【高中化学】杂化轨道理论简介（课件） 2022-2023学年高二化学人教版2019选择性必修2

第二节分子的空间结构第2课时杂化轨道理论简介2019人教版

选择性必修2第二章

分子结构与性质【课程学习目标·学科核心素养】知道杂化轨道理论的基本内容。能利用杂化轨道理论解释简单粒子的空间结构，发展“证据推理与模型认知”学科核心素养。通过定性分析和定量计算，推出合理结论，深化微粒作用与分子结构的关系。知识导航课堂导入我们已经知道，甲烷分子的空间结构呈____________，它的4个C-H的键长______，H-C-H的键角皆为_________。按照价键理论，甲烷的4个C-H单键都应该是_______键。然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。109°28′怎样解释甲烷分子呈正四面体结构呢？为什么键长相同，键角相等？正四面体形相同109°28′σ为了解释分子的空间结构，1931年鲍林提出了杂化轨道理论。在形成CH4分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，得到4个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角109°28′，称为sp3杂化轨道，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—Hσ键，呈现正四面体的空间结构。莱纳斯·卡尔·鲍林一．杂化轨道理论简介1．杂化轨道理论在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。C原子2s22p2sp3杂化跃迁↑↓sppp↑↑基态↑sppp↑↑↑激发态sp3↑↑↑↑杂化轨道形成σ键H原子↑s1s14个C-H，键角为109°28′一．杂化轨道理论简介2．杂化轨道理论要点一．杂化轨道理论简介2．杂化轨道理论要点(1)原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。(2)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道的能量相同。(3)杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更牢固。(4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同。二．杂化轨道类型与分子空间结构的关系1．杂化轨道的类型(1)sp3杂化轨道——正四面体形sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有

s和

p的成分，sp3杂化轨道间的夹角为109°28′，空间结构为正四面体形。如下图所示。二．杂化轨道类型与分子空间结构的关系1．杂化轨道的类型(2)sp2杂化轨道——平面三角形sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有

s和

p成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形，如下图所示。二．杂化轨道类型与分子空间结构的关系1．杂化轨道的类型(3)sp杂化——直线形sp杂化轨道是由1个ns轨道和1个np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有

s和

p的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如下图所示。二．杂化轨道类型与分子空间结构的关系2．杂化轨道类型与价层电子对数、分子空间结构的关系价层电子对数原子杂化轨道2sp3sp24sp3原子轨道杂化价层电子对数σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型分子的立体构型sp220直线形

直线形

sp2330

平面三角形平面三角形

21V形sp3440正四面体

正四面体

31三角锥形

22V形

二．杂化轨道类型与分子空间结构的关系2．杂化轨道类型与分子空间结构的关系三．中心原子杂化轨道类型的判断1．根据分子或离子的VSEPR模型确定。2．根据杂化轨道数目确定。3．根据键角确定。杂化轨道类型spsp2sp3方法1VSEPR模型方法2杂化轨道数目方法3键角直线形平面三角形四面体形234109°28′120°180°三．中心原子轨道杂化类型的判断4．有机物中碳原子杂化类型的判断：4个σ键是sp3杂化，3个σ键是sp2杂化，2个σ键是sp杂化。5．等电子原理：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，它们的许多性质是相近的。满足等电子原理的分子称为等电子体。例如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体。效果检测【典例1】根据价层电子对互斥理论，中心原子杂化轨道类型为sp2的微粒为A．CH3Cl

B．SO32- C．NF3 D．CO32-【答案】D【典例2】（2021·湖北·高二期末）氯化亚砜(SOCl2)是一种液态化合物，向盛有10mL水的锥形瓶中，小心滴加8~10滴SOCl2，可观察到剧烈反应，液面上方有雾形成，并有带刺激性气味的气体逸出，该气体中含有使品红溶液褪色的SO2。下列关于氯化亚砜分子的VSEPR模型、分子的几何构型和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是A．四面体形、三角锥形、sp3B．平面三角形、V形、sp2C．平面三角形、平面三角形、sp2D．四面体形、三角锥形、sp2【答案】A【典例3】（2022·湖南浏阳·高二期末）氨分子的空间结构是三角锥形，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类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化B．NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道C．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强D．NH3分子中氮元素的电负性比CH4分子中碳元素的电负性大【答案】C【典例4】（2021·山东宁阳县一中高二阶段练习）下表中各粒子、粒子对应的立体结构及解释均正确的是【答案】D分子立体结构原因A氨基负离子(NH2-)直线型N原子采用sp杂化B二氧化硫(SO2)V型S原子采用sp2杂化C碳酸根离子(CO32-)三角锥型C原子采用sp3杂化D乙炔(C2H2)直线型C原子采用sp杂化且