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

人教版2019高中化学选择性必修2第二节分子的空间结构第3课时

杂化轨道理论【课程目标】1.了解杂化轨道理论的基本内容。2.在理解杂化轨道理论的基础上，对分子的空间结构进行解释和预测。写出碳原子的核外电子排布图【思考交流】C1s22s22p2H1s1H1s1H1s1H1s1原子轨道重叠成键CH4不可能得到正四面体形思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2？1s22s22p2CC原子的4个价层原子轨道是1个球形的2s轨道和3个相互垂直的2p轨道，用他们跟4个氢原子的1s轨道重叠，不可能得到正四面体形。如何解决这一矛盾？鲍林提出了杂化轨道理论怎么重叠呢？109°28′四、杂化轨道理论简介P47鲍林为解释分子的立体构型提出杂化轨道理论

当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到四个新的能量相同，方向不同的轨道。鲍林认为：→sp3杂化轨道sp3杂化过程（p48）xyzxyzzxyzxyz109°28′sp3杂化：1个s轨道与3个p轨道进行的杂化，形成4个sp3杂化轨道。每个sp3轨道形状为一头大，一头小，含有1/4s轨道和3/4p轨道的成分基态激发态4个sp3杂化轨道电子跃迁杂化C4个能量相同、方向不同的sp3杂化轨道【释疑解惑】甲烷分子中碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-Hσ键，呈正四面体形。四、杂化轨道理论简介P471.sp3杂化①

由1个ns轨道与3个np轨道杂化形成⑦

CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等粒子，键长不同，为四面体形⑥AB4型离子基本是正四面体形⑤CH4、CCl4、CF4、SiCl4、NH4+、SO42-等粒子，四个键长相同，真实构型与VSEPR理想模型重合，为正四面体形。④每个sp3轨道形状为一头大，一头小，含有1/4s轨道和3/4p轨道的成分③轨道中心轴之间的夹角为109°28′，呈正四面体形

②每个sp3轨道含有4条相同的轨道，它们的能量相同、方向不同常见杂化类型还有：sp、sp2P48sp2杂化过程（p48）xyzxyzzxyzxyz→每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小120°sp2杂化：1个s轨道与2个p轨道进行的杂化，形成3个sp2杂化轨道。→含有1/3s

轨道和2/3p

轨道的成分→sp2杂化后，未参与杂化的1个np轨道可以用于形成π键B原子基态电子排布轨道表示式2s2p电子跃迁sp2杂化——BF3分子的形成

sp2杂化轨道2.sp2杂化与F成键FFFB未参与杂化的p轨道上的电子可用于形成π键——CH2=CH2分子中碳原子的杂化

sp2杂化轨道2.sp2杂化2s22p2Csp2杂化电子跃迁——CH2=CH2分子中碳原子的杂化

sp2杂化轨道2.sp2杂化乙烯分子结构示意图π键乙烯分子中碳原子的sp2杂化乙烯分子中的σ键乙烯分子中的π键σ键σ键σ键σ键σ键乙烯分子中σ键和π键的形成过程四、杂化轨道理论简介P472.sp2杂化①

由1个ns轨道与2个np轨道杂化形成⑤sp2杂化后，未参与杂化的1个np轨道上若有未成对电子，则可以用于形成π键，如乙烯分子碳碳双键的形成。④每个sp2轨道形状为一头大，一头小，含有1/3s轨道和2/3p轨道的成分③轨道中心轴之间的夹角为120°，呈平面三角形。例如：BF3

②每个sp2轨道含有3条相同的轨道，它们的能量相同、方向不同180°→sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2s轨道和1/2p轨道的成分xyzxyzzxyzxyz180°四、杂化轨道理论简介P473.sp杂化sp杂化过程（p48）sp

杂化：1个s轨道与1个p轨道进行的杂化,形成2个sp杂化轨道。180°→sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键Be原子基态电子排布轨道表示式2s2p电子跃迁sp杂化——BeCl2分子的形成

sp杂化轨道3.sp杂化与Cl成键ClClsppxpx180°ClClBeσ键σ键未参与杂化的p轨道可用于形成π键——CH≡CH分子中碳原子的杂化

sp杂化轨道3.sp杂化2s22p2Csp杂化电子跃迁

sp杂化轨道3.sp杂化乙炔分子结构示意图π键乙炔分子中的σ键乙炔分子中的π键σ键σ键σ键——CH≡CH分子中碳原子的杂化π键乙炔空间填充模型乙炔分子中σ键和π键的形成过程四、杂化轨道理论简介P473.sp杂化①

由1个ns轨道与1个np轨道杂化形成⑤sp杂化后，未参与杂化的2个np轨道上若有未成对电子，则可以用于形成π键，如乙炔分子-C≡C-键的形成。④每个sp2轨道形状为一头大，一头小，含有1/2s轨道和1/2p轨道的成分③轨道中心轴之间的夹角为180°，呈直线形。例如：BeCl2、CH≡CH

②每个sp轨道含有2条相同的轨道，它们的能量相同、方向相反180°杂化类型sp3sp2参与杂化轨道1个s,3个p1个s,2个p杂化轨道数4个sp33个sp2杂化轨道间夹角109°28′120°空间结构正四面体平面三角形实例CH4、CCl4

CH2=CH2、BF3小结杂化轨道类型sp1个s,1个p2个sp180°直线形CH≡CH、BeCl2思考：任意不同的原子轨道都可以杂化吗？①原子轨道只有在形成化学键时才能杂化.②只有能量相近的轨道才能杂化(如2s、2p)。孤立的原子轨道不会发生杂化；不是杂化的条件：轨道的杂化杂化轨道在外界条件影响下，中心原子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。原子轨道混杂后形成的一组新轨道，叫做杂化轨道。①杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数②杂化改变了原子轨道的形状和方向③杂化使原子的成键能力增强④杂化轨道只用于形成分子的σ键或容纳孤电子对【杂化轨道理论】四、杂化轨道理论简介(即轨道数目不变)杂化轨道理论要点→中心原子外界条件能量相近的轨道(如2s、2p)→杂化只发生在多原子分子(原子数>2)的过程中，

单独原子无法发生杂化(双原子分子也没有杂化过程)→杂化前后的变与不变

不变：原子轨道的数目变：轨道的成分、能量(趋向平均化)、形状、方向→轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布→杂化轨道用来形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对剩余未杂化的p轨道可以形成π键！！！思考：观察并总结如何判断中心原子的杂化轨道类型？价层电子对数432杂化轨道数＝价层电子对数四、杂化轨道理论简介4.杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。杂化轨道数＝价层电子对数＝中心原子σ键电子对数+孤电子对数价层电子对数中心原子的杂化轨道类型VSEPR理想模型理想键角234sp直线形180°sp2平面(正)三角形120°sp3(正)四面体形109°28′→双键(多含一对π电子对)排斥力略大于单键甲醛(HCHO)116.4°121.8°乙烯CH2=CH2平面三角形平面形四、杂化轨道理论简介4.杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。杂化轨道数＝价层电子对数＝中心原子σ键电子对数+孤电子对数价层电子对数中心原子的杂化轨道类型VSEPR理想模型理想键角234sp直线形180°sp2平面(正)三角形120°sp3(正)四面体形109°28′→双键(多含一对π电子对)排斥力略大于单键→孤电子对的排斥能力比成键电子对排斥能力强，因此含有孤电子对的键角小于理想键角。→孤电子对数越多，键角越小。排斥力顺序：孤—孤>孤—键>键—键

在学习价层电子对互斥模型时，知道NH3和H2O的VSEPR模型跟CH4一样也是四面体形，因此它们的中心原子也是采取了sp3杂化。109°28′107°105°NH3H2OCH4讨论：如何用杂化轨道理论解释氨分子和水分子的空间结构呢？注：杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。氮原子的3个sp3杂化轨道与3个氢原子的1s原子轨道重叠形成3个N-Hσ键，其中1个sp3杂化轨道中占有孤电子对。思考与讨论1:2s2psp3不等性杂化sp3→孤电子对对成键电子对的排斥能力较强，故键角小于109°28′，为107°NH3空间结构：三角锥形键角：107o7N1s22s22p3107°O原子的2个sp3杂化轨道与2个氢原子的1s原子轨道重叠形成2个O-Hσ键，其中有2个sp3杂化轨道中占有孤电子对。思考与讨论2:H2O空间结构：V形键角为：105o8O1s22s22p42s2psp3不等性杂化sp3105°109°28′VSEPR模型——预测分子的空间结构杂化轨道理论——解释分子的空间结构【归纳小结】VSEPR模型预测空间结构计算价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数确定中心原子的杂化轨道类型→杂化理论和VSEPR模型预测粒子空间结构结果基本一致利用VSEPR模型和杂化轨道理论推测粒子结构孤电子对数化学式价层电子对数σ键电子对数VSEPR模型中心原子杂化类型粒子的真实空间结构SO2H2SSO3NCl3HCNHClO224四面体形sp3杂化V形123平面三角形sp2杂化V形033平面正三角形sp2杂化平面正三角形134四面体形sp3杂化三角锥形022直线形sp杂化直线形224四面体形sp3杂化V形利用VSEPR模型和杂化轨道理论推测粒子结构孤电子对数化学式价层电子对数σ键电子对数VSEPR模型中心原子杂化类型粒子的真实空间结构SO42-NO3-PO43-ClO3-H3O+044四面体形sp3杂化正四面体形033平面正三角形sp2杂化平面正三角形134四面体形sp3杂化三角锥形033CO32-平面正三角形sp2杂化平面正三角形134四面体形sp3杂化三角锥形044四面体形sp3杂化正四面体形利用VSEPR模型和杂化轨道理论推测粒子结构孤电子对数化学式价层电子对数σ键电子对数VSEPR模型中心原子杂化类型粒子的真实空间结构CH4HCHOCH2=CH2CH≡CHC6H6(苯)CH3COOH033平面三角形sp2杂化平面三角形044正四面体形sp3杂化正四面体形?关于乙烯、乙炔中心原子的价层电子对数和杂化轨道类型①乙烯CH2=CH2→取其中一个C作为中心原子，σ键电子对数为3；→孤电子对数为：×(4-1×2-2×1)＝021已经与两个H原子成键，则其与另一C原子结合所能接受的电子数最多为2→中心原子价层电子对数为3+0=3→确定空间结构为平面三角形，中心原子为sp2杂化乙烯分子空间结构为平面形关于乙烯、乙炔中心原子的价层电子对数和杂化轨道类型②乙炔CH≡CH→取其中一个C作为中心原子，σ键电子对数为2；→孤电子对数为：×(4-1×1-3×1)＝021已经与1个H原子成键，则其与另一C原子结合所能接受的电子数最多为3→中心原子价层电子对数为2+0=2→确定空间结构为直线形，中心原子为sp杂化乙炔分子空间结构为直线形利用VSEPR模型和杂化轨道理论推测粒子结构孤电子对数化学式价层电子对数σ键电子对数VSEPR模型中心原子杂化类型粒子的真实空间结构CH4HCHOCH2=CH2CH≡CHC6H6(苯)CH3COOH033平面三角形sp2杂化平面三角形044正四面体形sp3杂化正四面体形sp2杂化平面形sp杂化直线形sp2杂化平面正六边形sp3杂化sp2杂化033平面三角形022直线形完成课本p51第9题原子总数粒子中心原子上的孤电子对数中心原子杂化轨道类型空间构型3CO2SO2H2OHCN4BF3NH3H3O+CH2O5CH4SO42-0sp直线形1sp2V形2sp3V形0sp直线形0sp2平面三角形1sp3三角锥形1sp3三角锥形0sp2平面三角形0sp3正四面体形0sp3正四面体形价电子对数VSEPR模型VSEPR模型名称杂化轨道数中心原子的杂化轨道类型分子的空间构型实例

直线形平面三角形四面体形平面三角形四面体形四面体形spsp2sp3sp2sp3VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系sp3直线形V形V形平面三角形三角锥形四面体形234344234344【归纳小结】H2OSO3BeCl2、CO2SO2NH3CH4、CCl4=1+3=1+2=0+3=2+2=0+4思考与讨论:NO2+NO2NO2—NO3—孤电子对数价层电子对数VSEPR模型中心原子杂化类型粒子的真实空间结构键角大小0.5+2=2.5sp2杂化(5－2×2)÷2=0.51个单电子，看做1对孤电子(4－2×2)÷2=0(6－2×2)÷2=1(6－3×2)÷2=0→取30+2=21+2=30+3=3平面三角形sp2杂化V形直线形sp杂化平面三角形sp2杂化平面三角形•V形直线形平面正三角形斥力小斥力大<120°>120°NO2+NO3—NO2NO2—>>>大π键C6H6

苯分子中碳原子sp2杂化平面正六边形了解苯分子中的大π键π66个p轨道6个电子6拓展：大π键（共轭大π键，离域π键）含义：分子中数个邻近原子上都有相互平行的p轨道，

“肩并肩”重叠而形成离域的化学键。

a表示平行p轨道的数目b表示在平行p轨道里的电子数。很多有机物分子中存在大π键当堂训练1.在SO2分子中，分子的空间结构为V形，S原子采用sp2杂化，

那么SO2的键角A.等于120°B.大于120°C.小于120° D.等于180°C当堂训练2.下列说法正确的是A.CH2Cl2分子的空间结构为正四面体形B.H2O分子中氧原子的杂化轨道类型为sp2，分子的空间结构为V形C.CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp，分子的空间结构为直线形D.的空间结构为平面三角形C当堂训练3.BF3是典型的平面三角形分子,它溶于氢氟酸或NaF溶液中都形成BF4-,则BF3和BF4-中B的原子的杂化轨道类型分别是 (

)

A.sp2、sp2

B.sp3、sp3C.sp2、sp3 D.sp、sp2C

【解析】BF3中硼原子的价层电子对数为3,所以为sp2杂化,

BF4-

中硼原子的价层电子对数为4,所以为sp3杂化。当堂训练4.下列分子或离子中键角由大到小排列正确的是①BCl3

②NH3

③H2O

④PCl4+

⑤BeCl2A.⑤④①②③ B.④①②⑤③C.⑤①④②③ D.③②④①⑤C当堂训练5.下列说法正确的是①CS2为V形分子

②ClO3-的空间结构为平面三角形③SF6中有6个完全相同的成键电子对

④SiF4和SO32-的中心原子均采取sp3杂化A.①②B.②③C.③④D.①④CSF6采取sp3d2杂化，形成正八面体当堂训练6.下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是(

)A.键角为180°的分子,空间结构是直线形B.键角为120°的分子,空间结构是平面三角形C.键角为60°的分子,空间结构可能是正四面体形D.键角为90°~109°28'之间的分子,空间结构可能是V形B

当堂训练7.下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是A.CH≡CH B.CO2C.BeCl2

D.BF3C当堂训练8.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，其空间结构可能是四面体形或三角锥形

或V形D.AB3型的分子空间结构必为平面三角形C9．下列分子中，各分子或离子的空间结构、中心原子的杂化方式以及孤电子对数均正确的是(

)当堂训练选项分子或离子空间结构杂化方式孤电子对数ANH3平面三角形sp3杂化N含有一对孤电子对BCCl4正四面体sp3杂化C不含有孤电子对CH2OV形sp2杂化O含有两对孤电子对DCO32-三角锥形sp3杂化C含有一对孤电子对B

当堂训练10.如图在乙烯分子中有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之间是未参加杂化的2p轨道形成的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A当堂训练11.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是①BF3

②CH2==CH2

③④CH≡CH

⑤NH3

⑥CH4A.①②③ B.①⑤⑥C.②③④ D.③⑤⑥√√√A提醒有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法：饱和碳原子均采取sp3杂化；连接双键的碳原子均采取sp2杂化；连接三键的碳原子均采取sp杂化。12．2019年8月科学家在Science杂志首次报道了18个原子纯碳环分子(如图所示)。下列说法不正确的是(

)当堂训练A．该分子属于有机物B．该分子可能要比苯更加活泼C．该分子所有的碳的杂化方式都是spD．该分子具有半导体的功能，可以使类似的直碳链成为分子级电子元件A归纳总结判断中心原子杂化轨道类型的三种方法(1)根据杂化轨道数目判断杂化轨道数目＝价层电子对数目＝σ键电子对数目＋中心原子的孤电子对数目，再由杂化轨道数目确定杂化类型。杂化轨道数目234杂化类型spsp2sp3(2)根据杂化轨道的空间分布判断①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化。②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化。(3)根据杂化轨道之间的夹角判断①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3