2022-2023學(xué)年新教材高中化學(xué)第2章微粒間相互作用與物質(zhì)性質(zhì)第2節(jié)共價鍵與分子的空間結(jié)構(gòu)第1課時雜化軌道理論課件魯科版選擇性必修2

1、第1課時雜化軌道理論第2章內(nèi)容索引0102基礎(chǔ)落實必備知識全過關(guān)重難探究能力素養(yǎng)全提升03學(xué)以致用隨堂檢測全達標素養(yǎng)目標1.通過理解雜化軌道理論的主要內(nèi)容,掌握三種主要的雜化類型,培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的化學(xué)核心素養(yǎng)。2.通過用雜化軌道理論解釋或預(yù)測某些分子或離子的空間結(jié)構(gòu),形成證據(jù)推理與模型認知的化學(xué)核心素養(yǎng)?；A(chǔ)落實必備知識全過關(guān)知識鋪墊1.CH4分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形,鍵角為10928。2.CHCH分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形,鍵角為180。3.乙烯、苯分子中的所有原子都在同一平面上。自主梳理1.雜化軌道在外界條件影響下,原子內(nèi)部能量相近的原子軌道重新組合形成新的原子軌道的過程叫作原子軌道

2、的雜化,組合后形成的一組新的原子軌道叫作雜化原子軌道,簡稱雜化軌道。s軌道和p軌道雜化后,雜化軌道不僅改變了原有s和p軌道的空間取向,而且使它在與其他原子的原子軌道成鍵時重疊的程度更大,形成的共價鍵更牢固。通常,有多少個原子軌道參加雜化,就形成多少個雜化軌道。只在形成分子的過程中發(fā)生,孤立的原子不可能發(fā)生雜化 2.甲烷分子中碳原子的雜化類型 雜化類型spsp2sp3參與雜化的原子軌道及數(shù)目s111p1233.雜化軌道的類型 一定不存在sp4雜化,p能級只有3個軌道 【微思考】1個s軌道和2個p軌道參與雜化,能否形成sp雜化軌道?提示 不能。1個s軌道和2個p軌道參與雜化,形成sp2雜化軌道。4

3、.苯分子的空間結(jié)構(gòu) 根據(jù)雜化軌道理論,形成苯分子時每個碳原子的價電子原子軌道發(fā)生sp2雜化(如s、px、py),由此形成的三個sp2雜化軌道在同一平面內(nèi)。這樣,每個碳原子的兩個sp2雜化軌道分別與鄰近的兩個碳原子的sp2雜化軌道重疊形成鍵,于是六個碳原子組成一個正六邊形的碳環(huán);每個碳原子的另一個sp2雜化軌道分別與一個氫原子的1s軌道重疊形成鍵。與此同時,每個碳原子還有一個與碳環(huán)平面垂直的未參與雜化的2p軌道(如2pz)這六個軌道相互平行且各有一個未成對電子, 它們以“肩并肩”的方式相互重疊,從而形成屬于六個碳原子的鍵。人們把這種在多原子間形成的多電子的鍵稱為大鍵。所以,在苯分子中,整個分子呈

4、平面正六邊形,六個碳碳鍵完全相同,鍵角皆為120。自我檢測1.正誤判斷:(1)任意能級的s軌道和p軌道都可以形成雜化軌道。()(2)有多少個原子軌道發(fā)生雜化就形成多少個雜化軌道。()(3)雜化軌道用于形成鍵。()(4)同一類型的雜化軌道能量相同。()(5)苯分子中C原子發(fā)生sp2雜化。() 2.下列關(guān)于雜化軌道的說法錯誤的是()A.所有原子軌道都參與雜化B.同一原子中能量相近的原子軌道參與雜化C.雜化軌道能量集中,有利于牢固成鍵D.軌道雜化形成的雜化軌道中不一定有1個電子答案 A解析 參與雜化的原子軌道,其能量不能相差太大,如1s軌道與2s、2p軌道能量相差太大,不能形成雜化軌道,即只有能量相

5、近的原子軌道才能參與雜化,故A項錯誤,B項正確;軌道雜化有利于電子云重疊程度更大,有利于形成牢固的化學(xué)鍵,故C項正確;并不是所有的雜化軌道中都會有1個電子,也可以有一對孤電子對(如NH3的形成),故D項正確。重難探究能力素養(yǎng)全提升探究雜化軌道類型和空間結(jié)構(gòu)問題探究1.碳原子與氫原子結(jié)合形成的分子為什么是CH4,而不是CH2或CH3?CH4為什么具有正四面體形的空間結(jié)構(gòu)?提示 在形成CH4分子時,碳原子的一個2s軌道和三個2p軌道發(fā)生雜化,形成四個能量相等的sp3雜化軌道。四個sp3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鍵是等同的。雜化過程可表示如下:2.NH3、

6、CH4兩分子中,N、C兩原子都采用sp3雜化,為什么NH3分子空間結(jié)構(gòu)是三角錐形,CH4分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體形?提示 形成的4個sp3雜化軌道中,NH3分子中只有三個軌道中的未成對電子與氫原子的1s電子成鍵。另1個軌道中有一對未成鍵的孤電子對,未成鍵的孤電子對對成鍵電子對有較強的排斥作用,使三個NH鍵之間的鍵角變小,成為三角錐形。而CH4分子中4個雜化軌道分別與氫原子形成共價鍵,這些共價鍵之間的鍵角都為10928,因此形成正四面體形分子。歸納拓展1.雜化軌道類型(1)sp雜化BeCl2分子的形成。BeCl2分子的形成。鈹原子雜化后形成的2個sp雜化軌道分別與氯原子的3p軌道發(fā)生重疊,形成2

7、個鍵,構(gòu)成直線形的BeCl2分子。sp雜化:sp雜化軌道是由1個ns軌道和1個np軌道雜化而得,sp雜化軌道間的夾角為180,呈直線形。sp雜化后,未參與雜化的2個np軌道可以用于形成鍵,如乙炔分子中的CC鍵的形成。(2)sp2雜化BF3分子的形成。BF3分子的形成:sp2雜化:sp2雜化軌道是由1個ns軌道和2個np軌道雜化而得,sp2雜化軌道間的夾角為120,呈平面三角形。sp2雜化后,未參與雜化的1個np軌道可以用于形成鍵,如乙烯分子中的C=C鍵的形成。(3)sp3雜化CH4分子的形成。CH4分子的形成。sp3雜化:sp3雜化軌道是由1個ns軌道和3個np軌道雜化而得,sp3雜化軌道的夾

8、角為10928,呈正四面體結(jié)構(gòu)?！疚Ⅻc撥】(1)形成分子時,通常存在激發(fā)、雜化和軌道重疊等過程。(2)原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發(fā)生,單個的原子是不可能發(fā)生雜化的。(3)雜化前后原子軌道數(shù)目不變。(4)雜化后軌道伸展方向、形狀發(fā)生改變。(5)只有能量相近的軌道才能進行雜化(如ns、np)。(6)雜化軌道只能形成鍵,不能形成鍵。2.雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系(1)當(dāng)雜化軌道全部用于形成鍵時。雜化類型spsp2sp3雜化軌道數(shù)目234雜化軌道間的夾間結(jié)構(gòu)直線形平面三角形正四面體形實例BeCl2、CO2、CS2BCl3、BF3、BBr3CF4、SiCl4

9、、SiH4(2)當(dāng)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時,由于孤電子對的排斥作用,會使分子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)不同,如H2O和NH3,其中O與N的雜化類型都為sp3雜化,孤電子對數(shù)分別為2、1,分子空間結(jié)構(gòu)分別為角形、三角錐形。應(yīng)用體驗【典例】下列各物質(zhì)中的中心原子不是采用sp3雜化的是()A.NH3B.H2OC.CO2D.CCl4答案 C解析 NH3為三角錐形,但中心原子氮原子采用sp3雜化,形成4個等同的雜化軌道,其中一個雜化軌道由孤電子對占據(jù),余下的3個未成對電子各占一個雜化軌道。H2O為角形,但其中的氧原子也是采用sp3雜化形成4個等同的雜化軌道,其中兩對孤電子對分別占據(jù)兩個雜化

10、軌道,剩余的2個未成對電子各占一個雜化軌道。CCl4分子中碳原子也采用sp3雜化,但CO2分子中碳原子為sp雜化,CO2為直線形分子?！咀兪皆O(shè)問】形成下列分子時,一個原子用sp3雜化軌道和另一個原子的p軌道成鍵的是()PF3CCl4NH3H2OA.B.C.D.答案 A解析 PF3分子中,磷原子的最外層電子排布為3s23p3,中心磷原子采用sp3雜化,形成4個雜化軌道,一個雜化軌道被一對孤電子對占據(jù),另外3個雜化軌道分別與氟原子的2p軌道形成3個鍵;CCl4為正四面體形結(jié)構(gòu),碳原子采用sp3雜化,4個雜化軌道分別與4個氯原子的3p軌道形成4個鍵;由于氫原子核外p軌道沒有電子,因此NH3和H2O不

11、符合題意。規(guī)律方法雜化類型的判斷方法(1)由分子結(jié)構(gòu)判斷雜化類型。直線形sp雜化;平面形sp2雜化;四面體形sp3雜化。(2)由電子對數(shù)判斷雜化類型(包括孤電子對和成鍵電子對)2對sp雜化;3對sp2雜化;4對sp3雜化。(3)由碳原子的飽和程度判斷。飽和碳原子sp3雜化;雙鍵上的碳原子sp2雜化;三鍵上的碳原子sp雜化。變式訓(xùn)練1下列分子的空間結(jié)構(gòu)可用sp2雜化軌道來解釋的是()BF3CH2=CH2Cl2C=CCl2CHCHNH3CH4A.B.C.D.答案 A解析 sp2雜化軌道形成夾角為120的平面三角形,BF3為平面三角形且BF鍵之間的夾角為120;C2H4中碳原子發(fā)生sp2雜化,且未雜

12、化的2p軌道形成鍵;與相似;乙炔中的碳原子發(fā)生sp雜化;NH3中的氮原子發(fā)生sp3雜化;CH4中的碳原子發(fā)生sp3雜化。變式訓(xùn)練2(2022江蘇泰州高二期末)一種含硼鈉鹽的結(jié)構(gòu)如圖所示,其陰離子是由2個H3BO3和2個B(OH)4-縮合而成,下列說法錯誤的是()A.第一電離能:NaBOB.H3BO3中B原子未達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)C.陰離子中B原子雜化軌道的類型均為sp2D.1個B(OH)4-中含有8個鍵答案 C解析 金屬元素的第一電離能小于非金屬元素,同周期元素,從左到右第一電離能呈增大的趨勢, 則第一電離能的大小順序為NaBO,故A正確;硼酸的結(jié)構(gòu)簡式為B(OH)3,分子中硼原子的最外層電子數(shù)

13、為3+3=6,未達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),故B正確;陰離子中連有4個鍵的B原子雜化軌道類型為sp3雜化,連有3個鍵的B原子雜化軌道類型為sp2雜化,故C錯誤;四羥基合硼離子中含有的8個單鍵都為鍵,則1個四羥基合硼離子中含有8個鍵,故D正確。學(xué)以致用隨堂檢測全達標1.能正確表示CH4中碳原子成鍵方式的示意圖為() 答案 D解析 碳原子中的2s軌道與2p軌道進行雜化形成4個能量相等的雜化軌道,因此碳原子最外層上的4個電子分占在4個sp3雜化軌道上并且自旋狀態(tài)相同。2.s軌道和p軌道雜化的類型不可能有()A.sp雜化B.sp2雜化C.sp3雜化D.sp4雜化答案 D解析 np能級有三個軌道:npx、npy

14、、npz,當(dāng)s軌道和p軌道雜化時只有三種類型:sp雜化(由一個ns軌道和一個np軌道進行雜化);sp2雜化(由一個ns軌道和兩個np軌道進行雜化);sp3雜化(由一個ns軌道和三個np軌道進行雜化)。3.下列說法正確的是()A.甲醛分子的結(jié)構(gòu)式為 ,其中碳原子為sp2雜化B.sp3雜化軌道是由能量相近的1個s軌道和3個p軌道重新組合形成的4個能量不同的sp3雜化軌道C.凡中心原子采取sp2雜化的分子,其分子空間結(jié)構(gòu)都是平面三角形D.氨分子中有1對電子未參與雜化答案 A解析 由甲醛分子的結(jié)構(gòu)式可知,其中碳原子為sp2雜化,A項正確;sp3雜化軌道是原子內(nèi)能量相近的1個s軌道和3個p軌道進行重新組

15、合,形成能量相同的4個sp3雜化軌道,B項錯誤;中心原子采取sp2雜化的分子,如果其中一個雜化軌道已有一對電子,只有另外兩個sp2雜化軌道成鍵,則其分子空間結(jié)構(gòu)不是平面三角形,C項錯誤;氨分子中,氮原子為sp3雜化,形成4個sp3雜化軌道,其中1個sp3雜化軌道已有2個電子,D項錯誤。4.PCl3分子的空間結(jié)構(gòu)是()A.平面三角形,鍵角小于120B.平面三角形,鍵角為120C.三角錐形,鍵角小于10928D.三角錐形,鍵角為10928答案 C解析 PCl3分子中磷原子采取sp3雜化,磷原子含有1對孤電子對,PCl3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形,鍵角小于10928。5.指出下列分子中中心原子可能采用的雜化軌道類型,并預(yù)測分子的空間結(jié)構(gòu)。(1)BCl3(2)CS2(3)CF4(4)CH3Cl(5)BeCl2(6)NH3答案 (1)中心原子B采用sp2雜化,分子是平面三角形(2)中心原子C采用sp雜化,分子是直線形(3)中心原子C采用sp3雜化,分子是正四面體形(4)中心原子C采用sp3雜化,分子是四面體形(5)中心原子Be采用sp雜化,分子是直線形(6)中