2022届高中化学新教材同步选择性必修第二册 第2章 第二节 第2课时 杂化轨道理论.docx

1、2022 高中化学新教材同步讲义资料 第第 2 课时课时杂化轨道理论杂化轨道理论 核心素养发展目标1.通过杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空 间结构的影响。2.通过杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法，建立分子空间结构 分析的思维模型。 一、杂化轨道理论简介一、杂化轨道理论简介 1杂化轨道的含义 在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的 杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。 2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。 (2)杂

2、化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道的能量相 同。 (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加。杂化轨道在角度分布上比单纯的 s 或 p 轨道在某一方向上更集中，例如 s 轨道与 p 轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图 ，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价 键更牢固。 (4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形 状完全相同。 (1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子() (2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是

3、不可能发生杂化的 () (3)只有能量相近的轨道才能杂化() (4)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键() (5)杂化轨道只用于形成键或用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的 p 轨道可用于形成键 () 答案(1)(2)(3)(4)(5) 杂化轨道理论四要点 (1)能量相近 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。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (2)数目不变 形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。 (3)成键能力增强 杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。 (4)排斥力最小 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

4、，不同的杂化轨道伸展方向不同。 二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系 1杂化轨道的类型 (1)sp3杂化轨道正四面体形 sp3杂化轨道是由 1 个 ns 轨道和 3 个 np 轨道杂化而成，每个 sp3杂化轨道都含有 1 4s 和 3 4p 的成分，sp 3 杂化轨道间的夹角为 10928，空间结构为正四面体形。如下图所示。 (2)sp2杂化轨道平面三角形 sp2杂化轨道是由 1 个 ns 轨道和 2 个 np 轨道杂化而成的，每个 sp2杂化轨道含有 1 3s 和 2 3p 成分，sp 2 杂化轨道间的夹角都是 120，呈平面三角形，如下图所示。 (3)s

5、p 杂化直线形 sp 杂化轨道是由 1 个 ns 轨道和 1 个 np 轨道杂化而成的，每个 sp 杂化轨道含有 1 2s 和 1 2p 的成分，sp 杂化轨道间的夹角为 180，呈直线形，如下图所示。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 2杂化轨道类型与分子空间结构的关系 (1)当杂化轨道全部用于形成键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。 杂化类型spsp2sp3 轨道夹角18012010928 杂化轨道示 意图 实例BeCl2BF3CH4 分子结构示 意图 分子空间结 构 直线形平面三角形正四面体形 (2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对成键电子对的排斥作用

6、，会使分子或离子的 空间结构与杂化轨道的形状有所不同。 ABn型分子 中心原 子杂化类型 中心原子孤 电子对数 空间 结构 实例 AB2sp21V 形SO2 AB3 sp3 1 三角 锥形 NH3、PCl3、NF3、 H3O AB2或 (B2A) 2V 形H2S、NH 2 (1)杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致() (2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角一定相同() (3)凡是中心原子采取 sp3杂化轨道成键分子其空间结构都是正四面体形() (4)凡 AB3型共价化合物，其中心原子 A 均采用 sp3杂化轨道成键() (5)NH3分子的空间结构为三角锥形，则氮原子的杂化方式为 sp3

7、() (6)C2H4分子中的键角都约是 120，则碳原子的杂化方式是 sp2() 答案(1)(2)(3)(4)(5)(6) 2022 高中化学新教材同步讲义资料 1填表 物质 价层电子 对数 杂化轨 道数 杂化轨道类型 CO222sp CH2O33sp2 CH444sp3 SO233sp2 NH344sp3 H2O44sp3 2.下列分子的空间结构可用 sp2杂化轨道来解释的是() BF3CH2=CH2CHCHNH3CH4 AB CD 答案A 解析sp2杂化轨道形成夹角为 120的平面三角形，BF3为平面三角形且 BF 夹角为 120；C2H4 中碳原子以 sp2杂化，未杂化的 2p 轨道重叠

8、形成键；与相似；乙炔中的碳原子为 sp 杂化，未杂化 的 2p 轨道重叠形成键；NH3中的氮原子为 sp3杂化；CH4中的碳原子为 sp3杂化。 判断中心原子杂化轨道类型的三种方法 (1)根据杂化轨道数目判断 杂化轨道只能用于形成键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，而两个原子之间只能形成一个键， 故有下列关系：杂化轨道数目价层电子对数目键电子对数目中心原子的孤电子对数目，再由杂化 轨道数目确定杂化类型。 杂化轨道 数目 234 杂化类型 s p s p2 s p3 (2)根据杂化轨道的空间分布判断 若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生 sp3杂化。 若杂化轨道在空间的分布

9、呈平面三角形，则中心原子发生 sp2杂化。 若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生 sp 杂化。 (3)根据杂化轨道之间的夹角判断 2022 高中化学新教材同步讲义资料 若杂化轨道之间的夹角为 10928，则中心原子发生 sp3杂化。 若杂化轨道之间的夹角为 120，则中心原子发生 sp2杂化。 若杂化轨道之间的夹角为 180，则中心原子发生 sp 杂化。 提醒有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法：饱和碳原子均采取 sp3杂化；连接双键的碳原子均 采取 sp2杂化；连接三键的碳原子均采取 sp 杂化。 1下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是() ACO2与 SO2BCH4与 NH

10、3 CBeCl2与 BF3DC2H2与 C2H4 答案B 解析CO2为 sp 杂化，SO2为 sp2杂化，A 项错误；均为 sp3杂化，B 项正确；BeCl2为 sp 杂化，BF3 为 sp2杂化，C 项错误；C2H2为 sp 杂化，C2H4为 sp2杂化，D 项错误。 2(2019岑巩县第四中学高二期末)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键的是() ACHCHBCO2 CBeCl2DBF3 答案C 解析CHCH 中含有三键，所以有键，不符合题意，故 A 不选；CO2的结构式为 O=C=O，分子 中含有碳氧双键，含有键，不符合题意，故 B 不

11、选；氯化铍分子中，铍原子含有两个共价单键，不含孤 电子对，所以价层电子对数是 2，中心原子以 sp 杂化轨道成键，分子中不含键，故 C 选；BF3中 B 原子 含有 3 个共价单键，所以价层电子对数是 3，中心原子以 sp2杂化轨道成键，故 D 不选。 3下列有关甲醛(HCHO)分子的说法正确的是() C 原子采取 sp 杂化甲醛分子为三角锥形结构 C 原子采取 sp2杂化甲醛分子为平面三角形结构 ABCD 答案C 解析甲醛(HCHO)分子中的 C 原子为中心原子，其价层电子对数为 3，C 原子采取 sp2杂化，C 原子 与其他原子形成 3 个键，没有孤电子对，故甲醛分子为平面三角形结构。综上

12、所述，有关甲醛(HCHO)分 子的说法正确的是，故选 C。 4已知某 XY2分子属于 V 形分子，下列说法正确的是() AX 原子一定是 sp2杂化 BX 原子一定为 sp3杂化 CX 原子上一定存在孤电子对 DVSEPR 模型一定是平面三角形 2022 高中化学新教材同步讲义资料 答案C 解析若 X 原子无孤电子对，则它一定是直线形分子，若 X 有一对孤电子对或两对孤电子对，则 XY2 一定为 V 形分子，此种情况下 X 的原子轨道可能为 sp2杂化，也可能是 sp3杂化，A、B 项错误，C 项正确； 若 X 有两对孤电子对，则该分子的 VSEPR 模型为四面体形，D 项错误。 5在 BrC

13、H=CHBr 分子中，CBr 采用的成键轨道是() Asp-pBsp2-s Csp2-pDsp3-p 答案C 解析分子中的两个碳原子都是采用 sp2杂化，溴原子的价电子排布式为 4s24p5，4p 轨道上有一个单 电子，与碳原子的一个 sp2杂化轨道成键。 6乙烯分子中含有 4 个 CH 和 1 个 C=C，6 个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况 分析正确的是() 每个 C 原子的 2s 轨道与 2p 轨道杂化，形成两个 sp 杂化轨道每个 C 原子的 2s 轨道与 2 个 2p 轨道杂化， 形成 3 个 sp2杂化轨道每个 C 原子的 2s 轨道与 3 个 2p 轨道杂化， 形成

14、 4 个 sp3杂化轨道 每个 C 原子的 3 个价电子占据 3 个杂化轨道，1 个价电子占据 1 个 2p 轨道 AB CD 答案B 解析乙烯分子中每个 C 原子与 1 个 C 原子和 2 个 H 原子成键，必须形成 3 个键，6 个原子在同一 平面上，则键角为 120，为 sp2杂化，形成 3 个 sp2杂化轨道，1 个价电子占据 1 个 2p 轨道，2 个 C 原子 成键时形成 1 个键，正确，故选 B。 7回答下列问题 (1)图(a)为 S8的结构，其硫原子的杂化轨道类型为_。 (2)气态三氧化硫以单分子形式存在， 其分子的空间结构为_； 固体三氧化硫中存在如图(b)所示 的三聚分子，

15、该分子中 S 原子的杂化轨道类型为_。 (3)COCl2分子中所有原子均满足 8 电子构型，COCl2分子中键和键的个数比为_，中心原子 的杂化方式为_。 (4)As4O6的分子结构如图所示，其中 As 原子的杂化方式为_。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (5)AlH 4中，Al 原子的轨道杂化方式为_。 答案(1) sp3(2)平面三角形sp3(3)31sp2(4)sp3(5)sp3 题组一杂化轨道的理解 1下列关于杂化轨道的说法中，错误的是() AA 族元素成键时不可能有杂化轨道 B杂化轨道既可能形成键，也可能形成键 Cs 轨道和 p 轨道杂化不可能有 sp4杂化轨道出现 D孤电子

16、对有可能参加杂化 答案B 解析A 族元素如果是碱金属，易失电子，如果是 H，一个电子在 1s 能级上，不可能杂化；杂化轨 道只能形成键，不可能形成键；p 能级只有 3 个 p 轨道，不可能有 sp4杂化。 2下列关于原子轨道的说法正确的是() A凡中心原子采取 sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是正四面体 BCH4分子中的 sp3杂化轨道是由 4 个 H 原子的 1s 轨道和 1 个 C 原子的 2p 轨道混合起来而形成的 Csp3杂化轨道是由同一原子中能量相近的 s 轨道和 p 轨道混合起来形成的一组能量相等的新轨道 D凡 AB3型的共价化合物，其中心原子 A 均采用 sp3杂化轨道成键

17、答案C 解析中心原子采取 sp3杂化的分子，VSEPR 模型是四面体，但其空间结构不一定是四面体，如：水 和氨气分子中中心原子采取 sp3杂化，但 H2O 是 V 形，NH3是三角锥形，故 A 错误；CH4中 sp3杂化轨道 是由中心碳原子的能量相近的一个 2s 轨道和 3 个 2p 轨道杂化形成，1s 轨道和 2p 轨道的能量差别较大， 不能形成杂化轨道，故 B 错误；同一个原子中能量相近的 s 轨道和 p 轨道通过杂化可混合起来形成一组能 量相同的新轨道，杂化轨道数孤电子对数与之相连的原子数，故 C 正确；BF3中 B 原子的价层电子对 数为 3，B 原子的杂化类型为 sp2杂化，故 D

18、错误。 3水分子在特定条件下容易得到一个 H ，形成水合氢离子(H3O)。下列对上述过程的描述不合理的 是() A氧原子的杂化类型发生了改变 B微粒的形状发生了改变 C微粒的化学性质发生了改变 D微粒中的键角发生了改变 答案A 解析水中氧的杂化为 sp3，H3O 中氧的杂化为 sp3，则氧原子的杂化类型没有改变，故 A 不合理； 水分子为 V 形，H3O 为三角锥形，则微粒的形状发生了改变，故 B 合理；因结构不同，则性质不同，微 2022 高中化学新教材同步讲义资料 粒的化学性质发生了改变，故 C 合理；水分子为 V 形，H3O 为三角锥形，微粒中的键角发生了改变，故 D 合理。 4下列说法

19、中正确的是() APCl3分子是三角锥形，这是因为磷原子是 sp2杂化的结果 Bsp3杂化轨道是由任意的 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道混合形成的 4 个 sp3杂化轨道 C中心原子采取 sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形或 V 形 DAB3型的分子空间结构必为平面三角形 答案C 解析PCl3中 P 原子形成 3 个键，P 上还有一对孤电子对，P 为 sp3杂化，PCl3分子是三角锥形，A 项错误；sp3杂化轨道是由能量相近的 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道混合形成的 4 个 sp3杂化轨道，B 项错误； 中心原子采取 sp3杂化的分子， 其空间结构可能是四面体形

20、(如 CH3Cl)或三角锥形(如 NH3)或 V 形(如 H2O)， C 项正确；AB3型的分子空间结构可能为平面三角形(如 BF3)或三角锥形(如 NH3)，D 项错误。 5氨气分子空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为() A两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为 sp2型杂化，而 CH4是 sp3型杂化 BNH3分子中 N 原子形成三个杂化轨道，CH4分子中 C 原子形成 4 个杂化轨道 CNH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 D氨气的相对分子质量大于甲烷 答案C 解析本题考查分子空间结构的判断。NH3中 N 原子形成 3 个键，有一对未成键的孤

21、电子对，杂化 轨道数为 4，采取 sp3型杂化，孤电子对对成键电子的排斥作用较强，NH 之间的键角小于 10928，所 以氨气分子空间结构是三角锥形；CH4分子中 C 原子采取 sp3型杂化，杂化轨道全部用于成键，碳原子连 接 4 个相同的原子，CH 之间的键角相等为 10928，故 CH4为正四面体形，故 A、B、D 错误，C 正 确。 6了解有机物分子中化学键特征以及成键方式是研究有机物性质的基础。下列关于有机物分子的成 键方式的描述不正确的是() A烷烃分子中碳原子均采用 sp3杂化轨道成键 B炔烃分子中碳碳三键由 1 个键、2 个键组成 C甲苯分子中所有碳原子均采用 sp2杂化轨道成键

22、 D苯环中存在 6 个碳原子共有的大键 答案C 解析烷烃分子中碳原子均形成 4 个键，杂化轨道数为 4，均采用 sp3杂化轨道成键。碳碳三键由 1 个键、2 个键组成；苯环中碳原子采用 sp2杂化轨道成键，6 个碳原子上未参与成键的 p 电子形成一个大 键；甲苯分子中CH3中的 C 采用 sp3杂化。 7如图在乙烯分子中有 5 个键、一个键，它们分别是() 2022 高中化学新教材同步讲义资料 Asp2杂化轨道形成键、未杂化的 2p 轨道形成键 Bsp2杂化轨道形成键、未杂化的 2p 轨道形成键 CCH 之间是 sp2形成的键，CC 之间是未参加杂化的 2p 轨道形成的键 DCC 之间是 sp

23、2形成的键，CH 之间是未参加杂化的 2p 轨道形成的键 答案A 解析CH2=CH2中含有 5 个键：其中 4 个是在 CH 之间，另一个是在 CC 之间；且在 CC 之 间还有一个未杂化的 2p 轨道形成键。 题组二杂化类型的判断 8在分子中，羰基()碳原子与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为 () Asp2杂化；sp2杂化 Bsp3杂化；sp3杂化 Csp2杂化；sp3杂化 Dsp 杂化；sp3杂化 答案C 解析羰基上的碳原子共形成 3 个键， 为 sp2杂化， 两侧甲基中的碳原子共形成 4 个键， 为 sp3杂化。 9BF3是典型的平面三角形分子，它溶于氢氟酸或 NaF 溶液中都形成

24、 BF 4，则 BF3和 BF 4中 B 原子 的杂化轨道类型分别是() Asp2、sp2Bsp3、sp3 Csp2、sp3Dsp、sp2 答案C 10下列分子所含原子中，既有 sp3杂化，又有 sp2杂化的是() A乙醛 B丙烯腈 C甲醛 2022 高中化学新教材同步讲义资料 D丙炔 答案A 11氯化亚砜(SOCl2)可作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间结构和中心原子(S)采取 杂化方式的说法正确的是 () A三角锥形、sp3BV 形、sp2 C平面三角形、sp2D三角锥形、sp2 答案A 12下列关于 NH 4、NH3、NH 2三种微粒的说法不正确的是() A三种微粒所含有的电

25、子数相等 B三种微粒中氮原子的杂化方式相同 C三种微粒的空间结构相同 D键角大小关系：NH 4NH3NH 2 答案C 13已知：红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物PCl3和 PCl5，氮与氢也可形成两种化合物 NH3和 NH5。 PCl5分子中，P 原子的 1 个 3s 轨道、3 个 3p 轨道和 1 个 3d 轨道发生杂化形成 5 个 sp3d 杂化轨道， PCl5分子呈三角双锥形()。 (1)NH3、PCl3和 PCl5分子中，所有原子的最外层电子数都是 8 个的是_(填分子式)，该分子的 形状是_。 (2)下列关于 PCl5分子的说法正确的有_(填字母)。 APCl5分子中磷原子没有孤电

26、子对 BPCl5分子中没有形成键 CPCl5分子中所有的 ClPCl 键角都相等 (3)N、P 是同一族元素，P 能形成 PCl3、PCl5两种氯化物，而 N 只能形成一种氯化物 NCl3，而不能形 成 NCl5，原因是_。 (4)有同学认为，NH5与 PCl5类似，N 原子的 1 个 2s 轨道、3 个 2p 轨道和 1 个 2d 轨道可能发生 sp3d 杂化。请你对该同学的观点进行评价：_。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (5)经测定，NH5中存在离子键，N 原子最外层电子数是 8，所有氢原子的最外层电子数都是 2，则 NH5 中 H 元素的化合价为_和_；该化合物中 N 原子的杂

27、化方式_。 答案(1)PCl3三角锥形(2)AB(3)N 原子最外层无 d 轨道，不能发生 sp3d 杂化，故无 NCl5(4) 不对，因为 N 原子没有 2d 轨道(5)11sp3 14“三鹿奶粉事件”在社会上引起了人们对食品质量的恐慌，三鹿奶粉中掺杂了被称为“蛋白精” 的工业原料三聚氰胺。已知三聚氰胺的结构简式如图所示。三聚氰胺是氰胺(H2NCN)的三聚体，请回 答下列问题： (1)写出基态碳原子的电子排布式_。 (2)氰胺中CN 中的氮原子、三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂 化轨道类型分别是_、_、_。 (3)一个三聚氰胺分子中有_个键。 (4)三聚氰胺与三聚

28、氰酸()分子相互之间通过氢键结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸 分子中 C 原子采取_杂化。 该分子的结构简式中， 每个碳氧原子之间的共价键是_(填字母)。 A2 个键B2 个键 C1 个键，1 个键 答案(1)1s22s22p2 (2)spsp2sp3 (3)15 (4)sp2C 解析(2)CN 中的 N 原子、环上的 N 原子、NH2中的 N 原子分别形成 1、2、3 个键且均有一 对未成键电子，所以分别采取 sp、sp2、sp3杂化。(3)除每个双键上有 1 个键外，其余均为键，共 15 个。 (4)由于该分子中 C 与 O 形成双键，则应采取 sp2方式成键，sp2杂化的 C 原子与氧

29、原子间有 1 个键、 1 个键。 15(2019山西省实验中学月考)已知下列微粒：CH4CH2=CH2CHCHNH3NH 4 BF3H2OH2O2。试回答下列问题。 (1)分子空间构型为正四面体形的是_(填序号，下同)。 (2)中心原子为 sp3杂化的是_，中心原子为 sp2杂化的是_，中心原子为 sp 杂化的是 _。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (3)所有原子共平面(含共直线)的是_，共直线的是_。 答案(1) (2) (3) 解析CH4中 C 原子杂化轨道数键数孤电子对数404，所以 C 原子采取 sp3杂化，CH4 的空间构型为正四面体形；CH2=CH2中 C 原子杂化轨道数键数孤电子对数303，所以 C 原 子采取 sp2杂化，CH2=CH2中所有原子共平面；CHCH 中 C 原子采取 sp 杂化，CHCH 的空间构型 为直线形；NH3中 N 原子杂化轨道数键数孤电子对数314，所以 N 原子采取 sp3杂化，NH3 的空间构型为三角锥形；NH 4中 N 原子采取 sp3杂化，NH 4的空间构型为正四面体形；BF3中 B 原子 杂化轨道数键数孤电子对数303，所以 B 原子采取 sp2杂化，BF3的空间构型为平面三角形。