分子的空间结构 第二课时 杂化轨道理论-课件【知识精讲+备课精研+高效课堂】 下学期高中化学人教版（2019）选择性必修2

第二章分子结构与性质第一节分子的空间结构第二课时杂化轨道理论1.通过杂化轨道理论的学习，能从微观的角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。2.通过杂化理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型判断方法，建立分子空间结构分析的思维模型。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CH4，而不是CH2？C原子电子排布图（轨道表示式）1s2s2pH原子

电子排布图1s

按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C—H单键都应该是σ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。为了解释分子的空间结构，鲍林提出了杂化轨道理论。杂化理论简介1.概念在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。杂化后的新轨道就称为杂化轨道。2.杂化的条件：(1)只有在形成化学键时才能杂化。(2)只有能量相近的轨道间才能杂化：2s、2p….3.杂化的类型：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，两个轨道间的夹角为180°，呈直线形。xyzxyzzxyzxyz180°180°

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。每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/3s

轨道和2/3p

轨道的成分，每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。3.杂化的类型：xyzxyzzxyzxyz120°3.杂化的类型：

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杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/4s

轨道和3/4p轨道的成分，每两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体形。xyzxyzzxyzxyz109°28′4.杂化轨道的特征(1)杂化前后轨道数不变。(2)杂化过程中轨道的形状发生变化。(3)杂化后形成的化学键更稳定。(4)杂化后的新轨道能量、形状都相同。(5)杂化后的轨道之间尽可能远离。(6)杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对。CH4分子的形成——sp3杂化C：2s22p22s2p激发2s2psp3杂化sp3

四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3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s-sp3σ键，从而构成一个正四面体形的分子。H：1s1

1s109°28′1090°28′BF3分子的形成——sp2杂化B：1s22s22p1没有3个单电子2s2p激发2s2psp2杂化sp22p120°F：2s22p52s2p120°FFFBBe：2s22s2p激发2s2psp杂化sp2pCl：3s23p53s3pBeCl2分子的形成——sp杂化180°180°spppsp180°ClClBe原子轨道的杂化过程用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构。N原子的价电子排布式为2s22p3，在形成NH3分子的过程中，N原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另1个杂化轨道中是成对电子，未与H原子形成共价键，4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形；NH3分子中，由于N原子上的孤电子对的排斥作用，使3个N—H键的键角变小，成为三角锥形的空间结构。用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构。O原子的价电子排布式为2s22p4，在形成H2O分子的过程中，O原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另2个杂化轨道中是成对电子，未与H原子形成共价键；4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形，但由于2对孤电子对的排斥作用，使2个O—H键的键角变得更小，使H2O分子成为V形的空间结构。CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都是sp3，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?CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。

比较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时：键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。杂化轨道与分子的空间结构的关系杂化类型spsp2sp3轨道组成轨道夹角杂化轨道示意图实例分子的空间结构1个ns和1个np1个ns和2个np1个ns和3个np180°120°109°28′BeCl2BeF3CH4直线形平面三角形正四面体形中心原子杂化类型的判断1.根据杂化轨道数判断杂化轨道数＝价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数，再由杂化轨道数确定杂化类型。杂化轨道数目234杂化类型spsp2sp3代表物杂化轨道数杂化轨道类型VSEPR模型名称分子的空间结构CO2CH2OCH4SO2NH3H2O0+2=2sp直线形0+3=3sp2平面三角形0+4=4sp3正四面体形1+2=3sp2V形1+3=4sp3三角锥形2+2=4sp3V形直线形平面三角形正四面体形平面三角形四面体形四面体形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，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杂化。②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。A的价电子对数234A的杂化轨道数杂化类型A的价层电子空间结构A的杂化轨道空间结构ABm型分子或离子空间结构234spsp2sp3直线型平面三角形正四面体形平面三角形或V形正四面体形、三角锥形、V形直线型平面三角形正四面体形直线型对于ABm型分子或离子，其中心原子A的杂化轨道数恰好与A的价电子对数相等物质价层电子对数中心原子杂化轨道类型杂化轨道/电子对空间构型轨道夹角分子空间构型键角BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2ONH3PCl32234spspsp2sp3直线形直线形平面三角形正四面体直线形直线形平面三角形正四面体V形三角锥形180°180°120°109°28′180°180°120°109°28′109°28′105°107°107°原子轨道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