人教版 (2019)第二节 分子的空间结构第2课时导学案

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课程目标
1．了解杂化轨道理论的基本内容。
2．能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的空间构型。
图说考点
eq \x(空间构型判断)—eq \x(杂化轨道理论)——eq \x(杂化方式判断)
基 础 知 识
[新知预习]
杂化轨道理论简介
1．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
在形成CH4分子时，碳原子的一个______轨道和三个______轨道发生混杂，形成四个能量相同、方向不同的______杂化轨道。四个______杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—Hσ键是等同的。可表示为
2．杂化轨道的类型与分子立体构型的关系
[即时性自测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。( )
(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。( )
(3)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体构型都是正四面体形。( )
(4)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。( )
(5)根据中心原子的价层电子对数，一般可以确定其杂化方式以及VSEPR模型。( )
2．下列分子的键角为109°28′的是( )
A．CCl4 B．NH3
C．H2O D．P4
3．下列分子的立体构型，可以用sp杂化方式解释的是( )
A．HCl B．BeCl2
C．BCl3 D．CCl4
4．下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是( )
A．sp杂化轨道的夹角最大
B．sp2杂化轨道的夹角最大
C．sp3杂化轨道的夹角最大
D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
技 能 素 养
提升点 杂化轨道理论及其应用
[例] 完成下表中的空白
eq \x(状元随笔) 价层电子对数与杂化轨道数相等
[提升] (多选)下列各组微粒中，中心原子杂化轨道类型相同的是( )
A．H2S与OF2 B．NCl3与BCl3
C．PCl3与H2O2 D．COCl2与SOF2
[关键能力]
杂化轨道理论及其应用
1．杂化轨道理论的要点
(1)形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。但原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。
(2)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。
(3)一般说来，中心原子有几个轨道参与杂化，就会形成几个能量相同的杂化轨道，就能形成几个共价键，形成对应的分子构型。但如果分子中存在孤对电子，分子构型会发生变化，如H2O、NH3等。
(4)sp1杂化和sp2杂化的两种形式中，原子还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道只能用于形成σ键，或者用来容纳未参与成键的孤对电子。
2．杂化轨道类型
(1)sp3杂化：同一个原子中能量相近的一个ns轨道与三个np轨道进行混合重新组四个新的原子轨道，即sp3杂化轨道。如CH4分子中sp3杂化轨道形成示意图：
(2)sp2杂化：同一个原子中能量相近的一个ns轨道与两个np轨道进行杂化组合成三个新的sp2杂化轨道。如C2H4分子中sp2杂化轨道形成示意图：

(3) sp1杂化：同一个原子中能量相近的一个ns轨道与一个np轨道进行杂化组合成两个新的sp1杂化轨道。如C2H2分子中sp1杂化轨道形成示意图：
3.用杂化轨道理论解释典型分子的空间构型
(1)NH3分子的空间构型
在形成NH3分子时，氮原子的2s和2p原子轨道发生了sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，但NH3分子中只有三个轨道中的未成对电子分别与H原子的1s电子形成σ键，另一个轨道中有一对孤对电子，不能再与H原子形成σ键，但孤对电子对成键电子对有较强的排斥作用，使三个N—H键键角变小(键角为107.3°)，所以氨分子的空间构型为三角锥形。
(2) BF3分子的空间构型
B原子的电子排布为1s22s22p1，在形成BF3分子时，B原子的一个2s电子激发到一个空的2p轨道中，使B原子的电子排布变为1s22s12peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)。B原子的2s和两个2p轨道发生了sp2杂化，组合成三个sp2杂化轨道，B原子的三个sp2杂化轨道分别与F原子的一个2p轨道重叠形成三个sp2­p σ键。由于三个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角是120°，所以BF3分子具有平面三角形结构。
(3)BeCl2分子的空间构型
Be原子的电子排布为1s22s2，在形成BeCl2分子时，Be原子的一个2s电子激发到一个空的2p轨道中，经过杂化形成两个sp1杂化轨道，与Cl原子中的3p轨道重叠形成两个sp1­pσ键。由于杂化轨道的夹角是180°，所以形成的BeCl2分子的空间构型是直线形。
eq \x(状元随笔) s－p杂化轨道和简单分子几何构型的关系
形成性自评
1.下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
A.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
B.轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等
C.杂化轨道能量集中，有利于牢固成键
D.CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109°28′
2.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
A.C2H2与C2H4 B．CO2与SO2
C.CH4与NH3 D．BeCl2与BF3
3.下列对乙烯分子中化学键的分析正确的是( )
A.sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C.C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未能参加杂化的2p轨道形成的π键
D.C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未能参加杂化的2p轨道形成的π键
4.在BrCH===CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是( )
A.sp－p B．sp2－s
C.sp2－p D．sp3－p
5.下列说法正确的是( )
A.凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是四面体形
B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合而形成的
C.乙炔分子中，两个碳原子均采用sp2杂化
D.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的1个s轨道和3个p轨道混合起来形成的一组能量相等的新轨道
6.下列分子或离子中，其中心原子的杂化方式和分子或离子的空间构型均正确的是( )
A.C2H2：sp2、直线形 B．SOeq \\al(2－,4)：sp3、三角锥形
C.H3O＋：sp3、V形 D．BF3：sp2、平面三角形
7.在SO2分子中，分子的立体构型为V形，S原子采用sp2杂化，那么SO2的键角( )
A.等于120° B．大于120°
C.小于120° D．等于180°
8.利用杂化轨道理论填写下表。
eq \x(温馨提示：请完成课时作业7)
第2课时 杂化轨道理论
基础知识
新知预习
一、1.2s 2p sp3 sp3
2．1 1 1 1 2 3 2 3 4 180° 120° 109°28′ 直线形 平面三角形 正四面体形
即时性自测
1．(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√
2．解析：A、B、C三项中心原子均以sp3杂化，但B、C两项中含有孤电子对(NH3：1对；H2O：2对)，故A项键角为109°28′。D项无杂化轨道，P—P键之间的键角为60°。
答案：A
3．解析：HCl为双原子分子，双原子分子中不存在杂化过程；CCl4分子的立体构型呈正四面体形，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氯原子的各1个3p轨道重叠形成4个σ键；BeCl2是直线形分子，铍原子以2个sp杂化轨道分别与2个氯原子的各1个3p轨道重叠形成2个σ键；BCl3为平面三角形结构，硼原子以3个sp2杂化轨道分别与3个氯原子的各1个3p轨道重叠形成3个σ键。
答案：B
4．解析：sp杂化轨道的夹角为180°，sp2杂化轨道的夹角为120°，sp3杂化轨道的夹角为109°28′。
答案：A
技能素养
例 答案：
提升 解析：H2S与OF2中中心原子价层电子对数均为4，发生sp3杂化，A正确；NCl3与BCl3分子中中心原子杂化方式分别为sp3、sp2杂化，B错误；PCl3与H2O2中中心原子杂化方式均为sp3杂化，C正确；COCl2与SOF2的中心原子杂化方式分别为sp2、sp3杂化，D错误。
答案：AC
形成性自评
1．解析：参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大，不能形成杂化轨道，即同一原子中只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A正确；轨道数目杂化前后一定相等，故B错误；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C正确；CH4分子中每两个sp3杂化轨道的夹角都为109°28′，故D正确。
答案：B
2．解析：C2H2分子中的C采用sp1杂化，C2H4分子中的C采用sp2杂化，故A不正确；CO2分子中的C采用sp1杂化，SO2分子中的S采用sp2杂化，故B不正确；CH4分子中的C采用sp3杂化，NH3分子中的N也采用sp3杂化，故C正确；BeCl2分子中的Be采用sp1杂化，BF3分子中的B采用sp2杂化，故D不正确。
答案：C
3．解析：乙烯分子中存在4个C—H键和1个C===C键，C原子上无孤电子对，σ键电子对数为3，则C原子采取sp2杂化，C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间有一个是sp2杂化轨道形成的σ键，另一个是未参加杂化的2p轨道形成的π键。
答案：A
4．解析：BrCH===CHBr 分子中的两个碳原子都是采取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，故C—Br键采用的成键轨道是sp2－p，C项正确。
答案：C
5．解析：中心原子采取sp3杂化的分子，VSEPR模型是四面体形，但其立体构型不一定是四面体形，如水和氨气分子中的中心原子均采取sp3杂化，但H2O是V形分子，NH3是三角锥形分子，A项错误；甲烷分子中碳原子形成4个σ键且不含孤电子对，碳原子采取sp3杂化，这4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—Hσ键，B项错误；乙炔分子中每个C原子形成2个σ键和2个π键，价层电子对数是2，且不含孤电子对，故C原子均为sp杂化，C项错误；同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道通过杂化可形成一组能量相等的新轨道，D项正确。
答案：D
6．解析：乙炔的结构式为H—C≡C—H，每个碳原子的价层电子对数是2，且不含孤电子对，所以C原子均采取sp杂化，C2H2为直线形结构，A项错误；SOeq \\al(2－,4)的中心原子的价层电子对数＝4＋eq \f(1,2)×(6＋2－4×2)＝4，所含孤电子对数为0，杂化轨道数为4，S原子采取sp3杂化，分子的空间构型为正四面体形，B项错误；H3O＋的中心原子的价层电子对数＝3＋eq \f(1,2)×(6－1－3×1)＝4，所以中心原子采取sp3杂化，因该离子中含有一对孤电子对，所以其空间构型为三角锥形，C项错误；BF3的中心原子的价层电子对数＝3＋0＝3，杂化轨道数为3，所以B原子采取sp2杂化，所含孤电子对数为0，所以其空间构型为平面三角形，D项正确。
答案：D
7．解析：SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上看其键角应为120°，但由于SO2分子中的S原子有一对孤电子对，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此SO2分子中的键角应小于120°。
答案：C
8．答案：
杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原
子轨道及数目
ns
________
________
________
np
________
________
________
杂化轨道数目
________
________
________
杂化轨道
间的夹角
________
________
________
杂化轨道示意图
立体构型
________
________
________
实例
BeCl2、CO2
BCl3、BF3
CF4、SiCl4
粒子
中心原子
价层电子对数
中心原子杂
化轨道类型
VSEPR模型
空间结构
Neq \\al(－,3)
COS
SF2
AlF3
NHeq \\al(－,2)
SOCl2
IOeq \\al(－,3)
分子或离子
中心原子杂化类型
立体构型
COeq \\al(2－,3)
SiF4
BHeq \\al(－,4)
CHeq \\al(＋,3)
AsBr3
H2F＋
BeF2
SCl2
粒子
中心原子价
层电子对数
中心原子杂
化轨道类型
VSEPR模型
空间构型
Neq \\al(－,3)
2
sp
直线形
直线形
COS
2
sp
直线形
直线形
SF2
4
sp3
四面体
V形
AlF3
3
sp2
平面三角形
平面三角形
NHeq \\al(－,2)
4
sp3
四面体
V形
SOCl2
3
sp2
平面三角形
平面三角形
IOeq \\al(－,3)
4
sp3
四面体
三角锥形
分子或离子
中心原子杂化类型
立体构型
COeq \\al(2－,3)
sp2杂化
平面三角形
SiF4
sp3杂化
正四面体
BHeq \\al(－,4)
sp3杂化
正四面体
CHeq \\al(＋,3)
sp2杂化
平面三角形
AsBr3
sp3杂化
三角锥形
H2F＋
sp3杂化
V形
BeF2
sp杂化
直线形
SCl2
sp3杂化
V形