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课时1　杂化轨道理论
1. 了解杂化轨道理论。
2. 学会判断中心原子杂化轨道类型。
3. 建立分子空间构型分析的思维模型。
1. 下图是甲烷分子的结构模型。
　　　　
CH4分子的结构模型
讨论甲烷的分子式为什么是CH4？如图为碳原子外围电子的轨道表示式，你能否解释甲烷分子为什么是正四面体结构？
2. 阅读教材，用杂化轨道理论解释甲烷分子的空间结构。
(1) 下图是碳原子杂化轨道的形成图：
碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来，可表示为。
你认为形成的sp3杂化轨道的能量是否相等？成分是否相同？
(2) 下图是sp3杂化与H原子1s轨道形成共价键的过程：
碳原子的4个sp3杂化轨道指向正四面体的4个顶点，每个轨道上都有一个未成对电子。
碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠，形成4个相同的σ键，从而形成甲烷分子。
你认为甲烷分子中的4个C—H键是否相同？形成的分子是否是正四面体形？
3. 结合教材，讨论哪一类结构的微粒的中心原子一般采取sp3杂化？举例说明。
下图是氯化铍和氟化硼分子结构示意图，分别是直线形分子和平面正三角形分子。
　　　　　
　BeCl2和BF3分子的结构示意图　　　　　　　杂化轨道的类型
杂化类型 sp sp2 sp3
参与杂化的原子 轨道及数目 ns 1 1 1
np 1 2 3
杂化轨道数目 2 3 4
1. 结合教材，讨论常见的几种杂化方式。上图展示了三种杂化方式，讨论三种杂化轨道由哪些轨道混合而成？形成的杂化轨道形状分别是什么？
2. 下图是形成气态BeCl2分子过程中Be原子轨道形成杂化情况：
结合图示，描述BeCl2杂化情况，分析该分子呈直线形的原因。
3. 下图是形成BF3分子过程中B原子轨道杂化形成情况：
　
结合图示分析，为什么BF3分子具有平面三角形结构？
　　　
乙烯和乙炔的结构示意图
结合杂化轨道理论，分析乙烷、乙烯、乙炔分子中的成键情况。
1. 讨论不同杂化类型的差异，填写下表。
杂化类型 sp sp2 sp3
参与杂化的原子轨道 1个s轨道、1个p轨道
杂化轨道及数目 2个sp杂化轨道
杂化轨道示意图
杂化轨道间夹角 180°
分子空间结构
分子空间结构名称 直线形
实例 BeCl2、C2H2
2. CH4、NH3、H2O分子中，中心原子采用什么杂化类型？
1. 下列分子中的中心原子采用sp2杂化的是(　　)
A. NH3 B. CH4 C. BF3 D. H2O
2. [2025无锡阶段练习]下列叙述正确的是(　　)
A. 共价键只有方向性，没有饱和性
B. 乙烯与H2加成后，C—H的类型由sp2s转化为sp3s
C. 在共价化合物中，一定存在共价键，可能存在离子键
D. 多原子分子中，化学键的键角越大，分子越稳定
3. [2025苏州期中]下列有关尿素()的说法不正确的是(　　)
A. 尿素分子中碳原子的杂化方式为sp2
B. 尿素构成元素的第一电离能：I1(O)>I1(N)>I1(C)
C. 尿素晶体中存在分子间氢键
D. 尿素晶胞（见右图）中含有2个氧原子
4. 下列说法正确的是(　　)
图1 图2
A. 如图1所示，由能量相近的1个s轨道与2个p轨道杂化形成3个sp3轨道
B. 如图2所示，HCl分子由H原子的1s轨道和Cl原子的2p轨道重叠形成
C. 杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对
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
5. s轨道和p轨道杂化的类型不可能有(　　)
A. sp杂化　　 B. sp2杂化　　 C. sp3杂化 D. sp4杂化
6. 下列分子或离子的中心原子采用sp3杂化的是(　　)
①NF3　②C2H4　③C6H6　④C2H2　⑤NH
A. ①②④　 B. ①⑤　 C. ②③　 D. ③⑤
7. [2025南京六校联合体期中]下列说法正确的是(　　)
A. NH3和N2H4分子中N原子杂化轨道类型不同
B. 液氨电离可表示为2NH3 NH＋NH
C. N2H4的结构式为
D. Mg3N2中存在N≡N
8. 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
9. [2024连云港阶段练习]下列关于原子轨道的说法正确的是(　　)
A. 氨分子中有1个未参与杂化的孤电子对
B. 凡是AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
C. SF2和C2H6分子中的中心原子S和C都是通过sp3杂化轨道成键的
D. sp3杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和3个p轨道重新组合形成的4个能量不同的sp3杂化轨道
10. [2024常州期末]物质的组成和结构决定着物质的性质与变化，下列有关结构和性质的说法正确的是(　　)
A. CO2分子中存在非极性共价键
B. 金属Li中的金属键比金属K强，故单质Li的还原性比单质K强
C. 邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛能形成分子间氢键，故前者的熔点高于后者
D. 乙烯分子中两个碳原子间以sp2杂化轨道形成的σ键较稳定，未杂化的2p轨道形成的π键易断裂，故易发生加成反应
11. [2025无锡阶段练习]有以下物质：①CO2；②NH3；③NH；④CH4；⑤C2H4；⑥C2H2；⑦P4；⑧H2O2。
(1) 上述微粒中，既含有极性键又含有非极性键的是　　　　（填序号，下同）。
(2) 上述微粒中，既含有σ键又含有π键的是　　　　。
(3) 上述微粒中，含有sp杂化的原子的微粒有　　　　。
(4) 上述微粒中，为正四面体结构的有　　　　。
12. 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　　　　、　　　　、　　　　。
(3) 一个三聚氰胺分子中有　　　　个σ键。
(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
课时1　杂化轨道理论
【活动方案】
活动一：
1. 碳原子最外层为4个电子，跟4个氢原子形成4个共价键后，碳原子达到8电子稳定结构，所以甲烷的分子式为CH4。根据前面所学知识，不能解释甲烷分子为什么是正四面体结构。
2. (1) 4个sp3杂化轨道能量相等、成分相同。
(2) 甲烷分子中的4个C—H键是相同的，形成的分子是正四面体形。
3. 正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、NH等。金刚石的碳原子、晶体硅和石英(SiO2)晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。
活动二：
1. sp杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道组合而成的，杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形；sp2杂化轨道是由一个ns轨道和两个np轨道组合而成的，杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形；sp3杂化轨道是由一个ns轨道和三个np轨道组合而成的，杂化轨道间的夹角为109°28′，空间结构为正四面体形。
2. 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。
3. B原子中的3个sp2杂化轨道间的夹角为120°，这3个sp2杂化轨道分别与F原子的2p轨道形成σ键，因此BF3分子具有平面三角形结构。
活动三：
在C2H6分子中，C原子均采用sp3杂化，每个C原子的3个sp3轨道与3个H原子的1s轨道重叠形成3个C—H σ键；2个C原子各以1个sp3轨道发生重叠形成1个C—C σ键。
在C2H4分子中，C原子均采用sp2杂化，每个C原子的2个sp2轨道与2个H原子的1s轨道重叠形成2个C—H σ键；2个C原子各以1个sp2轨道发生重叠形成1个C—C σ键，各以1个未杂化的2p轨道发生重叠，形成1个π键。
在C2H2分子中，C原子均采用sp杂化，每个C原子的1个sp轨道与1个H原子的1s轨道重叠形成1个C—H σ键；2个C原子各以1个sp轨道发生重叠形成1个C—C σ键，各以2个未杂化的2p轨道发生重叠，形成2个π键。
活动四：
1. 1个s轨道、2个p轨道　1个s轨道、3个p轨道
3个sp2杂化轨道　4个sp3杂化轨道　120°　109°28′
平面三角形　正四面体形　BF3　CH4、CCl4
2. 均为sp3杂化。
【课堂反馈】
1. C　NH3、CH4、H2O分子中的中心原子的杂化轨道数均为4，都是sp3杂化，A、B、D错误；BF3中的B原子的杂化轨道数为0＋3＝3，为sp2杂化，C正确。
2. B　共价键具有饱和性，A错误；乙烯与氢气反应会变成乙烷，乙烯分子中碳原子采用sp2杂化，乙烷分子中碳原子采用sp3杂化，则碳原子的杂化类型由sp2变为sp3，故乙烯与H2加成后，C—H的类型由sp2-s转化为sp3-s，B正确；共价化合物中一定不含离子键，C错误；分子的稳定性与共价键的键长、键能有关，键角决定分子空间结构，D错误。
3. B　尿素分子的结构为，碳原子的杂化方式为sp2，A正确；尿素的构成元素为H、C、N、O，H的第一电离能最小，C、N、O均为第2周期的元素，同周期主族元素，从左到右第一电离能呈增大趋势但ⅤA族反常地高，第一电离能I1(N)>I1(O)>I1(C)，B错误；尿素晶体中含有N—H，存在分子间氢键，C正确；尿素晶胞中，氧原子数＝尿素分子数＝8×＋2×＝2，D正确。
4. C　由能量相近的1个s轨道与2个p轨道发生sp2杂化，形成3个sp2轨道，A错误；图2表示HCl分子由H原子的1s轨道和Cl原子的3p轨道重叠形成，B错误；杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对，没有杂化的p轨道用于形成π键，C正确；AB3型的共价化合物，其中心原子A可能采用sp3杂化，也可能采用sp2杂化，如BF3中B原子采用sp2杂化，NH3中N采用sp3杂化，D错误。
5. D　np轨道有三个：npx、npy、npz，当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：①sp杂化：即一个s轨道和一个p轨道的杂化；②sp2杂化：即一个s轨道和两个p轨道的杂化；③sp3杂化：即一个s轨道和三个p轨道的杂化。故选D。
6. B　①NF3分子中N原子采取sp3杂化；②C2H4分子中C原子采取sp2杂化；③C6H6分子中C原子采取sp2杂化；④C2H2分子中C原子采取sp杂化；⑤NH中N原子采取sp3杂化。故选B。
7. B　NH3和N2H4分子中N原子的杂化轨道类型相同，均为sp3杂化，A错误；依据水的电离方程式可知，液氨的电离方程式可表示为2NH3 NH＋NH，B正确；根据N原子的成键特点，N2H4的结构式为，C错误；Mg3N2为离子晶体，其中Mg2+与N3-之间为离子键，即不存在N≡N，D错误。
8. C　中间的碳原子采用的杂化方式是sp2；两边的碳原子采用的杂化方式是sp3，C正确。
9. C　氨分子的中心原子N采取sp3杂化，杂化轨道中有1个孤电子对，该对电子未参与成键，但参与了杂化，A错误；AB3型的共价化合物的中心原子A不一定均采用sp3杂化轨道成键，如BCl3的中心原子B采用sp2杂化轨道成键，B错误；sp3杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和3个p轨道重新组合形成的4个能量相同的sp3杂化轨道，D错误。
10. D　C、O元素的电负性不同，故CO2分子中存在极性共价键，A错误；金属Li中的金属键比金属K强，Li原子最外层电子不如K容易失去，故单质Li的还原性比K弱，B错误；邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛能形成分子间氢键，分子间氢键的形成增加了分子之间的吸引作用，使物质熔化、气化消耗的能量比较高，故前者的熔点低于后者，C错误。
11. (1) ⑤⑥⑧　(2) ①⑤⑥　(3) ①⑥　(4) ③④⑦
12. (1) 1s22s22p2　(2) sp　sp2　sp3
(3) 15　(4) sp2　C

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