《2025年同步练习册人民教育出版社高中化学选择性必修第二册人教版》

【自主思考 2】杂化轨道的作用是什么？$ \pi $ 键是怎么形成的？

答案： [自主思考2]提示 杂化轨道只用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。π键一般是由未参与杂化的p轨道上的单电子形成的。

在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的杂化。双原子分子中，不存在杂化过程。例如 $ sp $ 杂化、$ sp^2 $ 杂化、$ sp^3 $ 杂化的过程如下：

1. 观察上述杂化过程，新的杂化轨道与杂化前的原子轨道形状相比有没有变化？分析原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？
2. $ 2s $ 轨道与 $ 3p $ 轨道能否形成 $ sp^2 $ 杂化轨道？
3. 你能用杂化轨道理论解释 $ NH_3 $ 的空间结构吗？
4. $ CH_4 $、$ NH_3 $、$ H_2O $ 的中心原子的杂化类型都为 $ sp^3 $，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法？

答案： 1. 解：新的杂化轨道与杂化前的原子轨道形状相比有变化。原子轨道杂化后，轨道数量不变，能量平均化（即杂化轨道能量相同且介于杂化前原子轨道能量之间）。
2. 不能。
3. 解：$NH_3$中$N$原子价层电子对数$=\frac{5 + 3}{2}=4$，$N$原子采取$sp^3$杂化，$N$原子有一对孤电子对，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以$NH_3$的空间结构为三角锥形。
4. 解：$CH_4$、$NH_3$、$H_2O$的中心原子均为$sp^3$杂化，$CH_4$中没有孤电子对，$NH_3$中有一对孤电子对，$H_2O$中有两对孤电子对。孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，且孤电子对数越多，排斥力越大，键角越小。从杂化轨道理论角度比较键角大小的方法：中心原子杂化类型相同，孤电子对数越多，键角越小。