新教材2024版高中化學第二章分子結構與性質第二節(jié)分子的空間結構第2課時雜化軌道理論學生用書新人教版選擇性必修2

第2課時雜化軌道理論課程目標1．了解雜化軌道理論的基本內容。2．能依據雜化軌道理論推斷簡潔分子或離子的空間結構。圖說考點必備基礎——自學·嘗試雜化軌道理論簡介1．用雜化軌道理論說明甲烷分子的形成在形成CH4分子時，碳原子的一個______軌道和三個______軌道發(fā)生混雜，形成四個能量相同、方向不同的______雜化軌道。四個______雜化軌道分別與四個H原子的1s軌道重疊成鍵形成CH4分子，所以四個C—Hσ鍵是等同的?？杀硎緸?．雜化軌道的類型與分子空間結構的關系雜化類型spsp2sp3參與雜化的原子軌道及數目ns________________________np________________________雜化軌道數目________________________雜化軌道間的夾角________________________雜化軌道示意圖空間結構________________________實例BeCl2、CO2BCl3、BF3CF4、SiCl43.雜化軌道理論的要點(1)能量相近原子在成鍵時，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)數目不變形成的雜化軌道數與參與雜化的原子軌道數相等。(3)成鍵實力增加雜化變更原有軌道的________和____________，使原子形成的共價鍵更堅實。(4)排斥力最小雜化軌道為使相互間的排斥力最小，在空間取________夾角分布。不同的雜化軌道伸展方向不同；同一組雜化軌道的伸展方向不同，但________完全相同。[即學即練]1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)雜化軌道與參與雜化的原子軌道的數目相同，但能量不同。()(2)雜化軌道間的夾角與分子內的鍵角不愿定相同。()(3)凡是中心原子實行sp3雜化軌道成鍵的分子其空間結構都是正四面體形。()(4)凡AB3型的共價化合物，其中心原子A均接受sp3雜化軌道成鍵。()(5)依據中心原子的價層電子對數，一般可以確定其雜化方式以及VSEPR模型。()2．下列分子的鍵角為109°28′的是()A．CCl4 B．NH3 C．H2O D．P43．下列分子的立體構型，可以用sp雜化方式說明的是()A．HCl B．BeCl2 C．BCl3 D．CCl44．下列對sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角的比較，得出結論正確的是()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核心素養(yǎng)——合作·共享提升點雜化軌道理論及其應用例完成下表中的空白粒子中心原子價層電子對數中心原子雜化軌道類型VSEPR模型空間結構NCOSSF2AlF3NHSOCl2IO狀元隨筆價層電子對數與雜化軌道數相等[提升](雙選)下列各組微粒中，中心原子雜化軌道類型相同的是()A．H2S與OF2 B．NCl3與BCl3C．PCl3與H2O2 D．COCl2與SOF2【關鍵實力】雜化軌道理論及其應用1．雜化軌道理論(1)形成分子時，通常存在激發(fā)、雜化和軌道重疊等過程。但原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發(fā)生，孤立的原子是不行能發(fā)生雜化的。(2)原子在成鍵時，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。(3)一般說來，中心原子有幾個軌道參與雜化，就會形成幾個能量相同的雜化軌道，就能形成幾個共價鍵，形成對應的空間結構。但假如分子中存在孤對電子，空間結構會發(fā)生變更，如H2O、NH3等。(4)sp雜化和sp2雜化的兩種形式中，原子還有未參與雜化的p軌道，可用于形成π鍵，而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對電子。2．雜化軌道類型(1)sp3雜化：同一個原子中能量相近的一個ns軌道與三個np軌道進行混合重新組四個新的原子軌道，即sp3雜化軌道。如CH4分子中sp3雜化軌道形成示意圖：(2)sp2雜化：同一個原子中能量相近的一個ns軌道與兩個np軌道進行雜化組合成三個新的sp2雜化軌道。如C2H4分子中sp2雜化軌道形成示意圖：(3)sp雜化：同一個原子中能量相近的一個ns軌道與一個np軌道進行雜化組合成兩個新的sp雜化軌道。如C2H2分子中sp雜化軌道形成示意圖：3．用雜化軌道理論說明典型分子的空間結構(1)NH3分子的空間結構在形成NH3分子時，氮原子的2s和2p原子軌道發(fā)生了sp3雜化，形成四個sp3雜化軌道，但NH3分子中只有三個軌道中的未成對電子分別與H原子的1s電子形成σ鍵，另一個軌道中有一對孤對電子，不能再與H原子形成σ鍵，但孤對電子對成鍵電子對有較強的排斥作用，使三個N—H鍵鍵角變小(鍵角為107°)，所以氨分子的空間結構為三角錐形。(2)BF3分子的空間結構B原子的電子排布為1s22s22p1，在形成BF3分子時，B原子的一個2s電子激發(fā)到一個空的2p軌道中，使B原子的電子排布變?yōu)?s22s12px12py1。B原子的2s和兩個2p軌道發(fā)生了sp2(3)BeCl2分子的空間結構Be原子的電子排布為1s22s2，在形成BeCl2分子時，Be原子的一個2s電子激發(fā)到一個空的2p軌道中，經過雜化形成兩個sp雜化軌道，與Cl原子中的3p軌道重疊形成兩個sp-pσ鍵。由于雜化軌道的夾角是180°，所以形成的BeCl2分子的空間構型是直線形。狀元隨筆雜化軌道類型的推斷方法1．依據雜化軌道之間的夾角推斷若雜化軌道之間的夾角為109°28′，則中心原子發(fā)生sp3雜化；若雜化軌道之間的夾角為120°，則中心原子發(fā)生sp2雜化；若雜化軌道之間的夾角為180°，則中心原子發(fā)生sp雜化。2．依據分子(或離子)的空間結構推斷(1)正四面體形→中心原子為sp3雜化；三角錐形→中心原子為sp3雜化。(2)平面三角形→中心原子為sp2雜化。(3)直線形→中心原子為sp雜化。3．依據中心原子的價層電子對數推斷若中心原子有2個價層電子對，中心原子接受sp雜化；若有3個價層電子對，中心原子接受sp2雜化；若有4個價層電子對，中心原子接受sp3雜化。素養(yǎng)形成——自測·自評1.下列關于雜化軌道的說法錯誤的是()A．同一原子中能量相近的原子軌道參與雜化B．軌道數目雜化前后可以相等，也可以不等C．雜化軌道能量集中，有利于堅實成鍵D．CH4分子中兩個sp3雜化軌道的夾角為109°28′2．下列對乙烯分子中化學鍵的分析正確的是()A．sp2雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2p軌道形成π鍵B.sp2雜化軌道形成π鍵、未雜化的2p軌道形成σ鍵C.C、H之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵，C、C之間是未能參與雜化的2p軌道形成的π鍵D．C、C之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵，C、H之間是未能參與雜化的2p軌道形成的π鍵3．下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是()A．C2H2與C2H4 B．CO2與SO2C．CH4與NH3 D．BeCl2與BF34．在BrCH=CHBr分子中，C—Br鍵接受的成鍵軌道是()A．sp-p B．sp2-sC．sp2-p D．sp3-p5．下列分子或離子中，其中心原子的雜化方式和分子或離子的空間結構均正確的是()A．C2H2：sp2、直線形 B.SO42-C．H3O＋：sp3、V形 D．BF3：sp2、平面三角形6．在SO2分子中，分子的立體結構為V形，S原子接受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°7．利用雜化軌道理論填寫下表。分子或離子中心原子雜化類型空間結構COSiF4BHCHAsBr3H2F＋BeF2SCl2第2課時雜化軌道理論必備基礎一、1.2s2psp3sp32．111123234180°120°109°28′直線形平面三角形正四面體形3．(3)形態(tài)伸展方向(4)最大形態(tài)即學即練1．(1)√(2)√(3)×(4)×(5)√2．解析：A、B、C三項中心原子均以sp3雜化，但B、C兩項中含有孤電子對(NH3：1對；H2O：2對)，故A項鍵角為109°28′。D項無雜化軌道，P—P鍵之間的鍵角為60°。答案：A3．解析：HCl為雙原子分子，雙原子分子中不存在雜化過程；CCl4分子的立體構型呈正四面體形，碳原子以4個sp3雜化軌道分別與4個氯原子的各1個3p軌道重疊形成4個σ鍵；BeCl2是直線形分子，鈹原子以2個sp雜化軌道分別與2個氯原子的各1個3p軌道重疊形成2個σ鍵；BCl3為平面三角形結構，硼原子以3個sp2雜化軌道分別與3個氯原子的各1個3p軌道重疊形成3個σ鍵。答案：B4．解析：sp雜化軌道的夾角為180°，sp2雜化軌道的夾角為120°，sp3雜化軌道的夾角為109°28′。答案：A核心素養(yǎng)例答案：粒子中心原子價層電子對數中心原子雜化軌道類型VSEPR模型空間結構N2sp直線形直線形COS2sp直線形直線形SF24sp3四面體V形AlF33sp2平面三角形平面三角形NH4sp3四面體V形SOCl23sp2平面三角形平面三角形IO4sp3四面體三角錐形提升解析：H2S與OF2中中心原子價層電子對數均為4，發(fā)生sp3雜化，A符合題意；NCl3與BCl3分子中中心原子雜化方式分別為sp3、sp2雜化，B不符合題意；PCl3與H2O2中中心原子雜化方式均為sp3雜化，C符合題意；COCl2與SOF2的中心原子雜化方式分別為sp2、sp3雜化，D不符合題意。答案：AC素養(yǎng)形成1．解析：參與雜化的原子軌道，其能量不能相差太大，如1s軌道與2s、2p軌道能量相差太大，不能形成雜化軌道，即同一原子中只有能量相近的原子軌道才能參與雜化，故A正確；軌道數目雜化前后確定相等，故B錯誤；雜化軌道的電子云一頭大一頭小，成鍵時利用大的一頭，可使電子云重疊程度更大，形成堅實的化學鍵，故C正確；CH4分子中每兩個sp3雜化軌道的夾角都為109°28′，故D正確。答案：B2．解析：乙烯分子中存在4個C—H鍵和1個C=C鍵，C原子上無孤電子對，σ鍵電子對數為3，則C原子實行sp2雜化，C、H之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵，C、C之間有一個是sp2雜化軌道形成的σ鍵，另一個是未參與雜化的2p軌道形成的π鍵。答案：A3．解析：C2H2分子中的C接受sp雜化，C2H4分子中的C接受sp2雜化，故A不正確；CO2分子中的C接受sp雜化，SO2分子中的S接受sp2雜化，故B不正確；CH4分子中的C接受sp3雜化，NH3分子中的N也接受sp3雜化，故C正確；BeCl2分子中的Be接受sp雜化，BF3分子中的B接受sp2雜化，故D不正確。答案：C4．解析：BrCH=CHBr分子中的兩個碳原子都是實行sp2雜化，溴原子的價電子排布式為4s24p5，4p軌道上有一個單電子，與碳原子的一個sp2雜化軌道成鍵，故C—Br鍵接受的成鍵軌道是sp2－p，C項正確。答案：C5．解析：乙炔的結構式為H—C≡C—H，每個碳原子的價層電子對數是2，且不含孤電子對，所以C原子均實行sp雜化，C2H2為直線形結構，A項錯誤；SO42-的中心原子的價層電子對數＝4＋12×(6＋2－4×2)＝4，所含孤電子對數為0，雜化軌道數為4，S原子實行sp3雜化，分子的空間結構為正四面體形，B項錯誤；H3O＋的中心原子的價層電子對數＝3＋12×(6－1－3×1)＝4，所以中心原子實行sp3雜化，因該離子