資源簡介

新授課
第二章 分子結構與性質
課時4 雜化軌道理論
【學習目標】
1.知道雜化軌道理論的基本內容。 2.會用雜化軌道理論判斷分子的空間構型，對分子的空間構型進行解釋和預測。
【學習活動】
學習任務
目標一：知道雜化軌道理論的基本內容。 任務1：閱讀教材p47第二段內容，回答下列問題。 1.依據價層電子互斥模型預測甲烷分子的空間結構呈正四面體形，且實驗測得甲烷分子中的4個C—H的鍵長相同，H—C—H的鍵角為109°28′。依據價鍵理論，碳原子的4個價層原子軌道是3個相互垂直的2p軌道和1個球形的2s軌道，用它們與4個氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到正四面體形的甲烷分子。 怎樣解釋甲烷分子的空間結構呈正四面體形呢？ 參考答案：在形成CH4分子時，碳原子的一個2s軌道和三個2p軌道發生混雜，混雜時保持軌道總數不變，卻得到4個新的能量相同、方向不同的sp3雜化軌道，各指向正四面體的4個頂角。4個sp3雜化軌道分別與4個H原子的1s軌道重疊形成4個C—H σ鍵，所以4個C—H鍵是等同的。 2.形成多原子分子時，中心原子價電子層上的某些能量相近的原子軌道發生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程，叫做軌道的雜化。雙原子分子中，不存在雜化過程。例如sp雜化、sp2雜化的過程如下： (1)觀察上述雜化過程，分析原子軌道雜化后，數量和能量有什么變化？ 參考答案：雜化軌道與參與雜化的原子軌道數目相同，但能量不同。s軌道與p軌道的能量不同，雜化后，形成的一組雜化軌道能量相同。 (2)雜化軌道與原軌道相比，軌道形狀及延伸方向是否改變 參考答案：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。 (3)sp3雜化軌道、sp2雜化軌道、sp雜化軌道的區別？ 參考答案：sp3雜化軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化形成的。sp3雜化軌道間的夾角是109°28′，空間結構為正四面體形。 sp2雜化軌道是由1個s軌道和2個p軌道雜化而成的。sp2雜化軌道間的夾角是120°，呈平面三角形。 sp雜化軌道是由1個s軌道和1個p軌道雜化而成的。sp雜化軌道間的夾角是180°，呈直線形。 任務2： 1.任意軌道之間都可以雜化嗎 2s軌道與3p軌道能否形成sp2雜化軌道 參考答案：不能。只有能量相近的原子軌道才能形成雜化軌道，2s與3p不在同一能級，能量相差較大，不可雜化。 2.雜化軌道能形成π鍵嗎 雙原子分子中存在軌道雜化嗎？ (如HCl)，不存在雜化過程。 參考答案：雜化軌道不能形成π鍵，只用于形成σ鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對，未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。 3.乙烷、乙烯、乙炔分子中的碳原子雜化方式分別是什么？三種分子中的C—C鍵和C—H鍵方式分別是什么？ 參考答案：C2H6中的C是sp3雜化，C C鍵是sp3 sp3 σ鍵，C—H鍵是sp3 s σ鍵；C2H4中的C是sp2雜化，C—C鍵是sp2 sp2σ鍵和p pπ鍵，C—H鍵是sp2 s σ鍵；C2H2中的c是sp雜化，C—C鍵是sp sp σ鍵和p p π鍵，C—H鍵是sp s σ鍵。 【方法小結】 雜化軌道用來形成σ鍵和容納孤電子對，所以雜化軌道數=中心原子的孤電子的對數+中心原子的σ鍵個數。 代表物雜化軌道數中心原子雜化軌道類型CO20+2=2spCH2O0+3=3sp2CH40+4=4sp3SO21+2=3sp2NH31+3=4sp3H2O2+2=4sp3
目標二：會用雜化軌道理論判斷分子的空間構型，對分子的空間構型進行解釋和預測。 任務1： 1．水分子中氧原子的sp3雜化軌道有2個是由孤電子對占據的，其分子不呈正四面體構型，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3雜化軌道有1個由孤電子對占據，氨分子不呈正四面體構型，而呈三角錐形。 (1)試說明中心原子的孤電子對如何影響分子的立體構型？ 參考答案：孤電子對占有一定空間，排斥其他成鍵電子，從而影響分子的立體構型。 (2)用雜化軌道理論解釋NH3、H2O的空間結構？ 參考答案：NH3分子中N原子的價電子排布式為2s22p3。1個2s軌道和3個2p經雜化后形成4個sp3雜化軌道。4個sp3雜化軌道在空間的分布呈正四面體形。其中3個sp3雜化軌道中各有1個未成對電子，分別與H原子的1s軌道形成共價鍵，另1個sp3雜化軌道中已有兩個電子（孤電子對），不與H原子形成共價鍵。由于氨分子中存在未成鍵的孤電子對，它對成鍵電子對的排斥作用較強，使3個N—H的鍵角變小，成為三角錐形的空間結構，鍵角為107°。 H2O分子中O原子的價電子排布式為2s22p4。1個2s軌道和3個2p軌道經雜化后形成4個sp3雜化軌道，其中2個雜化軌道中各有1個未成對電子，分別與H原子的1s軌道形成共價鍵，另2個雜化軌道是成對電子，不與H原子形成共價鍵，sp3雜化軌道為正四面體形，但由于2對孤電子對的排斥作用，使2個O—H的鍵角變得更小，成為V形的空間結構，鍵角為105°。 2.用雜化軌道理論解釋BF3、BeCl2的空間結構？ 參考答案：B原子的電子排布為1s22s22p1，在形成BF3分子時，B原子的一個2s電子激發到一個空的2p軌道中，使B原子的電子排布變為1s22s12p2p。B原子的2s和兩個2p軌道發生了sp2雜化，組合成三個sp2雜化軌道，B原子的三個sp2雜化軌道分別與F原子的一個2p軌道重疊形成三個sp2－p σ鍵。由于三個sp2雜化軌道在同一平面上，而且夾角是120°，所以BF3分子具有平面三角形結構。 Be原子的電子排布為1s22s2，在形成BeCl2分子時，Be原子的一個2s電子激發到一個空的2p軌道中，經過雜化形成兩個sp雜化軌道，與Cl原子中的3p軌道重疊形成兩個sp－p σ鍵。由于雜化軌道的夾角是180°，所以形成的BeCl2分子的空間構型是直線形。 任務2：根據VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型完成下表。 VSEPR模型及名稱雜化軌道類型典型分子空間結構 直線形spCO2直線形 平面三角形sp2SO2V形 四面體形sp3H2OV形 平面三角形sp2SO3平面三角形 四面體形sp3NH3三角錐形 正四面體形sp3CH4正四面體形
(1)凡AB3型的共價化合物，其中心原子A是否均采用sp3雜化軌道成鍵？ 參考答案：不一定。例如SO3是采用sp2雜化軌道成鍵。 (2)ClO、ClO、ClO中，中心原子Cl是以哪種雜化軌道方式與O原子成鍵？它們的空間結構如何？ 參考答案：由VSEPR模型可知，ClO、ClO、ClO中，中心原子Cl都是以sp3雜化軌道方式與O原子成鍵。它們的空間結構分別是V形、三角錐形、正四面體形。
【學習總結】
回顧本課所學，畫出思維導圖
2新授課
第二章 分子結構與性質
課時4 雜化軌道理論
【學習目標】
1.知道雜化軌道理論的基本內容。 2.會用雜化軌道理論判斷分子的空間構型，對分子的空間構型進行解釋和預測。
【學習活動】
學習任務
目標一：知道雜化軌道理論的基本內容。 任務1：閱讀教材p47第二段內容，回答下列問題。 1.依據價層電子互斥模型預測甲烷分子的空間結構呈正四面體形，且實驗測得甲烷分子中的4個C—H的鍵長相同，H—C—H的鍵角為109°28′。依據價鍵理論，碳原子的4個價層原子軌道是3個相互垂直的2p軌道和1個球形的2s軌道，用它們與4個氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到正四面體形的甲烷分子。 怎樣解釋甲烷分子的空間結構呈正四面體形呢？ 2.形成多原子分子時，中心原子價電子層上的某些能量相近的原子軌道發生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程，叫做軌道的雜化。雙原子分子中，不存在雜化過程。例如sp雜化、sp2雜化的過程如下： (1)觀察上述雜化過程，分析原子軌道雜化后，數量和能量有什么變化？ (2)雜化軌道與原軌道相比，軌道形狀及延伸方向是否改變 (3)sp3雜化軌道、sp2雜化軌道、sp雜化軌道的區別？ 任務2： 1.任意軌道之間都可以雜化嗎 2s軌道與3p軌道能否形成sp2雜化軌道 2.雜化軌道能形成π鍵嗎 雙原子分子中存在軌道雜化嗎？ (如HCl)，不存在雜化過程。 3.乙烷、乙烯、乙炔分子中的碳原子雜化方式分別是什么？三種分子中的C—C鍵和C—H鍵方式分別是什么？ 【方法小結】 雜化軌道用來形成σ鍵和容納孤電子對，所以雜化軌道數=中心原子的孤電子的對數+中心原子的σ鍵個數。 代表物雜化軌道數中心原子雜化軌道類型CO20+2=2spCH2O0+3=3sp2CH40+4=4sp3SO21+2=3sp2NH31+3=4sp3H2O2+2=4sp3
目標二：會用雜化軌道理論判斷分子的空間構型，對分子的空間構型進行解釋和預測。 任務1： 1．水分子中氧原子的sp3雜化軌道有2個是由孤電子對占據的，其分子不呈正四面體構型，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3雜化軌道有1個由孤電子對占據，氨分子不呈正四面體構型，而呈三角錐形。 (1)試說明中心原子的孤電子對如何影響分子的立體構型？ (2)用雜化軌道理論解釋NH3、H2O的空間結構？ 2.用雜化軌道理論解釋BF3、BeCl2的空間結構？ 任務2：根據VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型完成下表。 VSEPR模型及名稱雜化軌道類型典型分子空間結構_______CO2_______SO2_______H2O_______SO3_______NH3_______CH4
(1)凡AB3型的共價化合物，其中心原子A是否均采用sp3雜化軌道成鍵？ (2)ClO、ClO、ClO中，中心原子Cl是以哪種雜化軌道方式與O原子成鍵？它們的空間結構如何？
【學習總結】
回顧本課所學，畫出思維導圖
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