第二章 第二节 第2课时 杂化轨道理论 课件

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第2课时　杂化轨道理论1.通过杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化类型 对分子空间结构的影响。2.通过杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法， 建立分子空间结构分析的思维模型。一、杂化轨道理论简介随堂演练　知识落实课时对点练二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系内容索引 1.杂化轨道的含义在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。2.杂化轨道理论要点(1)原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。(2)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道的能量相同。一、杂化轨道理论简介(3)杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图 ，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更牢固。(4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同。(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子(　　)(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的(　　)(3)只有能量相近的轨道才能杂化(　　)(4)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键(　　)(5)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成π键(　　)√√√√√杂化轨道理论四要点(1)能量相近原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。(2)数目不变形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。(3)成键能力增强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)排斥力最小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。返回1.杂化轨道的类型(1)sp3杂化轨道——正四面体形sp3杂化轨道是由 ns轨道和 np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有 和 的成分，sp3杂化轨道间的夹角为 ，空间结构为正四面体形。如右图所示。二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系1个3个109°28′(2)sp2杂化轨道——平面三角形sp2杂化轨道是由 ns轨道和 np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有 和 成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形，如下图所示。1个2个(3)sp杂化——直线形sp杂化轨道是由 ns轨道和 np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有 和 的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如下图所示。1个1个2.杂化轨道类型与分子空间结构的关系(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。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，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。V形三角锥形V形(1)杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致(　　)(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角一定相同(　　)(3)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键分子其空间结构都是正四面体形(　　)(4)凡AB3型共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键(　　)(5)NH3分子的空间结构为三角锥形，则氮原子的杂化方式为sp3(　　)(6)C2H4分子中的键角都约是120°，则碳原子的杂化方式是sp2(　　)√×××√√1.填表2 2 sp3 3 sp24 4 sp33 3 sp24 4 sp34 4 sp32.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是①BF3　②CH2==CH2　③ ④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4A.①②③ B.①⑤⑥C.②③④ D.③⑤⑥√解析　sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；③与②相似；④乙炔中的碳原子为sp杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。判断中心原子杂化轨道类型的三种方法(1)根据杂化轨道数目判断杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：杂化轨道数目＝价层电子对数目＝σ键电子对数目＋中心原子的孤电子对数目，再由杂化轨道数目确定杂化类型。(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为正四面体或三角锥形，则中心原子发生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，则中心原子发生sp杂化。(3)根据杂化轨道之间的夹角判断①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化。②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。提醒　有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法：饱和碳原子均采取sp3杂化；连接双键的碳原子均采取sp2杂化；连接三键的碳原子均采取sp杂化。返回1.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是A.CO2与SO2 B.CH4与NH3C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4√123随堂演练　知识落实456解析　CO2为sp杂化，SO2为sp2杂化，A项错误；均为sp3杂化，B项正确；BeCl2为sp杂化，BF3为sp2杂化，C项错误；C2H2为sp杂化，C2H4为sp2杂化，D项错误。72.(2019·岑巩县第四中学高二期末)下列分子中的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π键的是A.CH≡CH B.CO2C.BeCl2 D.BF3√1234567解析　CH≡CH中含有三键，所以有π键，不符合题意，故A不选；CO2的结构式为O==C==O，分子中含有碳氧双键，含有π键，不符合题意，故B不选；氯化铍分子中，铍原子含有两个共价单键，不含孤电子对，所以价层电子对数是2，中心原子以sp杂化轨道成键，分子中不含π键，故C选；BF3中B原子含有3个共价单键，所以价层电子对数是3，中心原子以sp2杂化轨道成键，故D不选。12345673.下列有关甲醛(HCHO)分子的说法正确的是①C原子采取sp杂化　 ②甲醛分子为三角锥形结构③C原子采取sp2杂化　 ④甲醛分子为平面三角形结构A.①② B.②③ C.③④ D.①④√123456解析　甲醛(HCHO)分子中的C原子为中心原子，其价层电子对数为3，C原子采取sp2杂化，C原子与其他原子形成3个σ键，没有孤电子对，故甲醛分子为平面三角形结构。综上所述，有关甲醛(HCHO)分子的说法正确的是③④，故选C。74.已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是A.X原子一定是sp2杂化B.X原子一定为sp3杂化C.X原子上一定存在孤电子对D.VSEPR模型一定是平面三角形123456√解析　若X原子无孤电子对，则它一定是直线形分子，若X有一对孤电子对或两对孤电子对，则XY2一定为V形分子，此种情况下X的原子轨道可能为sp2杂化，也可能是sp3杂化，A、B项错误，C项正确；若X有两对孤电子对，则该分子的VSEPR模型为四面体形，D项错误。71234565.在BrCH==CHBr分子中，C—Br采用的成键轨道是A.sp-p B.sp2-sC.sp2-p D.sp3-p解析　分子中的两个碳原子都是采用sp2杂化，溴原子的价电子排布式为4s24p5，4p轨道上有一个单电子，与碳原子的一个sp2杂化轨道成键。√76.乙烯分子中含有4个C—H和1个C==C，6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是①每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化，形成两个sp杂化轨道　②每个C原子的2s轨道与2个2p轨道杂化，形成3个sp2杂化轨道　③每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化，形成4个sp3杂化轨道　④每个C原子的3个价电子占据3个杂化轨道，1个价电子占据1个2p轨道A.①③ B.②④C.①④ D.②③123456√7123456解析　乙烯分子中每个C原子与1个C原子和2个H原子成键，必须形成3个σ键，6个原子在同一平面上，则键角为120°，为sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，1个价电子占据1个2p轨道，2个C原子成键时形成1个π键，②④正确，故选B。77.回答下列问题(1)图(a)为S8的结构，其硫原子的杂化轨道类型为______。(2)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的空间结构为____________；固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为_____。(3)COCl2分子中所有原子均满足8电子构型，COCl2分子中σ键和π键的个数比为______，中心原子的杂化方式为_____。1234567平面三角形sp3sp33∶1sp2(4)As4O6的分子结构如图所示，其中As原子的杂化方式为_______。(5) 中，Al原子的轨道杂化方式为______。sp31234567sp3返回123456789101112131415课时对点练一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。1.下列关于杂化轨道的说法中，错误的是A.ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道B.杂化轨道既可能形成σ键，也可能形成π键C.s轨道和p轨道杂化不可能有sp4杂化轨道出现D.孤电子对有可能参加杂化√123456789101112131415解析　ⅠA族元素如果是碱金属，易失电子，如果是H，一个电子在1s能级上，不可能杂化；杂化轨道只能形成σ键，不可能形成π键；p能级只有3个p轨道，不可能有sp4杂化。2.下列关于原子轨道的说法正确的是A.凡中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是正四面体B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和1个C原子的2p轨道 混合起来而形成的C.sp3杂化轨道是由同一原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的 一组能量相等的新轨道D.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123456789101112131415√123456789101112131415解析　中心原子采取sp3杂化的分子，VSEPR模型是四面体，但其空间结构不一定是四面体，如：水和氨气分子中中心原子采取sp3杂化，但H2O是V形，NH3是三角锥形，故A错误；CH4中sp3杂化轨道是由中心碳原子的能量相近的一个2s轨道和3个2p轨道杂化形成，1s轨道和2p轨道的能量差别较大，不能形成杂化轨道，故B错误；同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道通过杂化可混合起来形成一组能量相同的新轨道，杂化轨道数＝孤电子对数＋与之相连的原子数，故C正确；BF3中B原子的价层电子对数为3，B原子的杂化类型为sp2杂化，故D错误。3.水分子在特定条件下容易得到一个H＋，形成水合氢离子(H3O＋)。下列对上述过程的描述不合理的是A.氧原子的杂化类型发生了改变 B.微粒的形状发生了改变C.微粒的化学性质发生了改变 D.微粒中的键角发生了改变123456789101112131415解析　水中氧的杂化为sp3，H3O＋中氧的杂化为sp3，则氧原子的杂化类型没有改变，故A不合理；水分子为V形，H3O＋为三角锥形，则微粒的形状发生了改变，故B合理；因结构不同，则性质不同，微粒的化学性质发生了改变，故C合理；水分子为V形，H3O＋为三角锥形，微粒中的键角发生了改变，故D合理。√4.下列说法中正确的是A.PCl3分子是三角锥形，这是因为磷原子是sp2杂化的结果B.sp3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D.AB3型的分子空间结构必为平面三角形123456789101112131415√解析　PCl3中P原子形成3个σ键，P上还有一对孤电子对，P为sp3杂化，PCl3分子是三角锥形，A项错误；sp3杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道，B项错误；中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形(如CH3Cl)或三角锥形(如NH3)或V形(如H2O)，C项正确；AB3型的分子空间结构可能为平面三角形(如BF3)或三角锥形(如NH3)，D项错误。1234567891011121314155.氨气分子空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为A.两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为sp2型杂化，而CH4是 sp3型杂化B.NH3分子中N原子形成三个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道C.NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强D.氨气的相对分子质量大于甲烷123456789101112131415√解析　本题考查分子空间结构的判断。NH3中N原子形成3个σ键，有一对未成键的孤电子对，杂化轨道数为4，采取sp3型杂化，孤电子对对成键电子的排斥作用较强，N—H之间的键角小于109°28′，所以氨气分子空间结构是三角锥形；CH4分子中C原子采取sp3型杂化，杂化轨道全部用于成键，碳原子连接4个相同的原子，C—H之间的键角相等为109°28′，故CH4为正四面体形，故A、B、D错误，C正确。1234567891011121314151234567891011121314156.BF3是典型的平面三角形分子，它溶于氢氟酸或NaF溶液中都形成 ，则BF3和 中B原子的杂化轨道类型分别是A.sp2、sp2 B.sp3、sp3C.sp2、sp3 D.sp、sp2√7.如图在乙烯分子中有5个σ键、一个π键，它们分别是A.sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键C.C—H之间是sp2形成的σ键，C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键D.C—C之间是sp2形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键123456789101112131415√解析　CH2==CH2中含有5个σ键：其中4个是在C—H之间，另一个是在C—C之间；且在C—C之间还有一个未杂化的2p轨道形成π键。8.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 A.sp2杂化；sp2杂化 B.sp3杂化；sp3杂化C.sp2杂化；sp3杂化 D.sp杂化；sp3杂化√123456789101112131415解析　羰基上的碳原子共形成3个σ键，为sp2杂化，两侧甲基中的碳原子共形成4个σ键，为sp3杂化。123456789101112131415二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。9.了解有机物分子中化学键特征以及成键方式是研究有机物性质的基础。下列关于有机物分子的成键方式的描述不正确的是A.烷烃分子中碳原子均采用sp3杂化轨道成键B.炔烃分子中碳碳三键由2个σ键、1个π键组成C.甲苯分子中所有碳原子均采用sp2杂化轨道成键D.苯环中存在6个碳原子共有的大π键解析　烷烃分子中碳原子均形成4个键，杂化轨道数为4，均采用sp3杂化轨道成键。碳碳三键由1个σ键、2个π键组成；苯环中碳原子采用sp2杂化轨道成键，6个碳原子上未参与成键的p电子形成一个大π键；甲苯分子中—CH3中的C采用sp3杂化。√√10.下列分子所含原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是A.乙醛[ ] B.丙烯腈[ ]C.甲醛[ ] D.丙炔[ ]123456789101112131415√11.氯化亚砜(SOCl2)可作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间结构和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是 A.三角锥形、sp3 B.V形、sp2C.平面三角形、sp2 D.三角锥形、sp2√123456789101112131415123456789101112131415√√三、非选择题13.已知：①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5，氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。②PCl5分子中，P原子的1个3s轨道、3个3p轨道和1个3d轨道发生杂化形成5个sp3d杂化轨道，PCl5分子呈三角双锥形( )。(1)NH3、PCl3和PCl5分子中，所有原子的最外层电子数都是8个的是______(填分子式)，该分子的形状是__________。PCl3三角锥形123456789101112131415(2)下列关于PCl5分子的说法正确的有_____(填字母)。A.PCl5分子中磷原子没有孤电子对B.PCl5分子中没有形成π键C.PCl5分子中所有的Cl—P—Cl键角都相等(3)N、P是同一族元素，P能形成PCl3、PCl5两种氯化物，而N只能形成一种氯化物NCl3，而不能形成NCl5，原因是__________________________________________________。ABN原子最外层无d轨道，不能发生sp3d杂化，123456789101112131415故无NCl5(4)有同学认为，NH5与PCl5类似，N原子的1个2s轨道、3个2p轨道和1个2d轨道可能发生sp3d杂化。请你对该同学的观点进行评价：__________________________。(5)经测定，NH5中存在离子键，N原子最外层电子数是8，所有氢原子的最外层电子数都是2，则NH5中H元素的化合价为_____和_____；该化合物中N原子的杂化方式_____。不对，因为N原子没有2d轨道＋1123456789101112131415－1sp312345678910111213141514.“三鹿奶粉事件”在社会上引起了人们对食品质量的恐慌，三鹿奶粉中掺杂了被称为“蛋白精”的工业原料三聚氰胺。已知三聚氰胺的结构简式如图所示。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__________。1s22s22p2123456789101112131415(2)氰胺中—C≡N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____、____、____。解析　—C≡N中的N原子、环上的N原子、—NH2中的N原子分别形成1、2、3个σ键且均有一对未成键电子，所以分别采取sp、sp2、sp3杂化。sp　 sp2　 sp3(3)一个三聚氰胺分子中有_____个σ键。解析　除每个双键上有1个π键外，其余均为σ键，共15个。15123456789101112131415(4)三聚氰胺与三聚氰酸( )分子相互之间通过氢键结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中C原子采取_____杂化。该分子的结构简式中，每个碳氧原子之间的共价键是____(填字母)。A.2个σ键 B.2个π键 C.1个σ键，1个π键sp2C解析　由于该分子中C与O形成双键，则应采取sp2方式成键，sp2杂化的C原子与氧原子间有1个σ键、1个π键。15.(2019·山西省实验中学月考)已知下列微粒：①CH4　②CH2==CH2　③CH≡CH　④NH3　⑤ ⑥BF3　⑦H2O　⑧H2O2。试回答下列问题。(1)分子空间构型为正四面体形的是______(填序号，下同)。(2)中心原子为sp3杂化的是_____________，中心原子为sp2杂化的是_______，中心原子为sp杂化的是______。(3)所有原子共平面(含共直线)的是__________，共直线的是_____。123456789101112131415①⑤①④⑤⑦⑧②⑥③②③⑥⑦③解析　①CH4中C原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝4＋0＝4，所以C原子采取sp3杂化，CH4的空间构型为正四面体形；②CH2==CH2中C原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋0＝3，所以C原子采取sp2杂化，CH2==CH2中所有原子共平面；③CH≡CH中C原子采取sp杂化，CH≡CH的空间构型为直线形；④NH3中N原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋1＝4，所以N原子采取sp3杂化，NH3的空间构型为三角锥形；⑥BF3中B原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋0＝3，所以B原子采取sp2杂化，BF3的空间构型为平面三角形。123456789101112131415返回