1、第2课时 杂化轨道理论简介必备知识自主学习杂化轨道理论简介1用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成在形成CH4分子时，碳原子的_轨道和3个_轨道发生混杂，得到4个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角10928，称为_杂化轨道，碳原子以4个_杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个CH_键，呈现_的空间结构。2s2psp3sp3正四面体2杂化轨道的形成及其特点3杂化轨道类型及其空间结构杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目1个s轨道和1个p轨道1个s轨道和2个p轨道1个s轨道和3个p轨道杂化轨道的数目_杂化轨道间的夹角_立体构型名称_实例_23418012010
2、928直线形平面三角形正四面体形CO2、C2H2BF3、HCHOCH4、CCl4(1)sp3杂化轨道(2)sp2杂化轨道(3)sp杂化轨道sp、sp2 两种杂化形式中还有未参与杂化的 p 轨道，可用于形成 键，而杂化轨道只用于形成 键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。双原子分子中(如 HCl)，不存在杂化过程。(4)VSEPR 模型与中心原子的杂化轨道类型中心原子的杂化轨道类型VSEPR 模型典型分子空间结构spCO2直线形sp2SO2V 形sp3H2OV 形中心原子的杂化轨道类型VSEPR 模型典型分子空间结构sp2SO3平面三角形sp3NH3三角锥形sp3CH4正四面体形(1)(思维升华)
3、凡 AB3 型的共价化合物，其中心原子 A 是否均采用 sp3 杂化轨道成键？提示：不一定。例如 SO3 是采用 sp2 杂化轨道成键。(2)(教材二次开发)ClO2、ClO3、ClO4中，中心原子 Cl 是以哪种杂化轨道方式与 O 原子成键？它们的空间结构如何？提示：由 VSEPR 模型可知，ClO2、ClO3、ClO4中，中心原子 Cl 都是以 sp3杂化轨道方式与 O 原子成键。它们的空间结构分别是 V 形、三角锥形、正四面体形。关键能力合作学习知识点 杂化类型及分子空间结构的判断1原子轨道的杂化过程2杂化类型与分子构型(1)当杂化轨道全部用于形成 键时杂化类型spsp2sp3轨道组成一
4、个 ns 轨道和一个 np 轨道一个 ns 轨道和两个 np 轨道一个 ns 轨道和三个 np 轨道轨道夹角18012010928杂化轨道示意图杂化类型spsp2sp3实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子构型直线形平面三角形正四面体形(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。在杂化轨道的基础上，略去孤电子对，即为分子的立体构型。3中心原子轨道杂化类型的判断(1)利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断成为分子构型的思路：价层电子对VSEPR 模型杂化轨道构型。(2)根据 VSEPR 模型判断：VSEPR 模型四面体形三角
5、形直线形杂化类型sp3sp2sp(3)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取 sp3 杂化，连接双键的碳原子采取 sp2 杂化，连接三键的碳原子采取 sp 杂化。4等电子原理：原子总数相同、价电子总数相同的分子，具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。满足等电子原理的分子称为等电子体。例如 CO 和 N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体。(1)(思维升华)2s 轨道与 3p 轨道能否形成 sp2 杂化轨道？提示：不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s 与 3p 不在同一能级，能量相差较大，不能形成杂化轨道。(2)(教材二次开发)CH4、NH3、H2O
6、中心原子的杂化类型都为 sp3，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法？提示：CH4、NH3、H2O 中心原子都采取 sp3 杂化，中心原子的孤电子对数依次为0 个、1 个、2 个。孤电子对数越多，排斥作用越大，键角越小。(3)(前后联系)氧原子的价电子排布式为 2s22p4，2p 轨道有两个未成对电子，可分别与一个 H 原子的 1s 电子形成一个 键，不用杂化。但事实是氧原子形成了四个 sp3 杂化轨道，且键角是 104.5，空间结构为角形，为什么？提示：在形成水分子时，O 的 2s 轨道和 2p 轨道发生了 sp3 杂化，形成四个 sp3 杂化轨道，呈正四面体形。
7、其中两个 sp3 杂化轨道中各有一个未成对电子，另外两个 sp3 杂化轨道已有两对孤电子对，不再成键。氧原子与氢原子化合时，O 的 sp3杂化轨道与 H 的 1s 轨道重叠，形成两个 键。由于两对孤电子对的电子云密集在 O 的周围，对两个成键的电子对有更大的排斥作用，使 OH 键之间的键角被压缩，因此 H2O 分子的空间结构为角形。【典例】(2021北京朝阳区高二检测)下列中心原子的杂化轨道类型和分子立体构型不正确的是()APCl3 中 P 原子 sp3 杂化，为三角锥形BNH4中 N 原子 sp3 杂化，为正四面体形CH2S 中 S 原子 sp 杂化，为直线形DSO2 中 S 原子 sp2
8、杂化，为 V 形【思维建模】(1)根据杂化轨道的立体构型判断：(2)根据杂化夹角判断：夹角10928120180杂化类型sp3sp2sp【解析】选 C。该分子中 P 原子价层电子对数353124 且含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断其中心原子杂化类型是 sp3，实际空间构型为三角锥形，故 A 正确；该离子中 N 原子价层电子对数4514124 且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断 N 原子为 sp3 杂化，为正四面体形，故 B 正确；该分子中 S 原子价层电子对数262124 且含有两个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断 S 原子采用 sp3 杂化，为 V 形结构，故 C 错
9、误；该分子中 S 原子价层电子对数262223 且含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断 S 原子为 sp2 杂化，为 V 形，故 D 正确。【母题追问】H2S 与 H2O 杂化方式和分子构型相同吗？键角相同吗？提示：H2S 与 H2O 中心原子都是 sp3 杂化，分子构型均为 V 形，键角 H2OH2S。键角大小比较(1)比较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时一般键角按 sp、sp2、sp3顺序依次减小；(2)杂化类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。硫及其化合物在化工生产中的应用非常广泛。蓝矾具有催吐、祛腐、解毒；治风痰壅塞、喉痹、癫痫、牙疳、口疮、烂弦风眼、痔疮、
10、肿毒的功效并且有一定的副作用。三氧化硫在表面活性剂和离子交换树脂生产中，广泛用作反应剂、染料中间体的生产、石油润滑馏分的磺化和酸精制、可用于合成磺胺、硫酸、氯磺酸、氨基磺酸、硫酸二甲酯、洗涤剂等。(1)蓝矾(CuSO45H2O)的结构如图所示：SO24的空间结构是_，其中 S 原子的杂化轨道类型是_。(2)气态 SO3 分子的空间结构为_；将纯液态 SO3 冷却到 289.8 K 时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构如图，此固态 SO3 中 S 原子的杂化轨道类型是_。提示：(1)SO24中 S 有 4 个 键，孤电子对数是622420，因此价层电子对数为 4，空间结构是正四面体形，杂化
11、轨道数价层电子对数4，即杂化类型为sp3 杂化。(2)SO3 中价层电子对数为 3，没有孤电子对，空间结构为平面三角形；图中固态 SO3 中 S 原子形成 4 个共价单键，其杂化轨道类型是 sp3 杂化。答案：(1)正四面体形 sp3 杂化(2)平面三角形 sp3 杂化三言两语话重点1杂化轨道理论：能量相近的原子轨道才能杂化。2必记的三个对应关系(1)价层电子对VSEPR 模型杂化轨道构型。(2)价层电子对数与杂化轨道构型的对应关系：2sp、3sp2、4sp3。(3)有机物中碳原子杂化类型饱和碳原子采取 sp3 杂化，连接双键的碳原子采取 sp2杂化，连接三键的碳原子采取 sp 杂化。课堂检测
12、素养达标1(2021济南高二检测)下列有关杂化轨道理论的说法中正确的是()ANCl3 分子呈三角锥形，这是氮原子采取 sp2 杂化的结果Bsp3 杂化轨道是由任意的 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道混合形成的 4 个 sp3 杂化轨道C中心原子采取 sp3 杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形或 V 形DAB3 型的分子空间结构必为平面三角形【解析】选 C。NCl3 分子中氮原子上的价层电子对数353124，因此 NCl3分子中氮原子采取 sp3 杂化，A 错误；sp3 杂化轨道是原子最外电子层上的 s 轨道和 3 个 p 轨道“混杂”起来，形成能量相等、成分相同的 4 个轨道，
13、B 错误；一般中心原子采取 sp3 杂化的分子所得到的 VSEPR 模型为四面体形，如甲烷分子，若中心原子有孤电子对，则空间结构发生变化，如 NH3、PCl3 分子是三角锥形，D错误，C 正确。2(2021武汉高二检测)下列四种分子中，中心原子的杂化方式与其他三种不同的是()ASOCl2 BBF4CCH2Br2DAlCl3【解析】选 D。SOCl2、BF4、CH2Br2 中中心原子的价层电子对数均为 4，均采取 sp3 杂化，而 AlCl3 中中心原子的价层电子对数为 3，采取 sp2 杂化，故选 D。3下列分子中中心原子的杂化方式为 sp 杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成 键的是
14、()AC2H2BCO2CBeCl2DSO24【解析】选 C。C2H2 的结构简式为 CHCH，分子中含有三键而有 键，A 错误；CO2 的结构式为 O=C=O，分子中含有 键，B 错误；BeCl2 分子中，铍原子形成两个共价单键，不含孤电子对，中心原子采取 sp 杂化轨道成键，分子的空间结构为直线形，分子中不含 键，C 正确；SO24中 S 原子的价层电子对数为 4，采取sp3 杂化，D 错误。4(教材二次开发教材习题改编)下列分子中中心原子的杂化方式和分子的空间结构均正确的是()AC2H2：sp2、四面体形BHClO：sp、直线形CH3O：sp3、V 形DBF3：sp2、平面三角形【解析】选
15、 D。乙炔的结构式为 HCCH，C 原子采取 sp 杂化，为直线形结构，A 错误；HClO 分子的结构式为 HOCl，氧原子采取 sp3 杂化，分子结构为角形，B 错误；H3O中氧原子的价层电子对数是 4，中心原子采取 sp3 杂化，空间结构为三角锥形，C 错误；BF3 分子中硼原子价层电子对数是 3，杂化轨道数为 3，孤电子对数为 0，所以其空间结构为平面三角形，D 正确。5下列关于 NH4、NH3、NH2三种微粒的说法不正确的是()A三种微粒所含有的电子数相等B三种微粒中氮原子的杂化方式相同C三种微粒的立体构型相同D键角大小关系：NH4NH3NH2【解析】选 C。NH4、NH3、NH2含有
16、的电子数均为 10，A 正确；NH4、NH3、NH2三种微粒中氮原子的杂化方式均为 sp3 杂化，B 正确；NH4立体构型为正四面体形，NH3 为三角锥形，NH2为 V 形，C 项错误；NH4、NH3、NH2三种微粒的键角大小关系为 NH4NH3NH2，D 正确。6(2021广州高二检测)氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成，已知其阴离子构型为平面三角形，则其阳离子的构型和阳离子中氮的杂化方式为()A平面三角形 sp2 杂化 BV 形 sp2 杂化C三角锥形 sp3 杂化 D直线形 sp 杂化【解析】选 D。氮的最高价氧化物为 N2O5，由两种离子构成，其中阴离子构型为平面三角形，化学
17、式应为 NO3，则其阳离子的化学式为 NO2，其中心 N 原子价层电子对数为 212(5122)2，所以其中的氮原子按 sp 方式杂化，阳离子的构型为直线形。7白磷是一种能自燃的单质，其分子的球棍模型如图所示，下列叙述错误的是()A每个磷原子形成 3 个 键，磷原子为 sp2 杂化B每个磷原子的价层电子对数为 4，磷原子均为 sp3 杂化C1 mol 白磷中共含 6 mol 键D白磷的分子构型为正四面体形【解析】选 A。由白磷分子的球棍模型图可知，每个磷原子均形成了 3 个 键，且每个磷原子还有一对孤电子对，故价层电子对数为 4，磷原子为 sp3 杂化，A 错误，B 正确；由图可知 C、D 正
18、确。8(2021湖南选择考节选)硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。SiCl4与 N-甲基咪唑()反应可以得到 M2，其结构如图所示：N-甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为_，H、C、N 的电负性由大到小的顺序为_，1 个 M2中含有_个 键。【解析】由 M2的结构可知，离子中含有杂化方式为 sp3 杂化的单键碳原子和 sp2杂化的双键碳原子；元素的非金属性越强，其电负性越大，元素的非金属性强弱顺序为 NCH，则元素电负性的大小顺序为 NCH；M2的结构中含有单键、双键和配位键，单键和配位键都是 键，双键中含有 1 个 键，则离子中含有 54个 键。答案：sp2、sp3 NCH
19、54素养新思维9三聚氰胺由于含氮量高，常被不法商人用作食品添加剂，以提升检测中的蛋白质含量指标。但人体长期摄入三聚氰胺，可造成生殖、泌尿系统的损害。三聚氰胺是氰胺(H2NCN)的三聚体，已知三聚氰胺的结构简式如图所示。请回答下列问题：(1)写出基态碳原子的电子排布式_。(2)氰胺中CN 中的氮原子、三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂化轨道类型分别是_、_、_。(3)一个三聚氰胺分子中有_个 键。(4)三聚氰胺与三聚氰酸()分子相互结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中碳原子采取_杂化。该分子的结构简式中，形成双键的两个原子之间的共价键是_(填字母)。A两个 键B两个 键C一个 键，一个 键【解析】(1)基态碳原子的电子排布式为 1s22s22p2。(2)CN 中的氮原子、三聚氰胺分子中环上的氮原子、NH2 中的氮原子分别形成 1、2、3 个 键且均有一对孤电子对，所以分别采取 sp、sp2、sp3 杂化。(3)除每个双键中有一个 键外，其余均为 键，共 15 个。(4)由于该分子中碳原子形成双键，则应采取 sp2 杂化。形成双键的两个原子之间有一个 键、一个 键。答案：(1)1s22s22p2(2)sp sp2 sp3(3)15 (4)sp2 C