第2课时 杂化轨道理论
[学习目标定位] 知道杂化轨道理论的基本内容，能根据杂化轨道理论确定简单分子的立体构型。
一、杂化轨道理论
1.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轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—H键是等同的。
碳原子的sp3杂化可表示如下：
2.轨道杂化与杂化轨道
3.杂化轨道类型及其立体构型 (1)sp杂化
①sp杂化：sp杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道杂化而得。sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如BeCl2分子。
②sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键，如乙炔分子中的C≡C键的形成。 (2)sp2杂化
①sp2杂化：sp2杂化轨道是由一个ns轨道和两个np轨道杂化而得。sp2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形，如BF3分子。
②sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键，如乙烯分子中的C==C键的形成。 (3)sp3杂化
①sp3杂化：sp3杂化轨道是由一个ns轨道和三个np轨道杂化而得。sp3杂化轨道的夹角为
109°28′，呈空间正四面体形(如CH4、CF4、CCl4)。 ②sp3杂化后，所有的np轨道都形成σ键，不能形成π键。
(1)原子轨道的杂化过程
(2)杂化类型与分子的立体构型 中心原子(A)的杂化类型 sp 参与杂化的轨道 1个s 1个p 生成杂化轨道数 成键 电子 对数 2 A原子的孤电子对数 0 分子的 立体构型 分子式 实例 结构式 2 直线形 平面三 角形 V形 正四面 体形 三角 锥形 V形 BeCl2 Cl—Be—Cl sp2 1个s 2个p 3 3 2 0 BF3 SO2 1 4 sp3 1个s 3个p 4 0 CH4 NH3 H2O 3 2 1 2
例1 下列关于杂化轨道的说法错误的是( ) A.并不是所有的原子轨道都参与杂化 B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化 C.杂化轨道能量集中，有利于牢固成键 D.杂化轨道中一定有电子 【考点】杂化轨道理论
【题点】关于杂化轨道理论的理解 答案 D
解析 参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p的能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A、B项正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道，也可以有一对孤电子对(如NH3、H2O的形成)，故D项错误。 例2 有关杂化轨道的说法不正确的是( ) A.杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变 B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180° C.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 D.杂化轨道全部参与形成化学键 【考点】杂化轨道理论
【题点】关于杂化轨道理论的理解 答案 D
解析 杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对。 二、杂化类型及分子构型的判断 1.杂化轨道的用途及其类型的判断
(1)用途：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。
(2)判断方法：杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂化类型。
2.杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型
VSEPR模型和杂化轨道的立体构型是一致的，略去VSEPR模型中的孤电子对，就是分子(或离子)的立体构型。 代表物 项目 价层电子对数 杂化轨道数 杂化类型 杂化轨道 立体构型 CO2 2 2 sp 直线形 CH2O 3 3 sp2 平面三角形 CH4 4 4 sp3 正四面体形 SO2 3 3 sp2 平面 三角形 NH3 4 4 sp3 四面体形 H2O 4 4 sp3 四面 体形 VSEPR模型 分子构型 直线形 直线形 平面 三角形 平面三角形 正四 面体形 正四面体形
平面 三角形 V形 四面 体形 三角锥形 四面 体形 V形 杂化类型的判断方法
(1)利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路： 价层电子对――→杂化轨道数――→杂化类型――→杂化轨道构型。
(2)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′，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。
(3)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取sp3杂化，连接双键的碳原子采取sp2杂化，连接三键的碳原子采取sp杂化。
例3 (2024·深州中学期中)下列分子中中心原子的杂化方式和分子的立体构型均正确的是( )
A.C2H2：sp2、直线形 C.H3O：sp3、V形
＋
判断判断判断
3
B.SO24：sp、三角锥形
－
D. BF3：sp2、平面三角形
【考点】分子立体构型的综合 【题点】杂化轨道理论的综合应用 答案 D
解析 乙炔的结构式为H—C≡C—H，每个碳原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，所
2－
以C原子采用sp杂化，为直线形结构；SO4中，价层电子对数＝4，孤电子对数为0，采取
sp3杂化，为正四面体形；H3O＋离子中价层电子对＝3＋1＝4，所以中心原子原子轨道为sp3杂化，该离子中含有一个孤电子对，所以其立体构型为三角锥形；BF3分子中硼原子价层电子对数＝3＋0＝3，杂化轨道数为3，孤电子对数为0，所以其立体构型为平面三角形。 例4 计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数，判断中心原子的杂化轨道类型，写出VSEPR模型名称。
(1)CS2__________、__________、__________。 ．(2)NH4__________、__________、__________。 ．
＋
(3)H2O__________、__________、__________。 ．(4)PCl3__________、__________、__________。 ．(5)BCl3__________、__________、__________。 ．【考点】杂化轨道理论的应用 【题点】杂化轨道理论的综合应用
答案 (1)2 sp 直线形 (2)4 sp3 正四面体形 (3)4 sp3 四面体形 (4)4 sp3 四面体形 (5)3 sp2 平面三角形
杂化轨道类型 sp sp2 sp3 sp2 sp3 sp3
NH3 CH4 三角锥形 VSEPR模型 典型分子 CO2 SO2 H2O SO3 立体构型 直线形 V形 V形 平面三角形 正四面体形
1.能正确表示CH4中碳原子的成键方式的示意图为( )
【考点】杂化轨道理论
【题点】关于杂化轨道理论的理解 答案 D
人教版选修3分子结构与性质第二节 第2课时杂化轨道理论导学案
