第2課時 雜化軌道理論

第2課時雜化軌道理論

課程目標

1.了解雜化統道理論的基本內容。

2.能根據雜化軌道理論判斷簡單分子或離子的空間構型。

圖說考點

空間構型判斷一雜化軌道理論——雜化方式判斷

基礎知識

［新知預習］

雜化軌道理論簡介

1.用雜化軌道理論解釋甲烷分子的形成

在形成CH4分子時:碳原子的一個軌道和三個

軌道發生混雜，形成四個能量相同、方向不同的雜化軌道。

四個雜化軌道分別與四個H原子的1s軌道重疊成鍵形成

CK分子，所以四個C—H。鍵是等同的?？杀硎緸?/p>

3

渤AP.2s2P.旭伊sP

-tItt|—個|2:—>ff|f~"f~|

2s2p

C原子的雜化軌道

2.雜化軌道的類型與分子立體構型的關系

3

雜化類型spsp2sp

參與雜化的原

子軌道ns

及數目np

雜化軌道數目

雜化軌道

間的夾角

雜化軌道示意菽

圖44

立體構型

實例BeCL、CO2BC13、BF3CF4、SiCl4

［即時性自測］

1.判斷正誤（正確的打“J”，錯誤的打“義”）

（1）雜化軌道與參與雜化的原子軌道的數目相同，但能量不

同。（）

（2）雜化軌道間的夾角與分子內的鍵角不一定相同。（）

（3）凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子其立體構型都

是正四面體形。（）

（4）凡AB3型的共價化合物，其中心原子A均采用sp3雜化軌

道成鍵。（）

（5）根據中心原子的價層電子對數，一般可以確定其雜化方式

以及VSEPR模型。（）

2.下列分子的鍵角為1（）9。28'的是（）

A.CCLB.NH3

C.H20D.P4

3.下列分子的立體構型，可以用sp雜化方式解釋的是（）

A.HC1B.BeCh

C.BCI3D.CCI4

4.下列對sp\sp2、sp雜化軌道的夾角的比較，得出結論

正確的是（）

A.sp雜化軌道的夾角最大

B.sp?雜化軌道的夾角最大

C.sp3雜化軌道的夾角最大

D.sp\sp2、sp雜化軌道的夾角相等

技能素養

提升點雜化軌道理論及其應用

［例］完成下表中的空白

粒子中心原子中心原子雜VSEPR?？臻g結

價層電子對數化軌道類型型構

N3

COS

SF2

AIF3

NH7

SOCI2

IO?

層電子對數與雜化軌道數相等

［提升］(多選)下列各組微粒中，中心原子雜化軌道類型相

同的是()

A.H2s與OF2B.NCL與BCL

C.PCL與H2O2D.COCL與S0F2

［關鍵能力］

雜化軌道理論及其應用

1.雜化軌道理論的要點

(1)形成分子時，通常存在激發、雜化和軌道重疊等過程。但

原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發生，孤立的原子

是不可能發生雜化的。

(2)原子在成鍵時，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組

合成雜化軌道。

(3)一般說來，中心原子有幾個軌道參與雜化，就會形成幾個

能量相同的雜化軌道，就能形成幾個共價鍵，形成對應的分子構

型。但如果分子中存在孤對電子，分子構型會發生變化，如此0、

NH3等。

(4)sp1雜化和sp2雜化的兩種形式中，原子還有未參與雜億的

p軌道，可用于形成兀鍵，而雜化軌道只能用于形成。鍵，或者

用來容納未參與成鍵的孤對電子。

2.雜化軌道類型

(l)sp3雜化：同一個原子中能量相近的一個ns軌道與三個np

軌道進行混合重新組四個新的原子軌道，即sp3雜化軌道。如CH4

分子中sp3雜化軌道形成示意圖：

(2)sp2雜化：同一個原子中能量相近的一個ns軌道與兩個硬

軌道進行雜化組合成三個新的sp2雜化軌道。如C2H4分子中sp2

雜化軌道形成示意圖：

E32p

2s

(3)spi雜化：同一個原子中能量相近的一個〃s軌道與一個

叩軌道進行雜化組合成兩個新的sp】雜化軌道。如C2H2分子中

sp1雜化軌道形成示意圖：

3.用雜化軌道理論解釋典型分子的空間構型

(1)NH3分子的空間構型

在形成N%分子時，氮原子的2s和2p原子軌道發生了sp3

雜化，形成四個sp3雜化軌道，但N%分子中只有三個軌道中的

未成對電子分別與H原子的1s電子形成。鍵，另一個軌道中有

一對孤對電子，不能再與H原子形成o鍵，但孤對電子對成鍵

電子對有較強的排斥作用，使三個N—H鍵鍵角變小(鍵角為

107.3°),所以氨分子的空間構型為三角錐形。

(2)BF3分子的空間構型

B原子的電子排布為Is22s22p「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Is22sl2P[2p]。B原子的2s和兩個2P軌道發生了sp?雜化，

組合成三個sp?雜化軌道，B原子的三個sp?雜化軌道分別與F

原子的一個2P軌道重疊形成三個sp2-po鍵。由于三個sp?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。

(3)BeCL分子的空間構型

Be原子的電子排布為Is22s2,在形成BeCb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sp1

雜化軌道，與C1原子中的3P軌道重疊開彳成兩個spLpo鍵。由于

雜化軌道的夾角是180°,所以形成的BeCb分子的空間構型是直

線形。

s-p雜化軌道和簡單分子幾何構型的關系

等性一化彳、等性會化

雜化方術

sp

軌遒天用180°120°109°28'一一一

中心原孑n<ns

在周期袤《個別mxIV.4V人VI人VI人

中中位置例外）

中心原孑

的孤心孑000/23

對教

分孑的平面:三南

近線切V彩直線1

何構理三角巧面體巧錐巧

媽、叫、NH3、%0、

實例%Ha

映犯科

形成性自評

1.下列關于雜化軌道的說法錯誤的是（）

A.同一原子中能量相近的原子軌道參與雜化

B.軌道數目雜化前后可以相等，也可以不等

C.雜化軌道能量集中，有利于牢固成鍵

D.CH4分子中兩個sp3雜化軌道的夾角為109。28’

2.下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是（）

A.C2H2與C2H4B.C02與SO2

C.CH4與NH3D.BeCb與BF3

3.下列對乙烯分子中化學鍵的分析正確的是（）

A.sp2雜化軌道形成。鍵、未雜化的2P軌道形成兀鍵

B.sp?雜化軌道形成兀鍵、未雜化的2p軌道形成o鍵

C.C、H之間是sp?雜化軌道形成的。鍵，C、C之間是未能

參加雜化的2P軌道形成的兀鍵

DC、C之間是sp?雜化軌道形成的。鍵，C、H之間是未能

參加雜化的2P軌道形成的兀鍵

4.在BrCH=CHBr分子中，C—Br鍵采用的成鍵軌道是

（）

A.sp—pB.sp2—s

C.sp2—pD.sp3-p

5,下列說法正確的是（）

A.凡是中心原子采取sp?雜化軌道成鍵的分子其兒何構型都

是四面體形

3

B.CH4分子中的sp雜化軌道是由4個H原子的1s軌道和C

原子的2P軌道混合而形成的

C.乙烘分子中，兩個碳原子均采用sp?雜化

D.sp3雜化軌道是由同一個原子中能量相近的1個S軌道和3

個p軌道混合起來形成的一組能量相等的新軌道

6.下列分子或離子中，其中心原子的雜化方式和分子或離子

的空間構型均正確的是（）

A.C2H2：sp2、直線形B.sor：sp\三角錐形

C.H3O：sp3、V形D.BF3：sp?、平面三角形

7.在SCh分子中，分子的立體構型為V形，S原子采用sp?

雜化，那么SCh的鍵角（）

A.等于120°B.大于120°

C.小于120°D.等于180°

8.利用雜化軌道埋論填寫卜表。

分子或離中心原子雜化立體構

子類型型

cor

SiF4

BH；

CH3

AsBrs

+

H2F

BeF2

SCh—

溫馨提示：請完成課時作業7

第2課時雜化軌道理論

基礎知識

新知預習

一、1.2s2psp3sp3

2.111123234180°120°109°28z

直線形平面三角形正四面體形

即時性自測

1.⑴J(2)V(3)X(4)X(5)J

2.解析：A、B、C三項中心原子均以sp3雜化，但B、C

兩項中含有孤電子對(NH3：1對；H2O：2對)，故A項鍵角為

109。28’。D項無雜化軌道，P—P鍵之間的鍵角為60。。

答案:A

3.解析：HCI為雙原子分子，雙原子分子中不存在雜化過

程；CC14分子的立體構型呈正四面體形，碳原子以4個sp3雜化

軌道分別與4個氯原子的各1個3P軌道重疊形成4個。鍵;BeCL

是直線形分子，鉞原子以2個sp雜化軌道分別與2個氯原子的

各1個3P軌道重疊形成2個。鍵；BCL為平面三角形結構，硼

原子以3個sp?雜化軌道分別與3個氯原子的各1個3P軌道重疊

形成3個o鍵。

答案：B

4.解析：sp雜化軌道的夾角為180。，sp?雜化軌道的夾角為

120。，sp3雜化軌道的夾角為109。28’。

答案：A

技能素養

例答案：

中心原子價中心原子雜VSEPR模

粒子空間構型

層電子對數化軌道類型型

Na2SP直線形直線形

COS2sp直線形直線形

4sp3V形

SF2四面體

平面三角平面三角

A1F33sp2

形形

NH74sp3四面體V形

S0C1平面三角平面三角

3sp-

2形形

1074sp3四面體三角錐形

提升解析：H2s與0F2中中心原子價層電子對數均為4,

發生sp3雜化，A正確；N03與BC13分子中中心原子雜化方式分

別為Sp3、Sp?雜化，B錯誤；PC13與H2O2中中心原子雜化方式

均為sp3雜化，C正確；COC12與SOF2的中心原子雜化方式分別

為sp2、sp3雜化,D錯誤。

答案：AC

形成性自評

1.解析：參與雜化的原子軌道，其能量不能相差太大，如

1s軌道與2s、2P軌道能量相差太大，不能形成雜化軌道，即同

一原子中只有能量相近的原子軌道才能參與雜化，故A正確；

軌道數目雜化前后一定相等，故B錯誤；雜化軌道的電子云一頭

大一頭小，成鍵時利用大的一頭，可使電子云重疊程度更大，形

成牢固的化學鍵，故C正確；CH4分子中每兩個sp3雜化軌道的

夾角都為109。28'，故D正確。

答案：B

2.解析：C2H2分子中的C采用spi雜化，C2H4分子中的C

采用sp2雜化，故A不正確；C02分子中的C采用sp1雜化，SO2

分子中的S采用spz雜化，故B不正確；CH4分子中的C采用sp3

雜化，N%分子中的N也采用sp?雜化，故C正確；BeCL分子

中的Be采用sp1雜化，BF3分子中的B采用spn雜化，故DK正

確。

答案：C

3.解析：乙烯分子中存在4個C—H鍵和1個C==C鍵，

C原子上無孤電子對，。鍵電子對數為3,則C原子采取sp?雜

化，C、H之間是sp?雜化軌道形成的。鍵，C、C之間有一個是

sp2雜化軌道形成的。鍵，另一個是未參加雜化的2p軌道形成的

兀鍵。

答案：A

4.解析：BrCH=CHBr分子中的兩個碳原子都是采取sp?

雜化，溟原子的價電子排布式為4s24P5,4p軌道上有一個單電子，

與碳原子的一個sp2雜化軌道成鍵，故C—Br鍵采用的成鍵軌道

是sp2—p,C項正確。

答案：c

5.解析：中心原子采取sp3雜化的分子，VSEPR模型是四

面體形，但其立體構型不一定是四面體形，如水和氨氣分子中的

中心原子均采取sp3雜化，但H?0是V形分子，NH3是三角隹形

分子，A項錯誤；甲烷分子中碳原子形成4個。鍵且不含孤電子

對，碳原子采取sp3雜化，這4個sp3雜化軌道分別與4個氫原

子的1s軌道重疊，形成4個C—H。鍵，B項錯誤；乙煥分子中

每個C原子形成2個。鍵和2個兀鍵，價層電子對數是2,且不

含孤電子對，故C原子均為sp雜化，C項錯誤；同一個原子中

能量相近的s軌道和p軌道通過雜化可形成一組能量相等的新軌

道，D項正確。

答案：D

6.解析：乙快的結構式為H—C三C—H,每個碳原子的價

層電子對數是2,且不含孤電子對，所以C原子均采取sp雜化,

C2H2為直線形結構，A項錯誤；SOF的中心原子的價層電子對

數=4+：X(6+2—4X2)=4,所含孤電子對數為0,雜化軌道數

為4,S原子采取卬3雜化，分子的空間構型為正四面體形，B項

錯誤；AO'的中心原子的價層電子對數=3+；X(6—1—3X1)

=4,所以中心原子采取sp?雜化，因該離子中含有一對孤電子對，

所以其空間構型為三角錐形，C項錯誤；BF3的中心原子的價層

電子對數=3+0=3,雜化軌道數為3,所以B原子采取spz雜化,

所含孤電子對數%0,所以其空間構型為平面三角形，D項正確。

答案：D

7.解析：SO?分子的VSEPR模型為平面三角形，從理論上

看其鍵角應為120°,但由于Sth分子中的S原子有一對孤電子

對，對其他的兩個化學鍵存在排斥作用，因此SO2分子中的鍵角

應小于120%

答案：C

8.答案：

分子或離子中心原子雜化類型立體構型

corsp2雜化平面三角形

SiF4Sp3雜化正四面體

BHIsp3雜化正四面體

CH?Sp?雜化平面三角形

AsBr?sp3雜化三角錐形

+雜化

H2FSp?V形

BeF2sp雜化直線形

SC12Sp?雜化V形

階段重點突破練

一'選擇題：每小題只有一個選項符合題意。

1.下列有關雜化軌道的說法不正確的是（）

A.雜化軌道全部參加形成化學鍵

B.sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角分別為109。28'、為0。、180。

C.四面體形、三角錐形、V形分子的結構可以用sp3雜化軌道解釋

D.雜化前后的軌道數不變，但軌道的形狀發生了改變

答案A

解析雜化軌道可以部分參加形成化學鍵，例如NH-i中N發生了sp3雜化，形成了4個sp-'

雜化軌道，但是只有3個參與形成化學鍵，故A錯誤；sp\sp\sp雜化軌道其空間結構分

別是正四面體形、平面三角形、直線形，所以其夾角分別為109°28'、120。、180。，故B

正確；四面體形、三角錐杉、V形分子的結構可以用sp3雜化軌道解釋，如甲烷、氮氣分子、

水分子等分子的中心原子均屬于sp，雜化，故C正確；雜化前后的軌道數不變，雜化后，各

個軌道盡可能分散、對稱分布，導致.軌道的形技發生了改變，故D正確“

2.下列關于氨氣和甲烷的說法不正確的是（）

A.兩種分子的VSEPR模型相同

B.NH3分子中N原子形成四個不等性雜化軌道，CE分子中C原子形成4個等性雜化軌道

C.NH3分子中有一對未成鍵的孤電子對，而甲烷分子中沒有孤電子對，兩分子的空間結構

不同

D.N%分子可以與H+結合生成NH；,這個過程N原子的雜化類型發生改變

答案D

解析氮氣分子中氮原子雜化軌道數為1+3=4,屬于sp3雜化；甲烷分子中的碳原子雜化

凱道數為0+4=4,屬于sp3雜化，類型相同，A正確：N%分子中N原子有孤也子對，所

以敘原子雜化凱道數為1+3=4,形成四個不等性雜化軌道；甲烷分子中的碳原子無孤電子

對，雜化凱道數為0+4=4,形成4個等性雜化軌道，B正確；NH3中N原子形成3個o鍵，

有一對未成鍵的孤電子對，雜化軌道數為4,采取sp3雜化，孤曲子對對成鍵電子的排斥作

用較強，N—H之間的鍵角小于109。28',所以氯氣分子空間結構是三角錐形；CH4分子中

C原子采取sp3雜化，雜化軟道全部用于成鍵，碳原子連接4個相同的原子，c—H之間的

鍵角相等為109°28',故CHj為正四面體形，C正確；NH3分子可以與H卡結合生成NH；,

這個過程N原子的雜化類型并未發生改變，仍是sp3雜化，正確選項D。

3.徐光憲在《分子共和國》一書中介紹了許多明星分子，如H2O2、CO?、BR、CHACOOH

等。下列說法正確的是（）

A.H2O2分子中的。為sp2雜化

B.CO2分子中C原子為sp雜化

C.BF3分子中的B原子卬3雜化

D.CH3coOH分子中C原子均為sp?雜化

答案B

解析H2O2分子中氧原子形成2個。鍵，含有2對孤電子對，采取sp?雜化，故A錯誤；

CO2分子中C原子形成2個。鍵，沒有孤電子對，采取sp雜化，故B正確：BF3分子中的

B原子的最外層位子數3,形成3個。鍵，沒有孤電子對，采取sp2雜化，故C錯誤;CH3coOH

分子中有2個碳原子，其中甲基上的碳原子形成4個。健，沒有孤對電子，采取sp3雜化，

故D錯誤。

4.下列物質中，化學鍵類型和分子空間構型皆相同的是（）

A.CO2和SO3B.CH4fUSiH4

C.BF3和PH3D.HC1和NHC

答案B

解析C02和S03都含有共價鍵，但CO2為直線形分子，SO3為平面三角形，故A錯誤；

CH」和SiH&都含有共價鍵，且都是正四面體形，故B正確；BR和P%都含有共價鍵，BF3

為平面三角形，PH3為三角錐形，故C錯誤；HC1只含共價鍵，NHK1含有離子鍵和共價

蛙，故D錯誤。

5.用價層電子對互斥理論判斷SO3的空間構型為（）

A.正四面體形B.V形

C.三角錐形D.平面三角形

答案D

解析SO3的中心原子硫原子的價電子數為6,與中心原子結合的原子數為3,氧原子最多

能接受的電子數為2,則中心原子的孤電子對數=；X（6—3X2）=0,故價層電子對數=。鍵

電子對數=3,S03的空間構型與其價層電子對互斥模型一致，為平面三角形。

6.下列描述中正確的是（）

A.COz分子的空間結構為V形

B.CIO］的空間結構為平面三角形

C.SF6中每個原子均滿足最外層8電子穩定結構

D.SiFj和SO歹的中心原子均為sp3雜化

答案D

解析CO2分子中C原子形成2個。鍵，孤電子對數為0,為直線形分子；QO,中C1原子

形成3個。鍵，孤電子對數為2上巧^^=1,為三角維形離子；SFG中S原子最外層電

子數為6X2=12;SiF4分子中Si原子形成4個。健，孤也子對數為0,為sp'雜化，SO歹中

S原子形成3個o鍵，孤原子對成為3+X2）=],為sp3雜化，D正確。

二、選擇題：每小題有一個或兩個選項符合題意。

7.下列中心原子的雜化軌道類型和分子空間結構不正確的是（）

A.PC13中P原子sp3雜化,為正四面體形

B.BCL中B原子sp?雜億，為平面三角形

C.H2s中S原子為sp雜化，為直線形

D.CS?中C原子sp雜化，為直線形

答案AC

解析PC13中P原子形成3個。鍵，孤電子對數為一尸=1，則為Sp*雜化，為三角錐形，

3—3X1

故A錯誤；BCb中B原子形成3個。鍵，孤電子對數為2―—=°，則為sp?雜化，為平

面三角形，故B正確：H2s分子中S原子形成2個o鍵，孤電子對數為；XI=2,則為

sp3雜化，為V形，故C錯誤；CS2中C原子形成2個。鍵，孤電子對數為一）=0,則

為sp雜化，為直線形，故D正確。

8.下表中各粒子對應的空間結構及雜化方式均正確的是（）

選項粒子空間結構雜化方式

ASO3平面三角形S原子采取sp雜化

形原子采取雜化

Bso2VSsp3

Ccor三角錐形C原子采取sp2雜化

DC2H2直線形C原子采取sp雜化

答案D

9.下列中心原子的雜化軌道類型和分子空間結構不正確的是（）

A.NO*中N原子sp?雜化，為V形

B.NH；中N原子sp3雜化，為正四面體形

C.NR中N原子sp2雜化，為平面三角形

D.SO2中S原子sp2雜化，為V形

答案C

5—3X1

解析NF.?分子中，N原子形成3個。鍵，孤電子對數為2—\—=1,則為sp3雜化，為三

角錐形，C錯誤。

三、非選擇題

10.指出下列粒子的空間結構

(DOFz_______；(2)BeF2；(3)PF3；(4)BrO；。

答案(1)V形

(2)直線形

⑶三角錐形

(4)三角錐形

解析(DOF?中中心原子為O,價層電子對數=2+6；X2=4,成健電子對數為2,孤電

子對數為2,孤電子對越多，排斥力越大，所以OF2分子的空間結構為V形。

2—JX2

(2)BeF2中中心原子為Be,價層也子對數=2+—廣l=2,成鍵包子對數為2,孤電子對

數為()，由于無孤電子對的排斥，所以BeF2為直線形。

5—?x3

(3)PF3中中心原子為P,價層也子對數=3+—『=4,成鍵電子對數為3,孤電子對數為

1.由于有一對孤電子對對成鍵電子對的排斥,所以PF；分子結構為三角錐形。

7+I_ox3

(4)BrO；中中心原子為Br,價層也子對數=3+------廣一=4,成鍵電子對數為3,孤電

子對數為1,由于孤電子對對成鍵電子對的排斥，所以BrOf的空間結構為三角錐形。

11.(河北衡水中學高二月考)(1)在BF3分子中，F—B—F的鍵角是,硼原子的雜化

軌道類型為，BE和過量NaF作用可生成NaBF4，BF4的空間構型為。

⑵明(N2H。分子可視為N%分子中的一個氫原子被一NHX氨基)取代形成的另一種氮的氫化

物。N比分子的空間構型是;N2H4分子中氮原子軌道的雜化類型是,

(3汨+可與H20形成H.Q'ECr中氧原子采用雜化。HQ+中H—O—H鍵角比H2O

中H—O—H鍵角大，原因為o

(4)SCT的空間構型是,其中硫原子的雜化軌道類型是。

答案⑴120。sp2正三面體形

⑵三角錐形sp3

⑶sp3氏0中氧原子有2對孤電子對，HQ，中氧原子只有1對孤電子對，排斥力較小

(4)正四面休形sp3

解析(1)因為BF3的空間構型為平面三角形，所以F—B—F的鍵角為120。。

(4)SOK的中心原子S的成鍵電子對數為4,無孤電子將，為正四面體結構，中心原子采用

sp3雜化。

H

I

H(>—C—C=N

I

12.(1)HOCH2CN的結構簡式為H,HOCH2CN分子中碳原子軌道的雜化類

型分別是和。

⑵下列一組微粒中鍵角由大到小順序排列為(填字母)。

+

A.CO2B.SiF4C.SCI2D.COfE.H3O

答案⑴Sp'Sp

(2)A>D>B>E>C

解析(2)A項，CO?是直線結構，鍵角為180°;B項，SiF,為正四面體結構，鍵角為109。28';

C項，SCb中S采用sp3雜化，為V形結構；D項，COM中C采用sp?雜化，為平面三角形

結構，鍵角為120°;E項，H.Q+中O采用sp，余化，為三角錐形結構，C中2對孤電子對

之間的