第2课时 杂化轨道理论简介 [学习目标] 1.通过杂化轨道理论的学习,能描述杂化轨道的形成及特点,能分析判断简单分子中中心原子杂化轨道(sp、sp2、sp3)的类型。2.通过实例了解共价分子具有特定的空间结构,能从微观角度解释中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响,能运用杂化轨道理论对分子或离子的空间结构进行解释。 学习任务1 认识杂化轨道理论 1.杂化轨道理论的提出 杂化轨道理论是一种价键理论,是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。 2.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2s轨道和3个2p轨道发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,得到4个新的能量相同、方向不同的sp3杂化轨道。4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠,形成4个C—Hσ键。可表示为 3.常见杂化轨道类型及其空间结构 (1)sp3杂化轨道。 sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。sp3杂化轨道间的夹角是109°28′,空间结构为正四面体形(如图所示)。 (2)sp2杂化轨道。 sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120°,呈平面三角形(如图所示)。 (3)sp杂化轨道。 sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角是180°,呈直线形(如图所示)。 杂化轨道理论是一种价键理论,是鲍林为解释分子的空间结构提出的。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。 探究 轨道杂化过程的正确理解 问题1:任意轨道之间都可以杂化吗 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不在同一能层,能量相差较大,不可杂化。 问题2:杂化轨道与原轨道相比,数量、能量、轨道形状及延伸方向等是否改变 提示:形成的杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。杂化会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。 问题3:sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道,它参与形成的化学键和杂化轨道形成的化学键是否相同 提示:不相同。sp、sp2两种杂化形式中未参与杂化的p轨道用于形成π键,而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。 问题4:杂化轨道数与价层电子对数有何关系 提示:杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系:杂化轨道数目=价层电子对数目=σ键电子对数目+中心原子的孤电子对数目。 杂化轨道理论的正确理解 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] 杂化轨道都用来成键 【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正确;并不是所有的杂化轨道都用来成键,也可以容纳孤电子对(如NH3、H2O的形成),故D错误。 2.(2024·云南师范大学附属中学月考)下列关于原子轨道的说法正确的是( ) [A] 杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键 [B] CH4中的sp3杂化轨道是由4个H的1s轨道和1个C的2p轨道混合形成的 [C] s轨道和p轨道杂化不可能有sp4杂化轨道出现 [D] 凡XY3型的共价化合物,其中心原子X均采用sp3杂化轨道成键 【答案】 C 【解析】 杂化轨道不可能形成π键,A错误;CH4中的sp3杂化轨道是由中心碳原子的能量相近的1个2s轨道和3个2p轨道杂化形成的,B错误;p能级只有3个p轨道,不可能有sp4杂化,C正确;BF3中硼原子的价层电子对数为3, ... ...
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