第2章第2節(jié)第2課時(shí)雜化軌道理論（講義）2020-2021學(xué)年人教版(2019)高二化學(xué)選擇性必修二（機(jī)構(gòu)用）

第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)第2課時(shí)雜化軌道理論學(xué)習(xí)導(dǎo)航1.通過(guò)雜化軌道理論的學(xué)習(xí)，能從微觀角度理解中心原子的雜化類(lèi)型對(duì)分子空間結(jié)構(gòu)的影響。2.通過(guò)雜化軌道理論的學(xué)習(xí)，掌握中心原子雜化軌道類(lèi)型判斷的方法，建立分子空間結(jié)構(gòu)分析的思維模型。教學(xué)過(guò)程一、雜化軌道理論簡(jiǎn)介1．雜化軌道的含義在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道重新組合形成新的原子軌道的過(guò)程叫做原子軌道的雜化。重新組合后的新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡(jiǎn)稱(chēng)雜化軌道。2．雜化軌道理論要點(diǎn)(1)原子在成鍵時(shí)，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。(2)雜化前后原子軌道數(shù)目不變(參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目)，且雜化軌道的能量相同。(3)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。雜化軌道在角度分布上比單純的s或p軌道在某一方向上更集中，例如s軌道與p軌道雜化后形成的雜化軌道一頭大一頭小，如圖，成鍵時(shí)根據(jù)最大重疊原理，使它的大頭與其他原子軌道重疊，重疊程度更大，形成的共價(jià)鍵更牢固。(4)為使相互間的排斥最小，雜化軌道在空間取最大夾角分布。同一組雜化軌道的伸展方向不同，但形狀完全相同。【歸納總結(jié)】雜化軌道理論四要點(diǎn)(1)能量相近原子在成鍵時(shí)，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。(2)數(shù)目不變形成的雜化軌道數(shù)與參與雜化的原子軌道數(shù)相等。(3)成鍵能力增強(qiáng)雜化改變?cè)熊壍赖男螤詈蜕煺狗较颍乖有纬傻墓矁r(jià)鍵更牢固。(4)排斥力最小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。二、雜化軌道類(lèi)型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系1．雜化軌道的類(lèi)型(1)sp3雜化軌道——正四面體形sp3雜化軌道是由1個(gè)ns軌道和3個(gè)np軌道雜化而成，每個(gè)sp3雜化軌道都含有eq\f(1,4)s和eq\f(3,4)p的成分，sp3雜化軌道間的夾角為109°28′，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。如下圖所示。(2)sp2雜化軌道——平面三角形sp2雜化軌道是由1個(gè)ns軌道和2個(gè)np軌道雜化而成的，每個(gè)sp2雜化軌道含有eq\f(1,3)s和eq\f(2,3)p成分，sp2雜化軌道間的夾角都是120°，呈平面三角形，如下圖所示。(3)sp雜化——直線(xiàn)形sp雜化軌道是由1個(gè)ns軌道和1個(gè)np軌道雜化而成的，每個(gè)sp雜化軌道含有eq\f(1,2)s和eq\f(1,2)p的成分，sp雜化軌道間的夾角為180°，呈直線(xiàn)形，如下圖所示。2．雜化軌道類(lèi)型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系(1)當(dāng)雜化軌道全部用于形成σ鍵時(shí)，分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)相同。雜化類(lèi)型spsp2sp3軌道夾角180°120°109°28′雜化軌道示意圖實(shí)例BeCl2BF3CH4分子結(jié)構(gòu)示意圖分子空間結(jié)構(gòu)直線(xiàn)形平面三角形正四面體形(2)當(dāng)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對(duì)時(shí)，孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用，會(huì)使分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的形狀有所不同。ABn型分子中心原子雜化類(lèi)型中心原子孤電子對(duì)數(shù)空間結(jié)構(gòu)實(shí)例AB2sp21V形SO2AB3sp31三角錐形NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2或(B2A)2V形H2S、NHeq\o\al(－,2)【歸納總結(jié)】判斷中心原子雜化軌道類(lèi)型的三種方法(1)根據(jù)雜化軌道數(shù)目判斷雜化軌道只能用于形成σ鍵或者用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)，而兩個(gè)原子之間只能形成一個(gè)σ鍵，故有下列關(guān)系：雜化軌道數(shù)目＝價(jià)層電子對(duì)數(shù)目＝σ鍵電子對(duì)數(shù)目＋中心原子的孤電子對(duì)數(shù)目，再由雜化軌道數(shù)目確定雜化類(lèi)型。雜化軌道數(shù)目234雜化類(lèi)型spsp2sp3(2)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或三角錐形，則中心原子發(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(xiàn)形，則中心原子發(fā)生sp雜化。(3)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′，則中心原子發(fā)生sp3雜化。②若雜化軌道之間的夾角為120°，則中心原子發(fā)生sp2雜化。③若雜化軌道之間的夾角為180°，則中心原子發(fā)生sp雜化。課時(shí)訓(xùn)練1．下列對(duì)共價(jià)鍵的有關(guān)敘述中正確的是A．成鍵原子只能是非金屬原子 B．雜化軌道不一定全部參與形成化學(xué)鍵C．σ鍵和π鍵均可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn) D．鍵長(zhǎng)等于成鍵兩原子的半徑之和2．提出“雜化軌道理論”的科學(xué)家是A．門(mén)捷列夫 B．普魯特 C．玻爾 D．鮑林3．把下列液體分別裝在酸式滴定管中，并使其以細(xì)流流下，當(dāng)用帶電的玻璃棒接近液體細(xì)流時(shí)，細(xì)流流向可能發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是A．CCl4 B．CO2 C．CS2 D．H2O4．已知HF沸點(diǎn)為19.5℃，BF3沸點(diǎn)為100℃，HF+BF3=HBF4，下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．HBF4中B原子為sp3雜化B．BF3和HBF4分子中B最外層均為8e穩(wěn)定結(jié)構(gòu)C．HBF4中存在配位鍵D．HF沸點(diǎn)高于BF3沸點(diǎn)的原因可能為HF分子之間存在氫鍵5．二茂鐵在工業(yè)、醫(yī)藥、航天等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)如圖所示，其中Fe(Ⅱ)處在兩個(gè)環(huán)戊二烯負(fù)離子(C5H)平面之間。下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．環(huán)戊二烯負(fù)離子中的π鍵可以表示為πB．二茂鐵核磁共振氫譜中有三組峰C．二茂鐵中碳原子的雜化方式只有sp2D．二茂鐵中所有碳碳鍵鍵長(zhǎng)均相等6．硝酸是無(wú)色、易揮發(fā)、有刺激性氣味的液體，具有強(qiáng)氧化性，濃硝酸見(jiàn)光易分解。下列有關(guān)硝酸的說(shuō)法正確的是A．NO的空間構(gòu)型為三角錐形B．濃硝酸保存在棕色帶橡膠塞的試劑瓶中C．用蘸有濃氨水的玻璃棒靠近濃硝酸有白煙產(chǎn)生D．常溫下用鐵制容器運(yùn)輸濃硝酸是因?yàn)殍F與濃硝酸不反應(yīng)7．X、Y、Z、W是原子序數(shù)依次增大的前四周期元素?；鶓B(tài)X原子的2p軌道上有4個(gè)電子，X、Y同主族，Y、Z同周期，基態(tài)Z原子能量最高的能級(jí)上有1個(gè)未成對(duì)電子，基態(tài)W原子的3d能級(jí)上只有1對(duì)成對(duì)電子。下列說(shuō)法正確的是A．氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性：Y＞XB．Y2Z2分子中存在極性鍵和非極性鍵C．加熱條件下，Z與W的單質(zhì)化合生成WZ2D．的空間構(gòu)型為平面三角形8．綠原酸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如圖所示，下列有關(guān)綠原酸說(shuō)法正確的是A．綠原酸分子存在順?lè)串悩?gòu)B．綠原酸分子中碳原子均為sp3雜化C．1mol綠原酸可消耗5molNaOHD．分子中含氧官能團(tuán)為羥基、羧基和羰基9．有電極化特性、非磁絕緣性、光致發(fā)光性等多種優(yōu)異性能?；卮鹣骂?lèi)問(wèn)題：(1)、、的鍵角由大到小的順序?yàn)開(kāi)______；C、N、O、F的第一電離能由大到小的順序?yàn)開(kāi)______。(2)堿金屬離子鑲?cè)脒m合的冠醚空腔可形成特殊材料，兩種冠醚結(jié)構(gòu)如圖所示。

①冠醚中O原子的雜化形式為_(kāi)______；H、C、O的電負(fù)性由小到大的順序?yàn)開(kāi)______。②K+不能鑲?cè)爰字卸阻側(cè)胍抑械脑驗(yàn)開(kāi)______。10．H、C、N、O、S是重要的非金屬元素，請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題：(1)C元素的一種氫化物(分子中含有6個(gè)原子)是重要的化工原料，常把該氫化物的產(chǎn)量作為衡量石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志。有關(guān)該氫化物分子的說(shuō)法正確的是___。(填序號(hào))。a.該氫化物分子中C原子采用sp2雜化b.6個(gè)原子不在同一平面上c.只含有4個(gè)sp2—sσ鍵和1個(gè)p—pπ鍵d.屬于含有極性鍵的非極性分子(2)相同條件下CO2與SO2分子在水中的溶解度較大的是__(寫(xiě)分子式)，理由是__。中的O—C—O鍵角___(填“>”“<”或“=”)中的O—S—O鍵角。(3)已知(CN)2是直線(xiàn)形分子，且有對(duì)稱(chēng)性，則(CN)2分子的結(jié)構(gòu)式為_(kāi)__；其中π鍵與σ鍵的個(gè)數(shù)比為_(kāi)__。(4)配位化合物[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4中，的空間結(jié)構(gòu)呈___；陽(yáng)離子中存在的化學(xué)鍵類(lèi)型有___；該化合物加熱時(shí)首先失去的組分是__(寫(xiě)化學(xué)式)，判斷理由是__。答案解析1．B【詳解】A．金屬和非金屬之間也能形成共價(jià)鍵，A錯(cuò)誤；B．雜化軌道不一定全部參與形成化學(xué)鍵，如氨氣中的氮原子，B正確；C．π鍵不能旋轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；D．鍵長(zhǎng)指的是兩個(gè)成鍵原子的平均核距離，D錯(cuò)誤；故選B。2．D【詳解】雜化軌道理論是1931年由鮑林等人在價(jià)鍵理論的基礎(chǔ)上提出，答案選D。3．D【詳解】A．CCl4中心原子碳原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，無(wú)孤對(duì)電子，采用sp3雜化，為正四面體形構(gòu)型，屬于非極性分子，故A不選；B．CO2中心原子碳原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2，無(wú)孤對(duì)電子，采用sp雜化，為直線(xiàn)形構(gòu)型，屬于非極性分子，故B不選；C．CS2中心原子碳原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2，無(wú)孤對(duì)電子，采用sp雜化，為直線(xiàn)形構(gòu)型，屬于非極性分子，故C不選；D．H2O中心原子氧原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2，有2對(duì)孤對(duì)電子，采用sp3雜化，為V形構(gòu)型，屬于極性分子，故D應(yīng)選；答案選D。4．B【詳解】A．氟硼酸根離子中B原子沒(méi)有孤電子對(duì)，雜化方式為sp3，故A正確；B．氟化硼是平面正三角形結(jié)構(gòu)，B分別與三個(gè)F各共用1對(duì)電所有F達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而B(niǎo)只有6個(gè)電子，未達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故B錯(cuò)誤；C．氟硼酸根離子有一個(gè)配位鍵，故C正確；D．HF中存在氫鍵，沸點(diǎn)比沒(méi)有氫鍵的BF3高，故D正確；故選B。5．B【詳解】A．環(huán)戊二烯負(fù)離子中C原子采取sp2雜化，形成五元環(huán)，5個(gè)C原子均參與形成大π鍵，每個(gè)C原子中未雜化的軌道中有一個(gè)電子參與形成大π鍵，整個(gè)離子帶一個(gè)單位負(fù)電荷，所以形成大π鍵的電子數(shù)為5+1=6，π鍵可以表示為π，A正確；B．二茂鐵中Fe2+處于中心位置，分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，只有一種環(huán)境的氫原子，二茂鐵核磁共振氫譜中有一組峰，B錯(cuò)誤；C．二茂鐵中碳原子形成兩個(gè)五元環(huán)，參考苯環(huán)的結(jié)構(gòu)，可知每個(gè)五元環(huán)均為平面結(jié)構(gòu)，均采取sp2雜化，C正確；D．二茂鐵中碳原子形成兩個(gè)五元環(huán)，參考苯環(huán)的結(jié)構(gòu)，可知所有碳碳鍵鍵長(zhǎng)均相等，D正確；綜上所述答案為B。6．C【詳解】A．硝酸根離子中氮原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，孤對(duì)電子對(duì)數(shù)為0，則硝酸根離子的空間構(gòu)型為平面三角形，故A錯(cuò)誤；B．濃硝酸具有強(qiáng)氧化性，能腐蝕橡膠塞，則濃硝酸應(yīng)保存在棕色帶玻璃塞的試劑瓶中，故B錯(cuò)誤；C．濃氨水和濃硝酸都具有揮發(fā)性，用蘸有濃氨水的玻璃棒靠近濃硝酸時(shí)，揮發(fā)出的氨氣與硝酸蒸汽反應(yīng)生成硝酸銨，會(huì)有白煙產(chǎn)生，故C正確；D．常溫下用鐵制容器運(yùn)輸濃硝酸是因?yàn)殍F在濃硝酸中發(fā)生鈍化，阻礙反應(yīng)的進(jìn)行，并非是鐵與濃硝酸不反應(yīng)，故D錯(cuò)誤；故選C。7．B【詳解】A．X為O元素，Y為S元素，二者屬于同主族元素，從上而下，非金屬性減弱，非金屬性越強(qiáng)，氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性越強(qiáng)，原子序數(shù)O＜S，非金屬性O(shè)＞S，氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性O(shè)＞S，故A錯(cuò)誤；B．Y為S元素，Z為Cl元素，Y2Z2分子為S2Cl2，其結(jié)構(gòu)式為ClSSCl，該分子中存在ClS極性鍵和SS非極性鍵，故B正確；C．Z為Cl元素，W為Fe元素，在加熱條件下，F(xiàn)e與Cl2發(fā)生反應(yīng)生成FeCl3，即2Fe+3Cl22FeCl3，故C錯(cuò)誤；D．X為O元素，Y為S元素，為，的價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=3+=3+1=4，有1對(duì)孤電子對(duì)，S原子采取sp3雜化，其空間構(gòu)型為三角錐形，故D錯(cuò)誤；答案為B。8．A【詳解】A．綠原酸分子存在和順?lè)串悩?gòu)，故A正確；B．綠原酸分子中碳原子為sp3、sp2雜化，故B錯(cuò)誤；C．1mol綠原酸含有酚羥基2mol，含有羧基1mol，含有酯基1mol，可以和4mol氫氧化鈉反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；D．分子中含氧官能團(tuán)為羥基、羧基和酯基，故D錯(cuò)誤；選A。9．＞＞F＞N＞O＞Csp3H＜C＜OK+半徑較大，因此K+不能鑲?cè)爰字卸阻側(cè)胍抑小驹斀狻?1)孤電子對(duì)孤電子對(duì)斥力＞孤電子對(duì)價(jià)電子斥力＞價(jià)電子價(jià)電子斥力，所以、、的鍵角由大到小的順序?yàn)椋海荆?；同一周期從左到右，第一電離能逐漸增大的，N是半充滿(mǎn)結(jié)構(gòu)，較穩(wěn)定，第一電離能大于O，所以C、N、O、F的第一電離能由大到小的順序?yàn)椋篎＞N＞O＞C；(2)①冠醚分子中O原子形成2個(gè)鍵，根據(jù)氧原子的最外層電子數(shù)可知O原子價(jià)層還有2個(gè)孤電子對(duì)，所以O(shè)原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，為sp3雜化；同一周期從左到右，電負(fù)性逐漸增大，同一主族從上到下，電負(fù)性逐漸減小，所以電負(fù)性：H＜C＜O；②K+半徑較大，因此K+不能鑲?cè)爰字卸阻側(cè)胍抑小?0．a(chǎn)dSO2SO2為極性分子，CO2為非極性分子，H2O為極性溶劑，極性分子易溶于極性溶劑>N≡C—C≡N4：3四面體形共價(jià)鍵和配位鍵H2OH2O和Cu2+形成的配位鍵比NH3與Cu2+的弱【詳解】（1）碳元素一種氫化物是的產(chǎn)量作為衡量石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志，該氫化物為C2H4，a．C原子呈1個(gè)C=C雙鍵、2個(gè)CH鍵，雜化軌道數(shù)為3，原子采用sp2雜化，選項(xiàng)a正確；b.乙烯分子是平面結(jié)構(gòu)，乙烯分子中6個(gè)原子處于同一平面，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；c．乙烯分子中含有1個(gè)C=C雙鍵、4個(gè)CH鍵，故含有4個(gè)sp2—sσ鍵、1個(gè)pσ—pσ鍵和1個(gè)p—pπ鍵，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；d.乙烯分子中含有1個(gè)C=C雙鍵、4個(gè)CH鍵，屬于含有極性鍵的非極性分子，選項(xiàng)d正確；答案選ad；（2）在相同的條件下CO2、SO2在水中的溶解度較大的是，SO2；SO2是極性分子，CO2是非極性分子，水是極性分子，根據(jù)相似相溶原理：極性分子易溶于極性溶劑中，所以SO2在水中的溶解度比CO2的大；故答案為：SO2；SO2為極性分子，CO2為非極性分子，H2O為極性溶劑，極性分子易溶于極性溶劑；中中心原子C采用sp2