【化学】杂化轨道理论简介 课件 2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

第二章原子结构与性质第二节分子的空间结构第二课时

杂化轨道理论高二化学新人教化学选择性必修2《物质结构与性质》学习目标教学重点教学难点1、运用杂化轨道理论解释分子的空间结构；2、VSEPR模型与杂化轨道理论的关联。运用杂化轨道理论解释含有孤电子对的分子的空间结构。1、结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp3、sp2、sp)；2、能运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构。具体目标

通过价层电子对互斥模型，知道甲烷为正四面体结构，价键理论能否解释其结构呢？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？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。【温故知新】如何解决上述矛盾？—为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论C：1s22s22p21931年鲍林提出杂化轨道理论，杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。（能解释价层电子互斥理论不能解释的问题）1.杂化轨道及其类型四、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，

各指向正四面体的4个顶点，夹角为109°28′，称为sp3杂化轨道。鲍林认为：xyz跃迁C基态激发态杂化杂化轨道sp3

由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道，称为sp3杂化轨道。zsp3sp3sp3sp3109°28′杂化HHHH

为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道的夹角为109°28′。轨道重叠CHHHH价层电子空轨道激发杂化轨道轨道重新组合成对电子中的一个与激发电子临近能量相近的原子轨道吸收能量轨道总数目不变，角度和形状发生变化，成键时释放能量较多，轨道重叠程度更大，生成的分子更稳定一、杂化的条件同一能级组或相近能级组的轨道，对于非过渡元素，由于ns和np能级接近，往往采用“sp”杂化原子轨道的杂化：原子形成分子的过程中，中心原子若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化杂化轨道：所形成的新轨道就称为杂化轨道1、概念一.杂化理论轨道简介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二、杂化的特点4、杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对！未参与杂化的p轨道可用于形成π键。1、杂化前后轨道数目不变2、杂化后轨道形状、方向发生改变，成键能力增强3、杂化轨道之间要满足最小排斥、最大夹角原理3.杂化类型(1)参与杂化的各原子轨道能量要相近(2)杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数(3)杂化后原子轨道的伸展方向、形状发生变化。杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化学键。遵循杂化轨道间斥力最小原理。(4)杂化轨道用于形成分子的σ键和孤电子对

(π键是由未杂化的p轨道来形成的)。4.要点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。sp3杂化轨道含有1/4s轨道和3/4p轨道.两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体形(1)sp3杂化5、杂化类型与分子的构型sp3

杂化——CH4分子的形成C：2s22p2没有4个成单电子2s2pC的基态2s2p激发态正四面体形sp3杂化态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个完全相同的s-sp3σ键，呈正四面体形。NH3空间结构：三角锥形键角约107o2p【学习任务二】再析杂化轨道理论-sp3杂化H2O空间结构：V形键角约105o2s2p1对孤电子对2对孤电子对

等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合

不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的不均匀混合。某杂化轨道有孤电子对。CH4NH3H2O【学习任务二】再析杂化轨道理论-sp3杂化对比小结：中心原子的杂化类型与VSEPR模型的关系①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。②杂化轨道数＝

价层电子对数

＝

中心原子孤电子对数+中心原子σ键电子对数三、杂化的类型2、sp2杂化

1个s轨道和2个p轨道杂化而得到3个sp2杂化轨道

pppssp2杂化xyzxyzzxyzxyzsp2sp2sp2sp2杂化轨道间的夹角是_____，空间结构为_________。120°平面三角形120°

sp2p

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杂化轨道与F成键FFFBxyzsp2sp2sp2psp2sp2sp2sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键，如：乙烯分子碳碳双键的形成。未参与杂化的p轨道上的电子可用于形成π键——分析CH2=CH2分子中碳原子的杂化类型1s22s22p2C:sp2杂化激发1.杂化轨道及其类型四、杂化轨道理论②sp2杂化（3）杂化轨道的类型

头碰头σ键肩并肩肩并肩σ键π键HHHH乙烯中sp2杂化C原子成键过程三、杂化的类型3、sp杂化

1个s轨道和1个p轨道杂化而得到2个sp杂化轨道

pppssp杂化

spp

xyzxyzzxyzxyzspspsp杂化轨道间的夹角是_____，空间结构为_________。180°直线形180°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ppspspspspxyzxyzsp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键，如乙炔分子中的碳碳三键的形成。未参与杂化的p轨道可用于形成π键1s22s22p2C:sp杂化激发——分析CH≡CH分子中碳原子的杂化类型1.杂化轨道及其类型四、杂化轨道理论③sp杂化（3）杂化轨道的类型

头碰头σ键肩并肩肩并肩σ键HH乙炔中sp杂化C原子成键过程π键π键

中心原子的杂化轨道类型与VSEPR模型有什么联系？填写下表，回答问题。实例孤电子对数价层电子对数VSEPR模型杂化轨道数中心原子的杂化轨道类型CO2

2spSO23sp2SO33sp2H2O

4sp3NH34sp3CH44sp302直线形13平面三角形04平面三角形23四面体形14四面体形04正四面体形杂化轨道模型中心原子的杂化轨道模型与VSEPR模型相同。价层电子对数＝杂化轨道数(x)，中心原子采取spx-1杂化四、判断中心原子的杂化类型1、计算价层电子对数杂化轨道数(x)＝价层电子对数，中心原子采取spx-1杂化化学式BeCl2SO2CO32-CH4NH4+NH3H2Oσ键电子对孤电子对杂化轨道数杂化类型202sp213sp2303sp2404sp3404sp3321244sp3sp3=σ键电子对数+中心原子孤电子对数四、判断中心原子的杂化类型2、根据杂化轨道的夹角判断杂化轨道夹角180°120°109°28′杂化轨道类型spsp2sp3四、判断中心原子的杂化类型单键碳原子采取sp3杂化；双键碳原子采取sp2杂化；三键碳原子采取sp杂化。3、有机物中碳原子杂化类型判断方法51234苯分子中的碳原子是什么杂化类型？苯C6H6平面正六边形

6个碳原子之间的化学键完全相同，是介于单键和双键之间的一种独特的键。120°1、定义：在多原子分子或离子中如有相互平行的P轨道，他们“肩并肩”连贯重叠在一起构成一个整体，P电子在多个原子间运动形成π型化学键，这种不局限在两个原子之间的π键称为离域π键，或共轭大π键，简称大π键2、条件：所有原子在同一平面，中心原子采用SP杂化或者SP2

杂化3、表示方法

参与形成大π键的原子数参与形成大π键的电子数拓展：大π键（共轭大π键，离域π键）Π6个p轨道6个电子

苯分子中碳原子取sp2杂化，3个杂化轨道分别用于形成3个σ键，故苯分子键角为120°；苯分子每个碳原子均有1个未参与杂化杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行，6个“肩并肩”的平行p轨道上总共6个电子一起形成了弥散在整个苯环的1个p-p大π键。

66丁二烯Π4个p轨道4个电子444、常见分子中的大π键π34H2O2

石墨分子结构是层形结构，每层是由无限个碳六元环所形成的平面，碳原子取sp2杂化，每个碳原子均有1个未参与杂化杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行，平行的n个p轨道形成了1个p-p大π键。电子在这个中可以自由移动，所以石墨能导电。

课堂小结①价电子对之间的夹角越小,排斥力越小。(

)②NH3分子的VSEPR模型与分子空间结构不一致。(

)③五原子分子的空间结构都是正四面体形。(

)④杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同。(

)⑤凡是中心原子采取sp3杂