高中化學專題4第1單元第1課時雜化軌道理論與分子空間構(gòu)型教案蘇教版選修3

高中化學專題4第1單元第1課時雜化軌道理論與分子空間構(gòu)型教課方案蘇教版選修3高中化學專題4第1單元第1課時雜化軌道理論與分子空間構(gòu)型教課方案蘇教版選修311/11高中化學專題4第1單元第1課時雜化軌道理論與分子空間構(gòu)型教課方案蘇教版選修3第1課時雜化軌道理論與分子空間構(gòu)型[核心涵養(yǎng)發(fā)展目標]1.認識雜化軌道理論，能從微觀角度理解中心原子的雜化軌道種類對分子空間構(gòu)型的影響。2.經(jīng)過對雜化軌道理論的學習，掌握中心原子雜化軌道種類的判斷方法，建立分子空間構(gòu)型解析的思想模型。一、雜化軌道及其理論要點1．試講解CH4分子為什么擁有正周圍體的空間構(gòu)型？雜化軌道的形成碳原子2s軌道上的1個電子進入2p空軌道，1個2s軌道和3個2p軌道“混雜”起來，形成能量相等、成分相同的4個sp3雜化軌道，可表示為(2)共價鍵的形成碳原子的4個sp3雜化軌道分別與4個H原子的1s軌道重疊形成4個相同的σ鍵。(3)CH4分子的空間構(gòu)型甲烷分子中的4個C—H鍵是等同的，C—H鍵之間的夾角——鍵角是109.5°，形成正周圍體型分子。2．軌道雜化與雜化軌道軌道的雜化：在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量周邊的原子軌道重新組合形成一組新軌道的過程叫做原子軌道的雜化。雜化軌道：重新組合后的新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。軌道雜化的過程：激發(fā)→雜化→軌道重疊。3．雜化軌道的種類雜化種類spsp2sp3參加雜化的原子軌ns111道及數(shù)目np123雜化軌道數(shù)目234雜化軌道理論的要點1原子形成分子時，平時存在激發(fā)、雜化和軌道重疊等過程。發(fā)生軌道雜化的原子必然是中心原子。原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發(fā)生，孤立的原子是不能能發(fā)生雜化的。(3)只有能量周邊的軌道才能雜化(如2s、2p)。(4)雜化前后原子軌道數(shù)目不變(參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目)，且雜化軌道的能量相同。(5)雜化軌道成鍵時要滿足化學鍵間最小排斥原理，使軌道在空間獲取最大夾角分布。故雜化后軌道的伸展方向、形狀發(fā)生改變，但雜化軌道的形狀完好相同。例1以下關于雜化軌道的說法錯誤的選項是( )A．所有原子軌道都參加雜化形成雜化軌道B．同一原子中能量周邊的原子軌道參加雜化C．雜化軌道能量集中，有利于牢固成鍵D．雜化軌道中不用然有一個電子答案A解析參加雜化的原子軌道，其能量不能夠相差太大，如1s軌道與2s、2p軌道能量相差太大，不能夠形成雜化軌道，即只有能量周邊的原子軌道才能參加雜化，故A項錯誤，B項正確；雜化軌道的電子云一頭大一頭小，成鍵時利用大的一頭，可使電子云重疊程度更大，形成牢固的化學鍵，故C項正確；其實不是所有的雜化軌道中都會有電子，也能夠是空軌道，也能夠有一對孤電子對(如NH3)，故D項正確。例2以下有關sp2雜化軌道的說法錯誤的選項是( )A．由同一能層上的s軌道與p軌道雜化而成B．共有3個能量相同的雜化軌道C．每個sp2雜化軌道中s軌道成分占三分之一D．sp2雜化軌道最多可形成2個σ鍵答案D解析同一能層上s軌道與p軌道的能量差異不是很大，互相雜化的軌道的能量差異也不能夠過大，A項正確；同各種類的雜化軌道能量相同，B項正確；sp2雜化軌道是由一個s軌道與2個p軌道雜化而成的，C項正確；sp2雜化軌道最多可形成3個σ鍵，D項錯誤。二、用雜化軌道理論講解分子的形成及分子中的成鍵情況1．用雜化軌道理論講解BeCl2、BF3分子的形成(1)BeCl2分子的形成2雜化后的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個σ鍵，構(gòu)成直線形的BeCl2分子。(2)BF3分子的形成2．用雜化軌道理論講解乙烯、乙炔分子中的成鍵情況乙烯分子中的成鍵情況在乙烯分子中，C原子采用sp2雜化，形成3個雜化軌道，兩個碳原子各以1個雜化軌道互相重疊，形成1個C—Cσ鍵，其他兩個雜化軌道分別與氫原子的1s軌道重疊，形成2個C—Hσ鍵，這樣形成的5個鍵在同一平面上，其他每個C原子還剩下1個未雜化的p軌道，它們發(fā)生重疊，形成一個π鍵。其結(jié)構(gòu)表示圖以下：乙炔分子中的成鍵情況在乙炔分子中，碳原子采用sp雜化，形成2個雜化軌道，兩個碳原子各以1個雜化軌道互相重疊，形成1個C—Cσ鍵，每一個碳原子又各以1個sp軌道分別與1個氫原子形成σ鍵，這樣形成的3個鍵在同素來線上，其他每個碳原子還有2個未雜化的2p軌道，它們發(fā)生重疊，形成兩個π鍵。其結(jié)構(gòu)表示圖以下：雜化軌道的種類與分子空間構(gòu)型的關系雜化種類spsp2sp33雜化軌道間的夾角180°120°109.5°空間構(gòu)型直線形平面三角形正周圍體實例BeCl、CO、CSBCl3、BF3、BBr3CF、SiCl4、SiH22244特別提示雜化軌道只能形成σ鍵，不能夠形成π鍵。例3有關雜化軌道的說法不正確的選項是( )A．雜化前后的軌道數(shù)不變，但軌道的形狀發(fā)生了改變B．sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角分別為109.5°、120°、180°C．雜化軌道既可形成σ鍵，又可形成π鍵D．已知CO為直線形分子，其分子結(jié)構(gòu)能夠用sp雜化軌道講解2答案C解析雜化前后的軌道數(shù)不變，雜化后，各個軌道盡可能分別、對稱分布，以致軌道的形狀發(fā)生了改變，A正確；sp3、sp2、sp雜化軌道其空間構(gòu)型分別是正周圍體型、平面三角形、直線形，因此其夾角分別為109.5°、120°、180°，B正確；雜化軌道只能形成σ鍵，C錯誤；直線形分子的鍵角為180°，中心原子的雜化方式是sp,D正確。例4有機物CH3CH==C—C≡CH中標有“·”的碳原子的雜化方式依次為()···A．sp、sp2、sp3B．sp3、sp2、spC．sp2、sp、sp3D．sp3、sp、sp2答案B解析依照價層電子對互斥理論可判斷C原子的雜化方式。若價電子對數(shù)是4，則C原子采取sp3雜化；若價電子對數(shù)是3，則C原子采用sp2雜化；若價電子對數(shù)是2，則C原子采用sp雜化。方法規(guī)律——中心原子雜化種類的判斷方法(1)依照雜化軌道之間的夾角判斷：若雜化軌道之間的夾角為109°.5°，則中心原子發(fā)生sp3雜化；若雜化軌道之間的夾角為120°，則中心原子發(fā)生sp2雜化；若雜化軌道之間的夾角為180°，則中心原子發(fā)生sp雜化。(2)有機物中碳原子雜化種類的判斷：飽和碳原子采用sp3雜化，連接雙鍵的碳原子采用sp2雜化，連接叁鍵的碳原子采用sp雜化。41．判斷正誤(1)雜化軌道與參加雜化的原子軌道的數(shù)目相同，但能量不相同(√)(2)雜化軌道的鍵角與分子內(nèi)的鍵角不用然相同(√)(3)只要分子的空間構(gòu)型為平面三角形，中心原子均為sp2雜化(√)(4)雜化方式相同的分子，空間構(gòu)型必然相同(×)2．鮑林是兩位獲取諾貝爾獎不相同獎項的人之一，雜化軌道是鮑林為認識釋分子的空間結(jié)構(gòu)提出的。以下對sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角的比較，得出結(jié)論正確的選項是( )A．sp雜化軌道的夾角最大B．sp2雜化軌道的夾角最大C．sp3雜化軌道的夾角最大D．sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角相等答案A解析sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角分別為109.5°、120°、180°，故A項正確。3．以下有關sp雜化軌道的表達正確的選項是( )A．是由一個1s軌道和一個2p軌道線性組合而成B．sp雜化軌道中的兩個雜化軌道完好相同C．sp雜化軌道可與其他原子軌道形成σ鍵和π鍵D．sp雜化軌道有兩個，一個能量高，另一個能量低答案B解析sp雜化軌道是同一原子內(nèi)同一電子層內(nèi)軌道發(fā)生的雜化，A項錯誤；不相同種類能量相近的原子軌道混雜起來，重新組合成一組新的軌道，所形成兩個能量等同的sp雜化軌道，B項正確，D項錯誤；雜化軌道用于形成σ鍵，未雜化的軌道形成π鍵，不是雜化軌道形成π鍵，C項錯誤。4．在乙炔分子中有3個σ鍵、2個π鍵，它們分別是()A．sp雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2個2p軌道形成2個π鍵，且互相垂直B．sp雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2個2p軌道形成2個π鍵，且互相平行C．C—H之間是sp雜化軌道形成的σ鍵，C—C之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵D．C—C之間是sp雜化軌道形成的σ鍵，C—H之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵答案A解析碳原子形成乙炔時，一個2s軌道和一個2p軌道雜化成兩個sp軌道，其他的兩個2p軌道保持不變，其中一個sp軌道與氫原子的1s軌道頭碰頭重疊形成C—Hσ鍵，另一個sp軌道則與另一個碳原子的sp軌道頭碰頭重疊形成C—Cσ鍵，碳原子剩下的兩個p軌道則肩5并肩重疊形成兩個C—Cπ鍵，且這兩個π鍵互相垂直。5．在分子中，羰基碳原子與甲基碳原子成鍵時所采用的雜化方式分別為()A．sp2雜化；sp2雜化B．sp3雜化；sp3雜化C．sp2雜化；sp3雜化D．sp雜化；sp3雜化答案C解析羰基上的碳原子共形成3個σ鍵，為sp2雜化；兩側(cè)甲基中的碳原子共形成4個σ鍵，為sp3雜化。6．石墨烯(圖甲)是一種由單層碳原子構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)新式資料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，轉(zhuǎn)變成氧化石墨烯(圖乙)。圖甲中，1號C與相鄰C形成σ鍵的個數(shù)為________。圖乙中，1號C的雜化方式是________，該C與相鄰C形成的鍵角________(填“＞”“＜”或“＝”)圖甲中1號C與相鄰C形成的鍵角。答案3＜(1)3(2)sp解析(1)圖甲中，1號C與相鄰的3個C形成1個碳碳雙鍵和2個碳碳單鍵，即形成3個σ鍵和1個π鍵。(2)圖乙中，1號C除與3個C形成化學鍵外，還與羥基氧原子形成化學鍵，故該C采用sp3雜化。題組一原子軌道雜化與雜化軌道1．以下說法錯誤的選項是( )A．第ⅠA族元素成鍵時不能能有雜化軌道B．雜化軌道既可能形成σ鍵，也可能形成π鍵C．孤電子對有可能參加雜化6D．s軌道和p軌道雜化不能能有sp4出現(xiàn)答案B解析第ⅠA族元素的價電子排布式為ns1，由于只有1個ns電子，因此不能能形成雜化軌道；雜化軌道只用于形成σ鍵也許用來容納未參加成鍵的孤電子對；H2O分子中的氧原子采取sp3雜化，其sp3雜化軌道有2個是由孤電子對據(jù)有的，因此孤電子對有可能參加雜化；由于np能級只有3個原子軌道，因此s軌道和p軌道雜化只有sp3、sp2、sp3種，不能能出現(xiàn)sp4雜化。2.(2018·福建廈門月考)如圖是乙烯分子的模型，對乙烯分子中的化學鍵解析正確的選項是( )A．sp2雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2p軌道形成π鍵B．sp2雜化軌道形成π鍵、未雜化的2p軌道形成σ鍵C．C、H之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵，C、C之間是未能參加雜化的2p軌道形成的π鍵D．C、C之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵，C、H之間是未能參加雜化的2p軌道形成的π鍵答案A解析乙烯分子中存在4個C—H鍵和1個C==C鍵，C原子上孤電子對數(shù)為0，即形成3個σ鍵，則C原子采用sp2雜化，雜化軌道形成的σ鍵，還有

C、H之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵，C、C之間有1個是sp21個是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵。3．以下有關雜化軌道的說法不正確的選項是( )A．原子中能量周邊的某些軌道，在成鍵時，能重新組合成能量相等的新軌道B．軌道數(shù)目雜化前后能夠相等，也能夠不等C．雜化軌道成鍵時，要滿足原子軌道最大重疊原理、能量最低原理D．CH4分子中任意兩個C—H鍵的夾角為109.5°答案B解析原子軌道形成雜化軌道前后，軌道數(shù)目不變化，用于形成雜化軌道的原子軌道的能量周邊，并滿足最大重疊程度，應選B。題組二雜化軌道種類及其判斷4．已知SO3分子結(jié)構(gòu)呈平面三角形，則分子中S原子的雜化方式為( )A．spB．sp2C．sp3D．無法判斷答案B解析在SO3中與S原子相連的原子數(shù)為3且呈平面三角形，近似于BF3。因此依照雜化軌道理論可推知中心原子S的雜化方式為sp2雜化。5．甲烷中的碳原子是sp3雜化，以下用*表示的碳原子的雜化和甲烷中的碳原子雜化狀態(tài)一7致的是( )**A．CH≡CCH3B.CH2==CHCH3**C．CH2==CHCH3D．CH2==CHC3答案D解析D項中用*表示的碳原子形成了四個σ鍵，與甲烷近似，其雜化種類為sp3雜化。6．以下分子或離子中，不存在sp3雜化種類的是( )2－A．SO4B．NH3C．C2H6D．SO2答案D解析2－3雜化種類，錯誤；B項，NH中N原子采用3雜化種類，4326中C原子采用3雜化種類，錯誤；22雜化種類，錯誤；C項，CHspD項，SO中S原子采用sp正確。7．以下分子中的中心原子雜化軌道的種類相同的是( )A．SO與SOB．BF與NH3233C．BeCl與SCl2D．HO與SO222答案A解析SO3中S原子雜化軌道數(shù)為3，采用sp2雜化方式，SO中S原子雜化軌道數(shù)為3，采用2sp2雜化方式，A正確；BF3中B原子雜化軌道數(shù)為3，采用sp2雜化方式，NH3中N原子雜化軌道數(shù)為4，采用sp3雜化方式，B錯誤；BeCl2中Be原子雜化軌道數(shù)為2，采用sp雜化方式，SCl2中S原子雜化軌道數(shù)為4，采用sp3雜化方式，C錯誤；H2O中O原子雜化軌道數(shù)為4，采用sp3雜化方式，SO2中S原子采用sp2雜化方式，D項錯誤。題組三雜化軌道理論的應用8．形成以下分子時，中心原子采用sp3雜化軌道和另一個原子的p軌道成鍵的是()PF3②CF4③NH3④H2OA．①②B．②③C．③④D．①④答案A解析PF、CF、NH、HO分子中P原子、C原子、N原子、O原子都采用3雜化，NH和HOsp343232分子中H原子以1s軌道與N或O原子形成σ鍵，PF和CF分子中F原子以2p軌道分別與P34和C原子形成σ鍵。9．以下分子中的中心原子的雜化方式為sp雜化，分子的空間構(gòu)型為直線形，且分子中沒有形成π鍵的是( )A．CH≡CHB．CO2C．BeCl2D．BBr3答案C8解析CH≡CH和CO中的C原子均采用sp雜化，且都含有π鍵；BeCl分子中Be采用sp雜22化，沒形成π鍵；BBr3中B原子采用sp2雜化，且沒有π鍵。10．(2018·四川資陽伍隍中學高二月考3雜化形成的4( ))spAB型分子的空間構(gòu)型是A．平面四方形B．正周圍體型C．三角錐型D．平面三角形答案B11．氮的最高價氧化物為無色晶體，它由－＋32陽離子中氮的雜化方式為sp雜化，則其陽離子的構(gòu)型和陰離子中氮的雜化方式為()A．直線形sp2雜化B．V形sp雜化C.平面三角形sp2雜化D．平面三角形sp3雜化答案A解析－2＋spNO3構(gòu)型為平面三角形，其中氮原子的雜化種類為sp雜化；NO2中氮的雜化方式為雜化，構(gòu)型為直線形。12．化合物A是一種新式鍋爐水除氧劑，其結(jié)構(gòu)式以下列圖：，以下說法正確的選項是( )A．碳、氮原子的雜化種類相同B．氮原子與碳原子分別為sp3雜化與sp2雜化C．1molA分子中所含σ鍵的數(shù)目為10NAD．編號為a的氮原子和與其成鍵的其他三個原子在同一平面內(nèi)答案B解析A分子中碳、氮原子各形成了3個σ鍵，氮原子有一對孤電子對而碳原子沒有，故氮原子是sp3雜化而碳原子是sp2雜化，A項錯誤、B項正確；A分子中有一個碳氧雙鍵，故有12對共用電子對、11個σ鍵，C項錯誤；氮原子為sp3雜化，相應的四個原子形成的是三角錐型結(jié)構(gòu)，不能能共平面，D項錯誤。13．如圖是甲醛分子的模型，依照該圖和所學化學知識回答以下問題：(1)甲醛分子中碳原子的雜化方式是__________，作出該判斷的主要原因是_______。9以下是對甲醛分子中碳氧鍵的判斷，其中正確的選項是________(填序號)。①單鍵②雙鍵③σ鍵④π鍵⑤σ鍵和π鍵甲醛分子中C—H鍵與C—H鍵間的夾角________(填“＝”“>”或“<”)120°，出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是________________________________________________________________________。答案(1)sp2甲醛分子的空間構(gòu)型為平面三角形(2)②⑤(3)<碳氧雙鍵中存在π鍵，它對C—H鍵的排斥作用較強解析(1)原子的雜化軌道種類不相同，分子的空間構(gòu)型也不相同。由圖可知，甲醛分子為平面三角形，因此甲醛分子中的碳原子采用sp2雜化。(2)醛類分子中都含有C==O鍵，因此甲醛分子中的碳氧鍵是雙鍵。一般來說，雙鍵是σ鍵和π鍵的組合。由于碳氧雙鍵中存在π鍵，它對C—H鍵的排斥作用較強，因此甲醛分子中C—H鍵與C—H鍵間的夾角小于120°。14．2001年是偉大的化學家、1954年諾貝爾化學獎得主、出名的化學結(jié)構(gòu)大師、20世紀的科學怪杰鮑林(L.Pauling)教授的誕辰100周年。1994年這位老人在世后，人們打開他的辦公室，發(fā)現(xiàn)里面有一塊黑板，畫得滿滿的，其中一個結(jié)構(gòu)式以下列圖。老人為什么畫這個結(jié)構(gòu)式？它能合成嗎？它有什么性質(zhì)？不得而知。這是鮑林留給世人的一個謎，也許這是永遠無法解開的謎，也許有朝一日你就能解開它。無論結(jié)果如何，讓我們先對這個結(jié)構(gòu)作一番認識。它的分子式是____________________________________________________。它可否帶有電荷？________(填“是”或“否”)。該分子中sp雜化的氮原子有________個；sp2雜化的