1、第一单元分子的空间结构第1课时分子的空间结构模型杂化轨道理论学 习 任 务1了解杂化轨道理论的基本内容。2能运用相关的理论来解释或预测简单分子的空间结构。3了解碳原子的杂化轨道。4能运用杂化轨道理论来解释或预测简单分子的空间结构。一、杂化轨道理论1杂化轨道理论的来由为了解释CH4等分子的空间结构，美国化学家鲍林于1931年提出的。2杂化与杂化轨道在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组能量相等、成分相同的新轨道，这种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。3杂化轨道理论的要点(1)在形成分子时，某些不同类型、能量相近的原子轨道重新组合成一组
2、新的轨道。(2)杂化轨道是不同于原来的轨道的一组新的轨道，新的轨道能量相等、成分相同，且有一定的空间取向。(3)杂化轨道与其他原子轨道形成键。4用杂化轨道理论解释3种典型分子的空间结构(1)CH4分子的空间结构杂化轨道的形成碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。sp3杂化轨道的空间结构4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体型，轨道之间的夹角为_10928(或109.5)。共价键的形成与CH4分子的空间结构碳原子的4个sp3杂化轨道分别与氢原子的1s轨道重叠，形成4个相同的键。CH4分子的空间结构为正四面体，分子中C
3、H键之间的夹角为10928。(2)BeCl2分子的空间结构杂化轨道的形成Be原子的2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和1个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。2个sp杂化轨道在空间呈直线形，轨道夹角为_180，2个未杂化的2p轨道与杂化轨道相互垂直。BeCl2分子的空间结构Be原子上的2个sp杂化轨道分别与2个Cl原子上的 3p轨道重叠，形成3个相同的键。BeCl2分子的空间结构为直线形，分子中BeCl键之间的夹角为180。(3)BF3分子的空间结构杂化轨道的形成B原子的2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和2个2p轨道“混合”，形成能量相等、
4、成分相同的3个sp2杂化轨道。3个sp2杂化轨道在空间呈平面三角形，轨道夹角为120，未杂化的2p轨道垂直于该平面。BF3分子的空间结构B原子上的3个sp2杂化轨道分别与3个F原子上的2p轨道重叠，形成3个相同的 键。BF3分子的空间结构为平面三角形，分子中BF键之间的夹角为120。判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)CH4分子的碳原子轨道采用sp3杂化，即1个2s轨道和2个2p轨道杂化。()(2)CCl4分子的空间结构为正方形，分子中CCl键之间的夹角为90。()(3)键角：CH4 BeCl2 BF3。()(4)采用sp3杂化的分子空间结构均为正四面体型。()二、几种碳原子的杂化轨道
5、1乙烷分子的成键情况C原子以sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道，分别与C原子和H原子键合。乙烷分子中，含有6个CH键(sp3s)、1个CC键(sp3sp3)。2乙烯分子的空间结构C原子以sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，分别与C原子和H原子键合。2个碳原子上未杂化的2p轨道形成1个键。乙烯分子中，含有4个CH 键(sp2s)、1个CC键(sp2sp2)、1个键(pp)。乙烯分子的空间结构为平面结构。3乙炔分子的空间结构C原子以sp杂化，形成2个sp杂化轨道，分别与C原子和H原子键合。2个碳原子上未杂化的2p轨道形成2个键。乙炔分子中，含有2个CH键(sp2s)、1个CC键(sp2sp2)、2
6、个键(pp)。乙炔分子的空间结构为直线形。1下列物质中碳原子是以sp3杂化轨道与其他原子成键的是()A乙烯B苯C乙炔D乙烷D乙烯、苯中碳原子采用sp2杂化，乙炔中碳原子采用sp杂化。2指出下列分子中划线原子的杂化轨道类型： 解析根据甲烷和乙烯中碳原子的杂化方式进行类比分析。答案sp3sp2sp2sp2杂化轨道的类型与分子空间结构的关系2甲基2,4己二烯和4甲基1戊炔均为无色易挥发液体，有刺激和麻醉作用，吸入后引起头痛、咳嗽、呼吸困难；大量吸入出现中枢神经系统抑制、精神错乱、神志丧失，常用于制造香料、染料及合成树脂。结构简式如下所示：2甲基2,4己二烯4甲基1戊炔问题1从原子轨道重叠角度分析，2
7、甲基2,4己二烯分子中有哪些共价键？提示键和键。问题22甲基2,4己二烯和4甲基1戊炔分子中碳原子的杂化方式有哪些？提示sp、sp2、sp3。问题32甲基2,4己二烯分子中最多有多少个碳原子共面？提示7个。问题44甲基1戊炔分子中最多有多少个原子共直线？提示4个。一、杂化轨道的类型与分子空间结构的关系杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目1个s轨道1个p轨道1个s轨道2个p轨道1个s轨道3个p轨道杂化轨道的数目234杂化轨道间的夹角18012010928杂化轨道空间结构直线形平面三角形正四面体实例BeCl2 BF3CH4分子的空间结构直线形平面三角形正四面体注意：当杂化轨道数目等于成
8、键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是键，分子的空间结构与杂化轨道的空间结构一致。二、用杂化轨道理论分析C2H6、C2H4、C2H2的成键情况1碳原子的杂化方式和成键情况分子结构碳原子杂化方式成键情况sp3CH 键sp3sCC 键sp3sp3sp2CH 键sp2sCC 键sp2sp2键两个碳原子各以1个未杂化的2p轨道发生重叠形成spCH 键spsCC 键spsp键两个碳原子各以2个未杂化的2p轨道发生重叠形成2.碳原子的杂化轨道及成键规律碳原子的杂化轨道有sp3、sp2和sp三种，其中，以sp2和sp进行杂化时，在未杂化的轨道上有成单电子，形成键。(1)碳原子与其他原子形成4个单键，
9、C原子的sp3杂化轨道与其他原子形成键，空间结构为四面体。甲烷和其他烷烃中的C原子、NH中的N原子、金刚石中的C原子、晶体硅和二氧化硅中的Si原子等，都是sp3杂化。(2)碳原子与其他原子形成2个单键和一个双键，C原子的sp2杂化轨道与其他原子形成键，未杂化的p轨道与其他原子形成键，空间结构为平面结构。存在碳碳双键(C=C)和碳氧双键(C=O)的分子、石墨和苯环中的碳原子都是sp2杂化。(3)碳原子与其他原子形成1个单键和一个三键(或2个双键)，C原子的sp杂化轨道与其他原子形成键，未杂化的2个p轨道与其他原子形成2个键，空间结构为直线形。存在碳碳三键(CC)和碳氮三键(CN)、CO2中的碳原
10、子都是sp杂化。1下列有关有机物分子的叙述不正确的是()A乙烯分子中有一个键B乙炔分子中每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道，它们之间可形成两个键C乙烷分子中两个碳原子均是sp3杂化，分子中一共有6个键D苯分子每个碳原子均是sp2杂化C乙烯分子中有1个碳碳双键，双键中有1个键、1个键，所以乙烯分子中有一个键，A正确；乙炔分子中C原子的杂化方式是sp，每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道，它们之间可形成两个键，B正确；乙烷分子中两个碳原子均是sp3杂化，结构式是，分子中一共有7个键，C错误；苯分子为平面结构，碳原子都是sp2杂化，D正确。2研究发现，化合物HSCN有两种结构：HSCN(硫氰酸)和HN
11、=C=S(异硫氰酸)。下列有关判断明显错误的是()A硫氰酸和异硫氰酸互为同分异构体B硫氰酸和异硫氰酸分子中碳原子的杂化方式相同C硫氰酸和异硫氰酸分子中键和键数目相同D硫氰酸的沸点高于异硫氰酸D异硫氰酸能形成分子间氢键，硫氰酸不能形成分子间氢键，故异硫氰酸的沸点高于硫氰酸。3甲烷中的碳原子是sp3杂化，下列用*表示碳原子的杂化和甲烷中的碳原子杂化状态一致的是()ACH3C*H2CH3BC*H2=CHCH3CCH2=C*HCH3DCHC*HAB、C两项*碳原子均采用sp2杂化，D项*碳原子采用sp杂化。1以下分子或离子的结构为正四面体型且键与键夹角为10928的是()CH4SiCl4CH3ClP4
12、ABCDC正四面体结构的分子，其键角为10928，在上述分子或离子中，CH3Cl为四面体结构，但碳氢键与碳氯键键长不等，故不是正四面体结构，P4为正四面体结构，但键角是60，故只有符合。2在分子中，羰基碳原子与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为()Asp2杂化；sp2杂化Bsp3杂化；sp3杂化Csp2杂化；sp3杂化Dsp杂化；sp3杂化C根据甲烷和乙烯的结构分析，分子中，羰基碳原子采用sp2杂化；甲基碳原子形成4个键，采用sp3杂化。3下列分子所含原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是()A乙醛分子中甲基中的C原子采用sp3杂化，醛基中的C原子采用sp2杂化，A符合题意；丙烯腈中碳
13、碳双键中的碳原子采用sp2杂化，碳氮三键中的碳原子采用sp杂化，B不符合题意；甲醛分子中的C原子采用sp2杂化，C不符合题意；丙炔中甲基中的C原子采用sp3杂化，碳碳三键中的碳原子采用sp杂化，D不符合题意。4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、CH3COOH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sp3杂化DCH3COOH分子中的C原子均为sp3杂化BH2O2分子中的O原子为sp3杂化，BF3分子中的B原子为sp2杂化，CH3COOH分子中的C原子为sp2和sp3杂化。5碳原子有4个价电子，在形成化合物时价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔和苯四种分子中，碳原子采取sp杂化的分子是_(写结构简式，下同)，采取sp2杂化的分子是_，采取sp3杂化的分子是_。试写出一种有机物分子的结构简式，要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子：_。答案CHCHCH2=CH2、CH3CH3CHCCH2CH=CH2(其他合理答案均可)