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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.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.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的　　　轨道和3个　　　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、方向不同的轨道，各指向正面体的4个顶角，夹角为109°28'，称为sp3杂化轨道。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个　　　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，因此呈现 　形的空间结构。
2.杂化轨道的形成及特点
3.杂化轨道的类型
(1)sp3杂化轨道
sp3杂化轨道是由　　个s轨道和　　个p轨道杂化而成的，sp3杂化轨道间的夹角为　　　，空间结构为　　　　(如图所示)。
(2)sp2杂化轨道
sp2杂化轨道是由　　个s轨道和　　个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角都是　　　　，呈　　　　　(如图所示)。
(3)sp杂化轨道
sp杂化轨道是由　　个s轨道和　　个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角为　　　，呈　　　　(如图所示)。
1.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 (　　)
2.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
3.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、S
C.SO2、BeCl2 D.PCl3、H3O+
4.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
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CH2CH2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.杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。
(1)没有孤电子对：能量相同的杂化轨道彼此远离→形成的分子为对称结构。
(2)有孤电子对：孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥→形成的分子的空间结构发生变化。
2.杂化轨道与分子的空间结构的关系
(1)杂化轨道全部用于形成σ键
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成 一个ns和一个np 一个ns和两个np 一个ns和三个np
轨道夹角 180° 120° 109°28'
杂化轨道示意图
实例 BeCl2 BF3 CH4
分子的空间结构
(2)杂化轨道中有未参与成键的孤电子对
杂化类型 sp2 sp3
中心原子所在族 第ⅥA族 第ⅤA族 第ⅥA族
中心原子的孤电子对数 1 1 2
分子空间结构 V形 三角锥形 V形
实例 SO2 NH3、PCl3、PH3 H2O、H2S
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.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 (　　)
2.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是 (　　)
①BF3　②CH2CH2　③　④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4
A.①②③ B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥
3.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.N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
4.(2024·苏州高二检测)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［H3O］+［］-中阳离子的空间结构为　　　　　　　，阴离子的中心原子采取　　　　　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　　　。
常见物质中心原子的杂化方式
(1)采取sp3杂化：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、N等。
(2)采取sp2杂化：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：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等的中心原子的杂化轨道类型分别相同。
答案精析
一、
1.2s　2p　sp3　正四面体
3.(1)1　3　109°28'　正四面体形　(2)1　2　120°
平面三角形　(3)1　1　180°　直线形
应用体验
1.(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√　(6)×
2.B　［CO2的C原子为sp杂化，SO2的S原子为sp2杂化，A项错误；CH4和NH3的中心原子均为sp3杂化，B项正确；BeCl2的Be原子为sp杂化，BF3的B原子为sp2杂化，C项错误；C2H2的C原子为sp杂化，C2H4的C原子为sp2杂化，D项错误。］
3.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。］
4.C　［CH≡CH中含有三键，有π键，故不选A；CO2的结构式为OCO，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。］
二、
2.(1)直线形　平面三角形　正四面体形
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.(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
2.A　［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。］
3.C　［PCl3中P原子价层电子对数=3+=4，含有一个孤电子对，则P原子为sp3杂化，分子空间结构为三角锥形，故A正确；N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S原子价层电子对数=2+=4，含有两个孤电子对，则S原子为sp3杂化，分子空间结构为V形，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。］
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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