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高中化学苏教版选修三专题4 第1单元 第1课时杂化轨道理论与分子空间构型


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第1课时

第一单元 分子构型与物质的性质
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第 1 课时
[学习目标定位]

杂化轨道理论与分子空间构型

知道共价分子结构的多样性和复杂性,能用杂化轨道理论 解释或预测某些分子或离子的空间结构。

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第1课时

1.分析下列化学式中画有横线的元素,选出符合要求的 物质并填空。
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A. 3 NH

B. 2O H

C. HCl

D. 4 CH

E. 2H6 C

F. 2 N

(1)所有的价电子都参与形成共价键的是______; (2)只有一个价电子参与形成共价键的是______; (3)最外层有未参与成键的电子对的是______; (4)既有 σ 键,又有 π 键的是______; (5)既有极性键又有非极性键的是__________; (6)分子构型为正四面体的是____________。

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解析

第1课时

NH3 中 N 原子与 3 个 H 原子形成 3 个 σ 键,还有一

对不成键电子; 2O 中 O 原子与 2 个 H 原子形成 2 个 σ 键, H 还有两对不成键电子;HCl 中 Cl 原子与 1 个 H 原子形成 1 个 σ 键,还有三对不成键电子;CH4 中 C 原子与 4 个 H 原
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子形成 4 个 σ 键,所有价电子都参与成键,其分子构型为正 四面体型; 2H6 中 C 原子分别与 3 个 H 原子及另 1 个 C 原 C 子形成 4 个 σ 键, 所有价电子都参与成键, C—H 为极性键, C—C 为非极性键; 2 中 N 原子与另 1 个 N 原子形成 1 个 σ N 键,2 个 π 键,还有一对不成键电子。 答案 (1)DE (2)C (3)ABCF (4)F (5)E (6)D

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2.根据已学知识回答下列问题: (1)判断下列关于甲烷分子结构说法的正误 ①甲烷分子的空间构型为正四面体
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第1课时

(√ ) (√ ) (× ) (√ )

②甲烷分子中只含有极性共价键 ④甲烷分子为平面正方形结构 ⑤甲烷的二氯代物只有一种

③甲烷分子中 4 个 C—H 键的键能、键长相同 ( √ )

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第1课时

(2)碳原子的价电子排布式是 2s22p2,按电子排布规律, 2 个 s 电子是已配对的,只有 2 个 p 电子未成对,而在 2s上有1 甲烷分子中碳呈 4 价而不是 2 价,其原因是__________
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个电子跃迁到2p空轨道上,有4个未成对电子 ______________________________________________。

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第1课时

探究点一
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杂化轨道及其理论要点

1.C 原子与 H 原子结合形成的分子为什么是 CH4,而 不是 CH2 或 CH3?CH4 为什么具有正四面体的空间
答案 在形成 CH4 分子时,碳原子的一个 2s 轨道和三个 2p 轨道发生混杂, 形成四个能量相等的 sp3 杂化轨道。 四 个 sp3 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—H 是等同的。可表示为

构型?

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第1课时

2.由以上分析可知: (1)在外界条件影响下, 原子内部能量相近 的原子轨
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道重新组合形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的

杂化原 杂化, 重新组合后的新的原子轨道,叫做_______ ________,简称 杂化轨道 。 子轨道 激发→杂化→轨道重叠 (2)轨道杂化的过程:______________________。

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第1课时

3.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。
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(2)参与杂化的原子轨道数 等于 形成的杂化轨道数。 (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 增大 。

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第1课时

[归纳总结] (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 。

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第1课时

[活学活用] 1.下列关于杂化轨道的说法错误的是
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(

)

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.杂化轨道能量集中,有利于牢固成键 D.杂化轨道中不一定有一个电子

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第1课时

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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,即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化,故 A 项 错误,B 项正确; 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 项 正确;
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),故 D 项 正确。

答案

A

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探究点二 杂化轨道类型和空间构型

第1课时

1.sp 杂化——BeCl2 分子的形成 (1)BeCl2 分子的形成
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杂化后的 2 个 sp 杂化轨道分别与氯原子的 3p 轨道发生 重叠,形成 2 个 σ 键,构成直线形的 BeCl2 分子。

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第1课时

1个np (2)sp 杂化:sp 杂化轨道是由 1个ns 轨道和______ 1 1 轨道杂化而得, 每个 sp 杂化轨道含有 2s 和 2p 轨道
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的成分。sp 杂化轨道间的夹角为 180° ,呈

直线 形(如 BeCl2)。
(3)sp 杂化后, 未参与杂化的两个 np 轨道可以用于形 成 π 键,如乙炔分子中的 C≡C 键的形成。

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2.sp2 杂化——BF3 分子的形成 (1)BF3 分子的形成

第1课时

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第1课时

(2)sp2 杂化: 2 杂化轨道是由 1个ns 轨道和 2个np 轨道杂 sp 1 2 p 化而得,每个 sp2 杂化轨道含有___和____的成分。sp2 杂化轨 3s 3
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道间的夹角为 120°,呈 平面三角 如乙烯分子中的 C==C 键的形成。

形(如 BF3)。

(3)sp2 杂化后, 未参与杂化的 1 个 np 轨道可以用于形成 π 键,

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3.sp3 杂化——CH4 分子的形成 (1)CH4 分子的空间构型
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第1课时

(2)sp3 杂化:sp3 杂化轨道是由 1个ns 轨道和 3个np 轨 3 1 p s 道杂化而得, 每个 sp3 杂化轨道含有 4 和 4 的成分。 3 sp 杂化轨道的夹角为 109.5°,呈空间 正四面体 型(如 CH4、CF4、CCl4)。

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[归纳总结] 杂化类型的判断方法 (1)由分子构型判断杂化类型
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第1课时

①直线形——sp 杂化 ②平面形——sp2 杂化 ③四面体型——sp3 杂化 (2)由电子对数判断杂化类型(包括孤电子对和电子对) ①2 对——sp 杂化 ②3 对——sp2 杂化 ③4 对——sp3 杂化

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第1课时

(3)由碳原子的饱和程度判断 ①饱和碳原子——sp3 杂化
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②双键上的碳原子——sp2 杂化 ③叁键上的碳原子——sp 杂化

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第1课时

[活学活用] 2.下列分子的空间构型可用 sp2 杂化轨道来解释的是 (
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)

①BF3 ⑥CH4

②CH2==CH2



④CH≡CH

⑤NH3

A.①②③ C.②③④

B.①⑤⑥ D.③⑤⑥

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第1课时

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 键夹角为 120° ; ②C2H4 中碳原子以 sp2 杂化,且未杂化的 2p 轨道形成 π
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键;

③同②相似;
④乙炔中的碳原子为 sp 杂化;
⑤NH3 中的氮原子为 sp3 杂化;
⑥CH4 中的碳原子为 sp3 杂化。

答案 A

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第1课时

理解感悟
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分子的空间构型与杂化轨道的类

型有关,因此掌握分子的空间构型并据此判断 分子中杂化轨道类型。

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3.关于原子轨道的说法正确的是 构型都是正四面体型
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第1课时

( C )

A. 凡是中心原子采取 sp3 杂化轨道成键的分子其空间 B.CH4 分子中的 sp3 杂化轨道是由 4 个 H 原子的 1s 轨道和 C 原子的 2p 轨道混合起来而形成的 C.sp3 杂化轨道是由同一个原子中能量相近的 s 轨道 和 p 轨道混合起来形成的一组能量相近的新轨道 D. AB3 型的共价化合物, 凡 其中心原子 A 均采用 sp3 杂化轨道成键

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第1课时

1.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是
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( C ) A.BeCl2 与 BF3 C.CCl4 与 NH3 B.CO2 与 SO2 D.C2H2 和 C2H4

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。

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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
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第1课时

( B )

C.每个碳原子都有两个未参与杂化的 2p 轨道形成 π键 D.两个碳原子间形成两个 π 键和一个 σ 键

解析 乙炔分子中碳原子以 1 个 2s 轨道和 1 个 2p 轨道形 成 sp 杂化轨道。故乙炔分子中碳原子采用 sp 杂化方式, 且每个碳原子以两个未参与杂化的 2p 轨道形成 2 个 π 键, 构成碳碳叁键。解答本题时必须要了解乙炔分子的结构, 理解其成键过程,才能准确的判断其杂化类型。

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第1课时

3.形成下列分子时,一个原子用 sp3 杂化轨道和另一
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个原子的 p 轨道成键的是 ①PF3 ②CCl4 ③NH3 ④H2O B.②③ C.③④ A.①②

( A ) D.①④

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4.有关甲醛分子的说法正确的是 ①C 原子采取 sp 杂化 ③C 原子采取 sp2 杂化
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第1课时

( C ) ②甲醛分子为三角锥型结构

④甲醛分子为平面三角形结构 C.③④ D.①④

A.①②
解析

B.②③

甲醛分子(CH2O)中的中心 C 原子采取的是 sp2 杂

化,3 个杂化轨道呈平面三角形,2 个 sp2 杂化轨道分别与 1 个 H 原子的 s 轨道形成 C—H σ 键, 1 个 sp2 杂化轨道 另 与 O 原子的 p 轨道形成 1 个 σ 键, 原子中未用于杂化的 C 一个 p 轨道与 O 原子的 p 轨道形成 1 个 π 键。


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