文档内容
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
第二课时 杂化轨道理论简介
【学习目标】1. 理解杂化轨道理论的主要内容。
2. 能用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子空间结构。
【学习重点】应用杂化轨道理论解释分子的空间结构。
【学习难点】用杂化轨道理论解释含有孤电子对的分子的空间结构。
【课前预习】
旧知回顾：
1、书写C和H的 电子排布式和轨道表示式？
H：1s1 C：1s22s22p2
2、CH 的电子式、结构式和空间构型？
4
正四面体形
3、价层电子对的计算公式？
1
（a−xb)
2
价层电子对数=σ键电子对数+
新知预习：
1、杂化轨道是一种 价键 理论，它的提出者是 鲍林
2、杂化轨道的三种类型： s p 、 s p 2 、 s p 3
3、 VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系
VSEPR模型名称 直线形 平面三角形 四面体形 正四面体形
中心原子的杂化轨道类型 sp sp2 sp3 sp3
【课中探究】
情景导入：复习提问，请同学们回顾一下甲烷的分子式、电子式、结构式，碳原子的轨道表示式以及
甲烷的空间结构是什么样的？导入新课。
CH、 、 、 、正四面体形
4
任务一、探究杂化轨道理论【学生活动】阅读教材P 第2、3、4、5自然段和P 图2-15和图2-16，小组合作，回答下列问题：
47 48
1、杂化轨道类型
类型 形成过程 夹角 空间结构
sp3 sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的 109°28′ 正四面体形
sp2 sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的 120° 平面三角形
sp sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的 180° 直线形
2、原子轨道发生sp、sp2杂化时，还有未参与杂化的p轨道，可用于形成 π 键，而杂化轨道用于
形成 σ 键或用来容纳 未参与成键的孤电子对 。
任务二、探究杂化轨道类型与分子的空间结构的关系
【学生活动】阅读教材P 自然段和P 表2-5，补充下列表格：
48 49
VSEPR模型 直线形 平面三角形 四面体形
中心原子的杂 sp sp2 sp3
化轨道类型
任务三、探究杂化轨道类型的判断方法
【学生活动】小组讨论，从价层电子对数、VSEPR模型、杂化轨道间的夹角三个方面填写表格，总结
判断杂化轨道类型的方法。
1、利用价层电子对数进行判断
价层电子对数 杂化轨道类型
2 sp
3 sp2
4 sp3
2、利用空间构型进行判断
VSEPR模型 直线形 平面三角形 四面体形
中心原子的杂 sp sp2 sp3
化轨道类型
3、利用杂化轨道间的夹角进行判断
杂化轨道间的夹角 杂化轨道类型
109º28´ sp3
120º sp2
180º sp
【思考与讨论】确定BF 和HO+的中心原子的杂化轨道类型，并与同学讨论。
3 3
BF 的中心原子B的孤电子对数为0,价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，中心原子B
3
的杂化轨道类型为sp2杂化。同理，HO+的中心原子O的孤电子对数为1，价层电子对数为4，VSEPR
3
模型为四面体形，中心原子O的杂化轨道类型为sp3杂化。
【对应训练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.杂化轨道数与杂化前后轨道数不相同
【答案】D【解析】杂化轨道数与杂化前后轨道数相同，D错误。
【对应训练2】杂化轨道理论是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。下列关于 sp、sp2、sp3杂化轨
道的夹角的比较正确的是（ ）
A.sp杂化轨道的夹角最大 B.sp2杂化轨道的夹角最大
C.sp3杂化轨道的夹角最大 D.sp、sp2、sp3杂化轨道的夹角相等
【答案】A
【解析】sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28´、120°、180°,故A项正确。
【对应训练3】下列中心原子的杂化轨道类型和分子的空间结构不正确的是（ ）
A.CCl 中C原子为sp3杂化，为正四面体形
4
B.H S分子中S原子为sp2杂化，为直线形
2
C.CS 中C原子为sp杂化，为直线形
2
D.BF 中B原子为sp2杂化，为平面三角形
3
【答案】B
【解析】CCl 中C原子的价层电子对数为4,C原子为sp3杂化，则CCl 为正四面体形，A项正确。HS分子
4 4 2
中S原子含有2对σ键电子对和2对孤电子对，则S原子为sp3杂化，HS分子为V形结构，B项错误。
2
CS 中C原子有2对σ键电子对，不含孤电子对，则C原子为sp杂化，CS 为直线形，C项正确。BF 中B
2 2 3
原子有3对σ键电子对，不含孤电子对，则B原子为sp2杂化，BF 为平面三角形，D项正确。
3
【对应训练4】完成下表中的空白
原子总数 粒子 中心原子孤电子对数 中心原子的杂化轨道类型 空间结构
CO 0 sp 直线形
2
3 SO 1 sp2 V形
2
HO 2 sp3 V形
2
HCN 0 sp 直线形
BF 0 sp2 平面三角形
3
4 NH 1 sp3 三角锥形
3
HO+ 1 sp3 三角锥形
3
CHO 0 sp2 平面三角形
2
5 CH 0 sp3 正四面体形
4
SO 2- 0 sp3 正四面体形
4
【解析】CO 的价层电子对数=2+1/2(4-2×2)=0，孤电子对数为0，所以杂化轨道类型是sp杂化。空间结构
2
为直线形；SO 的价层电子对数=2+1/2(6-2×2)=3，孤电子对数为1，所以杂化轨道类型是sp2杂化，空间结
2
构为V形；HO的价层电子对数=2+1/2(6-2×1)=4，孤电子对数为2，所以杂化轨道类型是sp3杂化，空间结
2
构为V形；HCN的结构式为H-C≡N，碳的孤电子对数为0，有2对σ键电子对，所以杂化轨道类型是sp
杂化，空间结构为直线形；BF 的价层电子对数=3+1/2(3-3×1)=3，孤电子对数为0，所以杂化轨道类型是
3
sp2杂化，空间结构为平面三角形；NH 的价层电子对数=3+1/2(5-3×1)=4，孤电子对数为1，所以杂化轨道
3
类型是sp3杂化，空间结构为三角锥形；HO+的价层电子对数=3+1/2(6-1-3×1)=4，孤电子对数为1，所以杂
3化轨道类型是sp3杂化，空间结构为三角锥形；CHO的结构式为
2
，碳的孤电子对数为0，有3对σ键电子对，所以杂化轨道类型是sp2杂化，空间结构为平面三
角形；CH 的价层电子对数=4+1/2(4-1×4)=0，孤电子对数为0，所以杂化轨道类型是sp3杂化，空间结构为
4
正四面体形；SO 2-的价层电子对数=4+1/2(6+2-2×4)=0，孤电子对数为0，所以杂化轨道类型是sp3杂化，空
4
间结构为正四面体形。
【课后巩固】1.（易）下列说法中，正确的是（ ）
A.杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对
B.凡是中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构都是正四面体形
C.凡是AB 型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
3
D.SCl 属于AB 型共价化合物，中心原子S采取sp3杂化轨道成键
2 2
【答案】A
【解析】中心原子采取sp3杂化的分子，若中心价层电子不含孤电子对，空间结构是正四面体形，若含1对
孤电子对，则为三角锥形，若含2对孤电子对，则为V形，B错误；AB 型的共价化合物，若A原子最外
3
层含有1对孤电子对，则A原子采取sp3杂化，若A原子最外层不含孤电子对，则A原子采取sp2杂化，C
错误；SCl 中S原子形成2个σ健，且含2对孤电子对，则S原子采取sp3杂化，D错误。
2
2.（易）下列分子中的中心原子是sp2杂化的是（ ）
A.NH B.CH C.BF D.HO
3 4 3 2
【答案】C
【解析】根据杂化轨道的数目判断中心原子杂化方式：杂化轨道数目=σ键数+弧电子对数。NH 中N原子
3
形成3个σ键且含1对孤电子对，则N原子采取sp3杂化，A错误；CH 中C原子形成4个σ键，不含孤电
4
子对，则C原子采取sp3杂化，B错误；BF 中B原子形成3个σ键，不含孤电子对，则B原子采取sp2杂
3
化，C正确；HO分子中O原子形成2个σ键且含2对孤电子对，则O原子采取sp3杂化，D错误。
2
3.（易）关于CO 和SO 的说法中，正确的是（ ）
2 2
A.C和S上都没有孤电子对
B.C和S都是sp3杂化
C.都是AB 型，所以空间结构都是直线形
2
D.CO 的空间结构是直线形，SO 的空间结构是V形
2 2
【答案】D
【解析】CO 中C原子的孤电子对数为1/2(4-2×2)=0, SO 中S原子的孤电子对数为1/2(6-2×2)=1，A错误：
2 2C原子采取sp2杂化，S原子采取sp3杂化，B错误; CO 是直线形，SO 是V形，C错误，D正确。
2 2
4.（易）下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是（ ）
A.由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成
B.所形成的3个sp2杂化轨道的能量相同
C.每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一
D.sp2杂化轨道最多可形成2个σ键
【答案】D
【解折】同一能层上的s轨道与p轨道的能量差异不大，sp2杂化轨道是由同一能层上的s轨道与p轨道杂
化而成的，A项正确；同种类型的杂化轨道能量相同，B项正确；sp2杂化轨道是由1个s轨道与2个p轨
道杂化而成的，C项正确；sp2杂化轨道最多可形成3个σ键，D项错误。
5.（中）在SO 分子中，分子的空间结构为V形，S原子采用sp2杂化，那么SO 的键角（ ）
2 2
A.等于120° B.大于120° C.小于120° D.等于180°
【答案】C
【解折】SO 分子的 VSEPR模型为平面三角形，从理论上看其键角应为 120°,但由于SO 分子中的S原子
2 2
有一对孤电子对，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此SO 分子中的键角应小于120°。
2
6.（中）CH+、CH—、-CH 都是重要的有机反应中间体，下列说法不正确的是（ ）
3 3 3
A.碳原子均采取sp2杂化
B.CH +中所有原子共面
3
C.CH —的空间结构为三角锥形
3
D. CH+和CH—结合可得到CHCH
3 3 3 3
【答案】A
【解折】CH—和-CH 中碳原子采取sp3杂化，A项错误；CH+中碳原子采取sp2杂化，为平面三角形，所有
3 3 3
原子共面，B 项正确；CH—中 C 采取 sp3杂化，为三角锥形，C 项正确；CH+和 CH—结合可得到
3 3 3
CHCH,D项正确。
3 3
7.（易）下列分子的中心原子采取sp2杂化的是（ ）
A.HO B.NH C. C H D.CH
2 3 2 4 4
【答案】C
【解析】根据价层电子对互斥模型判断中心原子杂化类型，σ键个数、孤电子对数和中心原子杂化类型如
下表：
σ键个数 孤电子对数 中心原子杂化类型
HO 2 2 sp3
2
NH 3 1 sp3
3
C H 3 0 sp2
2 4
CH 4 0 sp3
4
8.（易）正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)杂化轨道只用于形成共价键（ ）
(2)中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体形结构（ ）
(3)NH 为三角锥形，N发生sp2杂化（ ）
3
(4)只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化（ ）
(5)中心原子是sp杂化的，其分子的空间结构不一定为直线形（ ）
(6)价层电子对互斥模型中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数（ ）
【答案】（1）×（2）×（3）×（4）√（5）×（6）√
【解析】（1）杂化轨道用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对
（2）也可以是三角锥形，例如氨气，或者V形，例如水
（3）N发生了sp3杂化
（4）利用空间构型可以判断杂化方式
（5）利用空间构型可以判断杂化方式，一定为直线形
（6）σ键计入，π键不计入
9.乙炔分子的碳原子采取什么杂化方式？它的杂化轨道用于形成什么化学键？怎样理解它存在碳碳三键？
答案：乙炔分子中的碳原子采取sp杂化方式。在乙炔分子中，2个碳原子各以1个sp杂化轨道与1个氢原
子的1s轨道重叠形成1个C-Hσ键，同时又各以另1个sp杂化轨道形成1个C-Cσ键。除此之外，两个碳
原子又通过各自的2个未参加杂化的轨道（相互垂直）重叠形成了2个π键。因此，乙炔的三键中有1个σ
键和2个π键。
10. （易）计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数，判断中心原子的杂化轨道类型，写出VSEPR模型名称。
(1)CS ： 、 、
2
(2)NH +： 、 、
4
(3)H O： 、 、
2
(4)PCl ： 、 、
3
(5)BCl ： 、 、
3
【答案】（1）2 sp 直线形 （2）4 sp3 正四面体形 （3）4 sp3 四面体形
（4）4 sp3 四面体形（5）3 sp2 平面三角形
