第2章第2節(jié)第2課時雜化軌道理論（講義）2020-2021學年人教版(2019)高二化學選擇性必修二（機構用）

第二章分子結構與性質第二節(jié)分子的空間結構第2課時雜化軌道理論學習導航1.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.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。教學過程一、雜化軌道理論簡介1．雜化軌道的含義在外界條件影響下，原子內部能量相近的原子軌道重新組合形成新的原子軌道的過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，簡稱雜化軌道。2．雜化軌道理論要點(1)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道。(2)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。(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，成鍵時根據最大重疊原理，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?！練w納總結】雜化軌道理論四要點(1)能量相近原子在成鍵時，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。(2)數目不變形成的雜化軌道數與參與雜化的原子軌道數相等。(3)成鍵能力增強雜化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。(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、雜化軌道類型與分子空間結構的關系1．雜化軌道的類型(1)sp3雜化軌道——正四面體形sp3雜化軌道是由1個ns軌道和3個np軌道雜化而成，每個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′，空間結構為正四面體形。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ns軌道和2個np軌道雜化而成的，每個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——直線形sp雜化軌道是由1個ns軌道和1個np軌道雜化而成的，每個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°，呈直線形，如下圖所示。2．雜化軌道類型與分子空間結構的關系(1)當雜化軌道全部用于形成σ鍵時，分子或離子的空間結構與雜化軌道的空間結構相同。雜化類型spsp2sp3軌道夾角180°120°109°28′雜化軌道示意圖實例BeCl2BF3CH4分子結構示意圖分子空間結構直線形平面三角形正四面體形(2)當雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時，孤電子對對成鍵電子對的排斥作用，會使分子或離子的空間結構與雜化軌道的形狀有所不同。ABn型分子中心原子雜化類型中心原子孤電子對數空間結構實例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】判斷中心原子雜化軌道類型的三種方法(1)根據雜化軌道數目判斷雜化軌道只能用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對，而兩個原子之間只能形成一個σ鍵，故有下列關系：雜化軌道數目＝價層電子對數目＝σ鍵電子對數目＋中心原子的孤電子對數目，再由雜化軌道數目確定雜化類型。雜化軌道數目234雜化類型spsp2sp3(2)根據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形，則中心原子發(fā)生sp雜化。(3)根據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。課時訓練1．下列對共價鍵的有關敘述中正確的是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鍵C．σ鍵和π鍵均可以繞鍵軸旋轉 D．鍵長等于成鍵兩原子的半徑之和2．提出“雜化軌道理論”的科學家是A．門捷列夫 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，并使其以細流流下，當用帶電的玻璃棒接近液體細流時，細流流向可能發(fā)生偏轉的是A．CCl4 B．CO2 C．CS2 D．H2O4．已知HF沸點為19.5℃，BF3沸點為100℃，HF+BF3=HBF4，下列有關說法錯誤的是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)定結構C．HBF4中存在配位鍵D．HF沸點高于BF3沸點的原因可能為HF分子之間存在氫鍵5．二茂鐵在工業(yè)、醫(yī)藥、航天等領域具有廣泛應用，其結構如圖所示，其中Fe(Ⅱ)處在兩個環(huán)戊二烯負離子(C5H)平面之間。下列有關說法錯誤的是A．環(huán)戊二烯負離子中的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均相等6．硝酸是無色、易揮發(fā)、有刺激性氣味的液體，具有強氧化性，濃硝酸見光易分解。下列有關硝酸的說法正確的是A．NO的空間構型為三角錐形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生D．常溫下用鐵制容器運輸濃硝酸是因為鐵與濃硝酸不反應7．X、Y、Z、W是原子序數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上有1個未成對電子，基態(tài)W原子的3d能級上只有1對成對電子。下列說法正確的是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的單質化合生成WZ2D．的空間構型為平面三角形8．綠原酸的結構簡式如圖所示，下列有關綠原酸說法正確的是A．綠原酸分子存在順反異構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?；卮鹣骂悊栴}：(1)、、的鍵角由大到小的順序為_______；C、N、O、F的第一電離能由大到小的順序為_______。(2)堿金屬離子鑲入適合的冠醚空腔可形成特殊材料，兩種冠醚結構如圖所示。

①冠醚中O原子的雜化形式為_______；H、C、O的電負性由小到大的順序為_______。②K+不能鑲入甲中而易鑲入乙中的原因為_______。10．H、C、N、O、S是重要的非金屬元素，請按要求回答下列問題：(1)C元素的一種氫化物(分子中含有6個原子)是重要的化工原料，常把該氫化物的產量作為衡量石油化工發(fā)展水平的標志。有關該氫化物分子的說法正確的是___。(填序號)。a.該氫化物分子中C原子采用sp2雜化b.6個原子不在同一平面上c.只含有4個sp2—sσ鍵和1個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是直線形分子，且有對稱性，則(CN)2分子的結構式為___；其中π鍵與σ鍵的個數比為___。(4)配位化合物[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4中，的空間結構呈___；陽離子中存在的化學鍵類型有___；該化合物加熱時首先失去的組分是__(寫化學式)，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鍵，A錯誤；B．雜化軌道不一定全部參與形成化學鍵，如氨氣中的氮原子，B正確；C．π鍵不能旋轉，C錯誤；D．鍵長指的是兩個成鍵原子的平均核距離，D錯誤；故選B。2．D【詳解】雜化軌道理論是1931年由鮑林等人在價鍵理論的基礎上提出，答案選D。3．D【詳解】A．CCl4中心原子碳原子價層電子對數為4，無孤對電子，采用sp3雜化，為正四面體形構型，屬于非極性分子，故A不選；B．CO2中心原子碳原子價層電子對數為2，無孤對電子，采用sp雜化，為直線形構型，屬于非極性分子，故B不選；C．CS2中心原子碳原子價層電子對數為2，無孤對電子，采用sp雜化，為直線形構型，屬于非極性分子，故C不選；D．H2O中心原子氧原子價層電子對數為2，有2對孤對電子，采用sp3雜化，為V形構型，屬于極性分子，故D應選；答案選D。4．B【詳解】A．氟硼酸根離子中B原子沒有孤電子對，雜化方式為sp3，故A正確；B．氟化硼是平面正三角形結構，B分別與三個F各共用1對電所有F達到8電子穩(wěn)定結構，而B只有6個電子，未達到8電子穩(wěn)定結構，故B錯誤；C．氟硼酸根離子有一個配位鍵，故C正確；D．HF中存在氫鍵，沸點比沒有氫鍵的BF3高，故D正確；故選B。5．B【詳解】A．環(huán)戊二烯負離子中C原子采取sp2雜化，形成五元環(huán)，5個C原子均參與形成大π鍵，每個C原子中未雜化的軌道中有一個電子參與形成大π鍵，整個離子帶一個單位負電荷，所以形成大π鍵的電子數為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，分子結構對稱，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錯誤；C．二茂鐵中碳原子形成兩個五元環(huán)，參考苯環(huán)的結構，可知每個五元環(huán)均為平面結構，均采取sp2雜化，C正確；D．二茂鐵中碳原子形成兩個五元環(huán)，參考苯環(huán)的結構，可知所有碳碳鍵鍵長均相等，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層電子對數為3，孤對電子對數為0，則硝酸根離子的空間構型為平面三角形，故A錯誤；B．濃硝酸具有強氧化性，能腐蝕橡膠塞，則濃硝酸應保存在棕色帶玻璃塞的試劑瓶中，故B錯誤；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，揮發(fā)出的氨氣與硝酸蒸汽反應生成硝酸銨，會有白煙產生，故C正確；D．常溫下用鐵制容器運輸濃硝酸是因為鐵在濃硝酸中發(fā)生鈍化，阻礙反應的進行，并非是鐵與濃硝酸不反應，故D錯誤；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，氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性越強，原子序數O＜S，非金屬性O＞S，氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性O＞S，故A錯誤；B．Y為S元素，Z為Cl元素，Y2Z2分子為S2Cl2，其結構式為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，Fe與Cl2發(fā)生反應生成FeCl3，即2Fe+3Cl22FeCl3，故C錯誤；D．X為O元素，Y為S元素，為，的價層電子對個數=3+=3+1=4，有1對孤電子對，S原子采取sp3雜化，其空間構型為三角錐形，故D錯誤；答案為B。8．A【詳解】A．綠原酸分子存在和順反異構，故A正確；B．綠原酸分子中碳原子為sp3、sp2雜化，故B錯誤；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，故C錯誤；D．分子中含氧官能團為羥基、羧基和酯基，故D錯誤；選A。9．＞＞F＞N＞O＞Csp3H＜C＜OK+半徑較大，因此K+不能鑲入甲中而易鑲入乙中【詳解】(1)孤電子對孤電子對斥力＞孤電子對價電子斥力＞價電子價電子斥力，所以、、的鍵角由大到小的順序為：＞＞；同一周期從左到右，第一電離能逐漸增大的，N是半充滿結構，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為：F＞N＞O＞C；(2)①冠醚分子中O原子形成2個鍵，根據氧原子的最外層電子數可知O原子價層還有2個孤電子對，所以O原子的價層電子對數為4，為sp3雜化；同一周期從左到右，電負性逐漸增大，同一主族從上到下，電負性逐漸減小，所以電負性：H＜C＜O；②K+半徑較大，因此K+不能鑲入甲中而易鑲入乙中。10．adSO2SO2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量作為衡量石油化工發(fā)展水平的標志，該氫化物為C2H4，a．C原子呈1個C=C雙鍵、2個CH鍵，雜化軌道數為3，原子采用sp2雜化，選項a正確；b.乙烯分子是平面結構，乙烯分子中6個原子處于同一平面，選項b錯誤；c．乙烯分子中含有1個C=C雙鍵、4個CH鍵，故含有4個sp2—sσ鍵、1個pσ—pσ鍵和1個p—pπ鍵，選項c錯誤；d.乙烯分子中含有1個C=C雙鍵、4個CH鍵，屬于含有極性鍵的非極性分子，選項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