新教材人教版化学选择性必修第二册课件第2章第2节基础课时7杂化轨道理论简介

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 109°28′，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。sp2 杂化 轨道间的夹角是_1_2_0_°_，呈_平__面__三_角__形__(如下图所示)。
(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__________。
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[解析]
(1)CO2分子中C原子的价层电子对数＝2＋
4－2×2 2
＝
2，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σ键，与O原子形成1个σ 键和1个π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。
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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、CH3COOH等。下列说法正确的是( )
A．H2O2分子中的O原子为sp2杂化 B．CO2分子中的C原子为sp杂化 C．BF3分子中的B原子为sp3杂化 D．CH3COOH分子中的C原子均为sp2杂化
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(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_1_8_0_°_，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π键，而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键 的孤电子对。
[解析] (2)—C≡N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σ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σ键外，其余共价单键均 为σ键。
[答案] (1)1s22s22p2 (2)sp sp2 sp3 (3)15
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构 基础课时7 杂化轨道理论简介
学 习 1．知道杂化轨道理论的基本内容。 任 务 2．能根据杂化轨道理论确定简单分子的空间结构。
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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_2_s_轨道和三个_2_p_轨道发生 混杂，形成4个能量相等的_s_p_3__杂化轨道。4个_s_p_3__杂化轨道分别 与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—H_σ_键，所以4个C—H是等同 的。
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(3)H2S分子中S原子的价层电子对数＝2＋6－22×1＝4，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)sp O===C===O 直线形
(2)sp2
平面三角形
(3)sp3 H—S—H V形
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基 础 课时 落 实
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。
NO.2
关键能力·情境探究达成
学习任务
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C—H的键长、键 能相同及H—C—H的键角为109°28′。按照我们已经学过的价键理 论，甲烷分子的4个C—H都应该是σ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。
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4．以硼酸(H3BO3)为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，NaBH4是 有机合成中重要的还原剂，可将羧酸直接还原成醇。
(1)BH
－
4
中B原子的杂化类型为__________，BH
－
4
的空间结构为
__________。
(2)乙酸分子(
)中键角1大于键角2，其原因为______。
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(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
sp
Байду номын сангаасCO2
sp2
SO2
空间结构 直线形 V形
sp3
H2O
V形
杂化轨道类型 sp2
VSEPR模型
典型分子 空间结构
SO3
平面三角形
sp3
NH3
三角锥形
sp3
CH4
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。
B [H2O2分子中O原子形成2个σ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σ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σ键，没有孤电 子对，采取sp2杂化，但甲基中C原子形成4个σ键，没有孤电子对， 采取sp3杂化，D错误。]
(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 109°28′，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。
[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。
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( )
A．C2H2：sp2、直线形 C．H3O＋：sp3、V形
B．SO24－：sp3、三角锥形 D．BF3：sp2、平面三角形
D [乙炔的结构式为H—C≡C—H，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； SO24－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＝3＋1＝4，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＝3＋0＝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。]
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[解析] (1)BH－ 4 中B原子的σ键电子对数为4，孤电子对数＝ 3＋1－2 4×1＝0，价层电子对数为4，故B原子采取sp3杂化，BH4－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C—C的斥力大于 C—O对C—C的斥力
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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__________。
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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( )
①3个P—Cl键长、键角均相等
②空间结构为平面三角形
③空间结构为正四面体形
④空间结构为三角锥形
A．①②
B．②③
C．③④
D．①④
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D [PCl3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P—Cl键长、键角均相等，空间结构为三角锥形。]
(√ ) (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σ键、π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 D．sp3、sp2、sp杂化轨道间的夹角分别为109°28′、120°、 180°
B [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，故A正确。杂化轨道用来形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电 子对，不能用于形成π键，未参与杂化的轨道可用来形成π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109°28′、120°、 180°，故D正确。]
(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σ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π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―判―断→杂化轨道数―判―断→杂化类型―判―断→杂化轨道构 型。
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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
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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。]
[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。
2．已知三聚氰胺的结构简式如下图所示： 三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)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—C≡N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σ键。