探索杂化轨道分子变形记课件高二下学期化学人教版选择性必修2

探索杂化轨道：分子变形记王启龙破冰互动：趣味引入01乐高积木之谜"化学中最像乐高积木的知识是什么？"乐高积木可以通过不同的拼接方式，组成各种各样奇妙的造型。化学里也有一些基础的“单元”，它们相互组合，能带来千变万化的结果哦。开动脑筋想一想，大胆地说出你的想法。分子？分子确实是由一些更小的部分组合而成，有点像乐高积木搭成的小物件。原子组合成物质？已经很接近我们的答案啦！原子就如同乐高积木的基础小块，它们之间的组合确实和乐高搭建有相似之处。到底是什么呢？化学中最像乐高积木的知识，就是原子间的组合与结构变化。就像乐高积木通过不同小块的拼接、组合，能创造出无数种造型。原子也一样，不同种类的原子通过特定的化学键相互连接、组合，形成了各种各样的分子，进而构成了我们周围丰富繁杂的物质世界。比如，两个氢原子和一个氧原子组合在一起，就形成了水分子，这是不是和用乐高积木搭出一个特定造型很相似呀？碳原子的不同形态碳原子通过不同的键合方式形成多种化合物甲烷乙烯乙炔为什么碳原子总能'变出'不同形状？答曰：杂化轨道。碳原子像"变形金刚"，杂化轨道是它的"变形技能"碳原子就如同神奇的“变形金刚”一般，拥有着令人惊叹的特质。其中，杂化轨道可以说是它极为重要的“变形技能”。碳原子通过不同类型的杂化，可以展现出多种多样的形态和化学性质。这种杂化轨道的存在，使得碳原子在化学世界中具有了极高的灵活性和多样性，能够与其他原子结合形成各种各样的化合物，为生命的存在和发展奠定了基础。核心概念拆解02什么是杂化轨道？杂化轨道是指原子在形成分子时，由于原子间的相互作用，同一原子中能量相近的不同类型原子轨道，重新组合成一组新的轨道。这种轨道的重新组合过程称为杂化，形成的新轨道称为杂化轨道。杂化的过程是怎样的？以甲烷（CH₄）分子为例，碳原子的电子构型是1s²2s²2p²，在形成甲烷分子时，碳原子的一个2s电子会激发到一个空的2p轨道上，使碳原子处于激发态，电子构型变为1s²2s¹2p³。然后，一个2s轨道和三个2p轨道会发生杂化，形成四个能量相等、形状相同的sp³杂化轨道。杂化轨道的特点杂化轨道的特点杂化轨道的数目等于参与杂化的原子轨道的数目杂化轨道之间的夹角是特定的，这决定了分子的空间构型杂化轨道的形状和能量都发生了变化，更有利于成键常见的杂化类型sp杂化由一个s轨道和一个p轨道杂化形成两个sp杂化轨道轨道间夹角为180°，分子呈直线形，如BeCl₂分子sp³杂化由一个s轨道和三个p轨道杂化形成四个sp³杂化轨道分子多呈四面体构型。sp²杂化由一个s轨道和两个p轨道杂化，形成三个sp²杂化轨道轨道间夹角为120°，分子呈平面三角形，如BF₃分子。sp杂化轨道定义与形成sp杂化，ns与np轨道融合，生成两等价sp轨道，如BeCl₂中Be电子排布变化至1s²2s¹2p¹，形成直线型分子。轨道特性sp轨道呈一头大一头小，夹角180°，空间直线分布，展现分子结构的直线特征。成键实例C₂H₂中，碳原子sp杂化，形成碳碳σ键及碳氢σ键，未杂化的p轨道肩并肩重叠，构成π键，形成碳碳三键。sp²杂化轨道定义与形成sp²杂化，由1个s轨道与2个p轨道融合，生成3个能量均等的新轨道，构建分子独特骨架。空间构型sp²轨道平面三角排列，120°夹角优化电子排布，如乙烯展现平面构型，碳碳双键跃然眼前。轨道特点哑铃状sp²轨道，大端促进强键形成，提升分子稳定性，展现化学键的精妙构造。应用实例从乙烯到苯环，sp²杂化贯穿其中，揭示分子结构奥秘，赋予材料特殊性能。sp³杂化轨道sp³杂化的魔术想象碳原子施展魔法，将1个s轨道和3个p轨道融合，变身成4个能量均等的sp³轨道，就像甲烷中的碳一样，展现其变形技能。正四面体的秘密sp³轨道以碳为中心，指向正四面体的四个顶点，轨道间精确夹角109°28′，构建出稳定的分子构型，最小化电子间的排斥。水分子的奥秘水分子中，氧原子也施展sp³杂化，两个轨道与氢原子形成O-H键，另两个轨道被孤对电子占据，揭示水的独特性质。轨道与构型的关联sp³杂化轨道的空间取向决定了分子的立体构型，使分子结构更加稳定，这是化学世界中的一条重要规则。杂化方式的判断根据中心原子的价层电子对数判断首先计算中心原子的价层电子对数，公式为：价层电子对数=（中心原子的价电子数+配位原子提供的电子数±离子所带电荷数）/2杂化方式的判断原子杂化类型BF₃的sp²杂化中心原子：B是中心原子，属于ⅢA族元素，价电子数为3。配位原子：F是配位原子，有3个F原子，每个F原子提供1个电子。价层电子对数：(3+3×1)÷2=3，所以原子是sp2杂化。NH₃的sp³杂化中心原子：N是中心原子，属于ⅤA族元素，价电子数为5。配位原子：H是配位原子，有3个H原子，每个H原子提供1个电子。。价层电子对数：(5+3×1)÷2=4，所以原子是sp3杂化CO₂的sp杂化中心原子：C是中心原子，属于ⅣA族元素，价电子数为4。配位原子：O是配位原子，按不提供电子计算。价层电子对数：(4+0)÷2=2，所以C原子是sp杂化。SO₄²⁻的sp³杂化中心原子：S是中心原子，属于ⅥA族元素，价电子数为6。配位原子：O是配位原子，按不提供电子计算，离子带2个单位负电荷。价层电子对数：(6+0+2)÷2=4，所以S原子是sp3杂化。实战演练与反馈03水分子（H₂O）中氧原子的杂化类型水分子结构确定中心原子在水分子中，氧原子（O）是中心原子，氢原子（H）通过共价键与氧原子相连。计算价层电子对数根据价层电子对互斥理论（VSEPR），中心原子氧的价层电子对数可以通过以下公式计算：价层电子对数=（中心原子的价电子数+配位原子提供的电数）/2。氧原子的价电子数为6。每个氢原子提供1个电子，由于有2个氢原子，所以配位原子提供的电子总数为2。则氧原子的价层电子对数为(6+2)/2=4。判断杂化类型氧原子的价层电子对数为4，采取sp³杂化O₃分子的结构中心氧原子sp²杂化sp²杂化中心氧原子采取sp²杂化，形成三个sp²杂化轨道，它们在空间中呈平面三角形分布。成键情况中心氧原子的两个sp²杂化轨道分别与另外两个氧原子的p轨道重叠形成两个σ键。孤对电子的影响中心氧原子还有一个sp²杂化轨道被一对孤对电子占据。孤对电子对成键电子对有较强的排斥作用，使得成键电子对之间的夹角减小，原本平面三角形的键角被压缩，从而使O₃分子呈现V形结构。总结与延展04杂化轨道核心定义杂化轨道概念原子轨道融合创新融合，形成新轨道适应成键需求，提升分子稳定性电子分布优化优化电子分布，增强分子间相互作用力使分子结构更加稳固类比说明如同变形金刚通过合体技能增强防御与攻击能力成键需求形成适应性更强的新轨道，以满足成键需求三大杂化类型杂化轨道理论sp³杂化s和p轨道混合形成正四面体结构如CH₄分子展示出稳定性sp²杂化s和p轨道混合形成平面三角形结构如C₂H₄分子展示出稳定性sp杂化s和p轨道混合形成直线形结构如C₂H₂分子展示出稳定性杂化轨道判断数σ键和孤电子对2：sp杂化3：sp²杂化4：sp³杂化5：sp³d杂化关键原理杂化轨道理论能量守恒定律确保杂化前后轨道总数不变，维持电子配对稳定和分子结构平衡。