1、1第 1 课时 一些典型分子的空间构型学习目标定位 知道共价分子结构的多样性和复杂性，能用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间构型。一 杂化轨道及其理论要点1C 原子与 H 原子结合形成的分子为什么是 CH4，而不是 CH2或 CH3？CH 4为什么具有正四面体的空间构型？答案 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 CH 是等同的。可表示为2由以上分析可知：(1)在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成一组新轨道的
2、过程叫做原子轨道的杂化，重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。(2)轨道杂化的过程：激发杂化轨道重叠。3杂化轨道理论要点(1)原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。(2)参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。(3)杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增大。归纳总结1杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相同，但能量不同。2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。3杂化轨道只用于形成 键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。4未参与杂化的 p 轨道，可用于形成 键。活学活用1下列关于杂化轨道的说法
3、错误的是( )A所有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杂化轨道中不一定有一个电子答案 A解析 参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如 1s 轨道与 2s、2p 轨道能量相2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 项错误，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、H 2O 的形成)，故 D 项正确。2能正确表示 CH4中碳原子成键方式的示意图为(
4、 )答案 D解析 碳原子中的 2s 轨道与 2p 轨道形成 4 个等性的杂化轨道，因此碳原子最外层上的 4 个电子分占在 4 个 sp3杂化轨道上并且自旋方向相同。二 杂化轨道类型和空间构型1sp 1杂化BeCl 2分子的形成(1)BeCl2分子的形成杂化后的 2 个 sp1杂化轨道分别与氯原子的 3p 轨道发生重叠，形成 2 个 键，构成直线形的 BeCl2分子。(2)sp1杂化：sp 1杂化轨道是由 1 个 ns 轨道和 1 个 np 轨道杂化而得，每个 sp1杂化轨道含有 s 和 p 轨道的成分。sp 1杂化轨道间的夹角为 180，呈直线形(如 BeCl2)。12 12(3)sp1杂化后
5、，未参与杂化的两个 np 轨道可以用于形成 键，如乙炔分子中的 CC键的形成。2sp 2杂化BF 3分子的形成(1)BF3分子的形成3(2)sp2杂化：sp 2杂化轨道是由 1 个 ns 轨道和 2 个 np 轨道杂化而得，每个 sp2杂化轨道含有 s 和 p 的成分。sp 2杂化轨道间的夹角为 120，呈平面三角形(如 BF3)。13 23(3)sp2杂化后，未参与杂化的 1 个 np 轨道可以用于形成 键，如乙烯分子中的C=C 键的形成。3sp 3杂化CH 4分子的形成(1)CH4分子的空间构型(2)sp3杂化：sp 3杂化轨道是由 1 个 ns 轨道和 3 个 np 轨道杂化而得，每个
6、sp3杂化轨道含有 s 和 p 的成分。sp 3杂化轨道的夹角为 109.5，呈空间正四面体形(如14 34CH4、CF 4、CCl 4)。归纳总结杂化类型的判断方法(1)由分子构型判断杂化类型直线形sp 1杂化平面形sp 2杂化四面体形sp 3杂化(2)由电子对数判断杂化类型(包括孤电子对和电子对)2 对sp 1杂化3 对sp 2杂化4 对sp 3杂化(3)由碳原子的饱和程度判断饱和碳原子sp 3杂化双键上的碳原子sp 2杂化4叁键上的碳原子sp 1杂化活学活用3下列分子的空间构型可用 sp2杂化轨道来解释的是( )BF 3 CH 2=CH2 CHCHNH 3 CH 4A B C D答案 A
7、解析 sp 2杂化轨道形成夹角为 120的平面三角形，BF 3为平面三角形且 BF 键夹角为 120；C 2H4中碳原子以 sp2杂化，且未杂化的 2p 轨道形成 键；同相似；乙炔中的碳原子为 sp1杂化；NH 3中的氮原子为 sp3杂化；CH 4中的碳原子为 sp3杂化。理解感悟 分子的空间构型与杂化轨道的类型有关，因此掌握分子的空间构型并据此判断分子中杂化轨道类型。4关于原子轨道的说法正确的是( )A凡是中心原子采取 sp3杂化轨道成键的分子其空间构型都是正四面体形BCH 4分子中的 sp3杂化轨道是由 4 个 H 原子的 1s 轨道和 C 原子的 2p 轨道混合起来而形成的Csp 3杂化
8、轨道是由同一个原子中能量相近的 s 轨道和 p 轨道混合起来形成的一组能量相近的新轨道D凡 AB3型的共价化合物，其中心原子 A 均采用 sp3杂化轨道成键答案 C当堂检测1有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是( )A两个碳原子采用 sp1杂化方式B两个碳原子采用 sp2杂化方式C每个碳原子都有两个未参与杂化的 2p 轨道形成 键D两个碳原子间形成两个 键和一个 键答案 B解析 乙炔分子中碳原子以 1 个 2s 轨道和 1 个 2p 轨道形成 sp1杂化轨道。故乙炔分子中碳原子采用 sp1杂化方式，且每个碳原子以两个未参与杂化的 2p 轨道形成 2 个 键，5构成碳碳叁键。解答本题时必须要了解
9、乙炔分子的结构，理解其成键过程，才能准确的判断其杂化类型。2形成下列分子时，一个原子用 sp3杂化轨道和另一个原子的 p 轨道成键的是( )PF 3 CCl 4 NH 3 H 2OA B C D答案 A3有关甲醛分子的说法正确的是( )C 原子采取 sp1杂化 甲醛分子为三角锥形结构C 原子采取 sp2杂化 甲醛分子为平面三角形结构ABCD答案 C解析 甲醛分子(CH 2O)中的中心 C 原子采取的是 sp2杂化，3 个杂化轨道呈平面三角形，2 个 sp2杂化轨道分别与 1 个 H 原子的 s 轨道形成 CH 键，另 1 个 sp2杂化轨道与 O 原子的 p 轨道形成 1 个 键，C 原子中未
10、用于杂化的一个 p 轨道与 O 原子的 p 轨道形成 1 个 键。4CH 、CH 3、CH 都是重要的有机物反应的中间体，CH 中四个原子是共平面的， 3 3 3则 C 原子是_杂化，键角应是_。答案 sp 2 120解析 根据杂化轨道类型中 sp2 杂化轨道的空间构型特点，可得答案。40 分钟课时作业基础过关一、原子轨道杂化与杂化轨道1下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )A原子中能量相近的某些轨道，在成键时能重新组合成能量相等的新轨道B轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等C杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理D杂化轨道可分为等性杂化轨道和不等性杂化轨道答案 B解析 原子
11、轨道形成杂化轨道前后，轨道数目不变化，用于形成杂化轨道的原子轨道的能量相近，并满足最大重叠程度。2下列关于杂化轨道的叙述正确的是( )A杂化轨道可用于形成 键，也可用于形成 键B杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤对电子CNH 3中 N 原子的 sp3杂化轨道是由 N 原子的 3 个 p 轨道与 H 原子的 s 轨道杂化而成6的D在乙烯分子中 1 个碳原子的 3 个 sp2杂化轨道与 3 个氢原子的 s 轨道重叠形成 3 个CH 键答案 B解析 杂化轨道只用于形成 键，或用来容纳未参与成键的孤对电子，不能用来形成 键，故 B 正确，A 不正确；NH 3中 N 原子的 sp3杂化轨道是由 N 原子的
12、 1 个 s 轨道和 3 个p 轨道杂化而成的，C 不正确；在乙烯分子中，1 个碳原子的 3 个 sp2杂化轨道中的 2 个sp2杂化轨道与 2 个氢原子的 s 轨道重叠形成 2 个 CH 键，剩下的 1 个 sp2杂化轨道与另一个碳原子的 sp2杂化轨道重叠形成 1 个 CC 键，D 不正确。3用鲍林的杂化轨道理论解释甲烷分子的正四面体结构，下列说法不正确的是( )AC 原子的四个杂化轨道的能量一样BC 原子的 sp3杂化轨道之间夹角一样CC 原子的 4 个价电子分别占据 4 个 sp3杂化轨道DC 原子有 1 个 sp3杂化轨道由孤电子对占据答案 D解析 甲烷中碳原子采取 sp3杂化，四个
13、等同的杂化轨道分别与四个氢原子的 s 轨道重叠，形成正四面体形的分子。二、杂化轨道类型及其判断4在 BrCH=CHBr 分子中，CBr 键采用的成键轨道是( )Asp 1p Bsp 2sCsp 2p Dsp 3p答案 C解析 分子中的两个碳原子都是采用 sp2杂化，溴原子的价电子排布为 4s24p5,4p 轨道上有一个单电子，与碳原子的 1 个 sp2杂化轨道成键。5下列分子中的碳原子采用 sp2杂化的是( )AC 2H2 BCS 2CHCHO DC 3H8答案 C解析 乙炔是直线形分子，碳原子采取 sp1杂化形成两个 sp1杂化轨道，碳原子上的另两个 p 轨道未参与杂化，而是与另一个碳原子同
14、样的轨道形成两个 键；CS 2类似于CO2，是直线形分子，也采取 sp1杂化；HCHO 是平面三角形分子，碳原子采取 sp2杂化；C3H8是烷烃，类似于 CH4，碳原子采取 sp3杂化。6乙烯分子中含有 4 个 CH 键和 1 个 C=C 键，6 个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是( )7每个 C 原子的 2s 轨道与 2p 轨道杂化，形成两个 sp1杂化轨道 每个 C 原子的 2s轨道与 2 个 2p 轨道杂化，形成 3 个 sp2杂化轨道 每个 C 原子的 2s 轨道与 3 个 2p 轨道杂化，形成 4 个 sp3杂化轨道 每个 C 原子的 3 个价电子占据 3 个
15、杂化轨道，1 个价电子占据 1 个 2p 轨道A B C D答案 B解析 乙烯分子中每个 C 原子与 1 个 C 原子和 2 个 H 原子成键，必须形成 3 个 键，6 个原子在同一平面上，则键角为 120，为 sp2杂化，形成 3 个 sp2杂化轨道，1 个价电子占据 1 个 2p 轨道，2 个 C 原子成键时形成 1 个 键。三、杂化轨道类型与分子构型7下列推断正确的是( )ABF 3为三角锥形分子BNH 的电子式为H N , H ，离子呈平面正方形结构 4 H HCCH 4分子中的 4 个 CH 键都是氢原子的 1s 轨道与碳原子的 2p 轨道形成的 sp 键D甲醛分子为平面三角形，有一
16、个 键垂直于三角形平面答案 D解析 BF 3为平面三角形，NH 为正四面体形，CH 4分子中碳原子的 2s 轨道与 2p 轨道 4形成 4 个 sp3杂化轨道，然后与氢的 1s 轨道重叠，形成 4 个 ssp3 键。甲醛分子为平面三角形，为 sp2杂化，还有一个未参与杂化的 p 轨道与 O 原子形成 键，该 键垂直于杂化轨道的平面。8下列关于苯分子结构或性质的描述错误的是( )A苯分子呈平面正六边形，六个碳碳键完全相同，键角皆为 120B苯分子中的碳原子采取 sp2杂化，6 个碳原子中未参与杂化的 2p 轨道以“肩与肩”形式形成一个大 键C苯分子中的碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊类型的键
17、D苯能使溴水和酸性 KMnO4溶液褪色答案 D解析 苯分子中的碳原子采取 sp2杂化，六个碳碳键完全相同，呈平面正六边形结构，键角皆为 120；在苯分子中有一个大 键，因此苯分子中的碳碳键并不是单、双键交替结构，也就不能使溴水和酸性 KMnO4溶液褪色。9下列分子中的中心原子的杂化方式为 sp1杂化，分子的空间构型为直线形且分子中没有形成 键的是( )ACHCH BCO 2CBeCl 2 DBF 38答案 C10下列分子的中心原子的杂化轨道类型相同的是( )ACO 2与 SO2 BCH 4与 NH3CBeCl 2与 BF3 DC 2H4与 C2H2答案 B解析 Error!杂 化 轨 道 分
18、类 能力提升11如图是甲醛分子的模型，根据该图和所学化学知识回答下列问题：(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是_，作出该判断的主要理由是_。(2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是_(填序号)。单键 双键 键 键 键和 键(3)甲醛分子中 CH 键与 CH 键间的夹角_(填“” 、 “”或“NCK (2)离子晶体 sp 1 (3)11解析 由原子守恒可知 A 为 K2S，其晶体类型为离子晶体，含有极性共价键的分子为CO2，其中心原子轨道杂化为 sp1杂化，N 2中含有 1 个 键和 2 个 键，所以 CN 中也含有 1 个 键和 2 个 键，在 HCN 中又多了一个 HC 键，所以在
19、HCN 中 键和 键各为 2 个。14已知：红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物PCl 3和 PCl5，氮与氢也可形成两种化合物NH 3和 NH5。PCl 5分子中，P 原子的 1 个 3s 轨道、3 个 3p 轨道和 1 个 3d 轨道发生杂化形成 5 个sp3d 杂化轨道，PCl 5分子呈三角双锥型(ClPClClClCl)。(1)NH3、PCl 3和 PCl5分子中，所有原子的最外层电子数都是 8 个的是_(填分子式)，该分子的空间构型是_。(2)有同学认为，NH 5与 PCl5类似，N 原子的 1 个 2s 轨道、3 个 2p 轨道和 1 个 2d 轨道可能发生 sp3d 杂化。请你对该
20、同学的观点进行评价：_。(3)经测定，NH 5中存在离子键，N 原子最外层电子数是 8，所有氢原子的最外层电子数都是 2，则 NH5中 H 元素的化合价为_和_；该化合物中 N 原子的杂化方式_。答案 (1)PCl 3 三角锥形(2)不对，因为 N 原子没有 2d 轨道(3)1 1 sp 310拓展探究15 “三鹿奶粉事件”在社会上引起了人们对食品质量的恐慌，三鹿奶粉中被掺杂了被称为“蛋白精”的工业原料三聚氰胺。已知三聚氰胺的结构简式如图所示。三聚氰胺是氰胺(H 2NCN)的三聚体，请回答下列问题：(1)写出基态碳原子的电子排布式_。(2)氰胺中CN 中的氮原子、三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨
21、基中的氮原子，这三种氮原子的杂化轨道类型分别是_、_、_。(3)一个三聚氰胺分子中有_个 键。(4)三聚氰胺与三聚氰酸(NHNNHHOOO)分子相互之间通过氢键结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中 C 原子采取_杂化。该分子的结构简式中，每个碳氧原子之间的共价键是_(填字母)。A2 个 键 B2 个 键C1 个 键，1 个 键答案 (1)1s 22s22p2 (2)sp 1 sp 2 sp 3 (3)15(4)sp2 C解析 (2)CN 中的 N 原子、环上的 N 原子、NH 2中的 N 原子分别形成 1、2、3 个 键且均有一对未成键电子，所以分别采取 sp1、sp 2、sp 3杂化。(3)除每个双键上有 1 个 键外，其余均为 键，共 15 个。(4)由于该分子中 C 与 O 形成双键，则应采取 sp2方式成键，sp 2杂化的 C 原子与氧原子间有 1 个 键、1 个 键。
