高中新教材人教版化学课件+选择性必修2+第二章第2节+第3课时 杂化轨道理论简介

ABn 型 分子 AB2
AB3 AB4
中心原子的价 层电子对数
中心原子的孤 中心原子结 杂化轨
电子对数
合的原子数 道类型
示例
2
0
2
sp
BeCl2、CO2
3
1
2
sp2
SO2
4
2
2
sp3
H2O、H2S
3
0
3
sp2
BF3、SO3、
CH2O
4
1
3
sp3
NH3、PCl3
4
0
4
sp3
CH4、CCl4
方法2:根据杂化轨道的空间分布判断。 (1)若杂化轨道在空间的分布呈正四面体形,则分子的中心原子发生sp3杂 化。 (2)若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则分子的中心原子发生sp2杂 化。 (3)若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则分子的中心原子发生sp杂化。 方法3: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',则分子的中心原子发生sp3杂化;若杂化 轨道之间的夹角为120°,则分子的中心原子发生sp2杂化;若杂化轨道之间 的夹角为180°,则分子的中心原子发生sp杂化。
3.你能用杂化轨道理论解释NH3的空间结构吗? 提示:NH3分子中N原子的价层电子排布式为2s22p3。1个2s轨道和3个2p轨 道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子, 分别与H原子的1s轨道重叠形成共价键;另1个杂化轨道中是成对电子,不 与H原子形成共价键,sp3杂化轨道为正四面体形,但由于孤电子对的排斥作 用,使3个N—H的键角变小,成为三角锥形的空间结构。
误;CO32-中碳原子价层电子对数=3+12×(4+2-3×2)=3,不含孤电子对,采取 sp2 杂 化,空间结构为平面三角形,C 项错误;乙炔(CH≡CH)分子中每个碳原子均形 成 2 个 σ 键和 2 个 π 键,价层电子对数是 2,为 sp 杂化,空间结构为直线形,D 项正确。
方法技巧 杂化轨道类型的判断方法: 方法1:根据价层电子对数判断。 杂化轨道数=价层电子对数=中心原子的孤电子对数+中心原子结合的原 子数。如下表所示:
课堂小结
【效果自测】 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 (1)所有原子轨道都参与杂化。( × ) (2)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)杂化方式相同的分子,空间结构一定相同。( × ) (4)并非任意两个原子轨道都能发生杂化。( √ )
2.下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是( )。 A.杂化轨道全部参与形成化学键 B.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变 C.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180° D.部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释 答案:A 解析:杂化轨道可以部分参与形成化学键,例如NH3中N发生了sp3杂化,形成 了4个sp3杂化轨道,但是只有3个参与形成化学键,A项错误;杂化前后的轨 道数不变,杂化后各个轨道尽可能分散、对称分布,导致轨道的形状发生了 改变,B项正确;sp3、sp2、sp杂化轨道的空间结构分别是正四面体形、平面 三角形、直线形,所以其夹角分别为109°28'、120°、180°,C项正确;部分四 面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释,如甲烷分子、 氨气分子、水分子,D项正确。
sp2
CH4
0+4=4
sp3
SO2
1+2=3
sp2
NH3
1+3=4
sp3
H2O
2+2=4
sp3
4.杂化轨道类型与分子空间结构的关系
【典型例题】
【例题】 下表中各粒子对应的空间结构及中心原子的杂化方式均正确的
是( )。
选项 A B C D
粒子
SO3 SO2 CO32C2H2
空间结构 平面三角形 V形 三角锥形 直线形
合作探究·释疑解惑
探究任务 建立判断σ键和π键的思维模型
【问题引领】
在形成多原子分子时,中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发 生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程,叫做轨道的杂化。双原子分子中, 不存在杂化过程。例如sp杂化、sp2杂化、sp3杂化的过程如下:
1.观察上述杂化过程,新的杂化轨道与杂化前的原子轨道形状相比有没有 变化?分析原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化? 提示:有变化,电子云形状不同,电子云的伸展方向不同。杂化轨道与参与 杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同,杂化后, 形成的一组杂化轨道能量相同。 2.2s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。
(填字母)。
A.⑥>①>⑧>④>⑦
B.⑥>①>④>⑦>⑧
C.⑥>①>④>⑧>⑦
答案:(1)①⑤⑦ (2)①④⑤⑦⑧ ②⑥ (3)②③⑥⑧ ③ (4)C
解析:①CH4中C原子采取sp3杂化,分子的空间结构为正四面体形;②C2H4中 C原子采取sp2杂化,分子的空间结构为平面形;③C2H2中C原子采取sp杂化, 分子的空间结构为直线形;④NH3中N原子采取sp3杂化,分子的空间结构为 三角锥形;⑤ NH4+ 中N原子采取sp3杂化,离子的空间结构为正四面体形;⑥ BF3中B原子采取sp2杂化,分子的空间结构为平面三角形;⑦P4中P原子采取 sp3杂化,分子的空间结构为正四面体形;⑧H2O中O原子采取sp3杂化,分子 的空间结构为V形。(4)①CH4的键角为109°28',④NH3的键角为107°,⑥BF3 的键角为120°,⑦P4的键角为60°,⑧H2O的键角为105°,所以键角由大到小 的顺序为⑥>①>④>⑧>⑦。
CH4、CCl4
(2)不等性杂化:参与杂化的各原子轨道进行成分上的不均匀混合。某个杂
化轨道有孤电子对,如NH3中氮原子的sp3杂化。
【自主思考1】 用杂化轨道理论分析CH4的杂化类型和呈正四面体形的原 因。
提示:在形成CH4分子时,碳原子的一个2s轨道与三个2p轨道混杂,形成四个 能量相等的sp3杂化轨道,分别与四个氢原子的1s轨道重叠形成四个C—H σ 键,四个σ键之间作用力相等,键角相等,分子的空间结构呈正四面体形。 【自主思考2】 杂化轨道的作用是什么?π键是怎么形成的? 提示:杂化轨道只用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。π键一般是 由未参与杂化的p轨道上的单电子形成的。
3.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,形成四个 能量相等的sp3杂化轨道。四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重 叠,形成四个C—H σ键,所以四个C—H是等同的。可表示为:
C原子的杂化轨道
4.杂化轨道分类
(1)等性杂化:参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。如:
【变式训练】 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σ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 C.1 mol白磷中共含6 mol非极性键 D.白磷分子的空间结构为正四面体形 答案:A 解析:由白磷分子的球棍模型图可知,每个磷原子均形成了3个σ键,另外每 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项错 误、B项正确;由图可知C、D项正确。
杂化轨道 每个轨道的成分
轨道间夹角(键角)
sp
12s,12p
sp2
13s,23p
sp3
14s,34p
180° 120° 109°28'
杂化轨道类型与分子空间结构的关系:
空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形
杂化类型 空间结构名称
sp 直线形
sp2 平面三角形
sp3 正四面体形
实例
CO2、C2H2
BF3
中心原子的杂化方式 S 原子采取 sp 杂化 S 原子采取 sp3 杂化 C 原子采取 sp2 杂化 C 原子采取 sp 杂化
答案:D
解析:SO3 分子中硫原子的价层电子对数=3+12×(6-3×2)=3,不含孤电子对,采取 sp2杂化,空间结构为平面三角形,A 项错误;SO2分子中硫原子的价层电子对数 =2+12×(6-2×2)=3,含 1 对孤电子对,采取 sp2 杂化,空间结构为 V 形,B 项错
2.原子轨道的杂化过程
3.杂化轨道类型的判断
因为杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对,而两个原子之间
只能形成一个σ键,故有下列关系:杂化轨道数=中心原子的孤电子对数+中
心原子结合的原子数,再由杂化轨道数判断杂化类型。例如:
代表物质 杂化轨道数 杂化轨道类型CO2Leabharlann 0+2=2sp
CH2O
0+3=3
4.CH4、NH3、H2O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、1、2。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小,孤电 子对数越多排斥作用越大,键角越小。比较键角时,先看中心原子的杂化类 型,杂化类型不同时,一般情况下,键角按sp、sp2、sp3杂化的顺序依次减小; 杂化类型相同时,中心原子孤电子对数越多,键角越小。
2022 高 中 同 步 测 控 优 化 设 计 GAO ZHONG TONG BU CE KONG YOU HUA SHE JI 第二章 第3课时 杂化轨道理论简介
01 自主预习·新知导学
内
容
索
02 合作探究·释疑解惑
引
03 课 堂 小 结
课标定位 素养阐释 1.理解杂化轨道理论的基本含义。 2.能利用杂化轨道理论判断简单分子或离子的空间结构。 3.通过对杂化轨道理论的认知,从微观视角探析杂化轨道理论与分子空间 结构的关系。 4.通过对杂化轨道理论解释简单的共价分子或离子空间结构的认识,建立 证据与模型及其发展之间的辩证关系。
自主预习·新知导学
杂化轨道理论简介 1.定义 在形成分子时,由于原子的相互影响,若干个不同类型但能量相近的原子轨 道发生混杂,重新组合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化,所形成的 新轨道就称为杂化轨道。 2.要点 (1)能量相近:参与杂化的各原子轨道能量要相近 (同一能级组或相近能级 组的轨道)。 (2)数目不变:参与杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目。 (3)排斥力最小:杂化轨道在空间取最大夹角分布,且不同的杂化轨道伸展 方向不同。
【归纳提升】
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。 (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。
3.有下列粒子:①CH4 ②CH2=CH2 ③CH≡CH ⑥BF3 ⑦P4 ⑧H2O,请填写下列空白(填序号): (1)粒子的空间结构呈正四面体形的是
④NH3 。
⑤ NH4+
(2)中心原子轨道为sp3杂化的是
,为sp2杂化的是
。
(3)所有原子共平面的是
,共线的是
。
(4)①④⑥⑦⑧的键角由大到小顺序为