【高中化學(xué)】第二課時雜化軌道理論課件 2022-2023學(xué)年下學(xué)期高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2

第二課時雜化軌道理論第二章2022-2023學(xué)年下學(xué)期高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2★★★素養(yǎng)目標(biāo)1.通過認(rèn)識分子結(jié)構(gòu)以及雜化軌道理論,分析雜化類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系,培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。2.結(jié)合實例了解共價分子具有特定的空間結(jié)構(gòu),并可運用雜化軌道理論進(jìn)行解釋,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。課前篇素養(yǎng)初探【知識鋪墊】1.共價單鍵都是σ鍵,共價雙鍵中含有

一

個σ鍵、

一

個π鍵,共價三鍵中含有

一個σ鍵、

兩

個π鍵。2.填寫下表:化學(xué)式價層電子對數(shù)σ鍵電子對數(shù)中心原子上的孤電子對數(shù)VSEPR模型名稱分子空間結(jié)構(gòu)CO2220直線形直線形SO2321平面三角形V形CH4440四面體形正四面體形NH331三角錐形H2O22V形【自主梳理】1.原子軌道雜化與雜化軌道2.雜化軌道類型與分子的空間結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系一定不存在sp4雜化,p能級只有3個軌道雜化軌道類型spsp2sp3參與雜化的原子軌道及數(shù)目1個s軌道和1個p軌道1個s軌道和2個p軌道1個s軌道和3個p軌道雜化軌道的數(shù)目234雜化軌道間的夾角180°120°109°28'空間結(jié)構(gòu)名稱直線形平面三角形正四面體形實例CO2、C2H2BF3、CH2OCH4、CCl4【微思考】舉例說明,中心原子采取sp3雜化的分子的空間結(jié)構(gòu)是否都是正四面體形。提示

不是。CH4、NH3、H2O分子中的中心原子都是sp3雜化,CH4是正四面體形,NH3是三角錐形,H2O是V形(或角形)?！咀晕覚z測】1.判斷下列說法的正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)價層電子對之間的夾角越小,排斥力越小(

)(2)NH3分子的VSEPR模型與分子空間結(jié)構(gòu)不一致(

)(3)五原子分子的空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形(

)(4)雜化軌道與參與雜化的原子軌道的數(shù)目相同,但能量不同(

)(5)凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子,其空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形(

)(6)凡AB3型的共價化合物,其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵(

)×√×√××2.硒是一種非金屬,可以用作光敏材料、電解錳行業(yè)催化劑。(1)Se是元素周期表中第34號元素,其基態(tài)原子的核外電子排布式為

。

(2)根據(jù)價層電子對互斥模型,可以推知SeO3分子的空間結(jié)構(gòu)為

,其中Se原子采用的軌道雜化形式為

。

答案

(1)1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)(2)平面三角形sp2解析

(1)Se位于第四周期第ⅥA族,所以其基態(tài)原子價層電子排布式為4s24p4,然后再寫電子排布式。(2)SeO3分子中Se原子的價層電子對數(shù)=×(6+0)=3,成鍵電子對數(shù)為3,孤電子對數(shù)為0,所以Se原子采取sp2雜化,該分子為平面三角形。課堂篇素養(yǎng)提升探究利用雜化軌道理論解釋分子的空間結(jié)構(gòu)【問題探究】在形成多原子分子時,中心原子價電子層上的某些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,叫做軌道的雜化(雙原子分子中,不存在雜化過程)。例如sp雜化、sp2雜化的過程如下:問題思考:(1)觀察上述雜化過程,分析原子軌道雜化后,雜化軌道的數(shù)量和能量有什么變化。提示

雜化軌道與參與雜化的原子軌道數(shù)目相同,但能量不同。s軌道與p軌道的能量不同,雜化后,形成的一組雜化軌道的能量相同。(2)2s軌道與3p軌道能否形成sp2雜化軌道?提示

不能。只有能量相近的原子軌道才能形成雜化軌道。2s軌道與3p軌道不在同一能層,能量相差較大。(3)用雜化軌道理論解釋NH3、H2O的空間結(jié)構(gòu)。提示

N原子的價層電子排布式為2s22p3,在形成NH3分子的過程中,N原子的1個2s軌道和3個2p軌道經(jīng)雜化后形成4個sp3雜化軌道,其中3個雜化軌道中各有1個未成對電子,分別與H原子的1s軌道形成共價鍵,另1個雜化軌道中是成對電子,未與H原子形成共價鍵,4個sp3雜化軌道在空間構(gòu)成正四面體形;在NH3分子中,由于N原子上的孤電子對的排斥作用,使3個N—H的鍵角變小,成為三角錐形的空間結(jié)構(gòu)。O原子的價層電子排布式為2s22p4,在形成H2O分子的過程中,O原子的1個2s軌道和3個2p軌道經(jīng)雜化后形成4個sp3雜化軌道,其中2個雜化軌道中各有1個未成對電子,分別與H原子的1s軌道形成共價鍵,另2個雜化軌道中是成對電子,未與H原子形成共價鍵;4個sp3雜化軌道在空間構(gòu)成正四面體形,但由于2對孤電子對的排斥作用,使2個O—H的鍵角變得更小,使H2O分子成為V形的空間結(jié)構(gòu)。(4)CH4、NH3、H2O分子的中心原子的雜化類型都是sp3,鍵角為什么依次減小?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分子的中心原子都采取sp3雜化,中心原子上的孤電子對數(shù)依次為0、1、2。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(shù)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,鍵角一般按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(shù)越多,鍵角越小?！旧罨卣埂?.雜化軌道理論要點

中學(xué)階段只涉及同能層的s、p能級(1)只有能量相近的原子軌道才能雜化。(2)雜化軌道數(shù)目和參與雜化的原子軌道數(shù)目相等,雜化軌道能量相同。(3)雜化后改變原有軌道的形狀和伸展方向,使原子形成的共價鍵更牢固。

使原子軌道重疊程度更大

(4)雜化軌道為使相互間的排斥力最小,故在空間取最大夾角分布,不同的雜化軌道伸展方向不同。(5)雜化軌道只用于形成σ鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對。(6)未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。2.判斷分子或離子的中心原子的雜化類型(1)根據(jù)雜化軌道的空間分布判斷①若雜化軌道在空間的分布為正四面體形,則分子或離子的中心原子發(fā)生sp3雜化;②若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形,則分子或離子的中心原子發(fā)生sp2雜化;③若雜化軌道在空間的分布呈直線形,則分子或離子的中心原子發(fā)生sp雜化。(2)根據(jù)雜化軌道之間的夾角判斷①若雜化軌道之間的夾角為109°28',則分子或離子的中心原子發(fā)生sp3雜化;②若雜化軌道之間的夾角為120°,則分子或離子的中心原子發(fā)生sp2雜化;③若雜化軌道之間的夾角為180°,則分子或離子的中心原子發(fā)生sp雜化。(3)根據(jù)中心原子上的價層電子對數(shù)判斷若中心原子上的價層電子對數(shù)為4,則是sp3雜化;若中心原子上的價層電子對數(shù)為3,則是sp2雜化;若中心原子上的價層電子對數(shù)為2,則是sp雜化?！舅啬軕?yīng)用】典例指出下列分子中中心原子的雜化軌道類型、分子的結(jié)構(gòu)式及空間結(jié)構(gòu)。(1)CS2分子中的C為

雜化,分子的結(jié)構(gòu)式為

,空間結(jié)構(gòu)為

;

(2)CH2O中的C為

雜化,分子的結(jié)構(gòu)式為

,空間結(jié)構(gòu)為

;

(3)CCl4分子中的C為

雜化,分子的結(jié)構(gòu)式為

,空間結(jié)構(gòu)為

;

(4)H2S分子中的S為

雜化,分子的結(jié)構(gòu)式為

,空間結(jié)構(gòu)為

。

解析

根據(jù)價層電子對互斥模型與中心原子的雜化軌道類型之間的關(guān)系進(jìn)行分析判斷。變式訓(xùn)練1根據(jù)價層電子對互斥模型及原子雜化軌道理論判斷NF3分子的空間結(jié)構(gòu)和中心原子的雜化方式為(

)A.直線形sp雜化 B.平面三角形sp2雜化C.三角錐形sp2雜化 D.三角錐形sp3雜化答案

D解析

分子中中心原子的雜化方式要根據(jù)中心原子的孤電子對數(shù)以及與中心原子相連的原子個數(shù)判斷。在NF3分子中N原子的孤電子對數(shù)為1,與其相連的原子數(shù)為3,根據(jù)原子雜化軌道理論可推知中心原子的雜化方式為sp3雜化,NF3分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。變式訓(xùn)練2以下說法正確的是(

)A.含有四個原子的分子的空間結(jié)構(gòu)不可能為正四面體形B.分子式為AB2的分子的空間結(jié)構(gòu)一定為V形C.在

中硫原子的雜化方式為sp2,是正四面體形結(jié)構(gòu)D.中心碳原子的孤電子對數(shù)為0,故其結(jié)構(gòu)為平面三角形答案

D解析

P4分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體形,A錯;BeCl2中鈹原子成鍵電子對數(shù)是2,雜化方式是sp雜化,分子是直線形,B錯;在

中硫原子的孤電子對數(shù)是0,與其相連的原子數(shù)為4,根據(jù)雜化軌道理論可推知硫原子為sp3雜化,

的空間結(jié)構(gòu)是正四面體形,C錯;中碳原子的成鍵電子對數(shù)為3,孤電子對數(shù)為

(4+2-3×2)=0,該離子是平面三角形結(jié)構(gòu),D正確。

素養(yǎng)脈絡(luò)

隨堂檢測1.下列關(guān)于雜化軌道的說法錯誤的是(

)A.利用原子軌道雜化理論可以解釋部分分子的空間結(jié)構(gòu)B.同一原子中能量相近的原子軌道參與雜化C.雜化軌道能量集中,有利于牢固成鍵D.雜化軌道中一定有一個電子答案

D解析

利用雜化軌道理論可以解釋部分分子的空間結(jié)構(gòu),參與雜化的原子軌道,其能量不能相差太大,如1s與2s、2p能量相差太大,不能形成雜化軌道,即只有能量相近的原子軌道才能參與雜化,故A、B項正確;雜化軌道成鍵時電子云重疊程度更大,會形成牢固的化學(xué)鍵,故C項正確。2.下列有關(guān)sp2雜化軌道的說法錯誤的是(

)A.由同一能層上的s軌道與p軌道雜化而成B.共有3個能量相同的雜化軌道C.每個sp2雜化軌道中s能級成分占三分之一D.sp2雜化軌道最多可形成2個σ鍵答案

D解析

同一能層上s軌道與p軌道的能量差異不是很大,相互雜化的軌道的能量差異也不能過大,A項正確;同種類型的雜化軌道能量相同,B項正確;sp2雜化軌道是由一個s軌道與2個p軌道雜化而成的,C項正確;sp2雜化軌道最多可形成3個σ鍵,D項錯誤。3.sp3雜化形成的AB4型分子的空間結(jié)構(gòu)是(

)A.平面四方形 B.正四面體形C.三角錐形 D.平面三角形答案

B4.能正確表示CH4中碳原子的成鍵軌道中電子的軌道表示式為(

)答案

D解析

碳原子中的2s軌道與2p軌道雜化后形成4個等性雜化軌道,因此碳原子最外層上的4個電子分占4個sp3雜化軌道并且自旋方向相同。5.關(guān)于乙烯分子中化學(xué)鍵的描述正確的是(

)A.C原子sp2雜化軌道形成σ鍵,未雜化的2p軌道形成π鍵B.乙烯分子中有4個σ鍵、2個π鍵C.C—H之間是兩原子的sp2雜化軌道形成σ鍵,C—C之間是未雜化的2p軌道形成π鍵D.C—C之間是sp2雜化軌道形成σ鍵,C—H之間是未雜化的2p軌道形成π鍵答案

A解析

在乙烯分子中,每個碳原子的2