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第2课时　杂化轨道理论
[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。
一、杂化轨道及其类型
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s和p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：
(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________和________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：
(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s和p的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如图所示。
(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(　　)
1．常见的杂化轨道类型有哪些？什么是sp3杂化？
2．如何判断杂化轨道类型？
3．填写下表：
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型
CO2
CH2O
CH4
SO2
NH3
H2O
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
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(　　)
A．CH4、NH3 B．BBr3、SO
C．SO2、BeCl2 D．PCl3、H3O＋
(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。
二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系
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
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 H2S、NH
(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。
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
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
B．NH中N原子为sp3杂化，正四面体形
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
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。
(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、NH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。
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
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
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
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
5．按要求回答下列问题：
(1)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型是__________________________。
(2)醛基中碳原子的杂化轨道类型是________。
(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______。
第2课时　杂化轨道理论
一、
3．(1)1个　3个　109°28′　(2)1个　2个　s　p
(3)1个　1个
正误判断
(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√　(6)×
深度思考
1．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。
2．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。
3．0＋2＝2　sp　0＋3＝3　sp2　0＋4＝4　sp3　1＋2＝3　sp2　1＋3＝4　sp3　2＋2＝4　sp3
应用体验
1．C
2．D　[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。]
二、
1．直线形　平面三角形　正四面体形
2．V形　三角锥形　V形
正误判断
(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
深度思考
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。
应用体验
1．A
2．C　[PCl3中P原子价层电子对数＝3＋＝4，含有一个孤电子对，则其杂化类型是sp3，分子空间结构为三角锥形，故A正确；NH中N原子价层电子对数＝4＋＝4，不含孤电子对，则N原子为sp3杂化，分子空间结构为正四面体形，故B正确；H2S中的S原子价层电子对数＝2＋＝4，含有两个孤电子对，则S原子采用sp3杂化，分子为V形结构，故C错误；SO2中S原子价层电子对数＝2＋＝3，含有一个孤电子对，则S原子为sp2杂化，分子空间结构为V形，故D正确。]
随堂演练　知识落实
1．B
2．B　[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．C　[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．C　[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。]
5．(1)sp3、sp2　(2)sp2　(3)三角锥形　sp3　(4)sp3
解析　(1)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) 上的碳原子形成3个σ键和1个π键，采取sp2杂化。(4)G是NH3，N原子采取sp3杂化。

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