杂化轨道理论学案.doc

高二化学学案
杂化轨道理论
课时：1 编写人：卢镇芳 审核人： 编号：8
【学习目标】
1. 了解轨道杂化理论。
2. 利用轨道杂化理论判断分子空间构型。
【情境导读】
自然科学的研究在许多时候产生于人们对于一些既定科学事实的解释。虽然VSEPR理论很好的解释了分子具有一定的空间构型的原因，但是科学家却发现用传统的价键理论无法解释。不知道你发现了没有：碳原子的价层电子排布式是2s22s2，为什么能在CH4分子中与4个H原子的1s轨道形成4个完全相同的σ键呢？于是鲍林在传统价键理基础上进行了调整，为完善VSEPR理论建立了轨道杂化理论。从而更加完美的解释了分子具有一定空间构型的原因。从更好的引导我们认识和分析微观的分子世界。这也使我们深刻感受到了：科学进步的过程实际就是一个不断发现问题和解决问题的过程。这是非常值得我们借鉴的。
用杂化轨道理论解释CH4分子的形成过程。
【问题探究】
1、阅读“情境导读”部分，感受杂化轨道理论产生的背景，感受理论进一步完善的必要性。阅读教材P39-40相关内容，回答下列杂化轨道理论核心问题：
①轨道满足什么条件时可以杂化？杂化经历了一些什么样的过程？
②轨道杂化前和杂化后名称有什么联系？轨道数呢？
③原子轨道的杂化改变了原子轨道的形状和方向，增强了原子的成键能力。那么杂化轨道的空间取向如何？为什么？
④杂化轨道和未参与杂化的p轨道有什么区别？

2、根据杂化轨道空间取最大角分布，说出①以下杂化是如何形成的。②形成的杂化轨道中一个和原来轨道有什么联系。③该杂化的空间构型如何？
sp杂化
sp2杂化
sp3杂化
3、完成P41“思考与交流”。
【归纳总结】
①通过对sp杂化、sp2杂化、sp3杂化、sp3d1杂化、sp3d2杂化的分析，归纳哪些轨道容易杂化？杂化轨道数和空间构型特点的关系？
②说说如何应用轨道杂化理论判断分子结构。

【实战演练】
1.根据价层电子对互斥理论及原子的杂化理论判断NF3分子的空间构型和中心原子
的杂化方式为(　　)
A.直线形　sp杂化　 B．三角形　sp2杂化 C.三角锥形　sp2杂化 D．三角锥形　sp3杂化
2、下列叙述正确的是(　　)
A.NH3是极性分子，分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心
B.CCl4是非极性分子，分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心
C.H2O是极性分子，分子中O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央
D.CO2是非极性分子，分子中C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央
3.有关甲醛分子的说法正确的是(　　)
A.C原子采用sp杂化 B.甲醛分子为三角锥形结构
C.甲醛分子为平面三角形结构 D.在甲醛分子中没有π键
4.苯分子(C6H6)为平面正六边形结构，下列有关苯分子的说法错误的是(　　)
A.苯分子中的中心原子C的杂化方法为sp2 B.苯分子内的共价键键角为120°
C.苯分子中的共价键的键长均相等 D.苯分子的化学键是单、双键相交替的结构
5.下列分子的中键角最大的是(　　)
A.CO2 B．NH3 C.H2O D．CH2＝CH2
6.对SO3的说法正确的是(　　)
A.结构与NH3相似 B．结构与SO2相似
C.结构与BF3相似 D．结构与P4相似
7.在SO2分子中，分子的空间结构为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°
8．下列分子中划横线的原子的杂化轨道类型属于sp杂化的是(　　)
A．CH4　　　 　B．C2H4　　 　C．C2H2　　 　D．NH3
9．有关苯分子说法不正确的是(　　)
A．苯分子中C原子均以平面三角形方式成键，形成120°的三个平面三角形轨道，故为正六边形的碳环
B．每个碳原子还有1个未参与杂化的2p轨道，垂直碳环平面，相互交盖，形成共轭大π键
C．大π键中6个电子被6个C原子共用，故称为中心6电子大π键
D．苯分子中共有6个原子共面，6个碳碳键完全相同
10．下列物质分子中的氢原子不在同一平面上的有(　　)
A．C2H2 B．C2H4 C．C2H6 D．C6H6
11．下列分子中，空间结构为平面三角形的是(　　)
A．HgCl2 B．BF3 C．SiCl4 D．SF6
12．OF2分子的中心原子采取的杂化轨道是(　　)
A．sp2 B．sp C．sp3 D．无法确定
13．下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是(　　)
A．CH≡CH B．CO2 C．BeCl2 D．BF3
14．原子轨道的杂化不但出现在分子中，原子团中同样存在原子的杂化。在SO中S原子的杂化方式为(　　)
A．sp B．sp2 C．sp3 D．无法判断
15．为什么CH4、NH3、H2O分子中中心原子的杂化轨道的类型都为sp3杂化，但三者的空间构型却大不相同？
16．ClO－、ClO、ClO、ClO中，Cl都是按以sp3杂化轨道方式与O原子成键，则ClO－空间的构型是________；ClO空间的构型是________；ClO空间的构型是________；ClO空间的构型是________。
【困惑问题】

1解析　判断分子的杂化方式要根据中心原子的孤对电子数以及与中心原子相连的原子个数。在NF3分子中N原子的孤对电子数为1，与其相连的原子数为3，所以根据理论可推知中心
原子的杂化方式为sp3杂化，空间构型为三角锥形，类似于NH3。
答案　D
2解析　本题主要考查常见物质的结构和空间构型。NH3是三角锥形的立体极性分子，A错；CCl4是以C原子为中心的正四面体形结构，B错；CO2是C原子在2个O原子中央的直线形
分子，D错；而水分子是O在两个H中间的“V”形分子，即，故选C。
答案　C
3答案　C
解析　甲醛分子中的中心原子采用sp2杂化，是平面三角形结构，键角为120°，分子中含有一个π键。
4答案　D
解析　由于苯分子的结构为平面正六边形，可以说明分子内的键角为120°，所以中心原子的
杂化方式为sp2杂化，所形成的共价键是完全相同的。
5答案　A
解析　本题考查的是常识问题，四个选项的键角分别为180°、107°、105°、120°。
6答案　C
解析　根据价层电子对互斥原理可知，在SO3中，S原子没有孤对电子，但与S原子相连的
原子个数为3，因此S原子采用sp2杂化方式，分子结构呈平面三角形。
7答案　C
解析　由于SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上讲其键角为120°，但是由于SO2分子中的S原子有一对孤对电子，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此分子中的键角要
小于120°。
8答案　C
解析　本题考查了杂化轨道理论的有关知识。CH4分子中碳原子的杂化轨道是由一个2s轨道和三个2p轨道重新组合而成，属sp3杂化；C2H4分子中碳原子的杂化属sp2杂化；C2H2分子中的碳原子的原子轨道发生的是sp杂化；NH3分子中的N原子的原子轨道发生的是sp3杂化。
9答案　D
解析　苯分子中共有6个碳原子和6个氢原子共面。
10答案　C
解析　CH≡CH中，C原子以sp杂化为直线形，共面；
CH2===CH2中，C原子以sp2杂化为平面形，共面；
C2H6中，C原子以sp3杂化为四面体形，不共面；
C6H6中，C原子以sp2杂化为平面形，共面。
11答案　B
解析　B原子以sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，所以BF3是平面三角形。
12答案　C
解析　根据价层电子对互斥原理可知中心O原子的孤对电子数为2，相连的原子数为2，所以O原子的杂化方式为sp3，其杂化方式和分子的空间结构都与H2O相似。
13答案　C
解析　A、B选项中的分子的C原子采用的都是sp杂化，分子的空间结构都为直线形，但是当C原子采用sp杂化时，未参与杂化的2个p轨道上各有1个单电子，用于形成π键，所以乙炔、二氧化碳分子中一定会有2个π键，而BeCl2分子中的B原子未参与杂化的2个p轨道上没有电子，所以不会形成π键，BF3分子中的B原子的杂化方式为sp2.
14答案　C
解析　在SO中S原子的孤对电子数为0，与其相连的原子数为4，所以根据理论可推知中心原子的杂化方式为sp3 ，空间构型为正四面体形，类似于CH4。
15答案　CH4分子中sp3，每个H原子占据四面体一个顶点，分子为正四面体形。
NH3分子中虽是sp3，三个H原子占据四面体三个顶点，一对孤对电子占据一个顶点，故N原子与三个氢原子构成三角锥形。
H2O分子中也是sp3，两个H原子占据四面体两个顶点，另两个顶点被两个孤电子对占据，故O原子与两个氢原子呈V形，即H2O分子呈V形。
16答案　直线形　V形　三角锥形　正四面体
解析　ClO－的组成决定其空间构型为直线形。其他3种离子的中心原子的杂化方式都为sp3，那么从离子的组成上看其空间结构依次类似于H2O、NH3、CH4(NH)。
10．指出下列分子中，中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。
分子式
杂化轨道类型
分子的几何构型
PCl3

BCl3

CS2

Cl2O

答案
分子式
杂化轨道类型
分子的几何构型
PCl3
sp3
三角锥形
BCl3
sp2
平面三角形
CS2
sp
直线形
Cl2O
sp3
V形
解析　(1)PCl3中P原子sp3，与NH3、NCl3中的N原子相似，分子构型为三角锥形。
(2)BCl3与BF3相似，B原子为sp2杂化，分子构型为平面正三角形。
(3)CS2和CO2相似，C原子呈sp杂化，分子为直线形。
(4)Cl2O中O原子为sp3杂化，与H2O相似，V形分子。
10.试用杂化轨道理论说明下列分子或离子的立体构型。
(1)SiF4(正四面体形)
(2)BCl3(平面三角形)
(3)NF3(三角锥形，键角为102°)
答案　(1)Si原子是sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，键角都是109°28′，正好与四个只有一个不成对的电子的F原子成键。
(2)B原子是sp2杂化，形成三个在同一平面上的sp2杂化轨道，键角都是120°，为平面三角形结构。
(3)N原子是sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，键角应该是109°28′，而N原子最外层有五个电子，有一对电子正好占据一个四面体形轨道，另三个不成对电子各占据一个sp3杂化轨道，与三个F原子成键，而占据一个sp3杂化轨道的一对电子对其他三个N—F键的排斥作用，使其他三个N—F键有点收缩，键角为102°。
解析　根据分子或离子的立体构型，结合中心原子的价电子情况进行推导。
2.为了满足生成BF3和BeCl2的要求，B和Be原子的价电子排布应如何改变？用轨道式表示B、Be原子的价电子结构的改变。
答案　B原子的电子层结构为1s22s22p，当硼与氟反应时，硼原子的一个2s电子激发到一个空的2p轨道中，使硼原子的电子层结构为1s22s12p2p。Be原子的电子结构是1s22s2，在激
发态下，Be的一个2s电子可以进入2p轨道，使Be原子的电子结构为1s22s12p1。

用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构：
提示　
分子或离子　　结构式　　VSEPR模型　　 分子或离子
　　　　　　　　　　　　　　　　　　的立体结构
　HCN　　　H—C≡N　　　直线形

用杂化轨道理论探究氰化氢(HCN)分子和甲醛(CH2O)分子的结构。
1.写出HCN分子和CH2O分子的路易斯结构式。
HCN　　CH2O
提示　H—C≡N　

2.用VSEPR模型对HCN分子和CH2O分子的立体结构进行预测(用立体结构模型表示)。
HCN　　CH2O
提示　　
3.写出HCN分子和CH2O分子的中心原子的杂化类型。
HCN的C　　CH2O的C　
提示　sp杂化　sp2杂化
4.分析HCN分子和CH2O分子中的π键。

提示　结论：HCN分子中C采取sp杂化形成直线形分子，另外HCN分子中还含有一个C—H
σ键，一个C—N σ键，两个C—N π键；CH2O分子中碳原子的价电子采取sp2杂化形成平面三角形分子，C原子有一个未成对电子的2p轨道，与O原子一个未成对电子的2p轨道形成π键。

1.
ABn
分子的立体结构
典型例子
n＝2
直线形
BeCl2　CO2
n＝3
平面三角形
CH2O　BF3
n＝4
正四面体形
CH4　CCl4
2.乙炔分子中的碳原子采取sp杂化，与两个氢形成两个σ键，两个碳原子形成一个σ键。乙
炔分子中的C≡C除一个σ键，另外形成两个π键。
3.甲醛分子中的碳采取了sp2杂化，形成三个σ键，另有C、O原子之间的π键。其立体结构为：。
4.

5.略

6