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高中化学7：杂化轨道 1、概念理解 原子在形成分子时，原子轨道不可能只重叠而本身不变，实际上个原子的价电子运动状态必然改变，而使成键能力尽可能增加，体系能量尽可能降低。能量相近的不同原子轨道重新合成相同数目的新原子轨道。通常有sp型、dsp型、spd型等。 杂化并非一个实际过程，而是一个数学概念。为了得到波动方程有关价层电子的解，及波函数而采取的一个步骤。 和原有的s、p轨道相比，杂化轨道分布图具有一个肥大的正瓣，这一区域大大有利于成键轨道之间的重叠。而且杂化轨道空间分布合理，降低了成键电子的排斥。2个方面都有利于体系能量的下降。 2、价层电子对互斥理论（VSEPR理论）对轨道形状的推测2.1、价层电子对互斥理论（VSEPR理论）： 对于一个ABm型分子（或离子），围绕中心A原子的价层对子对（包括成键电子对和未成键的孤电子对）的空间分布是受静电相互作用所支配。电子对之间尽可能互相远离，这样斥力小，体系趋于稳定。 2.2、A原子价层电子对数的确定： [A原子价层电子数 + B原子提供的用于形成共价单键的电子数（双剑、三键均按生成一个单键考虑）]/2 若是阴离子，电子数要加阴离子电荷数，阳离子则要减去。 B是H或卤素元素，每个原子提供一个共用电子。 B若是是氧族元素，规定不提供共用电子。
四氯化碲TeCl4分子：Te有6个价层电子，加上4个Cl提供的共用电子，中心Te原子价层电子数等于10，对数为5。 SO42-离子：S有6个价层电子，规定O原子不提供共用电子，加上离子电荷数2，中心S原子价层电子数等于8，对数为4。 2.3、VSEPR理论推测分子形状： 判断非过渡元素化合物的分子（或离子）的几何构型是相当成功的。价层电子对数在4以内，未发现例外；价层电子对数为5、6时，发现个别例外；价层电子对数为7以上时，中心不单一，出入较大；步骤：1、确定中心原子的价层电子对数 2、确定价层电子对对应的最佳分布构型：2直线、3平面三角、4正四面体、5三角双锥体、6正八面体。 3、依据价层电子对相互作用斥力大小选出最稳定布局。依此布局将配位原子排列在中心原子周围。 电子对之间斥力大小：孤-孤＞孤-成＞成-成 按照力学分析，很好理解。 2个同等力作用1个点，稳定结构是直线，夹角180度。 3个同等力作用1个点，稳定结构是平面，夹角120度。 4个同等力作用1个点，稳定结构是（正四面体、平面正方体等），正四面体夹角109.5度。 5个同等力作用1个点，稳定结构是三角双锥体 6个同等力作用1个点，稳定结构是正八面体
高中化学选修3知识点总结 二、复习要点 1、原子结构 2、元素周期表和元素周期律 3、共价键 4、分子的空间构型 5、分子的性质 6、晶体的结构和性质 （一）原子结构 1、能层和能级 （1）能层和能级的划分 ①在同一个原子中，离核越近能层能量越低。 ②同一个能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级s、p、d、f，能量由低到高依次为s、p、d、f。 ③任一能层，能级数等于能层序数。 ④s、p、d、f……可容纳的电子数依次是1、3、5、7……的两倍。 ⑤能层不同能级相同，所容纳的最多电子数相同。 （2）能层、能级、原子轨道之间的关系 每能层所容纳的最多电子数是：2n2（n：能层的序数）。 2、构造原理 （1）构造原理是电子排入轨道的顺序，构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。 （2）构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，也是绘制基态原子轨道表示式的主要依据之一。
（3）不同能层的能级有交错现象，如E（3d）＞E（4s）、E（4d）＞E（5s）、E（5d）＞E（6s）、E（6d）＞E（7s）、E（4f）＞E（5p）、E（4f）＞E（6s）等。原子轨道的能量关系是：ns＜（n-2）f ＜（n-1）d ＜np （4）能级组序数对应着元素周期表的周期序数，能级组原子轨道所容纳电子数目对应着每个周期的元素数目。 根据构造原理，在多电子原子的电子排布中：各能层最多容纳的电子数为2n2 ；最外层不超过8个电子；次外层不超过18个电子；倒数第三层不超过32个电子。 （5）基态和激发态 ①基态：最低能量状态。处于最低能量状态的原子称为基态原子。 ②激发态：较高能量状态（相对基态而言）。基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级时的状态。处于激发态的原子称为激发态原子。 ③原子光谱：不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收（基态→激发态）和放出（激发态→较低激发态或基态）不同的能量（主要是光能），产生不同的光谱——原子光谱（吸收光谱和发射光谱）。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。 3、电子云与原子轨道 （1）电子云：电子在核外空间做高速运动，没有确定的轨道。因此，人们用“电子云”模型来描述核外电子的运动。“电子云”描述了电子在原子核外出现的概率密度分布，是核外电子运动状态的形象化描述。 （2）原子轨道：不同能级上的电子出现概率约为90%的电子云空间轮廓图称为原子轨道。s电子的原子轨道呈球形对称，ns能级各有1个原子轨道；p电子的原子轨道呈纺锤形，n p能级各有3个原子轨道，相互垂直（用p x、p y、p z表示）；n d能级各有5个原子轨道；n f能级各有7个原子轨道。 4、核外电子排布规律 （1）能量最低原理：在基态原子里，电子优先排布在能量最低的能级里，然后排布在能量逐渐升高的能级里。 （2）泡利原理：1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋方向相反。 （3）洪特规则：电子排布在同一能级的各个轨道时，优先占据不同的轨道，且自旋方向相同。 （4）洪特规则的特例：电子排布在p、d、f等能级时，当其处于全空、半充满或全充满时，即p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14，整个原子的能量最低，最稳定。 能量最低原理表述的是“整个原子处于能量最低状态”，而不是说电子填充到能量最低的轨道中去，泡利原理和洪特规则都使“整个原子处于能量最低状态”。 电子数 （5）（n-1）d能级上电子数等于10时，副族元素的族序数=n s能级电子数 （二）元素周期表和元素周期律 1、元素周期表的结构 元素在周期表中的位置由原子结构决定：原子核外的能层数决定元素所在的周期，原子的价电子总数决定元素所在的族。 （1）原子的电子层构型和周期的划分 周期是指能层（电子层）相同，按照最高能级组电子数依次增多的顺序排列的一行元素。即元素周期表中的一个横行为一个周期，周期表共有七个周期。同周期元素从左到右（除稀有气体外），元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。 （2）原子的电子构型和族的划分 族是指价电子数相同（外围电子排布相同），按照电子层数依次增加的顺序排列的一列元素。即元素周期表中的一个列为一个族（第Ⅷ族除外）。共有十八个列，十六个族。同主族周期元素从上到下，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。 （3）原子的电子构型和元素的分区 按电子排布可把周期表里的元素划分成5个区，分别为s区、p区、d区、f区和ds区，除ds区外，区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号。 2、元素周期律
在计算价层电子数时，可以有多个物理模型供选用。在常见的化学教材或教学参考资料中，可以看到有3种其间有显著不同的计算价层电子对数目的模型，产生3类不同的方法。（一）元素种类法 元素种类法的特点在于，对非过渡系ABm型分子来说，用配原子的种类来确定它向中心原子提供的价层电子数。它规定： 当H及卤原子作配原子时，每个配原子向中心原子提供1个价层电子； 而当O、S原子作配原子时，它们都并不向中心原子提供价层电子； 而当N原子作配原子时，它不仅不向中心原子提供价层电子，反而要从中心原子拉走1个价层电子。 如对SO2分子。中心S原子有6个价电子，而作为配原子的O原子并不向中心原子提供电子，S的价层电子数仍为6，价层电子数对为3。所以，S原子的电子云呈三角形分布。S原子位于三角形的中心附近，电子云分别指向三角形的三个顶点。考虑到3个电子云，只有2个与O原子结合，另1个被孤电子对占据，分子应该为角型。 （二）电子式法] 电子式法则是用分子的点电子式中，电子对及电子组的数目，来确定中心原子的价层电子对数。 它规定：中心原子周围的电子对（包括成键电子对和孤电子对）及电子组数（双键的4个电子、或叁键的6个电子，都只能算是1个电子组）之和，就是中心原子的价层电子对数。如对SO2分子。根据八隅体原则写出电子式（如左下图）后，可以看出S原子上方有1孤电子对、与右侧O原子结合用了1电子对、与左侧O原子结合用的是4个电子（双键）——为1个电子组。 这样，属于中心原子的电子对数为1、孤电子对数为1、电子组数为1，合计为3。因而价层电子对数为3。与元素种类法的判断结果相同。 电子式法与元素种类法的另一个区别是，在电子式法中没有可以成单的价层电子数的概念。最小的单位也是1个价层电子对。 （三）结构式法 结构式法与另两个方法的区别在于，对非过渡系元素构成的分子来说，用结构式中共价键的性质不同，来确定相关配原子向中心原子提供的价层电子数。它规定：
训练4杂化轨道理论 [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 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σ键，也可用于形成π键 B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对 C．NH3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C—H σ键二、杂化轨道类型及其判断 3．根据价层电子对互斥理论及原子的杂化轨道理论判断NF3分子的立体构型和中心原子的杂化方式为 () A．直线形sp杂化B．三角形sp2杂化 C．三角锥形sp2杂化D．三角锥形sp3杂化 4．在BrCH===CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是() A．sp—p B．sp2—s C．sp2—p D．sp3—p 5．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是() A．CO2和SO2B．CH4和NH3 C．BeCl2和BF3D．C2H2与C2H4 三、杂化轨道类型与分子构型 6．下列说法中正确的是() A．PCl3分子是三角锥形，这是因为磷原子是sp2杂化的结果 B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道 C．中心原子采取s p3杂化的分子，其立体构型可能是四面体形或三角锥形或V形 D．AB3型的分子立体构型必为平面三角形 7．下列推断正确的是() A．BF3为三角锥形分子 B．NH＋4的电子式为[H··N H , H · · H]＋，离子呈平面正方形结构 C．CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的s-p σ键D．甲醛分子为平面三角形，有一个π键垂直于三角形平面 8．甲烷分子(CH4)失去一个H＋，形成甲基阴离子(CH－3)，在这个过程中，下列描述不合理的是
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sp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杂化的2p轨道形成π键 D．两个碳原子形成两个π键 2．氨气分子空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为 A．两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为sp2型杂化，而CH4是sp3型杂化。 B．NH3分子中N原子形成三个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道。 C．NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强。 D．氨气分子是极性分子而甲烷是非极性分子。 3．在乙烯分子中有5个σ键、一个π键，它们分别是 A．sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键 B．sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键C．C-H之间是sp2形成的σ键，C-C之间未参加杂化的2p轨道形成的是π键 D．C-C之间是sp2形成的σ键，C-H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 4. 下列化合物分子中一定既含单键又含双键的是 A．CO2 B．C2H4O C．COCl2 D．H2O2 5．对δ键的认识不正确的是 A．σ键不属于共价键，是另一种化学键 B．s-s σ键与s-p σ键的对称性相同 C．分子中含有共价键，则至少含有一个σ键 D．含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同 6．σ键可由两个原子的s轨道、一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以及一个原子的p轨道和另一个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠而成。则下列分子中的σ键是由一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是A．H2 B．HCl C．Cl2 D．F2 7．下列分子中存在π键的是A．H2 B．Cl2 C．N2 D．HCl 8．下列说法中，错误的是 A．键长越长，化学键越牢固 B．成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固 C．对双原子分子来讲，键能越大，含有该键的分子越稳定 D．原子间通过共用电子对所形成的化学键叫共价键 9．下列分子中心原子是sp2杂化的是A．PBr3 B．CH4 C．BF3 D．H2O 10.原子间成键时，同一原子中能量相近的某些原子轨道要先杂化，其原因是 A、保持共价键的方向性 B、进行电子重排 C、增加成键能力 D、使不能成键的原子轨道能够成键 11.下列说法中不正确的是 A、分子中的价电子对（包括成键电子对和孤电子对）之间存在相互排斥作用 B、分子中的价电子对之间趋向于彼此远离 C、分子在很多情况下并不是尽可能采取对称的空间构型 D、当价电子对数目分别是2、3、4时，价电子对分布的几何构型分别为直线型、平面三角型、正四面体型 12.下列关于价电子对数目计算中正确的是 A、中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数 B、配位原子中卤素原子、氢原子提供1个电子 C、配位原子中氧原子和硫原子提供2个电子 D、当氧原子和硫原子作中心原子时，按不提供价电子计算 13.下列选项中分子的空间构型相同的是A、CO2、SO2B、NH3、BF3C、CH4、SiF4 D、C2H2、BeCl2 是典型的平面正三角型分子，当它溶于氢氟酸或NaF溶液中都形成BF4—，则BF3和BF4—中B原子的杂化类型是 A、sp2、sp2 B、sp3、sp3 C、sp2、 sp3 D、sp 、sp2 15.下列分子和离子中属平面型分子的是A、ClF3 B、NF3 C、BF3 D、SeO32— 16. 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几何构型都是正四面体 B、CH4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 C、sp3杂化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，其中中心原子A均采用sp3杂化轨道成键 17. 用Pauling的杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构，下列说法不正确的是 A、C原子的四个杂化轨道的能量一样 B、C原子的sp3杂化轨道之间的夹角一样 C、C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道 D、C原子有1个sp3杂化轨道由孤对电子占据 18.下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是 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、sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等19. 乙烯分子中含有4个C－H和1个C=C双键，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 A、每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化，形成两个sp杂化轨道 B、每个C原子的1个2s轨道与2个2p轨道杂化，形成3个sp2杂化轨道 C、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 D、每个C原子的3个价电子占据3个杂化轨道，1个价电子占据1个2p轨道 20.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是A. CO2与SO2 B. CH4与NH3 C. BeCl2与BF3 D. C2H2与C2H4 11. 对SO2与CO2说法正确的（）A、都是直线形结构 B、中心原子都采取sp杂化轨道 C、S原子和C原子上都没有孤对电子 D、SO2为V形结构，CO2为直线形结构 21. 铵根离子中存在的化学键类型按离子键、共价键和配位键分类，应含有（） A、离子键和共价键 B、离子键和配位键 C、配位键和共价键 D、离子键 22. 下列属于配合物的是（）A、NH4Cl B、 C、CuSO4. 5H2O D、Co（NH3）6Cl3 23. 下列分子或离子中，能提供孤对电子与某些金属离子形成配位键的是（） ①H2O ②NH3③F－④CN－⑤COA、①② B、①②③ C、①②④ D、①②③④⑤ 24. 配合物在许多方面有着广泛的应用。下列叙述不正确的是（） A、以Mg2+为中心的大环配合物叶绿素能催化光合作用 B、Fe2+的卟啉配合物是输送O2的血红素 C、[Ag（NH3）2]+是化学镀银的有效成分 D、向溶液中逐滴加入氨水，可除去硫酸锌溶液中的Cu2+ 25. 下列微粒：①H3O+②NH4+③CH3COO－④ NH3⑤CH4中含有配位键的是（） A、①② B、①③ C、④⑤ D、②④ 26．写出符合下列条件的相应的分子或离子的化学式： ⑴硼原子用sp2杂化轨道形成三个σ键： ⑵氮原子用sp3杂化轨道形成四个完全相同的化学键：；氮原子形成一个σ键两个π键 ⑶碳原子分别以sp 、sp2、sp3杂化轨道成键、、。 27、W、X、Y、Z四种元素的原子序数依次增大。其中Y原子的L电子层中，成对电子与未成对电子占据的轨道数相等，且无空轨道；X原子的L电子层中未成对电子数与Y相同，但还有空轨道；W、Z的原子序数相差10，且Z原子的第一电离能在同周期中最低。 （1）写出下列元素的元素符号：W ，X ，Y ，Z 。 （2）XY分子中，X原子与Y原子都达到8电子稳定结构，则XY分子中X和Y原子用于成键的电子数目分别 是；根据电子云重叠方式的不同，分子里共价键的主要类型有。28. ClO－、ClO2－、ClO3－、ClO 4－中Cl都是以sp3杂化轨道与O原子成键的，试推测下列微粒的立体结构 29. 2，3 ,H2S ，PH3
第26卷第3期2011年6月 大学化学 UNIVERSITY CHEMISTRY Vol．26No．3 Jun．2011关于中心原子杂化轨道数的计算方法 苏金昌 （大庆教育中心黑龙江大庆163001） 摘要对于H m AB n 型的共价分子（或离子），本文提出用公式G=V/2－3n计算中心原子A的杂化轨道 数，并由此确定对应的杂化轨道类型。该方法简单、直接、有效。 关键词中心原子价层电子总数杂化轨道数杂化轨道类型 杂化轨道理论是大学化学的重要基础理论之一，主要用来讨论共价分子（或离子）的成键情况以及预测其几何构型或阐述其物理化学性质。对于如何判定给定的分子（或离子）的中心原子轨道杂化方式，在杂化轨道理论里并没有系统论述，导致在应用杂化轨道理论教与学时遇到困难。为了有利于应用杂化轨道理论阐述相关问题，本文给出一个有关中心原子杂化轨道数的计算公式，并根据计算得出的杂化轨道数确定对应的杂化轨道类型。 1中心原子杂化轨道数的计算公式 在H m AB n型共价分子（或离子）中，设A为选定的中心原子，H为与A直接相连的氢原子（或氢离子）配位体，B为与A直接相连的非氢原子及其离子（或价电子数不大于8的原子团及其离子，如OH 与OH－）配位体；n、m分别为B、H的数目（即配位数）；V为H m AB n型分子（或离子）的价电子总数，即所有原子（m个H、1个A和n个B）的价电子数之代数和。计算价电子总数V时应该注意的是：对于阴离子要再加上所带的电荷数，例如，PO3－4的价电子总数V=5+6?4+3=32；对于阳离子要再减去所带的电荷数，例如，NH4+的价电子总数V=5+1?4－1=8。 根据价键理论，在共价分子（或离子）中，氢原子（H）的价层一般满足2电子的稳定结构，而非氢原子（B）的价层一般满足8电子的稳定结构。当每个H、B都通过一个双电子的σ键与A共享2个电子时，满足2电子稳定结构的每个H的价电子就都参与了双电子σ键的形成，并没有剩余未成键的价电子；而每个B的价层8个电子中除了有2个是与中心原子A共用的σ键电子外，还有6个是未参与双电子σ键的电子，n个B共有6n个电子未参与σ键形成。那么，对于H m AB n的V个价电子中余下的（V－6n）个价电子，如果假定它们都有在A与B、A与H之间形成双电子σ键的倾向，则中心原子A倾向参与形成双电子σ键的最大数为：（V－6n）/2，即V/2－3n。 假定在共价分子（或离子）中，中心原子键合时之所以进行轨道杂化，其主要目的是最大限度地促进中心原子与配位体之间形成更多牢固的σ键，即尽可能地促使σ键的数目倾向于最大。因为“头碰头”式重叠的σ键越多、越牢固，构成的分子（或离子）就越稳定。可见，中心原子倾向参与形成σ键的最大数与其杂化轨道数之间存在着对应关系。若令G表示中心原子A的杂化轨道数，则计算中心原子杂化轨道数的公式可写为： G=V/2－3n（1）由式（1）可知，G的大小与V、n有关。即对于H m AB n型分子（或离子），其中心原子（A）的杂化轨道数（G），由分子（或离子）的价电子总数（V）和非氢配位体数目（n）决定。 （1）计算得出的中心原子的杂化轨道数及其杂化轨道类型、杂化轨道空间取向的对应关系归
中心原子杂化轨道类型的判断方法 高中化学选修模块《物质结构与性质》中介绍了杂化轨道理论，这一重要理论能解释大多数分子几何构型及价键结构。在使用该理论时，首先必须确定中心原子的杂化形式，在未知分子构型的情况下，判断中心原子杂化轨道类型有时比较困难，成为教学难点。下面总结几种高中阶段判断中心原子杂化轨道类型的方法。 一、根据分子的空间构型判断 根据杂化轨道理论，中心原子轨道采取一定的杂化方式后，其空间构型和键角如下： 由此，可以根据分子的空间构型或键角来判断中心原子轨道的杂化方式。 例如：学生对于一些常见的简单分子的结构都是熟悉的，C2H2、CO2为直线型分子，键角为 180°，推断其 C 原子的杂化轨道类型为 sp；C2H4、C6H6为平面型分子，键角为 120°，推断其 C原子的杂化轨道类型为 sp2；CH4、CCl4为正四面体，键角109．5°，推断其C原子的杂化轨道类型为 sp3。 还可以扩展到以共价键形成的晶体，如：已知金刚石中的碳原子、晶体硅和石英中的硅原子，都是以正四面体结构形成共价键的，所以也都是采用 sp3杂化；已知石墨的二维结构平面内，每个碳原子与其它三个碳原子结合，形成六元环层，键角为 120°，由此判断石墨的碳原子采用 sp2杂化。 二、根据价层电子对互斥理论判断 教材的“拓展视野”中介绍了价层电子对互斥理论，根据该理论能够比较容易而准确地判断 ABm型共价分子或离子的空间构型和中心原子杂化轨道类型。中心原子的价电子对数与价电子对的几何分布、中心原子杂化轨道类型的对应关系如下表（价电子对数＞4的，高中阶段不作要求）。 运用该理论的关键是能准确计算出中心原子的价电子对数，其计算方法是： 1、n＝［中心原子（A）的价电子数＋配位原子（B）提供的价电子数×m］÷2。 2、对于主族元素，中心原子（A）的价电子数＝最外层电子数；配位原子中卤族原子、氢原子提供 1个价电子，氧族元素的原子按不提供电子计算；离子在计算价电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电
第一章原子结构与性质 一.原子结构 1.能级与能层 2.原子轨道 3.原子核外电子排布规律 ⑴构造原理：随着核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按右图顺序填入核外电子运动轨道（能级），叫做构造原理。 能级交错：由构造原理可知，电子先进入4s轨道，后进入3d轨道，这种现象叫能级交错。 说明：构造原理并不是说4s能级比3d能级能量低（实际上4s能级比3d能级能量高），而是指这样顺序填充电子可以使整个原子的能量最低。也就是说，整个原子的能量不能机械地看做是各电子所处轨道的能量之和。 （2）能量最低原理 现代物质结构理论证实，原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。 构造原理和能量最低原理是从整体角度考虑原子的能量高低，而不局限于某个能级。 （3）泡利（不相容）原理：基态多电子原子中，不可能同时存在4个量子数完全相同的电子。换言之，
一个轨道里最多只能容纳两个电子，且电旋方向相反（用“↑↓”表示），这个原理称为泡利（Pauli ）原理。 （4）洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道（能量相同）时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，这个规则叫洪特（Hund ）规则。比如，p3的轨道式 为或 ，而不是。 洪特规则特例：当p 、d 、f 轨道填充的电子数为全空、半充满或全充满时，原子处于较稳定的状态。即p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14时，是较稳定状态。 前36号元素中，全空状态的有4Be 2s22p0、12Mg 3s23p0、20Ca 4s23d0；半充满状态的有：7N 2s22p3、15P 3s23p3、24Cr 3d54s1、25Mn 3d54s2、33As 4s24p3；全充满状态的有10Ne 2s22p6、18Ar 3s23p6、29Cu 3d104s1、30Zn 3d104s2、36Kr 4s24p6。 4. 基态原子核外电子排布的表示方法 (1)电子排布式 ①用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K ：1s22s22p63s23p64s1。 ②为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，例如K ：[Ar]4s1。 (2)电子排布图(轨道表示式) 每个方框或圆圈代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。 如基态硫原子的轨道表示式为 二.原子结构与元素周期表 1.原子的电子构型与周期的关系 (1)每周期第一种元素的最外层电子的排布式为ns1。每周期结尾元素的最外层电子排布式除He 为1s2外，其余为ns2np6。He 核外只有2个电子，只有1个s 轨道，还未出现p 轨道，所以第一周期结尾元素的电子排布跟其他周期不同。 (2)一个能级组最多所容纳的电子数等于一个周期所包含的元素种类。但一个能级组不一定全部是能量相同的能级，而是能量相近的能级。 2.元素周期表的分区 (1)根据核外电子排布 ①分区 ②各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点 ↑↓ ↑ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑
高中化学学习材料 （精心收集**整理制作） 第二节分子的立体结构（第一课时） 【案例练习】 1、下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是（） A、CO2 B、H2S C、PCl3 D、SiCl4 2、下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是（） A、H2O B、CO2 C、C2H2 D、P4 3、写出你所知道的分子具有以下形状的物质的化学式，并指出它们分子中的键角分别是多少？（1）直线形 （2）平面三角形 （3）三角锥形 （4）正四面体 4、下列分子中，各原子均处于同一平面上的是（） A、NH3 B、CCl4 C、H2O D、CH2O 参考答案： 第二节分子的立体结构（第二课时） 【案例练习】 1、下列分子中心原子是sp2杂化的是（） A、PBr3 B、CH4 C、BF3 D、H2O 2、氨气分子空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为 A．两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同，NH3为sp2型杂化，而CH4是sp3型杂化 B．NH3分子中N原子形成三个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道 C．NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强 D．氨气分子是极性分子而甲烷是非极性分子 3、用Pauling的杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构，下列说法不正确的是（） A、C原子的四个杂化轨道的能量一样 B、C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样 C、C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道 D、C原子有1个sp3杂化轨道由孤对电子占据 4、用VSEPR 理论判断 物质成键电子对数孤电子对数分子或离子的形状 H2O NH4+ BF3
H3O+ 参考答案： 第二节分子的立体结构（第三课时） 【案例练习】 1、在[Cu(NH3)4]2+配离子中NH3与中心离子Cu2+结合的化学键是 A．离子键 B．非极性键 C．极性键 D．配位键 2、与人体血液中血红蛋白以配位键结合的一种有毒气体是 A．氯气 B．氮气 C．一氧化碳 D．甲烷 3、向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水，首先形成难溶物，继续添加氨水，难溶物 溶解得到深蓝色的透明溶液。下列对此现象说法正确的是 A．反应后溶液中不存在任何沉淀，所以反应前后Cu2+的浓度不变。 B．沉淀溶解后，将生成深蓝色的配合离子[Cu（NH3）4] 2+。 C．向反应后的溶液加入乙醇，溶液将会没有发生变化，因为[Cu（NH3）4] 2+不会与乙醇发生反应。 D．在[Cu（NH3）4] 2+离子中，Cu2+给出孤对电子，NH3提供空轨道。 4、下列属于配合物的是（） A、NH4Cl B、Na2CO3﹒10H2O C、CuSO4﹒5H2O D、Co（NH3）6Cl3 参考答案：1D 2C 3B 4D 5B
化学（选修3）课后习题 第一章原子结构与性质 1、原子结构 1．以下能级符号正确的是（） A．6s B．2d C．3f D．7p 2．以下各能层中不包含p能级的是（） A．N B．M C．L D．K 3、以下能级中轨道数为3的是（） A．s能级B．p能级C．d能级D．f能级 4．下列各原子或离子的电子排布式错误的是（） A．K+1s22s22p63s23p6B．F 1s22s22p5 C．S2-1s22s22p63s23p4D．Ar 1s22s22p63s23p6 5．下列各图中哪一个是氧原子最外层的电子排布图？（） 6．以下电子排布式是不是基态原子的电子排布？ A．1s12s1 （）B．1s22s12p1（） C．1s22s22p63s2（）D． 1s22s22p63p1 （） 7．按构造原理写出第9、17、35号元素原子的电子排布式。它们核外电子分别有几层？最外层电子数分别为多少？ 8．在元素周期表中找出钠和硫，按构造原理写出它们的电子排布式和电子排布图，并预言它们的最高价化合价和最低化合价。 2、原子结构与元素的性质 1．从原子结构的观点看，元素周期表中同一横行的短周期元素，其相同，不同；同一纵行的主族元素，其相同，不同。 2．除第一和第七周期外，每一周期的元素都是从元素开始，以结束。 3
4．甲元素原子核电荷数为17，乙元素的正二价离子跟氩原子的电子层结构相同： （1）甲元素在周期表中位于第周期，第主族，电子排布式是，元素符号是，它的最高价氧化物对应的水化物的化学式是 （2）乙元素在周期表中位于第周期，第主族，电子排布式是，元素符号是，它的最高价氧化物对应的水化物的化学式是 5．主族元素和副族元素的电子排布有什么不同的特征？主族元素的价电子层和副族元素的价电子层有何不同？ 6．有人把氢在周期表中的位置从ⅠA移至ⅦA，怎样从电子排布和化合价理解这种做法？ 7．元素的金属性与非金属性随核电荷数递增呈现周期性变化，给出具体例子对这种变化进行陈述。 8．怎样理解电负性可以度量金属性与非金属性的强弱？ 9．元素的化合价为什么会随原子的核电荷数递增呈现周期性的变化？ *10．假设元素周期系可以发展到第八周期，而且电子仍按构造原理填入能级，第八周期总共 应为多少种元素？ 复习题 1．下列说法正确的是（） A．处于最低能量的原子叫做基态原子 B．3p2表示3p能级有两个轨道 C．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小 D．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多 2．X、Y、Z三种元素的原子，其最外层电子排布分别为ns1、3s23p1和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是（） A．XYZ2B．X2YZ3C．X2YZ2D．XYZ3 3、下列说法中，不符合ⅦA族元素性质特征的是（） A．从上到下原子半径逐渐减小
中心原子杂化轨道类型的判断方法 徐长明（湖北省十堰市房县第三中学442100） 摘要：杂化轨道理论能解释大多数分子的几何构型及价键结构。在使用该理论时，首先必须确定中心原子的杂化类型，在未知分子构型的情况下，判断中心原子杂化轨道类型有时比较 困难，成为教学难点。 关键词：杂化轨道理论；价层电子对互斥理论；等电子原理 高中化学选修模块《物质结构与性质》（人教版）中介绍了杂化轨道理论，这一重要理论能解释大多数分子几何构型及价键结构。在使用该理论时，首先必须确定中心原子的杂化形式，在未知分子构型的情况下，判断中心原子杂化轨道类型有时比较困难，成为教学难点。下面总结几种高中阶段判断中心原子杂化轨道类型的方法。 一、根据价层电子对互斥理论判断 教材中介绍了价层电子对互斥理论，根据该理论能够比较容易而准确地判断AB m型共价化合物分子或离子的空间构型和中心原子杂化轨道类型。中心原子的价电子对数与价电子对的几何分布、中心原子杂化 轨道类型的对应关系如下表（价电子对数＞4 的，高中阶段不作要求）。 运用该理论的关键是能准确计算出中心原子的价 电子对数，其计算方法是： 1．价电子对数n ＝σ键的电子对和中心原子上的孤电子对，中心原子上的孤电子对数=1/2(a-xb) 2.σ键的电子对可由分子式确定。例如，H20中0有2对σ键电子对；NH3中N有3对σ键电子对 3．式中a为中心原子的价电子数对于主族元素，中心原子（A）的价电子数＝最外层电子数；x为与中心原子结合的原子数；b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1 ，其他原子等于“8-该原子的价电子数”。离子在计算价电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数（绝对值） 4．杂化轨道由形成σ键的电子对和孤电子对占据，因此分子或离子的空间构型为杂化轨道构型去掉孤电子对后剩余的形状。 例如：指出下列分子或离子的中心原子的杂化轨道类型，并预测它们的空间构型： ⑴BeCl2 ⑵SO3 ⑶NH4＋ 解析：⑴是AB2型分子，BeCl2 的价电子对数 n＝1／2（2-2×1）+2=2，Be 采用sp 杂化，无孤电子对，故分子呈直线型； ⑵是AB3型分子，SO3的价电子对数n＝1／2（6-3×2）+3＝3，S 采用sp2杂化，无孤电子对，故分子呈平面三角形 ⑶是AB4 型离子，NH4＋的价电子对数n＝1／2（5-1-4×1）+4＝4，N 采用sp3杂化，无孤电子对，故分子呈正四面体 二、根据分子的空间构型判断
2.2 分子的立体构型第2课时杂化轨道理论 练基础落实 知识点1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 2．关于原子轨道的说法正确的是() A．凡是中心原子采取sp3杂化方式成键的分子其几何构型都是正四面体 B．CH4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 C．sp3杂化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杂化方式成键 3．根据价层电子对互斥理论及原子的杂化理论判断NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为() A．直线形sp杂化B．三角形sp2杂化 C．三角锥形sp2杂化D．三角锥形sp3杂化 知识点2利用杂化轨道判断分子的空间构型 4．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是() A．CO2与SO2B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3D．C2H2与C2H4 5．下列说法中正确的是() A．PCl3分子是三角锥形，这是因为磷原子是sp2杂化的结果 B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道 C．中心原子采取sp3杂化的分子，其几何构型可能是四面体形或三角锥形或V形 D．AB3型的分子空间构型必为平面三角形 6．下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是() ①BF3②CH2===CH2③④CH≡CH ⑤NH3⑥CH4 A．①②③B．①⑤⑥C．②③④D．③⑤⑥ 7．下列推断正确的是() A．BF3为三角锥形分子 B．NH＋4的电子式为，离子呈平面正方形结构 C．CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的s—p σ键 D．CH4分子中的碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成C—H σ键
第二章分子结构与性质 课标要求 1.了解共价键的主要类型键和键，能用键长、键能和键角等说明简单分子的某些性质 2.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型（sp、sp2、sp3），能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构。 3.了解简单配合物的成键情况。 4.了解化学键合分子间作用力的区别。 5.了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含氢键的物质。 要点精讲 一.共价键 1.共价键的本质及特征 共价键的本质是在原子之间形成共用电子对，其特征是具有饱和性和方向性。 2.共价键的类型 ①按成键原子间共用电子对的数目分为单键、双键、三键。 ②按共用电子对是否偏移分为极性键、非极性键。 ③按原子轨道的重叠方式分为σ键和π键，前者的电子云具有轴对称性，后者的电子云具有镜像对称性。 3.键参数 ①键能：气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量，键能越大，化学键越稳定。 ②键长：形成共价键的两个原子之间的核间距，键长越短，共价键越稳定。 ③键角：在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角。 ④键参数对分子性质的影响 键长越短，键能越大，分子越稳定． 4.等电子原理[来源:学§科§网] 原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近。 二.分子的立体构型 1．分子构型与杂化轨道理论 杂化轨道的要点 当原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间形状不同。 2分子构型与价层电子对互斥模型 价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对空间构型，不包括孤对电子。 (1)当中心原子无孤对电子时，两者的构型一致； (2)当中心原子有孤对电子时，两者的构型不一致。 3.配位化合物 （1）配位键与极性键、非极性键的比较 （2）配位化合物 ①定义：金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物。 ②组成：如[Ag(NH3)2]OH，中心离子为Ag＋，配体为NH3，配位数为2。 三.分子的性质 1.分子间作用力的比较
二种计算杂化轨道数的方法 方法一： 公式：杂化轨道数＝[中心原子价电子数+ 配原子数－π键数－电荷数]/2 例1：SO2(6+2-2)/2=3 sp2杂化。 说明：S的价电子数6；配原子为2个氧原子，氧为二价，所以硫与氧间为双键，其一为π键，共二个π键。 例2：SO3(6+3-3)/2=3 sp2杂化。（解析同上，下同）。 例3：SO32－(6+3-3+2)/2=4 sp3杂化。（SO32－带二个单位负电荷）。 例4：SO42－(6+4-4+2)/2=4 sp3杂化。 例5：CN－(4+1－2+1)/2=2 sp1杂化。（氮元素为三价，所以碳氮间为叁键，其中有二个π键） 例6：NH4+(5+4－1)/2=4 sp3杂化。 例7：ClO3－(7+3-3+1)/2=4 sp3杂化。 例8：PO33－(5+3-3+3)/2=4 sp3杂化。 例9：PO43－(5+4-4+3)/2=4 sp3杂化。 例10：H－N＝N－H (5+2-1)/2=3 sp2杂化。 练习：sp1杂化：BeCl2、CO2；sp2杂化：BF3、HCHO(中心原子为C：(4+3-1)/2=3； sp3杂化CH4、NH3、H2O。 方法二：因为杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳孤电子对，故有：公式：杂化轨道数=中心原子价层电子对数(成键电子对数+孤电子对数) 价层电子对数中心原 子杂化 类型 电子对 的空间 构型 成键电 子对数 孤电 子 对数 分子的 空间构 型 实例 2 sp 直线 2 0 直线BeCl2、CO2 3 sp2三角形3 0 三角形BF3、SO3 2 1 V形SnBr2、PbCl2 4 sp3四面体4 0 四面体CH4、CCl4 3 1 三角锥NH3、PCl3 2 2 V形H2O 精品文档
第二章第二节第2课时杂化轨道理论与配合物理论简介知识点一杂化轨道理论的考查 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.杂化轨道中一定有电子 2.下列描述正确的是() A.CS2为V形极性分子 B.SiF4与S的中心原子均为sp3杂化 C.C2H2中σ键与π键的数目比为1∶1 D.水加热到很高温度都难分解是因水分子间存在氢键 3.下列分子中画横线的原子采取的杂化方式为sp杂化的是() A.CH4 B.C2H4 C.C2H2 D.NH3 知识点二配合物理论的考查 4.以下微粒含配位键的是() ①N2②CH4③OH-④N⑤Fe(CO)5⑥Fe(SCN)3⑦H3O+⑧[Ag(NH3)2]OH A.①②④⑦⑧ B.③④⑤⑥⑦ C.①④⑤⑥⑦⑧ D.全部
5.化合物NH3与BF3可以通过配位键形成NH3·BF3。 (1)配位键的形成条件是。 (2)在NH3·BF3中,原子提供孤电子对,原子提供空轨道。 (3)写出NH3·BF3的结构式并用“→”标出配位键:。 6.[2019·福建华安一中开学考试]下列说法中正确的是() A.SO2、CO2、SiO2中的S、C、Si均为sp3杂化 B.H3O+、N、[Cu(NH3)4]2+均含有配位键 C.S、C、Si均为平面三角形 D.NH3、CH4中的N、C分别为sp2、sp3杂化,因此分子空间构型不同 7.下列描述中正确的是() A.Cl的空间构型为平面三角形 B.SiF4和S的中心原子均为sp3杂化 C.在所有的元素中,氟的第一电离能最大 D.C2H5OH分子中共含有8个极性键,1个π键 8.分析原子的杂化方式,并根据等电子体原理判断下列各组分子中的所有原子处于同一平面,或者在一条直线上的是() A.C2H2、HClO、C2H6 B.CO2、N2O、HC≡C—NH2 C.C6H5CH3、C3H4、CH4 D.C6H6、C2H4、HCN 9.甲醛分子的结构式为,下列描述正确的是() A.甲醛分子中有4个σ键 B.甲醛分子中的C原子为sp3杂化