新授课
第二章 分子结构与性质
课时4 杂化轨道理论
【学习目标】
1.知道杂化轨道理论的基本内容。 2.会用杂化轨道理论判断分子的空间构型，对分子的空间构型进行解释和预测。
【学习活动】
学习任务
目标一：知道杂化轨道理论的基本内容。 任务1：阅读教材p47第二段内容，回答下列问题。 1.依据价层电子互斥模型预测甲烷分子的空间结构呈正四面体形，且实验测得甲烷分子中的4个C—H的键长相同，H—C—H的键角为109°28′。依据价键理论，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们与4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。 怎样解释甲烷分子的空间结构呈正四面体形呢？ 参考答案：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，混杂时保持轨道总数不变，却得到4个新的能量相同、方向不同的sp3杂化轨道，各指向正四面体的4个顶角。4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—H σ键，所以4个C—H键是等同的。 2.形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的杂化。双原子分子中，不存在杂化过程。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下： (1)观察上述杂化过程，分析原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？ 参考答案：杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同，杂化后，形成的一组杂化轨道能量相同。 (2)杂化轨道与原轨道相比，轨道形状及延伸方向是否改变 参考答案：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。 (3)sp3杂化轨道、sp2杂化轨道、sp杂化轨道的区别？ 参考答案：sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。sp3杂化轨道间的夹角是109°28′，空间结构为正四面体形。 sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120°，呈平面三角形。 sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角是180°，呈直线形。 任务2： 1.任意轨道之间都可以杂化吗 2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道 参考答案：不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道，2s与3p不在同一能级，能量相差较大，不可杂化。 2.杂化轨道能形成π键吗 双原子分子中存在轨道杂化吗？ (如HCl)，不存在杂化过程。 参考答案：杂化轨道不能形成π键，只用于形成σ键或用于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。 3.乙烷、乙烯、乙炔分子中的碳原子杂化方式分别是什么？三种分子中的C—C键和C—H键方式分别是什么？ 参考答案：C2H6中的C是sp3杂化，C C键是sp3 sp3 σ键，C—H键是sp3 s σ键；C2H4中的C是sp2杂化，C—C键是sp2 sp2σ键和p pπ键，C—H键是sp2 s σ键；C2H2中的c是sp杂化，C—C键是sp sp σ键和p p π键，C—H键是sp s σ键。 【方法小结】 杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对，所以杂化轨道数=中心原子的孤电子的对数+中心原子的σ键个数。 代表物杂化轨道数中心原子杂化轨道类型CO20+2=2spCH2O0+3=3sp2CH40+4=4sp3SO21+2=3sp2NH31+3=4sp3H2O2+2=4sp3
目标二：会用杂化轨道理论判断分子的空间构型，对分子的空间构型进行解释和预测。 任务1： 1．水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，其分子不呈正四面体构型，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体构型，而呈三角锥形。 (1)试说明中心原子的孤电子对如何影响分子的立体构型？ 参考答案：孤电子对占有一定空间，排斥其他成键电子，从而影响分子的立体构型。 (2)用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构？ 参考答案：NH3分子中N原子的价电子排布式为2s22p3。1个2s轨道和3个2p经杂化后形成4个sp3杂化轨道。4个sp3杂化轨道在空间的分布呈正四面体形。其中3个sp3杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另1个sp3杂化轨道中已有两个电子（孤电子对），不与H原子形成共价键。由于氨分子中存在未成键的孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强，使3个N—H的键角变小，成为三角锥形的空间结构，键角为107°。 H2O分子中O原子的价电子排布式为2s22p4。1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另2个杂化轨道是成对电子，不与H原子形成共价键，sp3杂化轨道为正四面体形，但由于2对孤电子对的排斥作用，使2个O—H的键角变得更小，成为V形的空间结构，键角为105°。 2.用杂化轨道理论解释BF3、BeCl2的空间结构？ 参考答案：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1s22s12p2p。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sp2－p 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。 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sp杂化轨道，与Cl原子中的3p轨道重叠形成两个sp－p σ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。 任务2：根据VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型完成下表。 VSEPR模型及名称杂化轨道类型典型分子空间结构 直线形spCO2直线形 平面三角形sp2SO2V形 四面体形sp3H2OV形 平面三角形sp2SO3平面三角形 四面体形sp3NH3三角锥形 正四面体形sp3CH4正四面体形
(1)凡AB3型的共价化合物，其中心原子A是否均采用sp3杂化轨道成键？ 参考答案：不一定。例如SO3是采用sp2杂化轨道成键。 (2)ClO、ClO、ClO中，中心原子Cl是以哪种杂化轨道方式与O原子成键？它们的空间结构如何？ 参考答案：由VSEPR模型可知，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。它们的空间结构分别是V形、三角锥形、正四面体形。
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
2新授课
第二章 分子结构与性质
课时4 杂化轨道理论
【学习目标】
1.知道杂化轨道理论的基本内容。 2.会用杂化轨道理论判断分子的空间构型，对分子的空间构型进行解释和预测。
【学习活动】
学习任务
目标一：知道杂化轨道理论的基本内容。 任务1：阅读教材p47第二段内容，回答下列问题。 1.依据价层电子互斥模型预测甲烷分子的空间结构呈正四面体形，且实验测得甲烷分子中的4个C—H的键长相同，H—C—H的键角为109°28′。依据价键理论，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们与4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。 怎样解释甲烷分子的空间结构呈正四面体形呢？ 2.形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的杂化。双原子分子中，不存在杂化过程。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下： (1)观察上述杂化过程，分析原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？ (2)杂化轨道与原轨道相比，轨道形状及延伸方向是否改变 (3)sp3杂化轨道、sp2杂化轨道、sp杂化轨道的区别？ 任务2： 1.任意轨道之间都可以杂化吗 2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道 2.杂化轨道能形成π键吗 双原子分子中存在轨道杂化吗？ (如HCl)，不存在杂化过程。 3.乙烷、乙烯、乙炔分子中的碳原子杂化方式分别是什么？三种分子中的C—C键和C—H键方式分别是什么？ 【方法小结】 杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对，所以杂化轨道数=中心原子的孤电子的对数+中心原子的σ键个数。 代表物杂化轨道数中心原子杂化轨道类型CO20+2=2spCH2O0+3=3sp2CH40+4=4sp3SO21+2=3sp2NH31+3=4sp3H2O2+2=4sp3
目标二：会用杂化轨道理论判断分子的空间构型，对分子的空间构型进行解释和预测。 任务1： 1．水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，其分子不呈正四面体构型，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体构型，而呈三角锥形。 (1)试说明中心原子的孤电子对如何影响分子的立体构型？ (2)用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构？ 2.用杂化轨道理论解释BF3、BeCl2的空间结构？ 任务2：根据VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型完成下表。 VSEPR模型及名称杂化轨道类型典型分子空间结构_______CO2_______SO2_______H2O_______SO3_______NH3_______CH4
(1)凡AB3型的共价化合物，其中心原子A是否均采用sp3杂化轨道成键？ (2)ClO、ClO、ClO中，中心原子Cl是以哪种杂化轨道方式与O原子成键？它们的空间结构如何？
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
2
