子數(shù)相等B．三種微粒中氮原子的雜化方式相同C．三種微粒的空間構(gòu)型相同D．鍵角大小關(guān)系：NH>NH3>NH3．氯元素有多種化合價(jià)，可形成等微粒。下列說法錯(cuò)誤的是A．中Cl原子的雜化方式均為雜化B．基態(tài)原子核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有9種C．鍵角：D．的空間構(gòu)型為V形，分子中的化學(xué)鍵的鍵長(zhǎng)和鍵角可以通過X射線衍射實(shí)驗(yàn)獲得4．以下有關(guān)苯分子中所含化學(xué)鍵的描述中，不正確的是A．每個(gè)碳原子的雜化軌道中的一個(gè)參與形成大鍵B．苯分子中6個(gè)碳原子各提供1個(gè)電子，共同形成大鍵C．碳原子的三個(gè)雜化軌道與其他原子形成三個(gè)鍵D．苯分子呈平面正六邊形，六個(gè)碳碳鍵完全相同，鍵角均為120°5．六氟化硫分子呈正八面體結(jié)構(gòu)(如圖所示)，在高電壓下仍有良好的絕緣性，性質(zhì)穩(wěn)定，在電器工業(yè)方面有著廣泛的用途，但逸散到空氣中會(huì)引起強(qiáng)溫室效應(yīng)，下列有關(guān)六氟化硫的推測(cè)正確的是A．各原子均為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu) B．S原子軌道雜化方式與中的S一樣C．六氟化硫分子中只含極性鍵 D．鍵是鍵，鍵長(zhǎng)可能不相等6．下列說法正確的是A．SO2的VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)相同B．H2S、NF3、CH4這一組粒子的中心原子雜化類型相同，分子或離子的鍵角不相等C．的電子式為，離子呈平面正方形結(jié)構(gòu)，SF6分子是正八面體形D．SO中心S原子的孤電子對(duì)數(shù)為0，故其結(jié)構(gòu)為平面三角形7．關(guān)于價(jià)層電子對(duì)互斥理論說法錯(cuò)誤的是A．價(jià)層電子對(duì)包括σ鍵電子對(duì)和中心原子上的孤電子對(duì)B．分子中鍵角越大，價(jià)層電子對(duì)相互排斥力越小，分子越穩(wěn)定C．用該理論預(yù)測(cè)H2S和BF3的空間結(jié)構(gòu)為V形和平面三角形D．該理論一定能預(yù)測(cè)出多中心原子的分子、離子或原子團(tuán)的空間構(gòu)型8．如圖所示，小黑球表示相關(guān)元素的原子中除去最外層電子的剩余部分，小白球表示氫原子，小黑點(diǎn)表示沒有形成共價(jià)鍵的最外層電子，短線表示共價(jià)鍵。下列說法中正確的是A．分子中，中心原子采用雜化的只有①③B．①分子為正四面體結(jié)構(gòu)，④分子為V形C．②分子中鍵數(shù)與鍵數(shù)之比為D．四種分子的鍵角大小順序?yàn)棰?gt;③>①>④9．、、都是重要的有機(jī)反應(yīng)中間體，有關(guān)它們的說法正確的是A．碳原子均采取雜化，且中所有原子均共面B．與、幾何構(gòu)型均為三角錐形C．與形成離子化合物D．兩個(gè)或一個(gè)和一個(gè)結(jié)合可得到不同化合物10．有一種有機(jī)物的鍵線式酷似牛，故稱為牛式二烯炔醇。下列有關(guān)說法不正確的是A．牛式二烯炔醇的官能團(tuán)可以用紅外光譜測(cè)定B．牛式二烯炔醇含有三個(gè)手性碳原子C．1mol牛式二烯炔醇含有鍵D．牛式二烯炔醇分子中C原子只存在sp和雜化11．世界上產(chǎn)量最大的通用塑料聚氯乙烯的一種制備流程如下：對(duì)于該流程中涉及的幾種物質(zhì)及反應(yīng)，下列說法正確的是A．乙炔分子中的原子用雜化軌道形成了一個(gè)鍵和兩個(gè)鍵B．氯乙烯分子中所有原子都在同一平面上C．氯乙烯和聚氯乙烯分子中原子采取的雜化方式相同D．加成反應(yīng)和加聚反應(yīng)的過程中，原子的雜化方式不一定發(fā)生改變12．多位化學(xué)家用簡(jiǎn)單的偶聯(lián)反應(yīng)合成了如下這個(gè)有趣的“納米小人”分子。有關(guān)該分子的結(jié)構(gòu)說法不正確的是A．該分子中的C原子采取的雜化方式有：、、B．該分子中的O原子采取雜化C．“納米小人”頭部的所有原子不能在同一平面內(nèi)D．“納米小人”手、腳部位的碳原子不雜化13．反應(yīng)可用于實(shí)驗(yàn)室制備CO2氣體。下列有關(guān)該反應(yīng)中各物質(zhì)的說法正確的是A．和均為三原子分子，二者空間結(jié)構(gòu)相同B．中陰離子的模型為四面體C．鍵角由大到小的順序?yàn)镈．根據(jù)模型可知，CaCl2的空間結(jié)構(gòu)為直線形14．下列說法不正確的是A．與中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)相同B．中硼原子的雜化類型與苯中碳原子的雜化類型相同C．含有非極性鍵的化合物不一定是共價(jià)化合物D．和都是正四面體形分子且鍵角都為15．化合物A是近年來采用的鍋爐水添加劑，其結(jié)構(gòu)式如圖所示，A能除去鍋爐水中溶解的氧氣。下列說法正確的是A．A分子中所有原子都在同一平面內(nèi)B．A分子中所含的σ鍵與π鍵個(gè)數(shù)之比為10：1C．A分子中C、N均為sp2雜化D．A與足量O2反應(yīng)生成CO2、N2、H2O的物質(zhì)的量之比為1：2：3二、填空題16．哪些物質(zhì)的分子呈以下形狀？寫出其化學(xué)式，并標(biāo)出分子中各化學(xué)鍵的鍵角。(1)直線形：、；(2)平面三角形：、；(3)三角錐形：、；(4)正四面體形：、。17．鎵、硅、鍺、硒的單質(zhì)及某些化合物如砷化鎵、磷化鎵等都是常用的半導(dǎo)體材料。(1)基態(tài)鍺原子的核外電子排布式為。其屬于元素周期表中的區(qū)元素。(2)鍺、砷、硒三種元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)?，P與Cl能形成PCl3和PCl5兩種化合物，但N與Cl只能形成NCl3一種化合物的原因?yàn)椤?3)硅能與氫元素形成丁硅烯(Si4H8)，該分子中σ鍵與π鍵個(gè)數(shù)之比為。(4)GeCl3分子中Ga原子的雜化軌道類型為，GeCl4分子的空間構(gòu)型為。18．回答下列問題(1)《中華本草》等中醫(yī)典籍中，記載了爐甘石()入藥，可用于治療皮膚炎癥或表面創(chuàng)傷。中，陰離子空間構(gòu)型為，C原子的雜化方式為。(2)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型，、、的氣態(tài)分子中