2024-2025學年新教材高中化學第2章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第2節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)第2課時雜化軌道理論簡介課件新人教版選擇性必修2

第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)第二課時雜化軌道理論簡介素養(yǎng)目標學習要點1.結(jié)合實例了解雜化軌道理論要點和類型(sp、sp2、sp3),會運用雜化軌道理論解釋簡單共價分子和離子的空間結(jié)構(gòu),培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的化學核心素養(yǎng)。2.通過對雜化軌道理論的學習,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,并能運用模型正確判斷VSEPR模型與雜化類型的關系,建立證據(jù)推理與模型認知的化學核心素養(yǎng)。一個理論要點:雜化軌道理論。三個基本類型:sp、sp2、sp3。一個等量關系:價層電子對數(shù)等于雜化軌道數(shù)目。五種空間結(jié)構(gòu):V形、直線形、平面三角形、三角錐形、四面體形。知識點一雜化軌道理論基礎落實?必備知識全過關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)。價鍵鮑林2s2psp3sp3σ正四面體(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)生雜化能量相近

新的能量相同

2.雜化軌道類型

雜化類型sp3sp2sp軌道組成

個s軌道和

個p軌道雜化

個s軌道和

個p軌道雜化

個s軌道和

個p軌道雜化雜化軌道夾角

雜化軌道數(shù)目

131211109°28'120°180°432正四面體形平面三角形直線形深度思考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。重難突破?能力素養(yǎng)全提升探究角度1

雜化軌道理論的理解例1以下有關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)A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

[對點訓練1]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.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D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C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。[對點訓練2]甲烷中的碳原子采用sp3雜化,下列用*標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*CH2CH3 B.*CH2═CHCH3C.CH2═*CHCH2CH3

D.HC≡*CCH3A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基礎落實?必備知識全過關知識點二

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系

sp直線形sp2V形sp3V形sp2平面三角形sp3三角錐形sp3正四面體形深度思考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。重難突破?能力素養(yǎng)全提升探究角度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:VSEPR模型四面體形平面三角形直線形雜化類型sp3sp2sp[對點訓練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SO2

B.C2H2與C2H4C.BeCl2與H2O D.CH4與NH3D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.①②③ B.①②④C.①③⑤ D.②⑤⑥B探究角度2

雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關系例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

。

spS═C═S直線形sp2平面三角形sp3正四面體形sp3V形解析

(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

③H2S

④CS2

⑤NH3

⑥CCl4A.①②③ B.①⑤⑥C.②③④ D.③⑤⑥D(zhuǎn)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。思維建模四步法確定雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關系

學以致用·隨堂檢測全達標123456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)D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。1234562.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A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。123456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+D123456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。1234564.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C123456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