高中化学 第2章 化学键与分子间作用力 本章重难点专题突破二 杂化轨道理论的“五大要点”学案 鲁科版选修3-鲁科版高二选修3化学学案VIP免费

2杂化轨道理论的“五大要点”1．原子轨道杂化后的变化情况杂化理论是为了合理解释分子的空间构型而提出的。(1)杂化的原因：原子在形成分子时为增强成键能力和分子的稳定性，能量相近的原子轨道会进行杂化。(2)杂化后轨道的变化：在成键的过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道组合，重新分配能量和确定轨道空间伸展方向，组成数目相等的新的轨道，这个过程即称为杂化。杂化的结果是轨道成分变了，轨道的能量变了，轨道的形状也变了。杂化后的新轨道完全不同于原来的原子轨道，这些新轨道的能量是等同的。因此，杂化轨道比原来的轨道成键能力更强了，从而使生成的分子更稳定。(3)杂化轨道成键能力强的原因：由于成键原子轨道杂化后，轨道角度分布图的形状发生了变化(形状是一头大，一头小)，杂化轨道在某些方向上的角度分布比未杂化的p轨道和s轨道的角度分布大得多，能够形成更大的重叠，因此杂化轨道比原有的原子轨道成键能力更强。2．哪些原子轨道可以杂化并非所有的原子轨道都可以杂化，只有能量相近的价电子的原子轨道才能参与杂化。杂化时成对电子受到激发会到空轨道上，其所需的能量完全可用成键时放出的能量予以补偿。孤立的原子本身并不会杂化，只有当原子相互作用形成化学键的过程中需要发生原子轨道的最大重叠，才会使原子内原来的轨道发生杂化，以提高成键能力。3．杂化轨道的类型与分子的空间构型按参加杂化的s轨道、p轨道数目的不同，可分为sp1、sp2、sp3三种杂化。sp1、sp2、sp3杂化轨道的夹角如图所示：杂化轨道形成的键为σ键，而分子的空间构型主要取决于分子中σ键形成的骨架，所以杂化轨道的类型与分子的空间构型有关。4．杂化轨道理论要点(1)在形成分子前，中心原子的能量相近的价电子的原子轨道进行杂化，形成杂化轨道。(2)杂化轨道的数目与参加杂化的轨道数目相等。(3)杂化类型与中心原子的价电子排布及其他原子个数有关。(4)杂化轨道成键有饱和性和方向性。(5)杂化轨道在空间的伸展方向决定了分子的空间构型。【典例4】回答下列问题：(1)为什么CH4、NH3、H2O分子中中心原子的杂化轨道的类型都为sp3杂化，但三者的空间构型却大不相同？答案CH4分子中的sp3杂化，每个H原子占据四面体的一个顶点，分子为正四面体形。NH3分子中虽是sp3杂化，3个H原子占据四面体三个顶点，一对孤对电子占据一个顶点，故N原子与三个氢原子构成三角锥形。H2O分子中也是sp3杂化，2个H原子占据四面体两个顶点，另两个顶点被两对孤对电子占据，故O原子与两个H原子呈V形，即水分子呈V形。(2)BF3是平面三角形，但NF3是三角锥形，试用杂化轨道理论加以说明。答案BF3中B原子以sp2杂化轨道与三个F原子的各一个2p轨道重叠形成三个σ键。由于三个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角为120°，所以BF3为平面三角形结构。而NF3分子中氮原子采用sp3杂化，有一对孤对电子占据一个杂化轨道，3个sp3杂化轨道与F原子的2p轨道形成三个共价键，由于孤对电子占据四面体的一角，使NF3分子形状成为三角锥形。【典例5】说明下列分子是由哪些轨道或杂化轨道重叠成键的。(1)ICl(2)NI3(3)CH3Cl(4)CO2答案(1)ICl中，Cl原子以一个3p轨道，I原子以一个5p轨道重叠组成一个共价键。(2)NI3中N原子的2s和2p轨道采取sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，除一对孤对电子所占的一个杂化轨道外，其余三个杂化轨道分别与三个I原子的各一个5p轨道重叠成键。(3)CH3Cl中C原子的2s和2p轨道采取sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，其中的三个杂化轨道与三个H原子的1s轨道重叠形成三个共价键，另一个杂化轨道与Cl原子的含单电子的3p轨道重叠形成一个共价键。(4)CO2中，C原子的一个2s轨道与一个2p轨道实行sp1杂化，形成两个成分相同、能量相等的sp1杂化轨道，再分别与两个O原子中各一个含单电子的2p轨道重叠，形成σ键；C原子余下的两个2p轨道(各含一个电子)再分别与一个O原子(共两个)中的另一个2p轨道重叠形成π键。因此，每一对C===O组合间含有一个σ键和一个π键，为双键结构。