高中化學選擇性必修二 2.2.2 雜化軌道理論簡介教學設計下學期

1、第二章 分子結構與性質第二節(jié) 分子的空間結構2.2.2 雜化軌道理論簡介本節(jié)從分子結構的測定、三原子、四原子、五原子分子的立體構型為例，介紹典型分子立體構型；然后從價層電子對互斥理論和雜化軌道理論解釋分子結構的多樣性和復雜性，并根據上述理論判斷簡單分子和離子的構型。課程目標學科素養(yǎng)1.了解雜化軌道理論的基本內容。2.在理解雜化軌道理論的基礎上，對分子的空間構型進行解釋和預測。1.微觀探析：通過雜化軌道理論的學習,能從微觀角度理解中心原子的雜化類型對分子空間結構的影響。2.模型認知：通過雜化軌道理論的學習,掌握中心原子雜化軌道類型判斷的方法,建立分子空間結構分析的思維模型。教學重點：雜化軌道理論

2、教學難點：雜化軌道理論多媒體調試、講義分發(fā)【創(chuàng)設情境】甲烷呈正四面體形，它的4個CH鍵的鍵能、鍵長相同，HCH的鍵角10928，按照我們已經學過的價鍵理論，甲烷的4個C- H單鍵都應該是鍵，然而，碳原子的4個價層原子軌道是3個相互垂直的2p軌道和1個球形的2s軌道，用它們跟4個氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到正四面體形的甲烷分子。請解釋原因?！局v解】當碳原子與4個氫原子形成甲烷分子時，碳原子的2s軌道和3個2p軌道會發(fā)生混雜，混雜時保持軌道總數不變，卻得到4個新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正四面體的4個頂角，夾角10928，稱為sp3雜化軌道，表示這4個軌道是由1個s軌道和3個p軌道

3、雜化形成的。當碳原子跟4個氫原子結合時，碳原子以4個sp雜化軌道分別與4個氫原子的1s軌道重疊，形成4個C-H 鍵，因此呈正四面體形的空間結構。【過渡】了解了CH4的雜化方式，接下來我們就來具體學習雜化軌道理論?！局v解】1.雜化軌道理論(1)雜化軌道理論是一種價鍵理論，是鮑林為了解釋分子的空間結構提出的。軌道的雜化：在外界條件影響下，原子內部能量相近的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程。雜化軌道：原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。軌道雜化的過程：激發(fā)雜化軌道重疊。(2)雜化軌道理論要點：原子在成鍵時，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌

4、道。參與雜化的原子軌道數等于形成的雜化軌道數。雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。雜化前后原子軌道數目不變（參加雜化的軌道數目等于形成的雜化軌道數目），且雜化軌道的能量相同。原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發(fā)生，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。雜化軌道用于形成鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對。未參與雜化的p軌道可用于形成鍵。分子的空間結構主要取決于原子軌道的雜化類型。雜化軌道數=中心原子上的孤電子對數+與中心原子結合的原子數。(3)雜化軌道的形成及其特點【講解】2.雜化類型CH4是由1個s軌道和3個p軌道雜化形成的，sp3雜化軌道的夾角為10928，呈空間正四面體形這

5、種雜化方式我們稱為sp3雜化?！菊故尽?sp3雜化軌道的形成?！局v解】sp2雜化軌道是由一個ns軌道和兩個np軌道雜化而得。sp2雜化軌道間的夾角為120，呈平面三角形(如BF3)。sp2雜化后，未參與雜化的一個np軌道可以用于形成鍵，如乙烯分子碳碳雙鍵的形成?！菊故尽縮p2雜化軌道BF3分子的形成【講解】sp雜化軌道是由一個ns軌道和一個np軌道雜化而得。sp雜化軌道間的夾角為180，呈直線形(如BeCl2)。雜化后的2個sp雜化軌道分別與氯原子的3p軌道發(fā)生重疊，形成2個鍵，構成直線形的BeCl2分子。sp雜化后，未參與雜化的兩個np軌道可以用于形成鍵，如乙炔分子中的CC鍵的形成?！菊故尽?/p>

6、sp雜化軌道 【講解】 3.雜化軌道與分子空間構型雜化軌道用于形成鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對，當沒有孤電子對時，能量相同的雜化軌道彼此遠離，形成的分子為對稱結構；當有孤電子對時，孤電子對占據一定空間且對成鍵電子對產生排斥，形成的分子的空間結構也發(fā)生變化。【學生活動】試分析雜化軌道與分子的空間結構的關系?！究偨Y】雜化軌道類型spsp2sp3軌道組成1個ns和1個np1個ns和2個np1個ns和3個np軌道夾化軌道示意圖實例BeCl2BeF3CH4分子的空間結構直線形平面三角形正四面體【學生活動】分析CO2、SO2、SO3、H2O、NH3、CH4的雜化軌道類型、VS

7、EPR模型、空間構型，總結VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型的關系?！究偨Y】價電子對數VSEPR模型VSEPR模型名稱雜化軌道數中心原子的雜化軌道類型分子的空間構型實例2直線形2sp直線形BeCl2、CO23平面三角形3sp2V形SO23平面三角形3sp2平面三角形SO34四面體形4sp3V形H2O4四面體形4sp3三角錐形NH34正四面體形4sp3正四面體形CH4、CCl4【學生活動】用雜化軌道理論解釋NH3、H2O的空間結構?！局v解】當雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時，由于孤電子對參與互相排斥，使分子的空間結構與雜化軌道的形態(tài)發(fā)生變化。如水分子的氧原子的sp3雜化軌道中有2個被孤電子

8、對占據，其分子不呈正四面體形，而呈V形；氨分子的氮原子的sp3雜化軌道中有1個被孤電子對占據，氨分子不呈正四面體形，而呈三角錐形?！究偨Y】中心原子軌道雜化類型的判斷(1)根據雜化軌道的立體構型判斷若雜化軌道在空間的分布為正四面體形或三角錐形，則分子的中心原子發(fā)生sp3雜化。若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形，則分子的中心原子發(fā)生sp2雜化。若雜化軌道在空間的分布呈直線形，則分子的中心原子發(fā)生sp雜化。(2)根據雜化軌道之間的夾角判斷若雜化軌道之間的夾角為10928，則分子的中心原子發(fā)生sp3雜化；若雜化軌道之間的夾角為120，則分子的中心原子發(fā)生sp2雜化；若雜化軌道之間的夾角為180，則分子

9、的中心原子發(fā)生sp雜化。(3)根據等電子原理進行判斷如CO2是直形線分子，CNS、Neq oal(,3)與CO2互為等電子體，所以分子構型均為直線形，中心原子均采用sp雜化。(4)根據中心原子的價電子對數判斷如中心原子的價電子對數為4，是sp3雜化，為3是sp2雜化，為2是sp雜化。(5)根據分子或離子中有無鍵及鍵數目判斷如沒有鍵為sp3雜化，含1個鍵為sp2雜化，含2個鍵為sp雜化?！緦W生活動】CH4、NH3、H2O中心原子的雜化類型都為sp3，鍵角為什么依次減??？從雜化軌道理論的角度比較鍵角大小時有什么方法？【提示】CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3雜化，中心原子的孤電子對數依次為

10、0個、1個、2個。由于孤電子對對共用電子對的排斥作用使鍵角變小，孤電子對數越多排斥作用越大，鍵角越小。比較鍵角時，先看中心原子雜化類型，雜化類型不同時：一般鍵角按sp、sp2、sp3順序依次減小；雜化類型相同時，中心原子孤電子對數越多，鍵角越小?！菊n堂小結】回顧本節(jié)課的內容，本節(jié)課需要掌握判斷雜化類型。先確定分子的價層電子對數，就可以知道雜化的軌道數，再由VSEPR模型確定雜化類型，即可得出雜化軌道構型。根據雜化軌道理論和價層電子對互斥模型判斷，下列分子或者離子的中心原子雜化方式及空間構型正確的是選項分子或離子中心原子雜化方式價層電子對互斥模型分子或離子的立體構型Asp直線形直線形BHCHO平

11、面三角形三角錐形C四面體形平面三角形D正四面體形正四面體形【答案】D【解析】選項分子或離子中心原子雜化方式價層電子對互斥模型分子或離子的立體構型A平面三角形V形BHCHO平面三角形平面三角形C四面體形三角錐形D正四面體形正四面體形下列說法中正確的是（ ）A. 和都是正四面體形分子，且鍵角都為B. 乙烯分子中，碳原子的雜化軌道形成鍵，未雜化的2p軌道形成鍵C. 鍵長，因此穩(wěn)定性D. 分子中孤電子對與成鍵電子對的排斥作用比成鍵電子對之間的排斥作用弱【答案】B【解析】A.的鍵角為，故A錯誤；B.乙烯分子中，碳原子的價層電子對數為3，碳原子的雜化軌道形成鍵，之間未參加雜化的2p軌道“肩并肩”形成鍵，故

12、B正確；C.鍵長越長，鍵能越小，分子的穩(wěn)定性越差，則穩(wěn)定性，故C錯誤；D.分子中孤電子對與成鍵電子對的排斥作用比成鍵電子對之間的排斥作用大，所以分子為三角錐形，鍵角小于，故D錯誤。已知如圖所示反應中的四種物質由三種元素組成，其中a的分子空間構型為正四面體形，組成a物質的兩種元素的原子序數之和小于10，組成b物質的元素為第三周期元素。下列判斷正確的是 A. 四種分子中的化學鍵均是極性鍵B. a、c分子中中心原子均采用雜化C. 四種分子中既有鍵，又有鍵D. b、d分子中共價鍵的鍵能：【答案】B【解析】由題意可知，a的分子空間構型為正四面體組成a分子的兩種元素的原子序數和小于10，所以a是甲烷分子，

13、組成b分子的元素為第三周期的元素，形成雙原子分子是氯氣分子，所以反應是a甲烷與b氯氣反應生成c一氯甲烷和d氯化氫。A.四種分子中氯氣分子所含的化學鍵為非極性鍵，A錯誤；B.甲烷、一氯甲烷分子中，中心原子C原子均采用雜化，B正確；C.四種分子中均只存在鍵而沒有鍵，C錯誤；D.鍵的鍵能小于鍵的鍵能，D錯誤。故選B。分子或離子中的大鍵可表示為，其中x表示參與形成大鍵原子總數，y表示電子數，已知電子數價電子總數電子對數孤電子對數。和的結構如圖所示：下列關于和的有關說法正確的是（ ）A. 的電子數為6B. 的大鍵可表示為C. 中心原子為雜化方式D. 與空間構型相同【答案】B【解析】A.電子數價電子總數電

14、子對數孤電子對數，則的電子數為，故A錯誤；B.的電子數為，則的大鍵可表示為，故B正確；C.中心原子價層電子對數為，則雜化方式為雜化，故C錯誤；D.中心原子價層電子對數為，有一對孤電子對，則空間構型為V形，中心原子價層電子對數為，沒有孤電子對，則空間構型為平面三角形，故D錯誤。下列中心原子的雜化軌道類型和分子幾何構型均不正確的是A. 中C原子雜化，為正四面體形B. 中B原子雜化，為平面三角形C. 中C原子sp雜化，為直線形D. 分子中，S為sp雜化，為直線形【答案】D【解析】A.中C原子形成4個鍵，孤電子對數為0，則為雜化，為正四面體形，故A正確；B.中B原子形成3個鍵，孤電子對數為，則為雜化，為平面三角形，故B正確；C.中C原子形成2個鍵，孤電子對數為，則為sp雜化，為直線形，故C