人教版化学选修三第二章第二节分子的立体构型杂化轨道理论精讲课件

1、第二节第二节 分子的立体构型分子的立体构型杂化轨道理论杂化轨道理论活动：请根据价层电子对互斥理论分析活动：请根据价层电子对互斥理论分析CHCH4 4的立体构型的立体构型1.1.写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成碳原子与氢原子结合形成CHCH4 4，而不是，而不是CHCH2 2 ？C原子轨道排布图原子轨道排布图1s22s22p2H原子轨道排布图原子轨道排布图1s1按照我们已经学过的价键理论，甲烷的按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个个C H单键单键都应该是都应该是键，然而，碳原子的键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是个价层原子轨道

2、是3个相互垂直的个相互垂直的2p 轨道和轨道和1个球形的个球形的2s轨道，用它们跟轨道，用它们跟4个氢原子的个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子的甲烷分子CC为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论激发s2p2p2s2杂化3spsp3C：2s22p2 由由1个个s轨道和轨道和3个个p轨道轨道混杂混杂并重新组合成并重新组合成4个能量与个能量与形状完全相同的轨道。形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为我们把这种轨道称之为 sp3杂化杂化轨道轨道。为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥为了四个

3、杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，最小，4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型? 四个四个H原子分别以原子分别以4个个s轨道与轨道与C原子上的四个原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的能量和键角都完全相同的S-SP3键，从而构成一键，从而构成一个正四面体构型的分子。个正四面体构型的分子。 10928三、杂化理论简介三、杂化理论简介1.1.概念：概念：在形成分子时，由于原子的相互影响在形成分子时，由于原子的相互影响, ,若干若干个个不同类型但不同类型但能量相近能量相近的原子轨

4、道的原子轨道混合起来，重新组混合起来，重新组合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所形成合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。的新轨道就称为杂化轨道。2.2.要点：要点：（1 1）参与杂化的各原子轨道）参与杂化的各原子轨道能量要相近能量要相近（同一能级同一能级组组或或相近能级组相近能级组的轨道）；的轨道）；（2 2）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目目等于等于形成的杂化轨道数目；形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子但杂化轨道改变了原子轨道的形状方向轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠；，在成键时

5、更有利于轨道间的重叠；三、杂化理论简介三、杂化理论简介2.2.要点：要点：（1 1）参与参加杂化的各原子轨道）参与参加杂化的各原子轨道能量要相近能量要相近（同一（同一能级组或相近能级组的轨道）；能级组或相近能级组的轨道）；（2 2）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目目等于等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠；轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠；（3 3）为使相互间）为使相互间排斥力最小排斥力最小，杂化轨道杂化轨道在空间取最在空间取最大夹角分

6、布，且不同的杂化轨道伸展方向不同；大夹角分布，且不同的杂化轨道伸展方向不同；对于对于非过渡元素非过渡元素，由于由于nsns和和npnp能级接近，往往采能级接近，往往采用用“spsp”型杂化（型杂化（分为分为spsp杂化、杂化、spsp2 2杂化、杂化、spsp3 3杂化杂化）sp杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 180每个每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有含有1/2 s 轨道和轨道和1/2 p 轨道的成分轨道的成分两个轨道间的夹角为两个轨道间的夹角为180，呈，呈直线型直线型 sp 杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与

7、1个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化, 形成形成2个个sp杂化轨道。杂化轨道。180ClClBe例如：例如： Sp 杂化杂化 BeCl2分子的形成分子的形成Be原子：原子：1s22s2 没有单个电子，没有单个电子，激发s2p2p2s2spsp杂化杂化ClClsppxpxsp2杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 120 每个每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，杂化轨道的形状也为一头大，一头小， 含有含有 1/3 s 轨道和轨道和 2/3 p 轨道的成分轨道的成分 每两个轨道间的夹角为每两个轨道间的夹角为120，呈呈平面三角形平面三角形 sp2杂化杂化

8、：1个个s 轨道与轨道与2个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化, 形成形成3个个sp2 杂化轨道。杂化轨道。120FFFB例如：例如： Sp2 杂化杂化 BF3分子的形成分子的形成B B： 1s1s2 22s2s2 22p2p1 1没有没有3 3个单电子个单电子激发s2p2p2s2sp2sp2杂化sp3杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 10928 sp3杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与3个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化,形成形成4个个sp3 杂化轨道。杂化轨道。 每个每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，杂化轨道的形状也为一头大，一头小， 含有含

9、有 1/4 s 轨道和轨道和 3/4 p 轨道的成分轨道的成分 每两个轨道间的夹角为每两个轨道间的夹角为109.5， 空间构型为空间构型为正四面体型正四面体型例如：例如： Sp3 杂化杂化 CH4分子的形成分子的形成激发s2p2p2s2杂化3spsp3C：2s22p2三、杂化理论简介三、杂化理论简介3.3.杂化轨道分类：杂化轨道分类：激发s2p2p2s2杂化3spsp3CH4原子原子轨道杂化轨道杂化等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。 杂化轨道杂化轨道 每个轨道的成分每个轨道的成分 轨道间夹角轨道间夹角( 键角键角) sp 1/2

10、s，1/2 p 180 sp2 1/3 s，2/3 p 120 sp3 1/4 s，3/4p 109283.3.杂化轨道分类：杂化轨道分类：三、杂化理论简介三、杂化理论简介H2O原子原子轨道杂化轨道杂化 O原子：原子：2s22p4 有有2个单个单电子，可形成电子，可形成2个共价键，键个共价键，键角应当是角应当是90，Why? 2s2p2 对孤对电子对孤对电子杂化杂化不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分上的不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分上的 不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对排斥力排斥力：孤电子对：孤电子对- -孤电子对孤电子对 孤电子对孤电子对-

11、 -成键电子对成键电子对 成键电子对成键电子对- -成键电子对成键电子对三、杂化理论简介三、杂化理论简介4.4.杂化类型判断：杂化类型判断： 因为杂化轨道只能用于形成因为杂化轨道只能用于形成键或用来容键或用来容纳孤电子对，故有纳孤电子对，故有 杂化类型的判断方法：先确定分子或离子的中杂化类型的判断方法：先确定分子或离子的中心原子价层电子对数，再由杂化轨道数判断杂心原子价层电子对数，再由杂化轨道数判断杂化轨道类型。化轨道类型。= =中心原子孤电子对数中心原子孤电子对数键电子对数（配位原子数）键电子对数（配位原子数）杂化轨道数杂化轨道数=中心原子价层电子对数中心原子价层电子对数价层电子价层电子对数

12、对数VSEPR模型名称模型名称中心原子中心原子杂化类型杂化类型典型例子典型例子中心原子杂化方式判断中心原子杂化方式判断2sp3平面三角形平面三角形SO3四面体形四面体形SO4 2- CCl4H2O NH3价层电子价层电子对数对数VSEPR模型名称模型名称中心原子中心原子杂化类型杂化类型典型例子典型例子中心原子杂化方式判断中心原子杂化方式判断2直线形直线形spBeCl2CO23平面三角形平面三角形sp2SO34四面体形四面体形sp3SO4 2- CCl4H2O NH3代表物代表物杂化轨道数杂化轨道数杂化轨道类型杂化轨道类型CO2CH2O033CH4SO2NH3H2O杂化轨道数杂化轨道数= =中心

13、原子孤电子对数配位原子数中心原子孤电子对数配位原子数代表物代表物杂化轨道数杂化轨道数杂化轨道类型杂化轨道类型CO2022spCH2O033sp2CH4044sp3SO2123sp2NH3134sp3H2O224sp3杂化轨道数杂化轨道数= =中心原子孤电子对数配位原子数中心原子孤电子对数配位原子数A的价层电子对数的价层电子对数234A的杂化轨道数的杂化轨道数杂化轨道类型杂化轨道类型A的价电子空间构型的价电子空间构型（VSEPR模型）模型）A的杂化轨道空间构型的杂化轨道空间构型ABmABm型分子或离子空型分子或离子空间构型间构型对于对于ABmABm型分子或离子，其中心原子型分子或离子，其中心原子

14、A A的杂化轨道的杂化轨道数恰好与数恰好与A A的价层电子对数相等。的价层电子对数相等。234spsp2sp3直线型直线型平面三角形平面三角形四面体四面体直线型直线型平面三角形平面三角形四面体四面体直线型直线型平面三角平面三角形或形或V形形正四面体或三正四面体或三角锥形或角锥形或V形形例例1：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表物质物质价电价电子对子对数数中心原中心原子杂化子杂化轨道类型轨道类型杂化轨道杂化轨道/电子对空电子对空间构型间构型轨道轨道夹角夹角分子空分子空间构型间构型键角键角气态气态BeCl2CO2BF3CH4N

15、H4+H2ONH3PCl322344444spspspspspsp2 2spsp3 3直线形直线形直线形直线形平面三角形平面三角形四面四面体体180180120109.5直线形直线形直线形直线形平面三平面三角形角形正四正四面体面体V形形三角三角锥形锥形180180120109.28109.28105107.18107.18课堂练习课堂练习例题例题2：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是的是 ( ) ACO2与与SO2 BCH4与与NH3 CBeCl2与与BF3 DC2H2与与C2H4B例题例题3：对：对SO2与与CO2说法正确的是说法正确的是( )

16、 A都是直线形结构都是直线形结构 B中心原子都采取中心原子都采取sp杂化轨道杂化轨道 C S原子和原子和C原子上都没有孤对电子原子上都没有孤对电子 D SO2为为V形结构，形结构， CO2为直线形结构为直线形结构D试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况的成键情况 C C原子在形成乙烯分子时，碳原子的原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s2s轨道与轨道与2 2个个2p2p轨道发生杂化，形成轨道发生杂化，形成3 3个个spsp2 2杂化轨道，伸向平面正杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个三角形的三个顶点。每个C C原子的原子的2 2个个spsp2 2杂化轨

17、道分杂化轨道分别与别与2 2个个H H原子的原子的1s1s轨道形成轨道形成2 2个相同的个相同的键，各自剩键，各自剩余的余的1 1个个spsp2 2杂化轨道相互形成一个杂化轨道相互形成一个键，各自键，各自没有杂没有杂化的化的l l个个2p2p轨道轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成肩并肩重叠形成键。所以，在乙烯分子中双键由一键。所以，在乙烯分子中双键由一个个键和一个键和一个键构成。键构成。 C C原子在形成乙炔分子时发生原子在形成乙炔分子时发生spsp杂化，两个杂化，两个碳原子以碳原子以spsp杂化轨道与氢原子的杂化轨道与氢原子的1s1s轨道结合形

18、成轨道结合形成键。各自剩余的键。各自剩余的1 1个个spsp杂化轨道相互形成杂化轨道相互形成1 1个个键，两个碳原子的未杂化键，两个碳原子的未杂化2p2p轨道分别在轨道分别在Y Y轴和轴和Z Z轴轴方向重叠形成方向重叠形成键。所以乙炔分子中碳原子间以键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。叁键相结合。苯环的结构苯环的结构平面正六边形，离域大平面正六边形，离域大键。键。C6H6的大键（离域键）1.苯环中的碳均是以苯环中的碳均是以sp2杂化成夹角为杂化成夹角为1200三三个个sp2杂化轨道杂化轨道.2.苯环中六个碳之间形成苯环中六个碳之间形成6个个键键,每个碳与氢每个碳与氢形成形成1个个键键.3.

19、苯环中六个碳中未杂化的苯环中六个碳中未杂化的P轨道彼此形成一轨道彼此形成一个个大大键键.4.形成形成大大键键比一般的比一般的键更稳定键更稳定,因此苯环因此苯环体现特殊的稳定性体现特殊的稳定性小结杂化轨道理论小结杂化轨道理论 sp3 杂化：正四面体型杂化，四个杂化轨道，杂化：正四面体型杂化，四个杂化轨道，能形成四个能形成四个键，键， 键稳定，可自由旋转。键稳定，可自由旋转。 sp2 杂化：三个杂化轨道共平面，能形成三个杂化：三个杂化轨道共平面，能形成三个键，未杂化键，未杂化p轨道可形成轨道可形成键，形成键，形成键后，键后，双键均不能自由旋转；双键均不能自由旋转； sp 杂化：两个杂化轨道共直线，

20、能形成两个杂化：两个杂化轨道共直线，能形成两个键，未杂化键，未杂化p轨道可形成轨道可形成键，形成键，形成键后，三键后，三键均不能自由旋转。键均不能自由旋转。杂化轨道的类型与空间结构的关系杂化轨道的类型与空间结构的关系杂化类型杂化类型spsp2sp3用于杂化的用于杂化的原子轨道数原子轨道数234杂化轨道数杂化轨道数234空间构型空间构型直线型直线型平面三角形平面三角形四面体四面体实例实例CHCHCH2=CH2 CH4CO2 CS2BF3CCl4（2 2）要点：）要点：（1）sp3杂化杂化1个个S轨轨道和道和3个个P轨道轨道基态基态原子原子激发态激发态原子原子4 4个相同的个相同的SPSP3 3杂

21、化轨道杂化轨道混杂混杂小结：杂化轨道理论小结：杂化轨道理论1个个S轨道轨道2个个P轨道轨道杂化杂化（2）sp2杂化杂化3 3个相同的个相同的SPSP2 2杂化轨道杂化轨道（3）sp杂化杂化1个个S轨道轨道1个个P轨道轨道杂化杂化2 2个相同的个相同的SPSP杂化轨道杂化轨道 （4）s-p型的三种杂化比较型的三种杂化比较杂杂 化化 类类 型型spspSpSp2 2spsp3 3参与杂化的参与杂化的原子轨道原子轨道1 1个个 s + 1s + 1个个p p1 1个个s + 2s + 2个个p p1 1个个s + 3s + 3个个p p杂杂 化化 轨轨 道道 数数2 2个个spsp杂化轨道杂化轨道3

22、 3个个spsp2 2杂化轨杂化轨道道4 4个个spsp3 3杂化轨杂化轨道道杂化轨道杂化轨道间夹角间夹角1801800 01201200 01091090 0 2828空空 间间 构构 型型直直 线线正三角形正三角形正四面体正四面体实实 例例BeClBeCl2 2 , , C C2 2H H2 2BF3 , C2H4CH4 , CCl42 2、杂化轨道的特性、杂化轨道的特性: :（1 1）只有能量相近的轨道才能互相杂化。）只有能量相近的轨道才能互相杂化。 常见的有常见的有: :非过渡元素非过渡元素 ns np ns np （spsp型杂化）型杂化） 过渡元素过渡元素(n-1)d ns np

23、(dsp(n-1)d ns np (dsp型杂化型杂化) )（2 2）杂化轨道的成键能力大于未杂化轨道。）杂化轨道的成键能力大于未杂化轨道。（3 3）参加杂化的原子轨道的数目与形成的杂化轨）参加杂化的原子轨道的数目与形成的杂化轨 道数目相同。道数目相同。（4 4）不同类型的杂化，杂化轨道的空间取向不同）不同类型的杂化，杂化轨道的空间取向不同1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是同的是 ( ) ACO2与与SO2 BCH4与与NH3 CBeCl2与与BF3 DC2H2与与C2H4B 2、对、对SO2与与CO2说法正确的是说法正确的是( ) A都是直线形结构都是直线形结构 B中心原子都采取中心原子都采取sp杂化轨道杂化轨道 C S原子和原子和C原子上都没有孤对电子原子上都没有孤对电子 D SO2为为V形结构，形结构， CO2为直线形结构为直