1、第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)第2課時 雜化軌道理論學(xué)習(xí)目標1了解雜化軌道理論的基本內(nèi)容。2能根據(jù)有關(guān)理論判斷簡單分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。核心素養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析：通過認識分子結(jié)構(gòu)以及雜化軌道理論，探析雜化類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系。證據(jù)推理與模型認知：結(jié)合雜化軌道理論與分子的空間結(jié)構(gòu)，能論證證據(jù)與模型建立及其發(fā)展之間的關(guān)系。雜化軌道理論是一種價鍵理論，是鮑林為了解釋分子的空間結(jié)構(gòu)提出的。(1)軌道的雜化在外界條件影響下，原子內(nèi)部 相近的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合形成一組能量相等、成分相同的新軌道的過程。(2)雜化軌道原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡稱雜

2、化軌道。知識梳理一、雜化軌道理論簡介1雜化軌道理論能量(1)原子在成鍵時，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。(2)雜化前后 數(shù)目不變(參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目)，且雜化軌道的能量 。(3)雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。雜化軌道在角度分布上比單純的s或p軌道在某一方向上更集中，例如，s軌道與p軌道雜化后形成的雜化軌道一頭大一頭小，如圖 ，成鍵時根據(jù)最大重疊原理，使它的大頭與其他原子軌道重疊， 程度更大，形成的共價鍵更 。(4)為使相互間的排斥最小，雜化軌道在空間取最大夾角分布。同一組雜化軌道的伸展方向不同，但形狀 。2雜化軌道理論要點原

3、子軌道相同重疊牢固完全相同在形成CH4分子時，碳原子上的一個 軌道和三個 軌道發(fā)生混雜，形成四個能量相等的 雜化軌道，四個 雜化軌道分別與四個氫原子的1s軌道重疊成鍵形成CH4分子，所以四個CH是等同的。3用雜化軌道理論解釋甲烷分子的形成2s2psp3sp3碳原子的sp3雜化可表示如下：雜化軌道及其特點歸納總結(jié)(1)原子形成分子時，通常存在激發(fā)、雜化和軌道重疊等過程，發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子。(2)原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發(fā)生，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。(3)只有能量相近的原子軌道才能雜化，如2s、2p。(4)雜化軌道用于形成鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對。未參與雜

4、化的p軌道可用于形成鍵。分子的空間結(jié)構(gòu)主要取決于原子軌道的雜化類型。(5)雜化軌道成鍵時仍具有共價鍵的特征方向性和飽和性。(6)雜化軌道數(shù)中心原子上的孤電子對數(shù)與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。名師點撥1判斷下列說法的正誤(正確的打“”，錯誤的打“”)。(1)發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子。()(2)原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發(fā)生，孤立的原子是不可能發(fā)生雜化的。()(3)只有能量相近的軌道才能雜化。()(4)雜化軌道能量更集中，有利于牢固成鍵。()(5)雜化軌道只用于形成鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。未參與雜化的p軌道可用于形成鍵。()(6)雜化方式相同的分子，空間結(jié)構(gòu)一定相同。()

5、(7)2s軌道與3p軌道能形成sp2雜化軌道。()鞏固練習(xí)2下列關(guān)于雜化軌道的敘述不正確的是()A分子的中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時，該分子不一定為正四面體形B雜化軌道可用于形成鍵、鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對C雜化前后原子軌道數(shù)目不變，但軌道的形狀發(fā)生了變化Dsp3、sp2、sp雜化軌道間的夾角分別為10928、120、180B【解析】分子的中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時，該分子不一定為正四面體形，可能是三角錐形或V形，如NH3是三角錐形、H2O是V形，故A正確；雜化軌道用來形成鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對，不能用于形成鍵，未參與雜化的軌道可用來形成鍵，故B錯誤；雜化前后原子軌

6、道數(shù)目不變，但雜化后軌道形狀發(fā)生變化，故C正確；sp3、sp2、sp雜化軌道間的夾角分別為10928、120、180，故D正確。下圖是描述甲烷、乙烯和乙炔分子中化學(xué)鍵的情況。情境探究1分析圖1甲烷分子中碳原子的雜化類型；原子軌道雜化后，四條共價鍵的鍵能與鍵長相等嗎？提示：甲烷分子中碳原子的雜化方式是sp3雜化，原子軌道雜化后，四條CH共價鍵的鍵能與鍵長都相等，因此甲烷是正四面體形結(jié)構(gòu)而不是四面體形。2分析乙烯分子中碳原子的雜化方式，總結(jié)原子軌道雜化后，數(shù)量和能量有什么變化？提示：乙烯分子中碳原子雜化方式是sp2雜化；雜化軌道與參與雜化的原子軌道數(shù)目相同，但能量不同。s軌道與p軌道的能量不同，雜

7、化后形成的一組雜化軌道能量相同。思考交流提示：乙炔分子中碳原子的雜化方式是sp雜化；有機化合物分子中碳原子的雜化類型與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系為共價鍵類型碳原子的雜化方式空間結(jié)構(gòu)碳碳單鍵sp3四面體形碳碳雙鍵sp2平面三角形碳碳三鍵sp直線形3分析乙炔分子中碳原子的雜化方式，根據(jù)甲烷、乙烯、乙炔的空間結(jié)構(gòu)，總結(jié)有機化合物分子中碳原子的雜化類型與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系。提示：氨氣分子中N原子的雜化方式是sp3雜化。(1)當雜化軌道全部用于形成鍵時，分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)相同，如CH4為正四面體結(jié)構(gòu)。(2)當雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時，孤電子對對成鍵電子對的排斥作用會使分子或離子的空間結(jié)構(gòu)

8、與雜化軌道的形狀有所不同。如NH3分子中N原子是sp3雜化，但氮原子上有一個孤電子對，由于孤電子對對成鍵電子對的斥力大于成鍵電子對之間的斥力，因此，NH3是三角錐形而不是正四面體形。4氨氣分子中N原子的雜化方式是什么？根據(jù)甲烷、氨氣結(jié)構(gòu)分析雜化類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系？1原子軌道的雜化過程二、雜化軌道類型與分子的空間結(jié)構(gòu)歸納總結(jié)雜化軌道用于形成鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對，當沒有孤電子對時，能量相同的雜化軌道彼此遠離，形成的分子為對稱結(jié)構(gòu)，當有孤電子對時，孤電子對占據(jù)一定空間且對成鍵電子對產(chǎn)生排斥，形成的分子的空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。2雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系(1)當雜化軌道全部用于形

9、成鍵時雜化類型spsp2sp3軌道組成一個ns和一個np一個ns和兩個np一個ns和三個np軌道夾化軌道示意圖實例BeCl2BF3CH4分子結(jié)構(gòu)示意圖分子空間結(jié)構(gòu)名稱直線形平面三角形正四面體形(2)當雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時由于孤電子對參與互相排斥，會使分子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的形態(tài)有所區(qū)別。如水分子中氧原子的sp3雜化軌道中有2個孤電子對，其分子不呈正四面體形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3雜化軌道中有1個孤電子對，氨分子不呈正四面體形，而呈三角錐形。(1)雜化軌道成鍵時，要滿足化學(xué)鍵間最小排斥原理，鍵與鍵間排斥力的大小決定鍵的方向，即決定雜化軌道間的夾

10、角，鍵角越大，化學(xué)鍵之間的排斥力越小。(2)斥力大小對鍵角的影響分子雜化軌道間的夾角斥力大小實際鍵角H2O10928lp-lplp-bpbp-bp105NH310928Lp-bpbp-bp107COCl2120C=O對CCl的斥力大于CCl對CCl的斥力形成兩種大小不同的鍵角名師點撥lp：孤電子對，bp：成鍵電子對1下列常見分子的中心原子的雜化軌道類型是sp的是()ABF3BCH4CSO2 DCO2鞏固練習(xí)D2徐光憲在分子共和國一書中介紹了許多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列說法正確的是()AH2O2分子中的O為sp2雜化BCO2分子中C原子為sp雜化CBF3分子中

11、的B原子sp3雜化DCH3COOH分子中C原子均為sp2雜化B【解析】H2O2分子中氧原子形成2個鍵，孤電子對數(shù)為2，所以O(shè)為sp3雜化，故A錯誤；CO2分子為直線形對稱結(jié)構(gòu)，C原子為sp雜化，故B正確；BF3分子中B與F形成3個鍵，不含孤電子對，所以B原子sp2雜化，故C錯誤；CH3COOH分子中羧基中C原子形成3個鍵，沒有孤電子對，采取sp2雜化，但甲基中碳原子形成4個鍵，沒有孤電子對，采取sp3雜化，故D錯誤。3乙烯分子中含有4個CH和1個C=C，6個原子在同一平面上。下列關(guān)于乙烯分子的成鍵情況分析正確的是()A每個C原子的2s軌道與2p軌道雜化，形成兩個sp雜化軌道B每個C原子的2s軌

12、道與2個2p軌道雜化，形成3個sp2雜化軌道C每個C原子的2s軌道與3個2p軌道雜化，形成4個sp3雜化軌道D每個C原子的4個價電子占據(jù)4個雜化軌道B【解析】乙烯分子結(jié)構(gòu)式為 ，乙烯分子中每個C原子與1個C原子和2個H原子成鍵，形成3個鍵，根據(jù)6個原子在同一平面上，則鍵角為120，結(jié)合價層電子對互斥模型知，每個C原子采用sp2雜化，形成3個sp2雜化軌道，每個C原子的3個價電子占據(jù)3個雜化軌道，1個價電子占據(jù)1個2p軌道，2個C原子成鍵時形成1個鍵。多原子分子中兩個相鄰共價鍵之間的夾角叫鍵角。鍵角大小受多種因素的影響。回答下列微粒中鍵角大小并解釋原因。提示：CH4、BF3、CO2的中心原子分別

13、為sp3、sp2和sp雜化，它們對應(yīng)的鍵角為10928、120、180，鍵角依次增大。(2)H2O、NH3、CH4提示：H2O、NH3、CH4分子的中心原子采取的都是sp3雜化，但孤電子對數(shù)不同。其孤電子對數(shù)分別為2、1、0，在H2O分子中，鍵角要受2個孤電子對的壓縮，鍵角最小。能力提升(1)CH4、BF3、CO2提示：H2O與H2S分子中的O與S原子都采取了sp3雜化，都有2個孤電子對，但O原子的電負性大，H2O比H2S鍵角大。(4)NF3、NH3提示：NF3與NH3比較，中心原子都是N原子且都為sp3雜化，但因為F原子的電負性大于H原子，使成鍵電子離N原子更遠，兩個NF間的斥力減小、可以靠

14、得更近，所以其鍵角更小。(5)HCHO中HCO與HCH的大小提示：在HCHO分子中，C原子為sp2雜化，但由于C原子與O原子間以雙鍵C=O結(jié)合，該雙鍵對CH的斥力要更大些，則HCOHCH。(3)H2O、H2S1首先看中心原子雜化類型中心原子雜化類型是決定鍵角大小的最根本的原因，如下表：中心原子雜化類型spsp2sp3雜化軌道空間分布直線形平面三角形四面體形軌道夾心原子分別為sp3、sp2和sp雜化類型的，它們對應(yīng)的鍵角會依次增大。歸納總結(jié)鍵角大小判斷的一般步驟2確定中心原子孤電子對數(shù)對于中心原子雜化類型相同的分子，中心原子所含孤電子對數(shù)目越多，鍵角越小。3看電負性對于

15、中心原子雜化類型且孤電子對數(shù)相同的分子，可以比較原子的電負性。若中心原子相同，則配位原子電負性越大，鍵角越小。若配位原子相同，則中心原子電負性越大，鍵角越大。舉一反三D【解析】CS2中心原子為sp雜化，鍵角最大，故選D。2(1)NH3、PH3、AsH3鍵角由大到小的順序是_。(2)PBr3、PCl3、PF3鍵角由大到小的順序是_。(3)光氣(COCl2)分子中ClCO_ClCCl。NH3PH3AsH3PBr3PCl3PF3【解析】(1)中心原子雜化方式相同，都有一個孤電子對，中心原子電負性：NPAs，則鍵角：NH3PH3AsH3。(2)中心原子相同、中心原子雜化方式相同，均有一個孤電子對，但電

16、負性：BrClF，則鍵角：PBr3PCl3PF3。(3)COCl2結(jié)構(gòu)式為 ，由于C=O對CCl有較大的斥力，故ClCOClCCl。3請回答下列問題。(1)BF3中鍵角_(填“大于”或“小于”)CCl4中鍵角。(2)H可與H2O形成H3O，H3O中HOH的鍵角比H2O中HOH的鍵角大，原因為_。(3)乙酸分子( )中鍵角1_(填“大于”“等于”或“小于”)鍵角2，原因是_。C=O對CC的斥力大于CO對CC的斥力大于 H2O中氧原子有兩個孤電子對，H3O中氧原子有一個孤電子對，排斥力較小大于【解析】(1)BF3分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，鍵角為120；CCl4分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，鍵角為1

17、0928。(2)H3O、H2O的中心原子的價層電子對數(shù)均為4，H2O中O原子有兩個孤電子對，H3O中O原子有一個孤電子對，因為孤電子對間的排斥力孤電子對與成鍵電子對間的排斥力成鍵電子對間的排斥力，導(dǎo)致H3O中HOH的鍵角比H2O中HOH的鍵角大。(3)由于雙鍵對單鍵的斥力大于單鍵對單鍵的斥力，故乙酸分子結(jié)構(gòu)中鍵角1大于鍵角2。1s軌道和p軌道雜化的類型不可能有()Asp雜化 Bsp2雜化Csp3雜化 Dsp4雜化當堂檢測D【解析】np軌道有三個：npx、npy、npz，當s軌道和p軌道雜化時只有三種類型：sp雜化：即一個s軌道和一個p軌道的雜化；sp2雜化：即一個s軌道和兩個p軌道的雜化；sp3雜化：即一個s軌道和三個p軌道的雜化。【解析】sp雜化軌道的夾角為180，C項屬于未雜化的p軌道。2下列圖形屬于sp雜化軌道的是()D3下列分子的中心原子是sp2雜化的是()ACH4 BBF3CH2O DNF3B【解析】CH3C*H2CH3、C*H3CH2CH3和CH2=CHC*H3中C*為飽和碳原子，采用sp3雜化，A、B、D不符合題意；CH2=C*HCH3中C*為雙鍵碳，采用sp2雜化，C符合題意。4甲烷中的碳原子是sp3雜化，下列用*表示碳原子的雜化和甲