人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子的空间结构第二课时导学案

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2．能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的空间结构。
图说考点
必备基础——自学·尝试
杂化轨道理论简介
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______轨道和三个______轨道发生混杂，形成四个能量相同、方向不同的______杂化轨道。四个______杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—Hσ键是等同的。可表示为
2．杂化轨道的类型与分子空间结构的关系
3.杂化轨道理论的要点
(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________和____________，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，在空间取________夹角分布。不同的杂化轨道伸展方向不同；同一组杂化轨道的伸展方向不同，但________完全相同。
[即学即练]
1．判断正误(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。( )
(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。( )
(5)根据中心原子的价层电子对数，一般可以确定其杂化方式以及VSEPR模型。( )
2．下列分子的键角为109°28′的是( )
A．CCl4B．NH3C．H2O D．P4
3．下列分子的立体构型，可以用sp杂化方式解释的是( )
A．HCl B．BeCl2C．BCl3D．CCl4
4．下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是( )
A．sp杂化轨道的夹角最大
B．sp2杂化轨道的夹角最大
C．sp3杂化轨道的夹角最大
D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
核心素养——合作·分享
提升点 杂化轨道理论及其应用
例 完成下表中的空白
状元随笔 价层电子对数与杂化轨道数相等
[提升] (双选)下列各组微粒中，中心原子杂化轨道类型相同的是( )
A．H2S与OF2 B．NCl3与BCl3
C．PCl3与H2O2D．COCl2与SOF2
【关键能力】
杂化轨道理论及其应用
1．杂化轨道理论
(1)形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。但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。
(2)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。
(3)一般说来，中心原子有几个轨道参与杂化，就会形成几个能量相同的杂化轨道，就能形成几个共价键，形成对应的空间结构。但如果分子中存在孤对电子，空间结构会发生变化，如H2O、NH3等。
(4)sp杂化和sp2杂化的两种形式中，原子还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而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对电子。
2．杂化轨道类型
(1)sp3杂化：同一个原子中能量相近的一个ns轨道与三个np轨道进行混合重新组四个新的原子轨道，即sp3杂化轨道。如CH4分子中sp3杂化轨道形成示意图：
(2)sp2杂化：同一个原子中能量相近的一个ns轨道与两个np轨道进行杂化组合成三个新的sp2杂化轨道。如C2H4分子中sp2杂化轨道形成示意图：
(3)sp杂化：同一个原子中能量相近的一个ns轨道与一个np轨道进行杂化组合成两个新的sp杂化轨道。如C2H2分子中sp杂化轨道形成示意图：
3．用杂化轨道理论解释典型分子的空间结构
(1)NH3分子的空间结构
在形成NH3分子时，氮原子的2s和2p原子轨道发生了sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，但NH3分子中只有三个轨道中的未成对电子分别与H原子的1s电子形成σ键，另一个轨道中有一对孤对电子，不能再与H原子形成σ键，但孤对电子对成键电子对有较强的排斥作用，使三个N—H键键角变小(键角为107°)，所以氨分子的空间结构为三角锥形。
(2) BF3分子的空间结构
B原子的电子排布为1s22s22p1，在形成BF3分子时，B原子的一个2s电子激发到一个空的2p轨道中，使B原子的电子排布变为。B原子的2s和两个2p轨道发生了sp2杂化，组合成三个sp2杂化轨道，B原子的三个sp2杂化轨道分别与F原子的一个2p轨道重叠形成三个sp2-p σ键。由于三个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角是120°，所以BF3分子具有平面三角形结构。
(3)BeCl2分子的空间结构
Be原子的电子排布为1s22s2，在形成BeCl2分子时，Be原子的一个2s电子激发到一个空的2p轨道中，经过杂化形成两个sp杂化轨道，与Cl原子中的3p轨道重叠形成两个sp-pσ键。由于杂化轨道的夹角是180°，所以形成的BeCl2分子的空间构型是直线形。
状元随笔 杂化轨道类型的判断方法
1．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。
2．根据分子(或离子)的空间结构判断
(1)正四面体形→中心原子为sp3杂化；
三角锥形→中心原子为sp3杂化。
(2)平面三角形→中心原子为sp2杂化。
(3)直线形→中心原子为sp杂化。
3．根据中心原子的价层电子对数判断
若中心原子有2个价层电子对，中心原子采用sp杂化；若有3个价层电子对，中心原子采用sp2杂化；若有4个价层电子对，中心原子采用sp3杂化。
素养形成——自测·自评
1.下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
A．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等
C．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键
D．CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109°28′
2．下列对乙烯分子中化学键的分析正确的是( )
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杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未能参加杂化的2p轨道形成的π键
D．C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未能参加杂化的2p轨道形成的π键
3．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
A．C2H2与C2H4B．CO2与SO2
C．CH4与NH3D．BeCl2与BF3
4．在BrCH===CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是( )
A．sp-p B．sp2-s
C．sp2-p D．sp3-p
5．下列分子或离子中，其中心原子的杂化方式和分子或离子的空间结构均正确的是( )
A．C2H2：sp2、直线形 B.：sp3、三角锥形
C．H3O＋：sp3、V形 D．BF3：sp2、平面三角形
6．在SO2分子中，分子的立体结构为V形，S原子采用sp2杂化，那么SO2的键角( )
A．等于120° B．大于120°
C．小于120° D．等于180°
7．利用杂化轨道理论填写下表。
第2课时 杂化轨道理论
必备基础
一、1.2s 2p sp3 sp3
2．1 1 1 1 2 3 2 3 4 180° 120° 109°28′ 直线形 平面三角形 正四面体形
3．(3)形状 伸展方向 (4)最大 形状
即学即练
1．(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√
2．解析：A、B、C三项中心原子均以sp3杂化，但B、C两项中含有孤电子对(NH3：1对；H2O：2对)，故A项键角为109°28′。D项无杂化轨道，P—P键之间的键角为60°。
答案：A
3．解析：HCl为双原子分子，双原子分子中不存在杂化过程；CCl4分子的立体构型呈正四面体形，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氯原子的各1个3p轨道重叠形成4个σ键；BeCl2是直线形分子，铍原子以2个sp杂化轨道分别与2个氯原子的各1个3p轨道重叠形成2个σ键；BCl3为平面三角形结构，硼原子以3个sp2杂化轨道分别与3个氯原子的各1个3p轨道重叠形成3个σ键。
答案：B
4．解析：sp杂化轨道的夹角为180°，sp2杂化轨道的夹角为120°，sp3杂化轨道的夹角为109°28′。
答案：A
核心素养
例 答案：
提升 解析：H2S与OF2中中心原子价层电子对数均为4，发生sp3杂化，A符合题意；NCl3与BCl3分子中中心原子杂化方式分别为sp3、sp2杂化，B不符合题意；PCl3与H2O2中中心原子杂化方式均为sp3杂化，C符合题意；COCl2与SOF2的中心原子杂化方式分别为sp2、sp3杂化，D不符合题意。
答案：AC
素养形成
1．解析：参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大，不能形成杂化轨道，即同一原子中只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A正确；轨道数目杂化前后一定相等，故B错误；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C正确；CH4分子中每两个sp3杂化轨道的夹角都为109°28′，故D正确。
答案：B
2．解析：乙烯分子中存在4个C—H键和1个C===C键，C原子上无孤电子对，σ键电子对数为3，则C原子采取sp2杂化，C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间有一个是sp2杂化轨道形成的σ键，另一个是未参加杂化的2p轨道形成的π键。
答案：A
3．解析：C2H2分子中的C采用sp杂化，C2H4分子中的C采用sp2杂化，故A不正确；CO2分子中的C采用sp杂化，SO2分子中的S采用sp2杂化，故B不正确；CH4分子中的C采用sp3杂化，NH3分子中的N也采用sp3杂化，故C正确；BeCl2分子中的Be采用sp杂化，BF3分子中的B采用sp2杂化，故D不正确。
答案：C
4．解析：BrCH===CHBr 分子中的两个碳原子都是采取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，故C—Br键采用的成键轨道是sp2－p，C项正确。
答案：C
5．解析：乙炔的结构式为H—C≡C—H，每个碳原子的价层电子对数是2，且不含孤电子对，所以C原子均采取sp杂化，C2H2为直线形结构，A项错误；的中心原子的价层电子对数＝4＋×(6＋2－4×2)＝4，所含孤电子对数为0，杂化轨道数为4，S原子采取sp3杂化，分子的空间结构为正四面体形，B项错误；H3O＋的中心原子的价层电子对数＝3＋×(6－1－3×1)＝4，所以中心原子采取sp3杂化，因该离子中含有一对孤电子对，所以其空间结构为三角锥形，C项错误；BF3的中心原子的价层电子对数＝3＋0＝3，杂化轨道数为3，所以B原子采取sp2杂化，所含孤电子对数为0，所以其空间结构为平面三角形，D项正确。
答案：D
6．解析：SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上看其键角应为120°，但由于SO2分子中的S原子有一对孤电子对，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此SO2分子中的键角应小于120°。
答案：C
7．答案：
杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原子轨道及数目
ns
________
________
________
np
________
________
________
杂化轨道数目
________
________
________
杂化轨道间的夹角
________
________
________
杂化轨道示意图
空间结构
________
________
________
实例
BeCl2、CO2
BCl3、BF3
CF4、SiCl4
粒子
中心原子价层电子对数
中心原子杂化轨道类型
VSEPR模型
空间结构
COS
SF2
AlF3
SOCl2
分子或离子
中心原子杂化类型
空间结构
SiF4
AsBr3
H2F＋
BeF2
SCl2
粒子
中心原子价
层电子对数
中心原子杂
化轨道类型
VSEPR模型
空间结构
2
sp
直线形
直线形
COS
2
sp
直线形
直线形
SF2
4
sp3
四面体
V形
AlF3
3
sp2
平面三角形
平面三角形
4
sp3
四面体
V形
SOCl2
3
sp2
平面三角形
平面三角形
4
sp3
四面体
三角锥形
分子或离子
中心原子杂化类型
空间结构
sp2杂化
平面三角形
SiF4
sp3杂化
正四面体
sp3杂化
正四面体
sp2杂化
平面三角形
AsBr3
sp3杂化
三角锥形
H2F＋
sp3杂化
V形
BeF2
sp杂化
直线形
SCl2
sp3杂化
V形