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雜化軌道理論
［核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)］　1.通過對(duì)雜化軌道理論的學(xué)習(xí)，能從微觀角度理解中心原子的雜化軌道類型對(duì)分子空間結(jié)構(gòu)的影響。2.掌握中心原子雜化軌道類型判斷的方法，建立分子空間結(jié)構(gòu)分析的思維模型。
一、雜化軌道及其類型
1.用雜化軌道理論解釋甲烷分子的形成
當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，碳原子的　　　軌道和3個(gè)　　　軌道發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，卻得到4個(gè)新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正面體的4個(gè)頂角，夾角為109°28'，稱為sp3雜化軌道。當(dāng)碳原子跟4個(gè)氫原子結(jié)合時(shí)，碳原子以4個(gè)　　　雜化軌道分別與4個(gè)H原子的1s軌道重疊，形成4個(gè)C—H σ鍵，因此呈現(xiàn) 　形的空間結(jié)構(gòu)。
2.雜化軌道的形成及特點(diǎn)
3.雜化軌道的類型
(1)sp3雜化軌道
sp3雜化軌道是由　　個(gè)s軌道和　　個(gè)p軌道雜化而成的，sp3雜化軌道間的夾角為　　　，空間結(jié)構(gòu)為　　　　(如圖所示)。
(2)sp2雜化軌道
sp2雜化軌道是由　　個(gè)s軌道和　　個(gè)p軌道雜化而成的。sp2雜化軌道間的夾角都是　　　　，呈　　　　　(如圖所示)。
(3)sp雜化軌道
sp雜化軌道是由　　個(gè)s軌道和　　個(gè)p軌道雜化而成的。sp雜化軌道間的夾角為　　　，呈　　　　(如圖所示)。
1.正誤判斷
(1)發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子 (　　)
(2)原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會(huì)發(fā)生，孤立的原子是不可能發(fā)生雜化的 (　　)
(3)只有能量相近的軌道才能雜化 (　　)
(4)雜化軌道能量更集中，有利于牢固成鍵 (　　)
(5)雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)，未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵 (　　)
(6)2s軌道和3p軌道能形成sp2雜化軌道 (　　)
2.下列分子的中心原子雜化軌道類型相同的是 (　　)
A.CO2與SO2 B.CH4與NH3
C.BeCl2與BF3 D.C2H2與C2H4
3.下列分子或離子的中心原子為sp3雜化，且雜化軌道容納了1個(gè)孤電子對(duì)的是 (　　)
A.CH4、NH3 B.BBr3、S
C.SO2、BeCl2 D.PCl3、H3O+
4.下列分子中的中心原子的雜化方式為sp雜化，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形且分子中沒有形成π鍵的是 (　　)
A.CH≡CH B.CO2
C.BeCl2 D.BF3
以碳原子為中心原子的分子中碳原子的雜化軌道類型
(1)沒有形成π鍵，采取sp3雜化，如CH4、CCl4等。
(2)形成一個(gè)π鍵，采取sp2雜化，如CH2CH2等。
(3)形成兩個(gè)π鍵，采取sp雜化，如CH≡CH、CO2等。
二、雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系
1.雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。
(1)沒有孤電子對(duì)：能量相同的雜化軌道彼此遠(yuǎn)離→形成的分子為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
(2)有孤電子對(duì)：孤電子對(duì)占據(jù)一定空間且對(duì)成鍵電子對(duì)產(chǎn)生排斥→形成的分子的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
2.雜化軌道與分子的空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系
(1)雜化軌道全部用于形成σ鍵
雜化類型 sp sp2 sp3
軌道組成 一個(gè)ns和一個(gè)np 一個(gè)ns和兩個(gè)np 一個(gè)ns和三個(gè)np
軌道夾角 180° 120° 109°28'
雜化軌道示意圖
實(shí)例 BeCl2 BF3 CH4
分子的空間結(jié)構(gòu)
(2)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對(duì)
雜化類型 sp2 sp3
中心原子所在族 第ⅥA族 第ⅤA族 第ⅥA族
中心原子的孤電子對(duì)數(shù) 1 1 2
分子空間結(jié)構(gòu) V形 三角錐形 V形
實(shí)例 SO2 NH3、PCl3、PH3 H2O、H2S
CH4、NH3、H2O中心原子的雜化軌道類型都是sp3，鍵角為什么依次減小？從雜化軌道理論的角度比較鍵角大小。


1.正誤判斷
(1)雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)與分子的空間結(jié)構(gòu)不一定一致 (　　)
(2)雜化軌道間的夾角與分子內(nèi)的鍵角一定相同 (　　)
(3)凡AB3型共價(jià)化合物，其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵 (　　)
(4)NH3分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，則氮原子的雜化方式為sp3 (　　)
(5)C2H4分子中的鍵角都約是120°，則碳原子的雜化方式是sp2 (　　)
2.下列分子的空間結(jié)構(gòu)可用sp2雜化軌道來解釋的是 (　　)
①BF3　②CH2CH2　③　④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4
A.①②③ B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥
3.下列中心原子的雜化軌道類型和分子空間結(jié)構(gòu)不正確的是 (　　)
A.PCl3中P原子為sp3雜化，三角錐形
B.N中N原子為sp3雜化，正四面體形
C.H2S中S原子為sp雜化，直線形
D.SO2中S原子為sp2雜化，V形
4.(2024·蘇州高二檢測(cè))已知某XY2分子屬于V形分子，下列說法正確的是 (　　)
A.X原子一定是sp2雜化
B.X原子一定為sp3雜化
C.X原子上一定存在孤電子對(duì)
D.VSEPR模型一定是平面三角形
5.按要求回答下列問題：
(1)CH3COOH中C原子的雜化軌道類型是　　　　　　　　　　　　　。
(2)醛基中碳原子的雜化軌道類型是_____________________________。
(3)化合物［H3O］+［］-中陽離子的空間結(jié)構(gòu)為　　　　　　　，陰離子的中心原子采取　　　　　雜化。
(4)X的單質(zhì)與氫氣可化合生成氣體G，G的水溶液的pH>7。G分子中X原子的雜化軌道類型是　　　。
常見物質(zhì)中心原子的雜化方式
(1)采取sp3雜化：有機(jī)物中飽和碳原子、NH3、H2O、金剛石中的碳原子、晶體硅中的硅原子、SiO2、N等。
(2)采取sp2雜化：有機(jī)物中的雙鍵碳原子、BF3、石墨中的碳原子、苯環(huán)中的碳原子等。
(3)采取sp雜化：有機(jī)物中的三鍵碳原子、CO2、BeCl2等。
說明　注意結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，如CO2與CS2、BF3與BBr3等的中心原子的雜化軌道類型分別相同。
答案精析
一、
1.2s　2p　sp3　正四面體
3.(1)1　3　109°28'　正四面體形　(2)1　2　120°
平面三角形　(3)1　1　180°　直線形
應(yīng)用體驗(yàn)
1.(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√　(6)×
2.B　［CO2的C原子為sp雜化，SO2的S原子為sp2雜化，A項(xiàng)錯(cuò)誤；CH4和NH3的中心原子均為sp3雜化，B項(xiàng)正確；BeCl2的Be原子為sp雜化，BF3的B原子為sp2雜化，C項(xiàng)錯(cuò)誤；C2H2的C原子為sp雜化，C2H4的C原子為sp2雜化，D項(xiàng)錯(cuò)誤。］
3.D　［CH4中碳原子為sp3雜化但不含孤電子對(duì)，故A錯(cuò)誤；BBr3中B原子為sp2雜化且不含孤電子對(duì)，故B錯(cuò)誤；SO2中S原子為sp2雜化，含有1個(gè)孤電子對(duì)，BeCl2中Be原子為sp雜化且不含孤電子對(duì)，故C錯(cuò)誤。］
4.C　［CH≡CH中含有三鍵，有π鍵，故不選A；CO2的結(jié)構(gòu)式為OCO，分子中含有碳氧雙鍵，含有π鍵，故不選B；BeCl2分子中，Be原子含有兩個(gè)共價(jià)單鍵，不含孤電子對(duì)，所以價(jià)層電子對(duì)數(shù)是2，中心原子以sp雜化軌道成鍵，分子中不含π鍵，故選C；BF3中B原子含有3個(gè)共價(jià)單鍵，所以價(jià)層電子對(duì)數(shù)是3，中心原子以sp2雜化軌道成鍵，故不選D。］
二、
2.(1)直線形　平面三角形　正四面體形
深度思考
CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3雜化，中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)依次為0、1、2。由于孤電子對(duì)對(duì)共用電子對(duì)的排斥作用使鍵角變小，孤電子對(duì)數(shù)越多排斥作用越大，鍵角越小。比較鍵角時(shí)，先看中心原子雜化軌道類型，雜化軌道類型不同時(shí)，鍵角一般按sp、sp2、sp3順序依次減小；雜化軌道類型相同時(shí)，中心原子孤電子對(duì)數(shù)越多，鍵角越小。
應(yīng)用體驗(yàn)
1.(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
2.A　［sp2雜化軌道形成夾角為120°的平面三角形，①BF3為平面三角形且B—F夾角為120°；②C2H4中碳原子以sp2雜化，未雜化的2p軌道重疊形成π鍵；③與②相似；④乙炔中的碳原子為sp雜化，未雜化的2p軌道重疊形成π鍵；⑤NH3中的氮原子為sp3雜化；⑥CH4中的碳原子為sp3雜化。］
3.C　［PCl3中P原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+=4，含有一個(gè)孤電子對(duì)，則P原子為sp3雜化，分子空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，故A正確；N中N原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)=4+=4，不含孤電子對(duì)，則N原子為sp3雜化，分子空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，故B正確；H2S中S原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)=2+=4，含有兩個(gè)孤電子對(duì)，則S原子為sp3雜化，分子空間結(jié)構(gòu)為V形，故C錯(cuò)誤；SO2中S原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)=2+=3，含有一個(gè)孤電子對(duì)，則S原子為sp2雜化，分子空間結(jié)構(gòu)為V形，故D正確。］
4.C　［若X原子無孤電子對(duì)，則它一定是直線形分子，若X有1個(gè)孤電子對(duì)或2個(gè)孤電子對(duì)，則XY2一定為V形分子，此種情況下X的原子軌道可能為sp2雜化，也可能是sp3雜化，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；若X有2個(gè)孤電子對(duì)，則該分子的VSEPR模型為四面體形，D項(xiàng)錯(cuò)誤。］
5.(1)sp3、sp2　(2)sp2　(3)三角錐形　sp3　(4)sp3
解析　(1)CH3COOH分子中，—CH3和—COOH上的碳原子的雜化軌道類型分別是sp3和sp2。
(2)上的碳原子形成3個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵，采取sp2雜化。(4)G是NH3，N原子采取sp3雜化。

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