2020高中化学 专题四 分子空间结构与物质性质 第一单元 第一课时 杂化轨道理论与分子空间构型讲义

-1-EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.第一课时杂化轨道理论与分子空间构型[学习目标]能准确判断共价分子中中心原子的杂化轨道类型，能用杂化轨道理论推测分子的空间构型。自主学习区对应学生用书P045一、杂化轨道理论与分子的空间构型1.sp3杂化与CH4分子的空间构型(1)杂化轨道的形成碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，□011个2s轨道和□023个2p轨道“混合”，形成□03能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。图示：(2)sp3杂化轨道的空间指向碳原子的4个sp3杂化轨道指向□04正四面体的4个顶点，每个轨道上都有一个未成对电子。(3)共价键的形成碳原子的4个□05sp3杂化轨道分别与4个H原子的□061s轨道重叠形成4个相同的σ键。(4)CH4分子的空间构型CH4分子的空间构型为□07正四面体结构，分子中C—H键之间的夹角都是□08109.5°。2.sp2杂化与BF3分子的空间构型(1)sp2杂化轨道的形成硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。□091个2s轨道和□102个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同□113个sp2杂化轨道。图示：(2)sp2杂化轨道的空间指向硼原子的3个sp2杂化轨道指向平面三角形的三个顶点。(3)共价键的形成硼原子的3个□12sp2杂化轨道分别与3个氟原子的□132p轨道重叠，形成3个相同的σ键。(4)BF3分子的空间构型BF3分子的空间构型为□14平面三角形，键角为□15120°。3.sp杂化与BeCl2分子的空间构型-2-(1)杂化轨道的形成Be原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道，□161个2s轨道和□171个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的□182个sp杂化轨道。图示：(2)sp杂化轨道的空间指向两个sp杂化轨道呈直线形。(3)共价键的形成Be原子的2个sp杂化轨道分别与2个Cl原子的□193p轨道重叠形成相同的σ键。(4)BeCl2分子的空间构型BeCl2的空间构型为□20直线形，键角为□21180°。二、乙烷、乙烯和乙炔分子的成键情况1.在C2H6分子中，C原子均采用□01sp3杂化，每个C原子的□023个sp3轨道分别与3个H原子的□031s轨道重叠形成□04C—H_σ键；两个C原子各以□051个sp3轨道发生重叠形成□06C—C_σ键。2.在C2H4分子中，C原子均采用□07sp2杂化，每个C原子的□082个sp2轨道分别与2个H原子的□091s轨道重叠形成□10C—H_σ键；两个C原子各以□111个sp2轨道发生重叠形成□12C—C_σ键，各以□131个未杂化的2p轨道发生重叠，形成□14π键。在与溴发生加成反应时，π键发生断裂。3.在C2H2分子中，C原子均采用□15sp杂化，每个C原子的□161个sp轨道分别与1个H原子的□171s轨道重叠形成□18C—H_σ键；两个C原子各以□191个sp轨道发生重叠形成□20C—C_σ键，各以□212个未杂化的2p轨道发生重叠，形成□222个π键。在与足量溴发生加成反应时，2个π键发生断裂。1.1s轨道与2p轨道能发生杂化吗？提示：1s轨道和2p轨道能量相差较大，不能发生杂化。2.形成杂化轨道后轨道数目会减少吗？提示：杂化前后轨道数目不变。3.杂化轨道与共价键类型的关系是怎样的？提示：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，不能形成π键；未参与杂化的p轨道可用于形成π键。-3-教师点拨区对应学生用书P046一、杂化轨道理论(1)杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相同，但能量不同。(2)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。(3)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。(4)未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。[练习与实践]1.s轨道和p轨道杂化的类型不可能有()A.sp杂化B.sp2杂化C.sp3杂化D.sp4杂化答案D解析np轨道有三个：npx、npy、npz，当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：①sp杂化：即一个s轨道和一个p轨道的杂化。②sp2杂化：即一个s轨道和两个p轨道的杂化。③sp3杂化：即一个s轨道和三个p轨道的杂化。2.下列关于杂化轨道说法错误的是()A.所有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.杂化轨道用来形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对D.杂化轨道中不一定有一个电子答案A解析参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p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，并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道，也可以有一对孤电子对(如NH3、H2O的形成)。方法规律(1)按参与杂化的s轨道、p轨道数目不同，可分为sp、sp2、sp3三种杂化，而同能层只-4-有三个p轨道，故无sp4杂化。(2)杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子本身并不会杂化。(3)杂化时，成对电子受到激发会到空轨道上。二、分子构型与杂化类型的关系1.当杂化轨道全部用于形成σ键时杂化类型spsp2sp3轨道组成一个ns和一个np一个np和两个np一个np和三个np轨道夹角180°120°109.5°杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子结构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由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，其分子不呈正四面体构型，而呈V形，氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体构型，而呈三角锥形。特别提醒杂化轨道成键时，需满足化学键间最小排斥原理，键与键间排斥力的大小决定键的方向，即决定杂化轨道间的夹角，键角越大，化学键之间的排斥力越小。[练习与实践]3.下图是甲醛分子模型的示意图。根据该图和所学的化学键知识回答下列问题：-5-(1)甲醛分子中碳原子轨道杂化的方式是________，做出该判断的主要理由是__________________________。(2)下列是对甲醛分子中的碳氧键的判断，其中正确的是________(用序号填空)。①单键②双键③极性键④非极性键⑤σ键⑥π键⑦σ键和π键(3)甲醛分子中C—H键与C—H键的夹角________(选填“”“”或“＝”)120°，出现该现象的主要原因是__________________________________________。答案(1)sp2甲醛分子为平面三角形(2)②③⑦(3)碳氧双键中存在π键，它对C—H键电子对的排斥作用较强4.指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间构型。(1)CO2中的C为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为________。(2)BCl3中的B为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为__________。(3)CH4中的C为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为__________。(4)AsH3中的As为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为________。答案(1)直线形(2)sp2平面三角形(3)sp3正四面体形(4)sp3三角锥形本课小结1.杂化轨道理论是为了解释分子的立体构型提出的一种价键理论。常见的杂化类型有sp杂化、sp2杂化、sp3杂化。2.sp杂化得到夹角为180°的直线形杂化轨道，sp2杂化得到三个夹角为120°的平面三-6-角形杂化轨道，sp3杂化得到4个夹角为109.5°的正四面体形杂化轨道。学习效果检测对应学生用书P0471.下列分子的中心原子是sp2杂化的是()A.NH3B.H2OC.BeCl2D.BF3答案D解析NH3分子中N原子以sp3杂化，H2O分子中O原子以sp3杂化，BeCl2分子中Be原子以sp杂化，BF3分子中B原子以sp2杂化。2.有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是()A.两个碳原子采用sp杂化方式B.两个碳原子采用sp2杂化方式C.每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成π键D.两个碳原子之间有两个π键答案B解析乙炔分子中的两个碳原子采用sp杂化方式，均形成2个sp杂化轨道，分别与1个氢原子形成1个σ键，2个碳原子间形成1个σ键，再用2个未杂化的2p轨道形成2个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.BeCl2与BF3B.CO2与SO2C.CCl4与NH3D.C2H2与C2H4答案C解析BeCl2分子、BF3分子中杂化轨道数分别为2、3，中心原子杂化类型分别为sp、sp2。CO2分子中含有2个π键，SO2分子中杂化轨道数为3，杂化类型分别为sp、sp2。C项中杂化类型均为sp3。D项中杂化类型分别为sp、sp2。4.氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的几何构型和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是()A.三角锥形、sp3B.V形、sp2C.平面三角形、sp2D.三角锥形、sp2答案A解析SOCl2分子中S原子的杂化轨道数为1＋3＝4，S原子采取sp3杂化，由于孤对电子占据一个杂化轨道，分子构型为三角锥形。5.下列分子的空间构型是正四面体的是()-7-①CH4②NH3③CF4④SiH4⑤C2H4⑥CO2A.①②③B.①③④C.②④⑤D.①③⑤答案B解析C与Si外围电子排布都是ns2np2，在参与成键时都是形成了四个sp3杂化轨道，当四个杂化轨道全部用于形成σ键时，其空间构型为正四面体。6.ClO－、ClO－2、ClO－3、ClO－4中，中心原子Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键，则ClO－的立体构型是__________；ClO－2的立体构型是________；ClO－3的立体构型是__________；ClO－4的立体构型是__________。答案直线形V形三角锥形正四面体形解析ClO－的组成决定其立体构型为直线形。其他3种离子的中心原子的杂化方式都为sp3杂化，那么从离子的组成上看其立体构型依次类似于H2O、NH3、CH4。课时作业对应学生用书P0951.下列有关杂化轨道的说法不正确的是()A.原子中能量相近的某些轨道，在成键时能重新组合成能量相等的新轨道B.轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等C.杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理D.sp3杂化轨道间的夹角为109.5°答案B解析原子轨道形成杂化轨道前后，轨道数目不变化，用于形成杂化轨道的原子轨道的能量相近，并满足最大重叠程度。2.对SO2与CO2说法正确的是()A.都是直线形结构B.中心原子都采取sp杂化C.S原子和C原子上都没有孤电子对D.SO2为V形结构，CO2为直线形结构答案D解析SO2中S原子采取sp2杂化，但一个杂化轨道被孤电子对占据，所以呈V形，CO2中C原子采取sp杂化，是直线形。3.PCl3分子的空间构型是()A.平面三角形，键角小于120°B.平面三角形，键角为120°-8-C.三角锥形，键角小于109.5°D.三角锥形，键角为109.5°答案C解析PCl3中P原子采取sp3杂化，P原子含有1对孤电子对，PCl3的空间构型为三角锥形，键角小于109.5°。4.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π键答案A解析乙烯分子为平面分子，分子中每一个碳原子采取sp2杂化，3个sp2杂化轨道分别与2个氢原子和另一个C原子形成3个σ键，每个C原子未杂化的2p轨道“肩并肩”重叠形成π键。5.下列关于杂化轨道的叙述正确的是()A.杂化