【化学】分子的空间结构第3课时（同步课件）-2023-2024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3课时第二章分子结构与性质21本节重点本节难点杂化轨道理论简介杂化轨道类型与分子空间结构的关系甲烷分子呈正四面体形，它的4个C—H的键长相同，H—C—H的键角为109°28′。根据价键理论，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。这是为什么呢？莱纳斯·卡尔·鲍林为了解决这一矛盾，1931年由鲍林等人在价键理论的基础上提出杂化轨道理论，它实质上仍属于现代价键理论，但是它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。杂化轨道理论简介杂化轨道的含义在外界条件影响下，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。能量相近原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道数目不变形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等且杂化轨道的能量相同(变：轨道的成分、能量、形状、方向，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，成键时根据最大重叠原理，重叠程度越大，形成的共价键越牢固。杂化轨道理论四要点杂化轨道理论简介杂化轨道的含义在外界条件影响下，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。杂化轨道理论四要点成键能力增强杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。排斥力最小杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同但形状完全相同。回顾所学内容，判断下列语句正误问题1发生轨道杂化的原子一定是中心原子(

)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的(

)问题2只有能量相近的轨道才能杂化(

)问题3杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键(

)问题4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。未参与杂化的p轨道可用于形成π键(

)问题5杂化轨道类型与分子空间结构的关系杂化轨道的类型sp3杂化轨道是由

ns轨道和

np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有___和______的成分，sp3杂化轨道间的夹角为

，空间结构为正四面体形sp3杂化轨道——正四面体形1个3个109°28′sSp3杂化109°28′spppsp31/4s3/4p杂化轨道类型与分子空间结构的关系杂化轨道的类型sp2杂化轨道——平面三角形sp2杂化轨道是由

ns轨道和

np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有____和____成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形1个2个1/3s2/3pssp2杂化120°120°120°sppppsp2杂化轨道类型与分子空间结构的关系杂化轨道的类型sp杂化——直线形sp杂化轨道是由

ns轨道和

np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有____和____的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形1个1个1/2s1/2psp杂化spppsppp180℃杂化轨道类型与分子空间结构的关系情况一：当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同杂化类型spsp2sp3轨道夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图

实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子空间结构直线形平面三角形正四面体形杂化轨道类型与分子空间结构的关系情况二：当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同ABn型分子中心原子杂化类型中心原子孤电子对数空间结构实例AB2sp21SO2AB3sp31NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2或(B2A)2H2S、NH2-V形三角锥形V形方法一：根据杂化轨道数目判断杂化轨道数目234杂化类型spsp2sp3判断中心原子杂化轨道类型的三种方法杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键。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杂化方法二：根据杂化轨道的空间分布判断判断中心原子杂化轨道类型的三种方法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②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杂化方法三：根据杂化轨道之间的夹角判断判断中心原子杂化轨道类型的三种方法若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化物质价层电子对数杂化轨道数杂化轨道类型CO2CH2OCH4SO2NH3H2O【例1】回顾所学内容，认真填写下表：22sp33sp244sp333sp244sp344sp3总结——分子的空间结构分子的空间结构预测VSEPR模型解释杂化轨道理论测定光谱现代共价键理论之一——分子轨道理论分子轨道理论又称分子轨道法或MO法，1932年由美国化学家马利肯及德国物理学家洪特提出，是一种描述多原子分子中电子所处状态的方法。要点是：从分子的整体性来讨论分子的结构，认为原子形成分子后，电子不再属于个别的原子轨道，而是属于整个分子的分子轨道，分子轨道是多中心的；分子轨道由原子轨道组合而成，形成分子轨道时遵从能量近似原则、对称性一致(匹配)原则、最大重叠原则，即通常说的“成键三原则”；在分子中电子填充分子轨道的原则也服从能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。F.HundR.S.Mulliken1．已知次氯酸分子的结构式为H－O－Cl，下列说法正确的是A．O原子发生sp杂化 B．O原子与H、Cl都形成π键C．该分子为V形分子 D．该分子的电子式是【答案】C【分析】HClO分子的结构式为H—O—Cl，O原子应为sp3杂化，形成4个杂化轨道，其中有2个是孤对电子，另2个杂化轨道分别与H原子和Cl原子各形成1个σ键。【详解】A．由以上分析知，O原子是sp3杂化，A错误；B．O原子应为sp3杂化，形成4个杂化轨道，其中有2个是孤对电子，另2个杂化轨道分别与H原子和Cl原子各形成1个σ键。B错误。C．由以上分析知，该分子构型为V形，C正确；D．其电子式为

，D错误；故选C。2．用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的立体构型，有时也能用来推测键角大小。下列判断正确的是A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°C．P4、CH4、SF4都是正四面体形的分子D．HCHO、BF3、SO3都是平面三角形的分子3．三溴化砷(AsBr3)常应用于医药和化学分析领域。下列说法正确的是A．该分子含非极性共价键

B．中心原子采取sp3杂化C．键角等于120° D．空间结构为平面三角形【答案】B【详解】A．该分子只有As-Br键，属于极性键，A错误；B．As有3个σ键和1对孤电子对，故价层电子对数为4，即sp3杂化，B正确；C．该分子属于三角锥形，键角大约为107。，C错误；D．该分子空间结构为三角锥形，D错误；故选B。4．下列有机物分子中的碳原子既有sp3杂化又有sp杂化的是A．CH3CH2CH3

B．CH3—C≡CH C．CH3CHO D．CH≡CH【答案】B【详解】A．CH3CH2CH3碳原子只有sp3杂化，A错误；B．CH3—C≡CH中三键碳为sp、单键碳为sp3，B正确；C．CH3CHO中醛基碳为sp2、单键碳为sp3杂化，C错误；D．CH≡CH中碳原子只有sp杂化，D错误；故选B。5．化合物A是近年来采用的锅炉水添加剂，其结构简式如图，A能除去锅炉水中溶解的氧气，下列对A分子说法正确的是

A．所有原子都在同一平面内B．所含的σ键与π键个数之比为10∶1C．C的杂化方式均为sp2杂化D．N的化合价均为-3价【答案】C【详解】A．氮原子形成3个共价键且有1对孤电子对，为三角锥形结构，即氮原子与所连的三个原子不在同一平面，所以A分子中所有原子不可能共平面，故A错误；B．一个单键就是1个σ键，一个双键含有1个σ键和1个π键，所以A分子中含有11个σ键和1个π键，所含的σ键与π键个数之比为11:1，故B错误；C．碳原子为羰基碳，其杂化方式为sp2杂化，故C正确；D．因N原子的电负性大于氢，与氮原子所连的氨基中的氮的化合价为﹣2价，故D错误；故选C。杂化轨道理论四要点杂化轨道的类型能量相近数目不变sp3杂化轨道——正四面体形sp2杂