第二章第二节　分子的空间结构 第2课时　杂化轨道理论（共80张ppt）

(共80张PPT)
杂化轨道及其类型 / 杂化轨道类型与分子空间结构的关系 / 随堂演练　知识落实 / 课时对点练
杂化轨道理论
第二章
第2课时
核心素养
发展目标
1.通过对杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构的影响。
2.通过对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。
内容索引
一、杂化轨道及其类型
二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系
随堂演练　知识落实
课时对点练
杂化轨道及其类型
一
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。重新组合后的新的能量相同的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。
2.原子轨道的杂化过程
3.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 s轨道和 p轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有 的成分，sp3杂化轨道间的夹角为 ，空间结构为正四面体形。如图所示：
1个
3个
109°28′
(2)sp2杂化轨道——平面三角形
sp2杂化轨道是由 s轨道和 p轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨
道含有 s 的成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面
三角形，如图所示：
1个
2个
(3)sp杂化——直线形
sp杂化轨道是由 s轨道和 p轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有 的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如图所示。
1个
1个
正误判断
(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σ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π键(　　)
(6)2s轨道和3p轨道能形成sp2杂化轨道(　　)
×
√
√
√
√
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1.常见的杂化轨道类型有哪些？什么是sp3杂化？
提示　常见的杂化轨道类型有sp、sp2、sp3。同一原子内由1个s轨道和3个p轨道参与的杂化称为sp3杂化。
深度思考
2.如何判断杂化轨道类型？
提示　判断杂化轨道类型，首先判断杂化轨道数，杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，由杂化轨道数即可判断杂化轨道类型。
深度思考
3.填写下表：
深度思考
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型
CO2 ________ ____
CH2O _________ ____
CH4 _________ ____
SO2 _________ ____
NH3 _________ ____
H2O _________ ____
0＋2＝2
0＋3＝3
0＋4＝4
1＋2＝3
1＋3＝4
2＋2＝4
sp
sp2
sp3
sp2
sp3
sp3
应用体验
1.在 中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是
A.sp2、sp2 B.sp3、sp3
C.sp2、sp3 D.sp、sp3
杂化轨道数＝中心原子上的孤电子对数＋中心原子的σ键个数。中间的碳原子上的孤电子对数为0，σ键个数为3，则杂化方式是sp2杂化；两边的碳原子上的孤电子对数为0，σ键个数为4，则杂化方式是sp3杂化。
√
2.(2022·湖南师大附中高二期末)下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳了1个孤电子对的是
C.SO2、BeCl2 D.PCl3、H3O＋
√
CH4中碳原子为sp3杂化但不含孤电子对，故A错误；
BBr3中B原子为sp2杂化且不含孤电子对，故B错误；
SO2中S原子为sp2杂化，含有1个孤电子对，BeCl2中Be原子为sp杂化且不含孤电子对，故C错误。
归纳总结
(1)杂化轨道理论的要点
①原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。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，孤立的原子是不可能发生杂化的。
③只有能量相近的轨道才能杂化(如2s、2p)。
④杂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。
⑤杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布，故杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但杂化轨道的形状完全相同。
⑥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，未参与杂化的p轨道可用于形成π键。
(2)以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化轨道类型
①没有形成π键，采取sp3杂化，如CH4、CCl4等；
②形成一个π键，采取sp2杂化，如CH2==CH2等；
③形成两个π键，采取sp杂化，如CH≡CH、CO2等。
返回
杂化轨道类型与分子空间结构的关系
二
1.当杂化轨道全部用于形成σ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 sp sp2 sp3
轨道夹角 180° 120° 109°28′
杂化轨道示意图
实例 BeCl2 BF3 CH4
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，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 中心原子杂化轨道类型 中心原子孤电子对数 空间结构 实例
AB2 sp2 1 ______ SO2
AB3 sp3 1 _________ NH3、PCl3、NF3、H3O＋
AB2或(B2A) 2 _____
V形
三角锥形
V形
正误判断
(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AB3型共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键(　　)
(4)NH3分子的空间结构为三角锥形，则氮原子的杂化方式为sp3(　　)
(5)C2H4分子中的键角都约是120°，则碳原子的杂化方式是sp2(　　)
√
×
×
√
√
CH4、NH3、H2O中心原子的杂化轨道类型都是sp3，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小。
提示　CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。比较键角时，先看中心原子杂化轨道类型，杂化轨道类型不同时，键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化轨道类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。
深度思考
应用体验
1.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是
①BF3　②CH2==CH2　③ 　 ④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4
A.①②③ B.①⑤⑥
C.②③④ D.③⑤⑥
√
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夹角为120°；
②C2H4中碳原子以sp2杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；
③与②相似；
④乙炔中的碳原子为sp杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；
⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；
⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。
2.下列中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构不正确的是
A.PCl3中P原子为sp3杂化，三角锥形
C.H2S中S原子为sp杂化，直线形
D.SO2中S原子为sp2杂化，V形
√
归纳总结
中心原子杂化轨道类型的判断方法
(1)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′，则中心原子采取sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子采取sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子采取sp杂化。
(2)根据价层电子对数判断：若价层电子对数为4，则中心原子采取sp3杂化；若价层电子对数为3，则中心原子采取sp2杂化；若价层电子对数为2，则中心原子采取sp杂化。
返回
(3)常见物质中心原子的杂化方式
①采取sp3杂化的：有机物中饱和碳原子、NH3、H2O、金刚石中的碳原子、晶体硅中的硅原子、SiO2、 等。
②采取sp2杂化的：有机物中的双键碳原子、BF3、石墨中的碳原子、苯环中的碳原子等。
③采取sp杂化的：有机物中的三键碳原子、CO2、BeCl2等。
说明　注意结构相似的物质，如CO2与CS2、BF3与BBr3等的杂化轨道类型分别相同。
随堂演练　知识落实
1.下列分子的中心原子杂化轨道类型相同的是
A.CO2与SO2 B.CH4与NH3
C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4
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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.乙烯分子中含有4个C—H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
①每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化，形成两个sp杂化轨道　②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　③每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化，形成4个sp3杂化轨道　④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
A.①③ B.②④
C.①④ D.②③
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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σ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π键，②④正确。
3.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π键的是
A.CH≡CH B.CO2
C.BeCl2 D.BF3
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CH≡CH中含有三键，有π键，故不选A；
CO2的结构式为O==C==O，分子中含有碳氧双键，含有π键，故不选B；
BeCl2分子中，Be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π键，故选C；
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，故不选D。
4.已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是
A.X原子一定是sp2杂化
B.X原子一定为sp3杂化
C.X原子上一定存在孤电子对
D.VSEPR模型一定是平面三角形
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若X原子无孤电子对，则它一定是直线形分子，若X有1个孤电子对或2个孤电子对，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2个孤电子对，则该分子的VSEPR模型为四面体形，D项错误。
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5.按要求回答下列问题：
(1)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型是___________。
sp3、sp2
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CH3COOH分子中，—CH3和—COOH上的碳原子的杂化轨道类型分别是sp3和sp2。
(2)醛基中碳原子的杂化轨道类型是____。
sp2
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上的碳原子形成3个σ键和1个π键，采取sp2杂化。
(3)化合物 中阳离子的空间结构为_____________，
阴离子的中心原子轨道采取____杂化。
(4)X的单质与氢气可化合生成气体G，G的水溶液的pH>7。G分子中X原子的杂化轨道类型是______。
三角锥形
G是NH3，N原子采取sp3杂化。
返回
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sp3
sp3
课时对点练
题组一　杂化轨道及类型
1.下列关于杂化轨道的说法中，错误的是
A.ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
B.杂化轨道既可能形成σ键，也可能形成π键
C.s轨道和p轨道杂化不可能有sp4杂化轨道出现
D.孤电子对有可能参加杂化
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ⅠA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σ键，不可能形成π键；p能级只有3个p轨道，不可能有sp4杂化。
2.(2022·西安市第一中学高二期中)s轨道与s轨道重叠形成的共价键可用符号表示为s-s σ键，p轨道与p轨道以“头碰头”方式重叠形成的共价键可用符号表示为p-p σ键，请你指出下列分子中含有s-sp2 σ键的是
A.N2 B.C2H4
C.C2H2 D.HCl
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N2存在p-p σ键和π键，A项错误；
C2H4中，C原子为sp2杂化，存在s-sp2 σ键，B项正确；
C2H2中，中心C原子发生sp杂化，形成s-sp σ键，C项错误；
HCl中只存在s-p σ键，D项错误。
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.氧原子的杂化轨道类型发生了改变
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
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水中氧的杂化轨道类型为sp3，H3O＋中氧的杂化轨道类型为sp3，则氧原子的杂化轨道类型没有改变，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.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σ键、2个π键组成
C.甲苯分子中所有碳原子均采用sp2杂化轨道成键
D.苯环中存在6个碳原子共有的大π键
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烷烃分子中碳原子均形成4个键，杂化轨道数为4，均采取sp3杂化；碳碳三键由1个σ键、2个π键组成；苯环中碳原子采取sp2杂化，6个碳原子上未参与成键的p电子形成一个大π键；甲苯分子中—CH3中的C采取sp3杂化。
5.某有机物由H、C、O三种元素组成，其球棍模型结构如图：
下列关于该有机物的叙述正确的是
A.该有机物中发生sp2杂化的碳原子有7个
B.该有机物不含sp2杂化的碳原子
C.分子中含有5个π键
D.构成环的所有碳原子可能在同一个平面上
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该有机物中共有10个碳原子，苯环上的碳原子及连有双键的9个碳原子是sp2杂化，甲基中的碳原子是sp3杂化，A、B不正确；
分子中碳碳双键和碳氧双键中均含1个π键，苯环形成1个大π键，C不正确；
构成环的所有碳原子形成苯环，在同一个平面上，D正确。
题组二　杂化轨道类型的判断
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A.sp2、sp2 B.sp3、sp3
C.sp2、sp3 D.sp、sp2
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7.下列分子所含原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是
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A.乙醛[ ] B.丙烯腈[ ]
C.甲醛[ ] D.丙炔[ ]
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甲基中C原子为sp3杂化，—CHO中C原子为sp2杂化，A项正确；
碳碳双键中C原子为sp2杂化，—CN中C原子为sp杂化，B项错误；
—CHO中C原子为sp2杂化，C项错误；
甲基中C原子为sp3杂化，碳碳三键上C原子为sp杂化，D项错误。
8.氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的VSEPR模型、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.四面体形、三角锥形、sp3
B.平面三角形、V形、sp2
C.平面三角形、平面三角形、sp2
D.四面体形、三角锥形、sp2
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SOCl2分子中S原子形成2个S—Cl、1个S==O，价层电子对数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋ ×(6－1×2－2)＝4，杂化轨道数是4，故S原子采取sp3杂化，SOCl2分子的VSEPR模型为四面体形，且S原子含1个孤电子对，则其分子的空间结构为三角锥形，A项正确。
A.三种微粒所含有的电子数相等
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
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10.以下说法正确的是
A.含有四个原子的分子的空间结构不可能为正四面体形
B.AB2型分子的空间结构一定为V形
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P4分子的空间结构是正四面体形，A错；
BeCl2中铍原子成键电子对数是2，是sp杂化，分子是直线形，B错；
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11.下列说法正确的是
A.PCl3分子是三角锥形，这是因为磷原子是sp2杂化的结果
B.sp3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
D.AB3型的分子空间结构必为平面三角形
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PCl3中P原子形成3个σ键，有1个孤电子对，采取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(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。
12.化合物A是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式如图所示：
，下列说法正确的是
A.碳、氮原子的杂化类型相同
B.氮原子与碳原子分别为sp3杂化与sp2杂化
C.1 mol A分子中所含σ键的数目为10NA
D.编号为a的氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内
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A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键，氮原子有1个孤电子对而碳原子没有孤电子对，故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化，A项错误、B项正确；
1个A分子中有11个σ键，C项错误；
氮原子为sp3杂化，相应的四个原子形成的是三角锥形结构，不可能共平面，D项错误。
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13.(2022·黑龙江哈尔滨三中高二期中)如图是我国科学家通过X射线衍射获得的青蒿素的分子结构，根据其结构下列说法正确的是
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A.其分子式为C15H20O5
B.分子中存在过氧键(—O—O—)
C.分子中所有碳原子的杂化方式都一样
D.分子中所有氧原子的杂化方式都一样
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由青蒿素的分子结构可知，其分子式为C15H22O5，
分子中存在过氧键(—O—O—)，A错误、B正确；
青蒿素分子中存在碳氧双键和饱和碳原子，碳氧双键上的碳原子采取sp2杂化，饱和碳原子采取sp3杂化，C错误。
14.已知下列微粒：①CH4　②CH2==CH2　③CH≡CH　④NH3　⑤
⑥BF3　⑦H2O　⑧H2O2。试回答下列问题：
(1)分子空间结构为正四面体形的是________(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_____。
(3)所有原子共平面(含共直线)的是__________，共直线的是____。
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①⑤
①④⑤⑦⑧
②⑥
③
②③⑥⑦
③
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①CH4中C原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝4＋0＝4，所以C原子采取sp3杂化，CH4的空间结构为正四面体形；
②CH2==CH2中C原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋0＝3，所以C原子采取sp2杂化，CH2==CH2中所有原子共平面；
③CH≡CH中C原子采取sp杂化，CH≡CH的空间结构为直线形；
④NH3中N原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋1＝4，所以N原子采取sp3杂化，NH3的空间结构为三角锥形；
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⑤ 中N原子采取sp3杂化， 的空间结构为正四面体形；
⑥BF3中B原子杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝3＋0＝3，所以B原子采取sp2杂化，BF3的空间结构为平面三角形。
15.已知：①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。
②PCl5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( )。
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(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)，该分子的空间结构是__________。
(2)下列关于PCl5分子的说法正确的有_____(填字母)。
A.PCl5分子中磷原子没有孤电子对
B.PCl5分子中没有形成π键
C.PCl5分子中所有的Cl—P—Cl键角都相等
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PCl3
三角锥形
AB
(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：__________
___________________。
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N原子最外层无d轨道，
不能发生sp3d杂化，故无NCl5
不对，因为
N原子没有2d轨道
(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原子的杂化方式为_____杂化。
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＋1
－1
sp3
16.“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(H2N—C≡N)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—C≡N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____、____、____。
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1s22s22p2
sp
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氰胺中—C≡N中的N原子、三聚氰胺环上的N原子、—NH2中的N原子分别形成1、2、3个σ键且均有一个孤电子对，所以分别采取sp、sp2、sp3杂化。
(3)一个三聚氰胺分子中有____个σ键。
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除每个双键上有1个π键外，其余均为σ键，共15个。
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(4)三聚氰胺与三聚氰酸( )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)。
A.2个σ键 B.2个π键 C.1个σ键，1个π键
sp2
C
由于该分子中C与O形成双键，则应采取sp2杂化方式成键，sp2杂化的C原子与氧原子间有1个σ键、1个π键。
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第二章