学年人教版选修3 第2章第2节分子的立体构型第2课时学案.docx
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学年人教版选修3第2章第2节分子的立体构型第2课时学案
第2课时 杂化轨道理论
[目标定位] 知道杂化轨道理论的基本内容，能根据杂化轨道理论确定简单分子的立体构型。
一、杂化轨道理论
1．杂化轨道及其理论要点
（1）阅读教材内容，并讨论甲烷分子中四个C—H键的键能、键长，为什么都完全相同？
答案 在形成CH4分子时，碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道发生混杂，形成四个能量相等的sp3杂化轨道。
四个sp3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—H键是等同的。
可表示为
（2）由以上分析可知
①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一组新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轨道杂化的过程：
激发→杂化→轨道重叠。
（3）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。
②参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。
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。
2．杂化轨道类型和立体构型
（1）sp杂化——BeCl2分子的形成
①BeCl2分子的形成
杂化后的2个sp杂化轨道分别与氯原子的3p轨道发生重叠，形成2个σ键，构成直线形的BeCl2分子。
②sp杂化：
sp杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道杂化而得。
sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形（如BeCl2）。
③sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键，如乙炔分子中的C≡C键的形成。
（2）sp2杂化——BF3分子的形成
①BF3分子的形成
②sp2杂化：
sp2杂化轨道是由一个ns轨道和两个np轨道杂化而得。
sp2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形（如BF3）。
③sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键，如乙烯分子中的C===C键的形成。
（3）sp3杂化——CH4分子的形成
①CH4分子的立体构型
②sp3杂化：
sp3杂化轨道是由一个ns轨道和三个np轨道杂化而得。
sp3杂化轨道的夹角为109°28′，呈空间正四面体形（如CH4、CF4、CCl4）。
归纳总结
杂化类型与分子的立体构型
中心原子（A）的杂化类型
参与杂化的轨道
生成杂化轨道数
成键电子对数
A原子的孤电子对数
分子的
立体构型
实例
分子式
结构式
sp
1个s
1个p
2
2
0
直线形
BeCl2
Cl—Be—Cl
sp2
1个s
2个p
3
3
0
平面三
角形
BF3
sp3
1个s
3个p
4
4
0
正四面
体形
CH4
3
1
三角
锥形
NH3
2
2
V形
H2O
1．有关杂化轨道的说法不正确的是（ ）
A．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变
B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°
C．四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
D．杂化轨道全部参与形成化学键
答案 D
解析 杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对。
2．下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是（ ）
①BF3 ②CH2===CH2 ③ ④CH≡CH⑤NH3 ⑥CH4
A．①②③B．①⑤⑥
C．②③④D．③⑤⑥
答案 A
解析 sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，且未杂化的2p轨道形成π键；③同②相似；④乙炔中的碳原子为sp杂化；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。
二、杂化类型及分子构型的判断
1．杂化类型的判断方法
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：
杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂化类型。
2．杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型
VSEPR模型和杂化轨道的立体构型是一致的，略去VSEPR模型中的孤电子对，就是分子（或离子）的立体构型。
代表物
项目
CO2
CH2O
CH4
SO2
NH3
H2O
价层电子对数
2
3
4
3
4
4
杂化轨道数
2
3
4
3
4
4
杂化类型
sp
sp2
sp3
sp2
sp3
sp3
杂化轨道
立体构型
直线形
平面
三角形
正四
面体形
平面
三角形
四面
体形
四面
体形
VSEPR模型
直线形
平面
三角形
正四
面体形
平面
三角形
四面
体形
四面
体形
分子构型
直线形
平面
三角形
正四
面体形
V形
三角
锥形
V形
杂化类型的判断方法
（1）利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路：
价层电子对杂化轨道数杂化类型杂化轨道构型。
（2）根据杂化轨道之间的夹角判断：
若杂化轨道之间的夹角为109°28′，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。
（3）有机物中碳原子杂化类型的判断：
饱和碳原子采取sp3杂化，连接双键的碳原子采取sp2杂化，连接三键的碳原子采取sp杂化。
3．计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数，判断中心原子的杂化轨道类型，写出VSEPR模型名称。
（1）CS2__________、__________、__________。
（2）NH__________、__________、__________。
（3）H2O__________、__________、__________。
（4）PCl3__________、__________、__________。
（5）BCl3__________、__________、__________。
答案
（1）2 sp 直线形
（2）4 sp3 正四面体形 （3）4 sp3 四面体形 （4）4 sp3 四面体形 （5）3 sp2 平面三角形
4．碳原子有4个价电子，在有机化合物中价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。
在乙烷、乙烯、乙炔、苯、甲醛分子中，碳原子采取sp杂化的分子是（写结构简式，下同）________________，采取sp2杂化的分子是________________________________________，采取sp3杂化的分子是________。
答案 CH≡CH CH2===CH2、、HCHO CH3CH3
解析 采取sp杂化的分子呈直线形，采取sp2杂化的呈平面形，采取sp3杂化的呈四面体形。
杂化轨道类型
VSEPR模型
典型分子
立体构型
sp
CO2
直线形
sp2
SO2
V形
sp3
H2O
V形
sp2
SO3
平面三角形
sp3
NH3
三角锥形
sp3
CH4
正四面体形
1．下列关于原子轨道的说法正确的是（ ）
A．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体构型都是正四面体
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轨道混合起来而形成的
C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相近的新轨道
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
答案 C
解析 中心原子采取sp3杂化，轨道形状是正四面体，但如果中心原子还有孤电子对，分子的立体构型则不是正四面体；CH4分子中的sp3杂化轨道是C原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的；AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。
2．能正确表示CH4中碳原子的成键方式的示意图为（ ）
答案 D
解析 碳原子的2s轨道与2p轨道形成4个等性的杂化轨道，因此碳原子4个价电子分占在4个sp3杂化轨道上，且自旋状态相同。
3．原子轨道的杂化不但出现在分子中，原子团中同样存在原子轨道的杂化。
在SO中S原子的杂化方式为（ ）
A．spB．sp2
C．sp3D．无法判断
答案 C
解析 在SO中S原子的孤电子对数为0，与其相连的原子数为4，所以根据杂化轨道理论可推知中心原子S的杂化方式为sp3杂化，立体构型为正四面体形，类似于CH4。
4．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°
答案 C
解析 由于SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上讲其键角应为120°，但是由于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，因此分子中的键角要小于120°。
5．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（ ）
A．sp2杂化；sp2杂化
B．sp3杂化；sp3杂化
C．sp2杂化；sp3杂化
D．sp杂化；sp3杂化
答案 C
解析 羰基上的碳原子共形成3个σ键，为sp2杂化，两侧甲基中的碳原子共形成4个σ键，为sp3杂化。
6．ClO－、ClO、ClO、ClO中，中心原子Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键，则ClO－的立体构型是____________；ClO的立体构型是________；ClO的立体构型是____________；ClO的立体构型是______________。
答案 直线形 V形 三角锥形 正四面体形
解析 ClO－的组成决定其立体构型为直线形。
其他3种离子的中心原子的杂化方式都为sp3杂化，那么从离子的组成上看其立体构型依次类似于H2O、NH3、CH4（或NH）。
[基础过关]
题组一 原子轨道杂化与杂化轨道
1．下列关于价层电子对互斥理论及杂化轨道理论的叙述不正确的是（ ）
A．价层电子对互斥理论将分子分成两类：
中心原子有孤电子对的和无孤电子对的
B．价层电子对互斥理论既适用于单质分子，也适用于化合物分子
C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道通过杂化形成的一组能量相近的新轨道
D．AB2型共价化合物的中心原子A采取的杂化方式可能不同
答案 B
解析 在VSEPR理论中，将分子分成了含孤电子对与不含孤电子对两种情况，显然分子的VSEPR模型与立体构型可能相同（不含孤电子对的情况下），也可能不同（含孤电子对的情况下），A项正确；VSEPR模型的研究对象仅限于化合物分子，不适用单质分子，B项错误；C项明显正确；AB2型共价化合物由于其中心原子具有的孤电子对数和σ键电子对数可能不同，则其采取的杂化方式也可能不同，D项正确。
2．下列关于杂化轨道的叙述正确的是（ ）
A．杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键
B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对
C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的1个s轨道杂化而成的
D．在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—Hσ键
答案 B
解析 杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能用来形成π键，故B正确，A不正确；NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的，C不正确；在乙烯分子中，1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的s轨道重叠形成2个C—Hσ键，剩下的1个
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