分子的空间结构（第3课时杂化轨道理论简介）（课件精讲）高二化学课件精讲及习题精练（人教版2019选择性必修2）

第二节

分子的空间结构课时3杂化轨道理论简介第二章分子结构与性质01学习目标

CONTENT杂化理论简介02sp3、sp3、sp3三种杂化03杂化轨道与分子的空间结构的关系

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）1s22s22p2H电子排布图1s1【思考与讨论】

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sp3C：2s22p2

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。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个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型?

外界条件下，能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合新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。杂化理论简介概念杂化的条件：(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杂化理论简介杂化前后原子轨道在空间取最大夹角分布，能使相互间排斥力最小杂化理论简介杂化轨道的特征(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键和容纳孤电子对杂化理论简介sp3杂化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sp3杂化

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。sp3杂化109°28’sp3杂化sp3C：2s22p2CH4分子的形成sp2杂化

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

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。xyzxyzzxyzxyz120°sp2杂化B原子基态电子排布轨道表示式BF3分子的形成sp2杂化sp2杂化B：1s22s22p1没有3个单电子sp2sp2杂化BF3分子120°FFFB【课堂练习】分析C2H4的杂化方式C2s2基态原子：H1s1激发态原子：C2p32s1杂化后：HHHH2p2sp杂化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。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。xyzxyzzxyzxyz180°sp杂化Be原子基态电子排布轨道表示式BeCl2分子的形成spppspsp杂化sp杂化Be原子：1s22s2

没有单个电子，spsp杂化BeCl2分子的形成180°ClClBeClClsppxpx【思考与讨论】(1)观察上述杂化过程,分析原子轨道杂化后,数

量和能量有什么变化?

杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同,杂化后,形成的一组杂化轨道的能量相同。【思考与讨论】(2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道?

不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s轨道与3p轨道不在同一能层,能量相差较大。【思考与讨论】(3)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。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。(3)用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构。【思考与讨论】(4)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杂化轨道与分子的空间结构的关系杂化轨道数=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数=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课堂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、CCl4课堂小结课堂小结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“×”)√√××××课堂小结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D课堂小结B课堂小结4.在BrCH=CHBr分子中,C—Br键采用的成键轨道是(

)A.sp-p B.sp2-sC.sp2-p D.sp3-pC课堂小结4.指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式及空间结构。