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第二章　分子结构与性质
第二节　分子的空间结构
第2课时　杂化轨道理论简介
课程标准 核心素养目标
　结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，并可运用相关理论和模型进行解释和预测。 　证据推理与模型认知：结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp3、sp2、sp)，基于分子组成和结构，运用杂化轨道理论解释简单共价分子 (或离子)的空间结构。
一、杂化轨道理论及要点
1．杂化轨道理论的提出
(1)杂化轨道理论是一种______理论，是鲍林为了解释分子的________ ____提出的。
价键
空间结
构
(2)鲍林提出杂化轨道理论的要点
①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____轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数______，得到4个新的能量______、方向______的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角为________，称为________________，表示这4个轨道是由____个s轨道和__个p轨道杂化形成的。
②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个氢原子的____轨道重叠，形成4个C—H _____，故CH4分子呈_________ ______的空间结构。
2s
2p
不变
相同
不同
109°28′
sp3杂化轨道
1
3
sp3
1s
σ键
正四面
体形
2．原子轨道的杂化和杂化轨道
(1)原子轨道的杂化
(2)杂化轨道
组合后形成的一组新的原子轨道叫做杂化原子轨道，简称__________。
杂化轨道
二、杂化轨道的类型与分子的空间结构
1．杂化轨道的类型及空间结构
(1)sp3杂化
①杂化方式
能量相近的sp3杂化轨道是由___个s轨道和___个p轨道杂化形成的，杂化轨道的空间结构为____________。
1
3
四面体形
②杂化过程示意图
(2)sp2杂化
①杂化方式
sp2杂化轨道由__个s轨道和__个p轨道杂化而得，杂化轨道的空间结构为_______________，未参与杂化的p轨道用于形成_____。
1
2
平面三角形
π键
②杂化过程示意图
(3)sp杂化
①杂化方式
sp杂化轨道由__个s轨道和__个p轨道杂化而得，杂化轨道的空间结构为_________，未参与杂化的p轨道用于形成_____。
1
1
直线形
π键
②杂化过程示意图
2.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
直线形
平面三
角形
正四面
体
sp
sp2
sp3
sp3
sp3
◆名师点拨
杂化轨道理论的解读
(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，孤立的原子不能发生杂化。
(3)杂化前后原子轨道总数不变，即参与杂化的轨道数目＝形成的杂化轨道数目。
(4)杂化后原子轨道的伸展方向、形状发生改变，但杂化轨道的形状完全相同。
(5)只有能量相近的原子轨道才能杂化(如2s、2p轨道)。
(6)杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，未参与杂化的p轨道用于形成π键。
(7)杂化轨道总数＝中心原子的价层电子对数＝中心原子上的孤电子对数＋σ键电子对数。
◆拓展延伸
未参与杂化的p轨道形成π键
◆拓展延伸
等性杂化和不等性杂化
(1)若原子轨道杂化后形成的杂化轨道完全相同，这种杂化称为等性杂化；若形成的杂化轨道中有1个或几个被孤电子对占据，使得轨道夹角改变，这种杂化称为不等性杂化。
(2)中心原子不含孤电子对时采取等性杂化，含有孤电子对则采取不等性杂化。
(3)采取等性杂化时，杂化轨道的空间结构和分子的空间结构相同。
(4)采取不等性杂化时，杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不同。
×
×
√
×
探究一__判断分子(或离子)中心原子的杂化轨道类型

“达芦那韦”可用于已使用过抗逆转录病毒药物的HIV(人类免疫缺陷病毒)感染的成人患者的治疗。合成“达芦那韦”的部分路线如图所示：
[问题设计]
(1)判断A分子中碳原子的杂化轨道类型，并分析分子中所有原子能否共平面。
提示：A中碳原子采取sp2杂化；苯环和—CHO都是平面形结构，单键可以旋转，故所有原子可能共平面。
(2)判断B、C分子中碳、氮原子的杂化轨道类型。
提示：B分子中碳原子采取sp2、sp3杂化，氮原子采取sp2杂化；C分子中碳原子采取sp2、sp3杂化，氮原子采取sp3杂化。
判断中心原子杂化轨道类型的方法
(1)根据中心原子的价层电子对数判断
(2)根据杂化轨道数目判断
一般来说，杂化轨道数＝中心原子上的孤电子对数＋中心原子的σ键电子对数，根据杂化轨道总数判断杂化轨道类型，判断有机物分子中C、N等原子的杂化轨道类型较为实用。
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断
【例1】 下列分子中心原子的杂化轨道类型相同，分子的空间结构也相同的是 (　　　)
A．H2O、SO2
B．H2O、NH3
C．NH3、HCHO
D．BeCl2、CO2
D
解析：
选项中各分子中心原子的价层电子对数、孤电子对数、杂化轨道类型及分子的空间结构如下表：
C
解析：
解析：
2．某有机物M的结构简式如图所示，其中①、②、③号原子的杂化方式分别为 (　　　)
A．sp3、sp3、sp3
B．sp3、sp3、sp2
C．sp2、sp3、sp2
D．sp3、sp2、sp2
B
解析：
①号碳原子含有共价键为4个单键，采取sp3杂化；②号氮原子形成3个共价键，含有1个孤电子对，杂化轨道数为4，采取sp3杂化；③号碳原子含有共价键为2个单键和1个碳氧双键，采取sp2杂化。
探究二__应用杂化轨道理论解释分子(或离子)的空间结构

环硼氮六烷(B3N3H6)是低挥发性白色晶体，微溶于水，易溶于丙酮等溶剂，可用来制造具有耐油、耐高温性能的特殊材料。由于其分子结构(如图所示)及物理性质与苯很相似，也有大π键，故又称无机苯。
[问题设计]
(1)判断环硼氮六烷分子中B、N的杂化方式，并判断所有原子是否共平面。
提示：B、N均采取sp2杂化；分子中所有原子均共平面。
1．利用杂化轨道理论解释分子(或离子)的空间结构
2.根据π键判断有机物中碳原子的杂化方式及原子是否共平面
(1)若有机物中碳原子未形成π键，则采取sp3杂化，分子中所有原子一定不共平面。
(2)若有机物中碳原子形成1个π键，则采取sp2杂化，分子中所有原子可能共平面。
(3)若碳原子形成2个π键，则采取sp杂化，分子中所有原子可能共平面。
B
解析：
3．下列有关杂化轨道理论的说法正确的是 (　　　)
A．NCl3分子呈三角锥形，这是氮原子采取sp2杂化的结果
B．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
C.若分子的空间结构是正四面体形，则中心原子可能采取sp2杂化
D．AB3型的分子空间结构必为平面三角形
B
解析：
D　
解析：
解析：
1．下列关于杂化轨道理论的说法正确的是 (　　　)
A．凡是中心原子采取sp2杂化的分子，其空间结构都是平面三角形
B．P4和CH4都是正四面体形分子，且键角都为109°28′
C．在BF3、SO3、NCl3分子中，各原子的最外层均不满足8电子稳定结构
D．在NH3和B2H6中，N和B均采取sp3杂化
D　
解析：
中心原子采取sp2杂化的分子，其空间结构与孤电子对数有关，若没有孤电子对，则为平面三角形，如BF3，若含有1个孤电子对，则分子为V形，如SO2，A错误；P4和CH4都是正四面体形分子，P4的磷原子均在正四面体的顶角上，键角为60°，而CH4的C在正四面体的中心，H在顶角上，键角为109°28′，B错误；NCl3分子中N与3个Cl各共用1对电子，N与Cl均满足8电子稳定结构，C错误。
2．下列分子的中心原子是sp2杂化的是 (　　　)
A．BF3 B．CO2
C．CH4 D．H2O
A　
解析：
C　
解析：
D　
解析：
解析：
5．在H2O、NH3、CS2、CH4、BF3分子中：
(1)存在π键的共价化合物分子是__________(填分子式，下同)。
(2)具有直线形结构的分子是________。
(3)具有正四面体形结构的分子是________。
(4)具有三角锥形结构的分子是________。
(5)具有sp3杂化轨道类型的分子是________。
(6)具有sp2杂化轨道类型的分子是________。
答案：(1)CS2　(2)CS2
(3)CH4　(4)NH3
(5)H2O、NH3、CH4　(6)BF3
解析：
H2O中氧原子的价层电子对数为4，含有2个孤电子对，氧原子采取sp3杂化，则H2O分子的空间结构为V形；NH3中氮原子的价层电子对数为4，含有1个孤电子对，氮原子采取sp3杂化，则NH3分子的空间结构为三角锥形；CS2中碳原子的价层电子对数为2，不含孤电子对，碳原子采取sp杂化，则CS2分子的空间结构为直线形；CH4中碳原子的价层电子对数为4，不含孤电子对，碳原子采取sp3杂化，则CH4分子的空间结构为正四面体形；BF3分子中硼原子的价层电子对数为3，不含孤电子对，硼原子采取sp2杂化，则BF3分子的空间结构为平面三角形。

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