2021-2022學(xué)年新教材人教版化學(xué)選擇性必修第二冊學(xué)案：第二章 第二節(jié) 第2課時 雜化軌道理論簡介

第2課時雜化軌道理論簡介

新課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)業(yè)質(zhì)量目標(biāo)

1.宏觀辨識與微觀探析:通過認(rèn)識分子結(jié)構(gòu)以及雜化軌道理

i.知道雜化軌道理論的基本內(nèi)容。論.探析雜化凱道類型與分開立體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

2.能根據(jù)雜化軌道理論確定簡單分子或離子的空間結(jié)構(gòu)2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知:結(jié)合雜化軌道理論與分子的立體構(gòu)

型,能正確判斷VSEPR模型與雜化類型的關(guān)系.

\__________________________________________________________________________)

必備知識?自主學(xué)習(xí)

雜化軌道理論簡介

1,用雜化軌道理論解釋甲烷分子的形成

在形成CH4分子時,碳原子的左軌道和3個至軌道發(fā)生混雜,得到

4個新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正四面體的4個頂角，

夾角109。28"稱為立雜化軌道，碳原子以4個立雜化軌道分別與

4個H原子的1s軌道重疊形成4個C—Hu鍵，呈現(xiàn)正四面體的空間

結(jié)構(gòu)。

2.雜化軌道的形成及其特點

原子內(nèi)部能量相近的原子軌道重新組合

的過程

雜化后形成的新的能量相同的一組原子

軌道

①雜化軌道數(shù)等于參與雜化的原子軌道數(shù)

②雜化改變了原子軌道的形狀、方向

③雜化使原子的成鍵能力增強

3.雜化軌道類型及其空間結(jié)構(gòu)

雜化類型spsp2Sp3

參與雜化的原子軌1個S軌道和11個S軌道和21個S軌道和3

道及數(shù)目個P軌道個P軌道個P軌道

雜化軌道的數(shù)目234

雜化軌道間的夾角180。120。109。28'

立體構(gòu)型名稱直線形平面二角形止四面體形

實例CO2、c2H2BF3、HCHOCH4、C04

(l)sp3雜化軌道

。聲班奇

P-tP.rPz

Sp3雜化

⑵Sp?雜化軌道

(3)sp雜化軌道

?玨駕等S

sp雜化

—特別鬟互①sp、sp2兩種雜化形式中還有未參與雜化的P軌道，可用

于形成冗鍵，而雜化軌道只用于形成。鍵或者用來容納未參與成鍵的

孤電子對。

②雙原子分子中(如HC1),不存在雜化過程。

(4)VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型

中心原子的

VSEPR模型典型分子空間結(jié)構(gòu)

雜化軌道類型

sp直線形

o=O=oco2

A

so2V形

，

spH2OV形

平面二角

2

spso3

形

Sp3三角錐形

懇NH3

正四面體

Sp3CH4

3形

,自主探索

(1)(思維升華)凡AB3型的共價化合物，其中心原子A是否均采用sp3

雜化軌道成鍵？

提示：不一定。例如SO3是采用sp2雜化軌道成鍵。

(2)(教材二次開發(fā))ClOE、CIO］、CIO；中，中心原子C1是以哪種

雜化軌道方式與O原子成鍵？它們的空間結(jié)構(gòu)如何？

提示：由VSEPR模型可知，C1O2-.CIO］、CIO；中，中心原子

C1都是以sp3雜化軌道方式與O原子成鍵。它們的空間結(jié)構(gòu)分別是V

形、三角錐形、正四面體形。

關(guān)鍵能力?合作學(xué)習(xí)

知識點雜化類型及分子空間結(jié)構(gòu)的判斷

1,原子軌道的雜化過程

2.雜化類型與分子構(gòu)型

(1)當(dāng)雜化軌道全部用于形成。鍵時

雜化類型spsp2spa

一個ns軌道和一個ns軌道和一個ns軌道和

軌道組成

一個np軌道兩個np軌道三個叩軌道

軌道夾角180°120°109。28'

(2)當(dāng)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，會使分子的構(gòu)型與雜化軌道的形狀有所區(qū)別。在雜化軌道的基

礎(chǔ)上，略去孤電子對，即為分子的立體構(gòu)型。

3.中心原子軌道雜化類型的判斷

⑴利用價層電子對互斥理論、雜化軌道理論判斷成為分子構(gòu)型的思

路：

價層電子對卻與VSEPR模型幽雜化軌道構(gòu)型。

⑵根據(jù)VSEPR模型判斷：

VSEPR模型四面體形三角形直線形

雜化類型sp3Sp)sp

⑶有機物中碳原子雜化類型的判斷：飽和碳原子采取sp3雜化，連接

雙鍵的碳原子采取sp2雜化，連接三鍵的碳原子采取sp雜化。

4.等電子原理：原子總數(shù)相同、價電子總數(shù)相同的分子，具有相似

的化學(xué)鍵特征，它們的許多性質(zhì)是相近的。滿足等電子原理的分子稱

為等電子體。例如co和N2具有相同的原子總數(shù)和相同的價電子總

數(shù)，屬于等電子體。

，。合作探究一

⑴（思維升華）2s軌道與3p軌道能否形成sp2雜化軌道？

提示：不能。只有能量相近的原子軌道才能形成雜化軌道。2s與3p

不在同一能級，能量相差較大，不能形成雜化軌道。

⑵（教材二次開發(fā)）CH4、NH3、H2O中心原子的雜化類型都為sp3,鍵

角為什么依次減??？從雜化軌道理論的角度匕澈鍵角大小時有什么

方法？

提示：CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3雜化，中心原子的孤電子

對數(shù)依次為0個、1個、2個。孤電子對數(shù)越多，排斥作用越大，鍵

角越小。

⑶（前后聯(lián)系）氧原子的價電子排布式為2s22P4,2p軌道有兩個未成對

電子，可分別與一個H原子的1s電子形成一個。鍵，不用雜化。但

事實是氧原子形成了四個sp3雜化軌道，目鍵角是104.5°,空間結(jié)構(gòu)

為角形，為什么？

提示：在形成水分子時，O的2s軌道和2p軌道發(fā)生了sp3雜化，形

成四個sp3雜化軌道，呈正四面體形。其中兩個sp3雜化軌道中各有

一^未成對電子，另外兩個Sp3雜化軌道已有兩對孤電子對，不再成

鍵。氧原子與氫原子化合時，o的sp3雜化軌道與H的1s軌道重疊,

形成兩個。鍵。由于兩對孤電子對的電子云密集在o的周圍，對兩

個成鍵的電子對有更大的排斥作用，使o—H鍵之間的鍵角被壓縮，

因此H2O分子的空間結(jié)構(gòu)為角形。

,典例示范.

【典例】（2021?北京朝陽區(qū)高二檢測）下列中心原子的雜化軌道類型和

分子立體構(gòu)型不正確的是（）

A.PCI3中P原子sp3雜化，為三角錐形

B.NH；中N原子sp3雜化，為正四面體形

C.H2s中S原子sp雜化，為直線形

D.SO2中S原子sp?雜化，為V形

【思維建?！?/p>

⑴根據(jù)雜化軌道的立體構(gòu)型判斷：

5-3x1

選C。該分子中P原子價層電子對數(shù)=3+1—=4且含有一個孤

電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷其中心原子雜化類型是sp3,

實際空間構(gòu)型為三角錐形，故A正確；該離子中N原子價層電子對

5-1-4x1

數(shù)=4+―2—=4且不含孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論

判斷N原子為sp3雜化，為正四面體形，故B正確；該分子中S原子

6-2x1

價層電子對數(shù)=2+—=4且含有兩個孤電子對，根據(jù)價層電子

對互斥理論判斷S原子采用sp3雜化，為V形結(jié)構(gòu)，故C錯誤；該分

6-2x2

子中S原子價層電子對數(shù)=2+「一=3且含有一個孤電子對，根

據(jù)價層電子對互斥理論判斷S原子為sp2雜化，為V形，故D正確。

【母題追問】H2s與H2O雜化方式和分子構(gòu)型相同嗎？鍵角相同嗎？

提示：H2s與H2O中心原子都是sp，雜化，分子構(gòu)型均為V形，鍵角

H2O>H2SO

規(guī)律方法、鍵角大小比較

⑴比較鍵角時，先看中心原子雜化類型，雜化類型不同時一般鍵角

按sp、sp2、sp3順序依次減小；

⑵雜化類型相同時，中心原子孤電子對數(shù)越多，鍵角越小。

2素養(yǎng)訓(xùn)練

硫及其化合物在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛。藍磯具有催吐、祛腐、

解毒；治風(fēng)痰壅塞、喉痹、癲癇、牙疳、口瘡、爛弦風(fēng)眼、痔瘡、腫

毒的功效并且有一定的副作用。三氧化硫在表面活性劑和離子交換樹

脂生產(chǎn)中，廣泛用作反應(yīng)劑、染料中間體的生產(chǎn)、石油潤滑儲分的磺

化和酸精制、可用于合成磺胺、硫酸、氯磺

酸、氨基磺酸、硫酸二甲酯、洗滌劑等。

⑴藍帆(CUSO4BH2O)的結(jié)構(gòu)如圖所示:

HOH-0O

2OH2

Cu；0S

/\??\Ho/\

h0OH2'H…。O

SO；■的空間結(jié)構(gòu)是___________其中s原子的雜化軌道類型是

___________________________O

⑵氣態(tài)SO3分子的空間結(jié)構(gòu)為；將純液態(tài)SO3冷卻至I」289.8

K時凝固得到一種螺旋狀單鏈結(jié)構(gòu)的固體，其結(jié)構(gòu)如圖，此固態(tài)SO3

中S原子的雜化軌道類型是_________O

6+2-2x4

提?。?l)SOj-中S有4個。鍵，孤電子對數(shù)是2=。，因

此價層電子對數(shù)為4,空間結(jié)構(gòu)是正四面體形，雜化軌道數(shù)=價層電

子對數(shù)=4,即雜化類型為sp3雜化。(2)SO3中價層電子對數(shù)為3,沒

有孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形；圖中固態(tài)SO3中S原子形成4

個共價單鍵，其雜化軌道類型是sp3雜化。

答案：⑴正四面體形sp3雜化⑵平面三角形sp3雜化

課堂小結(jié)

能量相近的原子軌道發(fā)生雜化

雜化軌道數(shù)目和參與雜化的原子軌

道數(shù)目、能量相同

雜化例苴雜化軌道只能用于形成。鍵或用于

理論

雜化容納未參與成鍵的弧電子對

.未參與雜化的P軌道可用于形成n鍵

理論

簡介

K_________ZVSEPR模型：直線形、sp雜化

中心原子'VSEPR模型：平面三角形、sp2贏

軌道雜化e

、類型的判斷、VSEPR模型：四面體形、sp3雜化

，三言兩語話?點上

1,雜化軌道理論：能量相近的原子軌道才能雜化。

2.必記的三個對應(yīng)關(guān)系

(1)價層電子對幽VSEPR模型幽雜化軌道構(gòu)型。

⑵價層電子對數(shù)與雜化軌道構(gòu)型的對應(yīng)關(guān)系：2~sp、3~sp14~sp3。

⑶有機物中碳原子雜化類型飽和碳原子采取sp，雜化，連接雙鍵的碳

原子采取sp2雜化，連接三鍵的碳原子采取sp雜化。

課堂檢測?素養(yǎng)達標(biāo)

1.(2021.濟南高二檢測)下列有關(guān)雜化軌道理論的說法中正確的是

()

A.NCb分子呈三角錐形，這是氮原子采取spz雜化的結(jié)果

B.sp3雜化軌道是由任意的1個S軌道和3個P軌道混合形成的4個

SP，雜化軌道

C.中心原子采取Sp3雜化的分子，其空間結(jié)構(gòu)可能是四面體形或三

角錐形或V形

D.AB3型的分子空間結(jié)構(gòu)必為平面三角形

5-3x1

選C。NCb分子中氮原子上的價層電子對數(shù)=3+：—=4,因此

NCb分子中氮原子采取sp3雜化，A錯誤；sp3雜化軌道是原子最外電

子層上的s軌道和3個p軌道“混雜”起來，形成能量相等、成分相同

的4個軌道，B錯誤；一般中心原子采取sp3雜化的分子所得到的

VSEPR模型為四面體形，如甲烷分子，若中心原子有孤電子對，則

空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如NH3,PCI3分子是三角錐形，D錯誤，C正確。

2.（2021.武漢高二檢測）下列四種分子中，中心原子的雜化方式與其

他三種不同的是（）

A.SOC12B.BF；

C.CH2Br2D.AICI3

選D。SOCb、BF4、CHzBn中中心原子的價層電子對數(shù)均為4,均

采取sp3雜化，而AlCb中中心原子的價層電子又?jǐn)\為3,采取sp2雜

化，故選Do

3.下列分子中中心原子的雜化方式為sp雜化，分子的空間結(jié)構(gòu)為直

線形且分子中沒有形成兀鍵的是（）

A.C2H2B.CO2

C.BeCl2D.SOr

選CoC2H2的結(jié)構(gòu)簡式為CH三CH,分子中含有三鍵而有兀鍵，A錯

誤；CO2的結(jié)構(gòu)式為O=C=O,分子中含有兀鍵，B錯誤；BeCl2分子

中，鍍原子形成兩個共價單鍵，不含孤電子對，中心原子采取sp雜

化軌道成鍵，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形，分子中不含兀鍵，C正確；

SO1中S原子的價層電子對數(shù)為4,采取sp3雜化，D錯誤。

4.（教材二次開發(fā)?教材習(xí)題改編）下列分子中中心原子的雜化方式^

分子的空間結(jié)構(gòu)均正確的是（）

A.C2H2：sp2、四面體形

B.HC1O：sp、直線形

+

C.H3O：sp\V形

D.BF3：sp2、平面三角形

選D。乙塊的結(jié)構(gòu)式為H—C三C—H,C原子采取sp雜化，為直線形

結(jié)構(gòu)，A錯誤；HC1O分子的結(jié)構(gòu)式為H-0-C1,氧原子采取sp3雜

化，分子結(jié)構(gòu)為角形，B錯誤；比。+中氧原子的價層電子對數(shù)是4,

中心原子采取sp3雜化，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，C錯誤；BF3分子中

硼原子價層電子對數(shù)是3,雜化軌道數(shù)為3,孤電子對數(shù)為0,所以

其空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，D正確。

5.下列關(guān)于NH；、NH3、NH￡三種微粒的說法不正確的是（）

A.三種微粒所含有的電子數(shù)相等

B.三種微粒中氮原子的雜化方式相同

C.三種微粒的立體構(gòu)型相同

D.鍵角大小關(guān)系：NH；>NH3>NH2-

選C。NH；、NH3、NH；含有的電子數(shù)均為10,A正確；NHj、

；

NH3SNH2-三種微粒中氮原子的雜化方式均為sp3雜化B正確NH

立體構(gòu)型為正四面體形，NH3為三角錐形，NH2-為V形，C項錯誤；

NH；、NH3、NH2-三種微粒的鍵角大小關(guān)系為NHj>NH3>NH2-,

D正確。

6.（2021.廣州高二檢測）氮的最高價氧化物為無色晶體，它由兩種離

子構(gòu)成，已知其陰離子構(gòu)型為平面三角形，則其陽離子的構(gòu)型和陽離

子中氮的雜化方式為（）

A.平面三角形sp2雜化

B.V形sp2雜化

C.三角錐形sp3雜化

D.直線形sp雜化

選Do氮的最高價氧化物為N2O5,由兩種離子構(gòu)成，其中陰離子構(gòu)

型為平面三角形，化學(xué)式應(yīng)為NO］，則其陽離子的化學(xué)式為NO9,

其中心N原子價層電子對數(shù)為2+1（5-1-2x2）=2,所以其中的氮

原子按sp方式雜化，陽離子的構(gòu)型為直線形。

7.白磷是一種能自燃的單質(zhì),其分子的球棍模型如圖所示，下列敘

述錯誤的是（）

A.每個磷原子形成3個。鍵，磷原子為sp?雜化

B.每個磷原子的價層電子對數(shù)為4,磷原子均為sp3雜化

C.1mol白磷中共含6molo鍵

D.白磷的分子構(gòu)型為正四面體形

選Ao由白磷分子的球棍模型圖可知,每個磷原子均形成了3個。鍵,

且每個磷原子還有一對孤電子對，故價層電子對數(shù)為4,磷原子為sp3

雜化，A錯誤，B正確；由圖可知C、D正確。

8.（2021.湖南選擇考節(jié)選）硅、褚（Ge）及其化合物廣泛應(yīng)用于光電材

H3C—N^l

料領(lǐng)域。Si04與N-甲基咪唾（JN）反應(yīng)可以得到M2+,其結(jié)

構(gòu)如圖所示：

--12+

HQ-NC?f^N-CH,

H￡~\修占L/N-CH3

N-甲基咪嗖分子中碳原子的雜化軌道類型為