1、基础课时7杂化轨道理论简介学 习 任 务1知道杂化轨道理论的基本内容。2能根据杂化轨道理论确定简单分子的空间结构。1用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成在形成CH4分子时，碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道发生混杂，形成4个能量相等的sp3杂化轨道。4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个CH键，所以4个CH是等同的。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(1)sp3杂化轨道sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。sp3杂化轨道间的夹角是10928，空间结构为正四面体形(如下图所示)。(2)sp2杂化轨道sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的。s
2、p2杂化轨道间的夹角是120，呈平面三角形(如下图所示)。(3)sp杂化轨道sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角是180，呈直线形(如下图所示)。微点拨：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。(4)VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型杂化轨道类型VSEPR模型典型分子空间结构spCO2直线形sp2SO2V形sp3H2OV形sp2SO3平面三角形sp3NH3三角锥形sp3CH4正四面体形(正确的打“”，错误的打“”)(1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。()(
3、2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。()(3)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是正四面体形。()(4)凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。()下列关于杂化轨道的叙述不正确的是()A分子的中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体形B杂化轨道可用于形成键、键或用于容纳未参与成键的孤电子对C杂化前后原子轨道数目不变，但轨道的形状发生了变化Dsp3、sp2、sp杂化轨道间的夹角分别为10928、120、180B分子的中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体形，可能是三角锥形或V形，如NH3是三角锥形、H2O是V形，
4、故A正确。杂化轨道用来形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对，不能用于形成键，未参与杂化的轨道可用来形成键，故B错误。杂化前后原子轨道数目不变，但杂化后轨道形状发生变化，故C正确。sp3、sp2、sp杂化轨道间的夹角分别为10928、120、180，故D正确。杂化轨道理论要点及中心原子的杂化轨道类型的判断用价层电子对互斥模型只能解释分子的空间结构，却无法解释许多深层次的问题，如无法解释甲烷分子中四个CH的键长、键能相同及HCH的键角为10928。按照我们已经学过的价键理论，甲烷分子的4个CH都应该是键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子
5、的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。问题1写出碳原子的价电子排布式，这些价电子的能量是否相同？提示：2s22p2，这些价电子的能量不完全相同，2s电子与2p电子的能量不同。问题2碳原子的2s电子的能量与2p电子的能量是否有很大的差别？提示：没有很大的差别。2s轨道与2p轨道都处于第二能层，能量有差别但差别不是很大。问题3碳原子的2s轨道电子能进入2p轨道吗？提示：能。2s轨道的电子激发后可以进入2p轨道。1杂化轨道理论要点(1)只有能量相近的原子轨道才能杂化。(2)杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等，杂化轨道能量相同。(3)杂化改
6、变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。(4)杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。(5)杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对。(6)未参与杂化的p轨道可用于形成键。2中心原子杂化轨道类型的判断(1)利用价层电子对互斥模型、杂化轨道理论判断分子构型的思路：价层电子对杂化轨道数杂化类型杂化轨道构型。(2)根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为10928，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120，则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180，则中心原子发生sp杂化。(3)有机物中碳原子杂化
7、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。1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、直线形BSO：sp3、三角锥形CH3O：sp3、V形DBF3：sp2、平面三角形D乙炔的结构式为HCCH，每个碳原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，所以C原子采用sp杂化，为直线形结构；SO中硫原子的价层电子对数4，孤电子对数为0，采取sp3杂化，为正四面体形；H3O中氧原子的价层电子对数314，所以中心原子原子轨道为sp3杂化，该离子中含有一个孤电子对，所以其空间结构为三角锥形；BF3分子中硼原子价层电子对数30
8、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。2已知三聚氰胺的结构简式如下图所示：三聚氰胺是氰胺(H2NCN)的三聚体，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、三聚氰胺环上的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂化方式分别是_、_、_。(3)一个三聚氰胺分子中有_个键。解析(2)CN中的N原子、三聚氰胺环上的N原子、NH2中的N原子分别参与形成1、2、3个键且均有一对未成键的孤电子对，所以分别采取sp、sp2、sp3杂化。(3)三聚氰胺分子中除每个双键上有1个键外，其余共价单键均为键。答案(1)1s22s22p2(2)spsp2sp
9、3(3)15根据分子的空间结构判断中心原子杂化轨道类型的方法(1)若分子的空间结构为正四面体形或三角锥形，则分子的中心原子采取sp3杂化。(2)若分子的空间结构为平面三角形，则分子的中心原子采取sp2杂化。(3)若分子的空间结构为直线形，则分子的中心原子采取sp杂化。(4)若分子的空间结构为V形，则分子的中心原子采取sp2杂化或sp3杂化。1下列关于杂化轨道的说法错误的是()A并不是所有的原子轨道都参与杂化B同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化C杂化轨道能量集中，有利于牢固成键D杂化轨道都用来成键D参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p的能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只
10、有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A、B正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都成键，也可以容纳孤电子对(如NH3、H2O的形成)，故D项错误。2三氯化磷分子中的中心原子以sp3杂化，下列有关叙述正确的是()3个PCl键长、键角均相等空间结构为平面三角形空间结构为正四面体形空间结构为三角锥形ABCDDPCl3中P原子采取sp3杂化，有一对孤电子对，结构类似于NH3分子，3个PCl键长、键角均相等，空间结构为三角锥形。3徐光宪在分子共和国一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3C
11、OOH等。下列说法正确的是()AH2O2分子中的O原子为sp2杂化BCO2分子中的C原子为sp杂化CBF3分子中的B原子为sp3杂化DCH3COOH分子中的C原子均为sp2杂化BH2O2分子中O原子形成2个键，含有2对孤电子对，所以O原子为sp3杂化，A错误；CO2分子为直线形，C原子为sp杂化，B正确；BF3分子中B原子形成3个键，没有孤电子对，B原子为sp2杂化，C错误；CH3COOH分子的羧基中C原子形成3个键，没有孤电子对，采取sp2杂化，但甲基中C原子形成4个键，没有孤电子对，采取sp3杂化，D错误。4以硼酸(H3BO3)为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，NaBH4是有机合成中重要
12、的还原剂，可将羧酸直接还原成醇。(1)BH中B原子的杂化类型为_，BH的空间结构为_。(2)乙酸分子()中键角1大于键角2，其原因为_。解析(1)BH中B原子的键电子对数为4，孤电子对数0，价层电子对数为4，故B原子采取sp3杂化，BH的空间结构为正四面体形。(2)由于双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力，所以乙酸分子中键角1大于键角2。答案(1)sp3正四面体形(2)C=O对CC的斥力大于CO对CC的斥力5写出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间结构。(1)CO2分子中的C原子采取_杂化，分子的结构式为_，空间结构呈_。(2)HCHO中的C原子采取_杂化，分子的结构式为_，空间结构呈_。(3)H2S分子中的S原子采取_杂化，分子的结构式为_，空间结构呈_。解析(1)CO2分子中C原子的价层电子对数22，C原子采取sp杂化，分子的空间结构为直线形。(2)HCHO中C原子与2个H原子形成2个键，与O原子形成1个键和1个键，无孤电子对，故中心原子的杂化轨道数为3，采取sp2杂化，分子的空间结构为平面三角形。(3)H2S分子中S原子的价层电子对数24，S原子采取sp3杂化，VSEPR模型为四面体形，S原子上孤电子对数为2，故H2S分子的空间结构为V形。答案(1)spO=C=O直线形(2)sp2平面三角形(3)sp3HSHV形
