《2025年活动单导学课程高中化学选择性必修第三册苏教版》

5. 拓展：碳原子的几种杂化轨道形状示意图如下：
(1) 阅读教材第24页“拓展视野”的内容，$\sigma$键与$\pi$键是如何形成的？

(2) $ sp^3$、$ sp^2$和$ sp$杂化的碳原子分别可以形成多少个$\sigma$键与$\pi$键？
(3) $\sigma$键与$\pi$键哪个更稳定，为什么？
(4) 下表是常见烃分子中碳原子的杂化方式。

各分子中碳原子与其他原子形成的共价键各有哪些类型？分别形成几种？

答案： 5.（1）沿轨道对称轴方向重叠形成的键叫$\sigma$键。原子中没有参与杂化的p轨道沿对称轴平行的方向重叠形成的键叫$\pi$键。（2）$sp^{3}$杂化的碳原子的轨道上各有一个未成对的电子，可以与4个氢原子的1s轨道沿轨道对称轴方向重叠成键，形成四个等同的$\sigma$键；$sp^{2}$杂化的碳原子3个杂化轨道，可以形成3个$\sigma$键，一个未杂化的p轨道可以沿键轴平行方向形成一个$\pi$键；$sp$杂化的碳原子2个杂化轨道，可以形成2个$\sigma$键，2个未杂化的p轨道可以沿键轴平行方向形成2个$\pi$键。（3）形成$\sigma$键时电子云达到了最大的重叠程度，$\sigma$键比较牢固并且能围绕对称轴自由旋转；形成$\pi$键时，电子云重叠程度比$\sigma$键小，$\pi$键的稳定性比$\sigma$键差。（4）甲烷中碳原子与氢原子形成4个$\sigma$键；乙烯中的1个碳原子与其他原子形成3个$\sigma$键和1个$\pi$键；乙炔中的1个碳原子与其他原子形成2个$\sigma$键和2个$\pi$键；苯分子中的碳原子与氢原子间形成$\sigma$键，碳原子与碳原子间除了形成$\sigma$键外，六个碳原子还共同形成一个环状的大$\pi$键。