高中 化學(xué) 選擇性必修2 第一章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)《第二節(jié) 第2課時 雜化軌道理論》課件

第2課時雜化軌道理論

第二章第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)1.了解雜化軌道理論的基本內(nèi)容。2.能根據(jù)有關(guān)理論判斷簡單分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。課程標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)一雜化軌道理論1任務(wù)二雜化軌道類型及其空間結(jié)構(gòu)2隨堂演練3內(nèi)容索引課時測評4任務(wù)一雜化軌道理論在形成多原子分子時，中心原子價電子層上的某些能量相近的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程，叫做軌道的雜化(雙原子分子中，不存在雜化過程)。例如sp雜化、sp2雜化的過程如下：情境探究問題1：寫出甲烷中碳原子的價層電子排布式，這些價層電子的能量是否相同？提示：

2s22p2，這些價層電子的能量不完全相同，2s電子與2p電子的能量不同。問題2：已知CH4和NH3的中心原子雜化方式均為sp3，但雜化方式不盡相同，其雜化方式分別如下所示：試分析H2O的中心原子O原子的雜化方式，并用雜化軌道理論解釋CH4、NH3、H2O的空間結(jié)構(gòu)。提示：H2O的中心原子O原子的雜化方式：因為CH4、NH3、H2O分子中中心原子都有4個雜化軌道，故雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)都為四面體形。不同的是CH4分子中4個sp3雜化軌道與4個H原子的1s軌道形成完全相同的共價鍵，故為正四面體形；在NH3分子中，由于N原子上有1個sp3雜化軌道中是成對電子，N原子只有3個sp3雜化軌道與3個H原子的1s軌道形成完全相同的共價鍵，故為三角錐形；H2O分子中O原子的sp3雜化軌道中2個雜化軌道中是成對電子，另2個雜化軌道中各有1個未成對電子，分別與H原子的1s軌道形成共價鍵，故為V形的空間結(jié)構(gòu)。雜化軌道理論是一種價鍵理論，是化學(xué)家______為了解釋分子的空間結(jié)構(gòu)提出的。1．用雜化軌道理論解釋甲烷分子的形成在形成CH4分子時，碳原子的一個____軌道和三個____軌道發(fā)生混雜，形成四個能量相等的_____雜化軌道。四個_____雜化軌道分別與四個H原子的1s軌道重疊成鍵形成CH4分子，所以四個C—H鍵是等同的。新知構(gòu)建鮑林2s2psp3sp32．軌道雜化與雜化軌道1．正誤判斷，錯誤的說明原因。(1)同一原子中能量相近的原子軌道參與雜化。答案：正確。(2)雜化軌道能量集中，有利于牢固成鍵。答案：正確。(3)雜化軌道中不一定有電子。答案：正確。(4)雜化軌道只用于形成σ鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對。答案：正確。應(yīng)用評價2．填寫下表：代表物雜化軌道數(shù)雜化軌道類型CO2

CH2O

CH4

SO2

NH3

H2O

0＋2＝2sp0＋3＝3sp20＋4＝4sp31＋2＝3sp21＋3＝4sp32＋2＝4sp3返回任務(wù)二雜化軌道類型及其空間結(jié)構(gòu)“達(dá)蘆那韋”是抗擊病毒潛在用藥，合成“達(dá)蘆那韋”的部分路線如圖所示：問題1：判斷A分子中碳原子的雜化軌道類型，并分析分子中所有原子能否共平面。提示：

A分子中碳原子采取sp2雜化；苯環(huán)和—CHO都是平面形結(jié)構(gòu)，單鍵可以旋轉(zhuǎn)，故所有原子可能共平面。情境探究問題2：判斷B、C分子中碳、氮原子的雜化軌道類型。提示：B分子中碳原子采取sp2、sp3雜化，氮原子采取sp2雜化；C分子中碳原子采取sp2、sp3雜化，氮原子采取sp3雜化。問題3：判斷NaBH4中陰離子BH的空間結(jié)構(gòu)及B原子的雜化軌道類型。提示：正四面體形；sp3雜化。1．sp3雜化軌道sp3雜化軌道是由___個ns軌道和___個np軌道雜化形成的。sp3雜化軌道間的夾角是_________，立體結(jié)構(gòu)為_________形。其雜化過程如下圖所示：新知構(gòu)建13109°28′正四面體2．sp2雜化軌道sp2雜化軌道是由___個ns軌道和___個np軌道雜化而成的。sp2雜化軌道間的夾角是_______，呈____________，其雜化過程如下圖所示：12120°平面三角形3．sp雜化軌道sp雜化軌道是由___個ns軌道和___個np軌道雜化而成的，sp雜化軌道間的夾角是_______，呈______形，其雜化過程如下圖所示：11180°直線4．VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型VSEPR模型VSEPR模型名稱直線形平面三角形平面三角形四面體四面體正四面體中心原子的雜化軌道類型_____________________________典例_______SO2SO3H2ONH3CH4spsp2sp2sp3sp3sp3CO21．正誤判斷，錯誤的說明原因。(1)PCl3分子是三角錐形，這是因為P原子是以sp2雜化的結(jié)果。答案：錯誤，PCl3分子是三角錐形，這是因為P原子是以sp3雜化的結(jié)果。(2)sp3雜化軌道是由任意的1個s軌道和3個p軌道混合形成的四個sp3雜化軌道。答案：錯誤，sp3雜化軌道是由中心原子的1個s軌道和3個p軌道混合形成的四個sp3雜化軌道。(3)凡中心原子采取sp3雜化的分子，其VSEPR模型都是(正)四面體。答案：正確。(4)分子中中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時，該分子不一定為正四面體結(jié)構(gòu)。答案：正確。應(yīng)用評價2.

三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚體，已知三聚氰胺的結(jié)構(gòu)簡式如圖所示。請回答下列問題：(1)寫出基態(tài)碳原子的電子排布式為____________?；鶓B(tài)碳原子的電子排布式為1s22s22p2。1s22s22p2(2)氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的氮原子和氨基中的氮原子，這三種氮原子的雜化軌道類型分別是________、________、________?！狢≡N中的氮原子、三聚氰胺環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的氮原子、—NH2中的氮原子分別形成1、2、3個σ鍵且均有1個孤電子對，所以分別采取sp、sp2、sp3雜化。spsp2sp3(3)一個三聚氰胺分子中有______個σ鍵。雙鍵中有1個σ鍵、1個π鍵，共15個σ鍵。15(4)三聚氰胺與三聚氰酸()分子相互結(jié)合，在腎臟內(nèi)易形成結(jié)石。三聚氰酸分子中碳原子采取________雜化。該分子的結(jié)構(gòu)簡式中，形成雙鍵的兩個原子之間的共價鍵是_____(填字母)。A．兩個σ鍵

B．兩個π鍵C．一個σ鍵，一個π鍵由于該分子中碳原子形成雙鍵，則應(yīng)采取sp2雜化；形成雙鍵的兩個原子之間有1個σ鍵、1個π鍵。sp2C返回隨堂演練1．下列有關(guān)苯分子中的化學(xué)鍵描述正確的是A．每個碳原子的sp2雜化軌道中的其中一個形成大π鍵B．每個碳原子的未參加雜化的2p軌道形成大π鍵C．碳原子的三個sp2雜化軌道與其他原子形成三個π鍵D．碳原子的未參加雜化的2p軌道與其他原子形成σ鍵√苯分子中每個碳原子的三個sp2雜化軌道分別與兩個碳原子和一個氫原子形成σ鍵。同時每個碳原子還有一個未參加雜化的2p軌道，它們均有一個未成對電子，這些2p軌道相互平行，以“肩并肩”方式相互重疊，形成一個多電子的大π鍵。2．甲烷分子(CH4)失去一個H＋，形成甲基陰離子(CH)，在這個過程中，下列描述不合理的是A．碳原子的雜化類型發(fā)生了改變B．微粒的形狀發(fā)生了改變C．微粒的穩(wěn)定性發(fā)生了改變D．微粒中的鍵角發(fā)生了改變CH4為正四面體結(jié)構(gòu)，而CH為三角錐形結(jié)構(gòu)，形狀、鍵角、穩(wěn)定性均發(fā)生改變，但雜化類型不變，仍是sp3雜化。√3．下列有關(guān)分子或離子的空間結(jié)構(gòu)的說法正確的是A．PO的VSEPR模型與離子的空間結(jié)構(gòu)一致B．PCl3、NH3、PCl5都是三角錐形的分子C．凡是中心原子采取sp3雜化的分子，其空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形D．CH4、CCl4和NH

的鍵角均為60°√

4．隨著石油資源的日趨緊張，天然氣資源的開發(fā)利用受到越來越多的關(guān)注。以天然氣(主要成分是CH4)為原料經(jīng)合成氣(主要成分為CO、H2)制化學(xué)品，是目前天然氣轉(zhuǎn)化利用的主要技術(shù)路線。而采用渣油、煤、焦炭為原料制合成氣，常因含羰基鐵[Fe(CO)5]等而導(dǎo)致以合成氣為原料合成甲醇和合成氨等生產(chǎn)過程中的催化劑產(chǎn)生中毒。請回答下列問題：(1)[Fe(CO)5]中鐵的化合價為0，寫出鐵原子的基態(tài)電子排布式：____________。[Ar]3d64s2Fe的原子序數(shù)為26，則基態(tài)電子排布式為[Ar]3d64s2；(2)已知：等電子體中原子數(shù)和價電子數(shù)都相同。與CO互為等電子體的分子和離子分別為________和________(各舉一種即可，填化學(xué)式)，CO分子的電子式為__________，CO分子的結(jié)構(gòu)式可表示成________。N2CN－∶C??O∶C≡O(shè)等電子體中原子數(shù)和價電子數(shù)都相同，CO價電子總數(shù)為10，其等電子體的分子為N2，離子為CN－，據(jù)N2的電子式∶N??N∶可知，CO電子式為∶C??O∶，則CO的結(jié)構(gòu)式為C≡O(shè)；(3)在CH4、CO2、CH3OH中，碳原子采取sp3雜化的分子有________________。CH4、CH3OH在CH4、CO、CH3OH三種物質(zhì)中甲烷、甲醇中C原子雜化軌道數(shù)目為4，碳原子采取sp3雜化，CO2中碳原子采取sp雜化；(4)CH3CHO分子中，—CH3中的碳原子采用________雜化方式，—CHO中的碳原子采取________雜化方式。sp3sp2價層電子對數(shù)＝σ鍵電子對數(shù)＋中心原子上的孤電子對數(shù)，—CH3中碳原子價層電子對數(shù)＝σ鍵電子對數(shù)＋中心原子上的孤電子對數(shù)＝4＋0＝4，所以碳原子采用sp3雜化，—CHO中碳原子價層電子對數(shù)＝3＋0＝3，所以碳原子采用sp2雜化。返回課時測評題點一雜化軌道理論1．下列關(guān)于雜化軌道的說法錯誤的是A．并不是所有的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．雜化軌道都用來成鍵√參與雜化的原子軌道，其能量不能相差太大，如1s與2s、2p的能量相差太大，不能形成雜化軌道，即只有能量相近的原子軌道才能參與雜化，故A、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，可使電子云的重疊程度更大，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成鍵，也可以容納孤電子對(如NH3、H2O的形成)，故D項錯誤。2．氯化亞砜(SOCl2)是一種很重要的化學(xué)試劑，可以作為氯化劑和脫水劑。下列關(guān)于氯化亞砜分子的空間結(jié)構(gòu)和S采取何種雜化方式的說法正確的是A．三角錐形、sp3 B．三角形、sp2C．平面三角形、sp2 D．三角錐形、sp2√氯化亞砜中中心原子S上的孤電子對數(shù)為

×(6－2－2×1)＝1，σ鍵電子對數(shù)為3，價層電子對數(shù)為3＋1＝4，S原子采用sp3雜化，VSEPR模型為四面體形，略去1個孤電子對，SOCl2的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形；答案選A項。3．下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是A．CO2和SO2B．CH4與NH3C．BeCl2與BF3D．C2H4與C2H2(C2H2的結(jié)構(gòu)簡式為CH≡CH)√CO2分子中的C原子為sp雜化，SO2分子中的S原子為sp2雜化，A錯誤；CH4分子中C原子為sp3雜化，NH3分子中N原子也為sp3雜化，B正確；BeCl2分子中Be原子為sp雜化，BF3分子中B原子為sp2雜化，C錯誤；C2H2分子中C原子為sp雜化，而C2H4分子中C原子為sp2雜化，D錯誤。4．對乙烯分子中的化學(xué)鍵分析正確的是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√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，σ鍵電子對數(shù)為3，則C原子采取sp2雜化，C、H之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵，C、C之間有1個是sp2雜化軌道形成的σ鍵，還有1個是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵。題點二雜化軌道理論與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系5.

氮的最高價氧化物為無色晶體，它由兩種離子構(gòu)成，已知其陰離子空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，則其陽離子的空間結(jié)構(gòu)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√6．下列分子中，雜化類型相同，空間結(jié)構(gòu)也相同的是A．BeCl2、CO2 B．H2O、NH3C．NH3、HCHO D．H2O、SO2氯化鈹分子中鈹原子的價層電子對數(shù)為2、孤電子對數(shù)為0，鈹原子的雜化方式為sp雜化，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形，二氧化碳分子中碳原子的價層電子對數(shù)為2、孤電子對數(shù)為0，碳原子的雜化方式為sp雜化，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形，則兩者的雜化類型相同，空間結(jié)構(gòu)也相同，故A正確；√水分子中氧原子的價層電子對數(shù)為4、孤電子對數(shù)為2，分子的空間結(jié)構(gòu)為V形，氨分子中氮原子的價層電子對數(shù)為4、孤電子對數(shù)為1，分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，兩者的空間結(jié)構(gòu)不同，故B錯誤；氨分子中氮原子的價層電子對數(shù)為4，氮原子的雜化方式為sp3雜化，甲醛分子中雙鍵碳原子的雜化方式為sp2雜化，兩者的雜化方式不同，故C錯誤；水分子中氧原子的價層電子對數(shù)為4，氧原子的雜化方式為sp3雜化，二氧化硫分子中硫原子的雜化方式為sp2雜化，兩者的雜化方式不同，故D錯誤；故選A。7．下列說法正確的是A．CHCl3分子中碳原子采用sp3雜化，分子結(jié)構(gòu)為正四面體形B．H2O分子中氧原子采用sp2雜化，分子結(jié)構(gòu)為V形C．CO2分子中碳原子采用sp雜化，為直線形分子D．NH中氮原子采用sp2雜化，離子結(jié)構(gòu)為正四面體形√A項，甲烷分子中的4個共價鍵完全相同，其空間結(jié)構(gòu)是正四面體形，CHCl3分子中的4個共價鍵不完全相同，所以其空間結(jié)構(gòu)不是正四面體形，錯誤；B項，H2O分子中O原子采用sp3雜化，含有2個孤電子對，其空間結(jié)構(gòu)為V形，錯誤；C項，二氧化碳中C原子的價層電子對數(shù)為2，二氧化碳分子中C原子采用sp雜化，分子呈直線形，正確；D項，NH中氮原子采用sp3雜化，不含孤電子對，離子結(jié)構(gòu)為正四面體形，錯誤?！?．鮑林提出雜化軌道理論能解釋分子的空間結(jié)構(gòu)，下列關(guān)于粒子的描述正確的是√選項粒子空間結(jié)構(gòu)解釋ASO3平面三角形S原子采取sp3雜化BBF3平面三角形B原子采取sp2雜化CC2H4平面三角形C原子采取sp2雜化DClO四面體形Cl原子采取sp3雜化10.As2O3(砒霜)是兩性氧化物(分子結(jié)構(gòu)如圖所示)，與鹽酸反應(yīng)生成AsCl3，AsCl3被LiAlH4還原生成AsH3。下列說法正確的是A．As2O3分子中As原子的雜化方式為sp2B．LiAlH4為共價化合物C．AsCl3空間結(jié)構(gòu)為平面三角形D．AsH3分子中鍵角小于109°28′√As2O3中As原子價層電子對數(shù)是4且含有1個孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥模型判斷As原子雜化類型為sp3，故A錯誤；只含共價鍵的化合物為共價化合物，含有離子鍵的化合物為離子化合物，該物質(zhì)是由Li＋和AlH構(gòu)成的，為離子化合物，故B錯誤；AsCl3中As原子價層電子對數(shù)＝3＋

×(5－3×1)＝4，且含有1個孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥模型判斷其空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，故C錯誤；AsH3中As原子價層電子對數(shù)＝3＋

×(5－3×1)＝4，且含有1個孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥模型知，AsH3空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，鍵角小于109°28′，故D正確。11.臭氧(O3)能吸收紫外線，保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境。O3分子的結(jié)構(gòu)如圖所示，呈V形，鍵角為116.5°，中間的一個氧原子與另外兩個氧原子分別構(gòu)成一個非極性共價鍵。中間氧原子提供2個電子，旁邊兩個氧原子各提供一個電子，構(gòu)成一個特殊的化學(xué)鍵(虛線內(nèi)部分)，分子中三個氧原子共用這4個電子。請回答：(1)O3中的非極性共價鍵是______鍵，特殊的化學(xué)鍵是______鍵。由題意可知，中間的氧原子以2個σ鍵和1個π鍵與旁邊的2個氧原子連接。σπ(2)分子中的大π鍵可用符號Π表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數(shù)，n代表參與形成大π鍵的電子數(shù)(如苯分子中的大π鍵可表示為Π)，則O3中的大π鍵應(yīng)表示為________。(3)下列物質(zhì)的分子與O3分子的結(jié)構(gòu)最相似的是____(填字母)。A．H2O B．CO2

C．SO2 D．BeCl2H2O分子中氧原子采用sp3雜化；CO2中碳原子采用sp雜化；BeCl2中Be原子采用sp雜化；SO2中硫原子采用sp2雜化，為V形結(jié)構(gòu)，所以SO2和O3的結(jié)構(gòu)類似。C(4)分子中某一原子上沒有跟其他原子共用的電子對叫孤電子對，O3分子中有________個孤電子對。512．

已知下列微粒：①CH4

②CH2==CH2③CH≡CH

④NH3

⑤NH

⑥BF3

⑦H2O⑧H2O2。試回答下列問題：(1)分子空間結(jié)構(gòu)為正四面體形的是__________(填序號，下同)。(2)所有原子共平面(含共直線)的是__________，共直線的是_____。①CH4中C原子雜化軌道數(shù)＝σ鍵數(shù)＋孤電子對數(shù)＝4＋0＝4，所以C原子采取sp3雜化，CH4的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形；②CH2==CH2中C原子雜化軌道數(shù)＝σ鍵數(shù)＋孤電子對數(shù)＝3＋0＝3，所以C原子采取sp2雜化，CH2==CH2中所有原子共平面；③CH≡CH中C原子采取sp雜化，CH≡CH的空間結(jié)構(gòu)為直線形；①⑤②③⑥⑦③④NH3中N原子雜化軌道數(shù)＝σ鍵數(shù)＋孤電子對數(shù)＝3＋1＝4，所以N原子采取sp3雜化，NH3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形；⑤NH中N原子采取sp3雜化，NH的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形；⑥BF3中B原子雜化軌道數(shù)＝σ鍵數(shù)＋孤電子對數(shù)＝3＋0＝3，所以B原子采取sp2雜化，BF3的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。⑦H2O中O原子雜化軌道數(shù)＝σ鍵數(shù)＋孤電子對數(shù)＝2＋2＝4，所以O(shè)原子采取sp3雜化，H2O的空間結(jié)構(gòu)為V形。⑧H2O2中O原子雜化軌道數(shù)＝σ鍵數(shù)＋孤電子對數(shù)＝2＋2＝4，所以O(shè)原子采取sp3雜化，H2O2中兩個原子猶如在半展開的書的兩面紙上并有一定夾角，兩個O原子在書的夾縫上。13．

完成下列問題：(1)已知KH2PO2是次磷酸的正鹽，H3PO2的結(jié)構(gòu)式為______________，其中P采取________雜化方式。KH2PO2是次磷酸的正鹽，H3PO2是一元弱酸，分子中含1個—OH，另外2個H與P成鍵，還有一個O與P形成雙鍵，故其結(jié)構(gòu)式為

；P原子形成4個σ鍵、沒有孤電子對，故其價層電子對數(shù)為4，P原子采取sp3雜化；sp3(2)SiCl4是生產(chǎn)高純硅的前驅(qū)體，其中Si采取的雜化類型為________。SiCl4中Si原子價層電子對數(shù)為4＋

＝4，不含孤電子對，其中Si采取的雜化類型為sp3；sp3(3)SiCl4與N-甲基咪唑()反應(yīng)可以得到M2＋，其結(jié)構(gòu)如圖所示：

N-甲基咪唑分子中碳原子的雜化軌道類型為________；氣態(tài)SiX4分子的空間結(jié)構(gòu)是_____