２.2.3杂化轨道理论简介（课件）高二化学教学课件导学案（人教版20(1)9选择性必修2）

年级：高二学科：化学（人教版）课时2.2

分子的结构与性质科第二节分子的空间结构

2.2.3杂化轨道理论简介1.知道杂化轨道理论的基本内容.2.能根据杂化轨道理论确定简单分子的空间结构.1.通过认识分子结构以及杂化轨道理论,分析杂化类型与分子空间结构的关系,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。2.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用杂化轨道理论进行解释,培养证据推理与模型认知的核心素养。

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？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构型的甲烷分子如何解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论【主干知识梳理】一、杂化轨道理论简介

1、杂化轨道理论的提出用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成CH4分子呈正四面体形，4个C—H的键长相同，H—C—H的键角为109°28′。碳原子的价电子排布图为，根据共价键的饱和性，碳原子只有2个未成对电子，只能形成2个共价键，而实际上碳原子都是形成了4个共价键，只能是2s2上面的1个电子激发到2p2上面，形成了，此时有4个未成对电子，满足形成4个共价键，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。为解决这一问题，鲍林提出了杂化轨道理论：当碳原子与4个氢原子形成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，却得到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，夹角为109°28′，称为sp3杂化轨道，表示这4个轨道由1s轨道和3个p轨道杂化形成的。当碳原子跟4个氢原子结合时，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，所以4个C—H键是等同的。C1s22s22p2H1s1H1s1H1s1H1s1原子轨道重叠CH4不可能得到正四面体形杂化轨道理论用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成sp3CH4分子（sp3杂化）2、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立体构型提出的(1)轨道的杂化：在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些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，叫做轨道的杂化(2)杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道3、杂化轨道理论的要点(1)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如：2s轨道与3p轨道不能形成sp3杂化轨道，因为2s与3p不在同一能级，能量相差较大(2)数目不变：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)成键能力增强：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)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，同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同【微点拨】①双原子分子中，不存在杂化过程

②杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对③未参与杂化的p轨道可用于形成π键

④杂化轨道呈“对称”分布，确保相互间斥力最小【对点训练1】杂化理论轨道简介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，重新组合成一组新的轨道的过程。原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，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杂化轨道用于构建分子的σ轨道和孤电子对轨道1.概念：2.要点：对杂化过程的理解

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－－－四面体形①sp3杂化：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、(1/4)s和(3/4)p的成分，sp3杂化轨道间的夹角为109°28′，空间结构为四面体形(如CH4、CF4、CCl4)。如下图所示.xyzxyzzxyzxyz109°28′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。我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道。

价层电子对互斥模型H2O和NH3的VSEPR模型与CH4一样，四面体形H2O和NH3的中心原子采取sp3的杂化2个杂化轨道被σ电子对占据2个杂化轨道被孤电子对占据3个杂化轨道被σ电子对占据1个杂化轨道被孤电子对占据杂化轨道用于构建分子的σ轨道和孤电子对轨道②CH4分子的形成CH4化学键的形成sp3杂化轨道示意图CH4分子的立体构型C、H原子形成CH4时，C原子2s上的1个电子激发到空的2p轨道上，2s轨道与3个2p轨道发生sp3杂化，形成了4个能量相等、相互夹角为109°28′的4个相同的杂化轨道(每个轨道上一个单电子)，4个H原子的s轨道与这4个sp3杂化轨道发生轨道重叠形成4个完全等同的σ键，在空间对称分布。因而CH4是正四面体形的分子

(2)sp2杂化轨道——平面三角形①sp2杂化：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(1/3)s和(2/3)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xyzxyzzxyzxyz120°spppsp2

一个s轨道与两个p轨道杂化，得三个sp2杂化轨道，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，互成120º,呈平面三角形.SO2、BF3120°FFFBB：1s22s22p1没有3个单电子sp2sp2杂化例如：Sp2

杂化—BF3分子的形成②BF3分子的形成BF3化学键的形成sp2杂化轨道示意图BF3分子的立体构型B、F原子间形成BF3时，B原子的2s的1个电子激发到一个空的2p轨道上，2s和2个有单电子的2p轨道发生sp2杂化，形成三个能量相等、相互间夹角为120°的三个相同的杂化轨道(每个轨道上一个单电子)，3个F原子的2p轨道与这3个sp2杂化轨道发生轨道重叠形成3个完全等同的σ键，在空间对称分布，因而BF3是平面三角形分子

③sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键，如：乙烯分子中的C=C键的形成C2s2基态原子：H1s1激发态原子：C2p32s1杂化后：HHHH2p2CH2=CH2(3)sp杂化——直线形①sp杂化：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(1/2)s和(1/2)p的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如下图所示xyzxyzzxyzxyz180°spppsp

一个s轨道与一个p轨道杂化后，得两个sp杂化轨道，杂化轨道之间的夹角为180度。CO2

BeCl2②BeCl2分子的形成BeCl2化学键的形成BeCl2分子的形成Be、Cl原子间形成BeCl2时，Be原子的2s的1个电子激发到一个空的2p轨道上，2s和1个有单电子的2p轨道发生sp杂化，形成2个能量相等、相互间夹角为180°的2个相同的杂化轨道(每个轨道上一个单电子)，2个Cl原子的3p轨道与这2个sp杂化轨道发生轨道重叠形成2个完全等同的σ键，在空间对称分布，因而BeCl2是直线形分子③sp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C≡C键的形成180°ClClBeBeCl2分子的形成Be原子：1s22s2

没有单个电子，spsp杂化ClClsppxpxC2p22s2基态原子：H1s1激发态原子：C2p32s1杂化后：CHCH未参与杂化的p轨道可用于形成π键点拨：sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。2、判断中心原子杂化轨道类型的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，故有下列关系：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(1)根据中心原子价层电子对数(杂化轨道数目)判断：杂化轨道数=价层电子对数=σ键电子对数＋孤电子对数

A的价电子对数234A的杂化轨道数杂化类型A的价电子空间构型（VSEPR模型）A的杂化轨道空间构型ABm型分子或离子空间构型234spsp2sp3直线型平面三角形正四面体直线型平面三角形正四面体直线型平面三角形或V形正四面体三角锥形或V形杂化轨道数=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数杂化轨道理论解释微粒的立体构型=中心原子的价层电子对数代表物杂化轨道数杂化轨道类型VSEPR模型名称分子的立体构型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)有多个中心原子时，则根据：

“杂化轨道数=价层电子对数=σ键电子对数＋孤电子对数”来判断如：三聚氰胺分子的结构简式如图所示，分析氮原子、碳原子的杂化类型

杂化类型价层电子对数σ键电子对数孤电子对数孤电子对数确定方法1号氮原子sp3431氮原子最外层有5个电子，形成了3对共用电子对，则有一对孤对电子2号氮原子sp2321环上碳原子sp2330碳原子最外层4个电子，形成了4对共用电子对，所以碳上无孤对电子(3)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(4)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(5)根据分子或离子中有无π键及π键数目判断没有π键为sp3杂化，含一个π键为sp2杂化，含两个π键为sp杂化(6)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【对点训练2】三、杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型VSEPR模型和杂化轨道的立体构型是一致的，略去VSEPR模型中的孤电子对，就是分子(或离子)的立体构价层电子对数杂化轨道数杂化类型杂化轨道立体构型VSEPR模型孤电子对数分子构型实例22sp直线形直线形0直线形CO233sp2平面三角形平面三角形0平面三角形SO3平面三角形平面三角形1V形SO244sp3正四面体形正四面体形0正四面体形CH4正四面体形四面体形1三角锥形NH3正四面体形四面体形2V形H2O【对点训练3】【课后作业】本节小结价电子对数中心原子的杂化轨道类型VSEPR模型名称孤电子对数分子的空间构型实例2sp直线形0直线形BeCl2、CO23sp2平面三角形

0V形SO23sp21平面三角形SO34sp3正四面体形

0V形H2O4sp31三角锥形NH34sp32正四面体形CH4、CCl4VSEPR模型价层电子对数

对应预测立体空间结构解释决定物质的性质=

½（a-xb)+σ键电子对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杂化轨道成键的分子,其空间结构都是正四面体形。(

)⑥凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。(

)1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)√√××××2．根据价层电子对互斥模型及原子杂化轨道理论判断NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式为(

)A.直线形sp杂化B.平面三角形sp2杂化C.三角锥形sp2杂化D.三角锥形sp3杂化解析:判断分子的杂化方式要根据中心原子的孤电子对数以及与中心原子相连的原子个数。在NF3分子中N原子的孤电子对数为1,与其相连的