第3课时 杂化轨道理论简介\n杂化轨道理论简介1.定义在形成分子时,由于原子的相互影响,若干个不同类型但能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化,所形成的新轨道就称为杂化轨道。2.要点(1)能量相近:参与杂化的各原子轨道能量要相近(同一能级组或相近能级组的轨道)。(2)数目不变:参与杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目。(3)排斥力最小:杂化轨道在空间取最大夹角分布,且不同的杂化轨道伸展方向不同。\n3.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成在形成CH4分子时,碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道发生混杂,形成四个能量相等的sp3杂化轨道。四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠,形成四个C—Hσ键,所以四个C—H是等同的。可表示为:C原子的杂化轨道\n4.杂化轨道分类(1)等性杂化:参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。如:杂化轨道类型与分子空间结构的关系:(2)不等性杂化:参与杂化的各原子轨道进行成分上的不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对,如NH3中氮原子的sp3杂化。\n【自主思考1】用杂化轨道理论分析CH4的杂化类型和呈正四面体形的原因。提示:在形成CH4分子时,碳原子的一个2s轨道与三个2p轨道混杂,形成四个能量相等的sp3杂化轨道,分别与四个氢原子的1s轨道重叠形成四个C—Hσ键,四个σ键之间作用力相等,键角相等,分子的空间结构呈正四面体形。【自主思考2】杂化轨道的作用是什么?π键是怎么形成的?提示:杂化轨道只用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。π键一般是由未参与杂化的p轨道上的单电子形成的。\n【效果自测】1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)所有原子轨道都参与杂化。()(2)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同。()(3)杂化方式相同的分子,空间结构一定相同。()(4)并非任意两个原子轨道都能发生杂化。()×√×√\n2.下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是()。A.杂化轨道全部参与形成化学键B.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变C.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°D.部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释答案:A解析:杂化轨道可以部分参与形成化学键,例如NH3中N发生了sp3杂化,形成了4个sp3杂化轨道,但是只有3个参与形成化学键,A项错误;杂化前后的轨道数不变,杂化后各个轨道尽可能分散、对称分布,导致轨道的形状发生了改变,B项正确;sp3、sp2、sp杂化轨道的空间结构分别是正四面体形、平面三角形、直线形,所以其夹角分别为109°28'、120°、180°,C项正确;部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释,如甲烷分子、氨气分子、水分子,D项正确。\n3.有下列粒子:①CH4②CH2=CH2③CH≡CH④NH3⑤⑥BF3⑦P4⑧H2O,请填写下列空白(填序号):(1)粒子的空间结构呈正四面体形的是。(2)中心原子轨道为sp3杂化的是,为sp2杂化的是。(3)所有原子共平面的是,共线的是。(4)①④⑥⑦⑧的键角由大到小顺序为(填字母)。A.⑥>①>⑧>④>⑦B.⑥>①>④>⑦>⑧C.⑥>①>④>⑧>⑦答案:(1)①⑤⑦(2)①④⑤⑦⑧②⑥(3)②③⑥⑧③(4)C\n解析:①CH4中C原子采取sp3杂化,分子的空间结构为正四面体形;②C2H4中C原子采取sp2杂化,分子的空间结构为平面形;③C2H2中C原子采取sp杂化,分子的空间结构为直线形;④NH3中N原子采取sp3杂化,分子的空间结构为三角锥形;⑤中N原子采取sp3杂化,离子的空间结构为正四面体形;⑥BF3中B原子采取sp2杂化,分子的空间结构为平面三角形;⑦P4中P原子采取sp3杂化,分子的空间结构为正四面体形;⑧H2O中O原子采取sp3杂化,分子的空间结构为V形。(4)①CH4的键角为109°28',④NH3的键角为107°,⑥BF3的键角为120°,⑦P4的键角为60°,⑧H2O的键角为105°,所以键角由大到小的顺序为⑥>①>④>⑧>⑦。\n【问题引领】探究任务建立判断σ键和π键的思维模型在形成多原子分子时,中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程,叫做轨道的杂化。双原子分子中,不存在杂化过程。例如sp杂化、sp2杂化、sp3杂化的过程如下:\n1.观察上述杂化过程,新的杂化轨道与杂化前的原子轨道形状相比有没有变化?分析原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化?提示:有变化,电子云形状不同,电子云的伸展方向不同。杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同,杂化后,形成的一组杂化轨道能量相同。2.2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道?提示:不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与3p不在同一能级,能量相差较大。\n3.你能用杂化轨道理论解释NH3的空间结构吗?提示:NH3分子中N原子的价层电子排布式为2s22p3。1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道重叠形成共价键;另1个杂化轨道中是成对电子,不与H原子形成共价键,sp3杂化轨道为正四面体形,但由于孤电子对的排斥作用,使3个N—H的键角变小,成为三角锥形的空间结构。\n4.CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都为sp3,键角为什么依次减小?从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法?提示:CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化,中心原子的孤电子对数依次为0、1、2。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小,孤电子对数越多排斥作用越大,键角越小。比较键角时,先看中心原子的杂化类型,杂化类型不同时,一般情况下,键角按sp、sp2、sp3杂化的顺序依次减小;杂化类型相同时,中心原子孤电子对数越多,键角越小。\n【归纳提升】1.杂化轨道理论要点(1)只有能量相近的原子轨道才能杂化。(2)杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等,杂化轨道能量相同。(3)杂化改变原有轨道的形状和伸展方向,使原子形成的共价键更牢固。(4)杂化轨道为使相互间的排斥力最小,故在空间取最大夹角分布,不同的杂化轨道伸展方向不同。(5)杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对。(6)未参与杂化的p轨道可用于形成π键。\n2.原子轨道的杂化过程\n3.杂化轨道类型的判断因为杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系:杂化轨道数=中心原子的孤电子对数+中心原子结合的原子数,再由杂化轨道数判断杂化类型。例如:\n4.杂化轨道类型与分子空间结构的关系\n【典型例题】【例题】下表中各粒子对应的空间结构及中心原子的杂化方式均正确的是()。答案:D\n\n方法技巧杂化轨道类型的判断方法:方法1:根据价层电子对数判断。杂化轨道数=价层电子对数=中心原子的孤电子对数+中心原子结合的原子数。如下表所示:\n\n方法2:根据杂化轨道的空间分布判断。(1)若杂化轨道在空间的分布呈正四面体形,则分子的中心原子发生sp3杂化。(2)若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则分子的中心原子发生sp2杂化。(3)若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则分子的中心原子发生sp杂化。方法3:根据杂化轨道之间的夹角判断。若杂化轨道之间的夹角为109°28',则分子的中心原子发生sp3杂化;若杂化轨道之间的夹角为120°,则分子的中心原子发生sp2杂化;若杂化轨道之间的夹角为180°,则分子的中心原子发生sp杂化。\n【变式训练】白磷是一种能自燃的单质,其分子的球棍模型如图所示,下列叙述错误的是()。A.每个磷原子形成3个σ键,磷原子为sp2杂化B.每个磷原子的价层电子对数为4,磷原子均为sp3杂化C.1mol白磷中共含6mol非极性键D.白磷分子的空间结构为正四面体形答案:A解析:由白磷分子的球棍模型图可知,每个磷原子均形成了3个σ键,另外每个磷原子还有一对孤电子对,故价层电子对数为4,磷原子为sp3杂化,A项错误、B项正确;由图可知C、D项正确。\n
