2.2.2 杂化轨道理论课件(共19张PPT)2022-2023学年下学期高二化学人教版（2019）选择性必修2
文档属性
| 名称 | 2.2.2 杂化轨道理论课件(共19张PPT)2022-2023学年下学期高二化学人教版（2019）选择性必修2 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-03-03 19:52:22 | ||
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文档简介
(共19张PPT)
第二节 分子的空间结构
第二章 分子结构与性质
第二课时
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。
(1)轨道的杂化
在外界条件影响下，原子内部 相近的原子轨道发生混杂，重新组合形成一组能量相等、成分相同的新轨道的过程。
(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。
一、杂化轨道理论简介
1．杂化轨道理论
能量
(1)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。
(2)杂化前后 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 。
(3)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， 程度更大，形成的共价键更 。
(4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道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 。
2．杂化轨道理论要点
原子轨道
相同
重叠
牢固
完全相同
在形成CH4分子时，碳原子上的一个 轨道和三个 轨道发生混杂，形成四个能量相等的 杂化轨道，四个 杂化轨道分别与四个氢原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—H是等同的。
3．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
2s
2p
sp3
sp3
碳原子的sp3杂化可表示如下：
杂化轨道及其特点
(1)原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程，发生轨道杂化的原子一定是中心原子。
(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不可能发生杂化。
(3)只有能量相近的原子轨道才能杂化，如2s、2p。
(4)杂化轨道用于形成σ键或者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。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。
(5)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征——方向性和饱和性。
(6)杂化轨道数＝中心原子上的孤电子对数＋与中心原子结合的原子数。
[名师点拨]
1．原子轨道的杂化过程
二、杂化轨道类型与分子的空间结构
归纳总结
杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为对称结构，当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子的空间结构也发生变化。
2．杂化轨道类型与分子空间结构的关系
(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成 一个ns和一个np 一个ns和两个np 一个ns和三个np
轨道夹角 180° 120° 109°28′
杂化轨道 示意图
实例 BeCl2 BF3 CH4
分子结构 示意图
分子空间 结构名称 直线形 平面三角形 正四面体形
(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时
由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的空间结构与杂化轨道的形态有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道中有2个孤电子对，其分子不呈正四面体形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道中有1个孤电子对，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。
(1)杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键与键间排斥力的大小决定键的方向，即决定杂化轨道间的夹角，键角越大，化学键之间的排斥力越小。
(2)斥力大小对键角的影响
分子 杂化轨道间的夹角 斥力大小 实际键角
H2O 109°28′ lp- lp lp -bp＞bp -bp 105°
NH3 109°28′ Lp- bp＞bp- bp 107°
COCl2 120° C==O对C—Cl的斥力大于C—Cl对C—Cl的斥力 形成两种大小不同的键角
[名师点拨]
lp：孤电子对，bp：成键电子对
1．下列常见分子的中心原子的杂化轨道类型是sp的是( )
A．BF3 B．CH4
C．SO2 D．CO2
巩固练习
【解析】 BF3分子中B原子价层电子对个数＝3＋×(3－3×1)＝3，中心原子杂化类型为sp2杂化，故A错误；CH4中C原子价层电子对个数＝4＋×(4－4×1)＝4，中心原子杂化类型为sp3杂化，故B错误；SO2中S原子价层电子对个数＝2＋×(6－2×2)＝3，中心原子杂化类型为sp2杂化，故C错误；CO2中C原子价层电子对个数＝2＋×(4－2×2)＝2，中心原子杂化类型为sp杂化，故D正确。
D
多原子分子中两个相邻共价键之间的夹角叫键角。键角大小受多种因素的影响。回答下列微粒中键角大小并解释原因。
提示：CH4、BF3、CO2的中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化，它们对应的键角为109°28′、120°、180°，键角依次增大。
(2)H2O、NH3、CH4
提示：H2O、NH3、CH4分子的中心原子采取的都是sp3杂化，但孤电子对数不同。其孤电子对数分别为2、1、0，在H2O分子中，键角要受2个孤电子对的压缩，键角最小。
能力提升
(1)CH4、BF3、CO2
提示：H2O与H2S分子中的O与S原子都采取了sp3杂化，都有2个孤电子对，但O原子的电负性大，H2O比H2S键角大。
(4)NF3、NH3
提示：NF3与NH3比较，中心原子都是N原子且都为sp3杂化，但因为F原子的电负性大于H原子，使成键电子离N原子更远，两个N—F间的斥力减小、可以靠得更近，所以其键角更小。
(5)HCHO中∠HCO与∠HCH的大小
提示：在HCHO分子中，C原子为sp2杂化，但由于C原子与O原子间以双键C==O结合，该双键对C—H的斥力要更大些，则∠HCO＞∠HCH。
(3)H2O、H2S
1．首先看中心原子杂化类型
中心原子杂化类型是决定键角大小的最根本的原因，如下表：
中心原子杂化类型 sp sp2 sp3
杂化轨道空间分布 直线形 平面三角形
四面体形
轨道夹角 180° 120° 109°28′
中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化类型的，它们对应的键角会依次增大。
归纳总结
键角大小判断的一般步骤
2．确定中心原子孤电子对数
对于中心原子杂化类型相同的分子，中心原子所含孤电子对数目越多，键角越小。
3．看电负性
对于中心原子杂化类型且孤电子对数相同的分子，可以比较原子的电负性。
①若中心原子相同，则配位原子电负性越大，键角越小。
②若配位原子相同，则中心原子电负性越大，键角越大。
1．s轨道和p轨道杂化的类型不可能有( )
A．sp杂化 B．sp2杂化
C．sp3杂化 D．sp4杂化
D
【解析】np轨道有三个：npx、npy、npz，当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：①sp杂化：即一个s轨道和一个p轨道的杂化；②sp2杂化：即一个s轨道和两个p轨道的杂化；③sp3杂化：即一个s轨道和三个p轨道的杂化。
【解析】sp杂化轨道的夹角为180°，C项属于未杂化的p轨道。
2．下列图形属于sp杂化轨道的是( )
D
3．下列分子的中心原子是sp2杂化的是( )
A．CH4 B．BF3
C．H2O D．NF3
B
【解析】CH4中C原子价层电子对个数＝σ键个数＋孤电子对个数＝4＋×(4－4×1)＝4，所以采取sp3杂化，A错误；BF3中B原子价层电子对个数＝σ键个数＋孤电子对个数＝3＋×(3－3×1)＝3，所以采取sp2杂化，B正确；H2O中O原子的价层电子对个数＝2＋×(6－2×1)＝4，所以O原子采用sp3杂化，C错误；NF3中N原子价层电子对个数＝σ键个数＋孤电子对个数＝3＋×(5－3×1)＝4，中心原子采取sp3杂化，D错误。
第二节 分子的空间结构
第二章 分子结构与性质
第二课时
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。
(1)轨道的杂化
在外界条件影响下，原子内部 相近的原子轨道发生混杂，重新组合形成一组能量相等、成分相同的新轨道的过程。
(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。
一、杂化轨道理论简介
1．杂化轨道理论
能量
(1)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。
(2)杂化前后 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 。
(3)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， 程度更大，形成的共价键更 。
(4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道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 。
2．杂化轨道理论要点
原子轨道
相同
重叠
牢固
完全相同
在形成CH4分子时，碳原子上的一个 轨道和三个 轨道发生混杂，形成四个能量相等的 杂化轨道，四个 杂化轨道分别与四个氢原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—H是等同的。
3．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
2s
2p
sp3
sp3
碳原子的sp3杂化可表示如下：
杂化轨道及其特点
(1)原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程，发生轨道杂化的原子一定是中心原子。
(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不可能发生杂化。
(3)只有能量相近的原子轨道才能杂化，如2s、2p。
(4)杂化轨道用于形成σ键或者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。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。
(5)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征——方向性和饱和性。
(6)杂化轨道数＝中心原子上的孤电子对数＋与中心原子结合的原子数。
[名师点拨]
1．原子轨道的杂化过程
二、杂化轨道类型与分子的空间结构
归纳总结
杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为对称结构，当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子的空间结构也发生变化。
2．杂化轨道类型与分子空间结构的关系
(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成 一个ns和一个np 一个ns和两个np 一个ns和三个np
轨道夹角 180° 120° 109°28′
杂化轨道 示意图
实例 BeCl2 BF3 CH4
分子结构 示意图
分子空间 结构名称 直线形 平面三角形 正四面体形
(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时
由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的空间结构与杂化轨道的形态有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道中有2个孤电子对，其分子不呈正四面体形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道中有1个孤电子对，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。
(1)杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键与键间排斥力的大小决定键的方向，即决定杂化轨道间的夹角，键角越大，化学键之间的排斥力越小。
(2)斥力大小对键角的影响
分子 杂化轨道间的夹角 斥力大小 实际键角
H2O 109°28′ lp- lp lp -bp＞bp -bp 105°
NH3 109°28′ Lp- bp＞bp- bp 107°
COCl2 120° C==O对C—Cl的斥力大于C—Cl对C—Cl的斥力 形成两种大小不同的键角
[名师点拨]
lp：孤电子对，bp：成键电子对
1．下列常见分子的中心原子的杂化轨道类型是sp的是( )
A．BF3 B．CH4
C．SO2 D．CO2
巩固练习
【解析】 BF3分子中B原子价层电子对个数＝3＋×(3－3×1)＝3，中心原子杂化类型为sp2杂化，故A错误；CH4中C原子价层电子对个数＝4＋×(4－4×1)＝4，中心原子杂化类型为sp3杂化，故B错误；SO2中S原子价层电子对个数＝2＋×(6－2×2)＝3，中心原子杂化类型为sp2杂化，故C错误；CO2中C原子价层电子对个数＝2＋×(4－2×2)＝2，中心原子杂化类型为sp杂化，故D正确。
D
多原子分子中两个相邻共价键之间的夹角叫键角。键角大小受多种因素的影响。回答下列微粒中键角大小并解释原因。
提示：CH4、BF3、CO2的中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化，它们对应的键角为109°28′、120°、180°，键角依次增大。
(2)H2O、NH3、CH4
提示：H2O、NH3、CH4分子的中心原子采取的都是sp3杂化，但孤电子对数不同。其孤电子对数分别为2、1、0，在H2O分子中，键角要受2个孤电子对的压缩，键角最小。
能力提升
(1)CH4、BF3、CO2
提示：H2O与H2S分子中的O与S原子都采取了sp3杂化，都有2个孤电子对，但O原子的电负性大，H2O比H2S键角大。
(4)NF3、NH3
提示：NF3与NH3比较，中心原子都是N原子且都为sp3杂化，但因为F原子的电负性大于H原子，使成键电子离N原子更远，两个N—F间的斥力减小、可以靠得更近，所以其键角更小。
(5)HCHO中∠HCO与∠HCH的大小
提示：在HCHO分子中，C原子为sp2杂化，但由于C原子与O原子间以双键C==O结合，该双键对C—H的斥力要更大些，则∠HCO＞∠HCH。
(3)H2O、H2S
1．首先看中心原子杂化类型
中心原子杂化类型是决定键角大小的最根本的原因，如下表：
中心原子杂化类型 sp sp2 sp3
杂化轨道空间分布 直线形 平面三角形
四面体形
轨道夹角 180° 120° 109°28′
中心原子分别为sp3、sp2和sp杂化类型的，它们对应的键角会依次增大。
归纳总结
键角大小判断的一般步骤
2．确定中心原子孤电子对数
对于中心原子杂化类型相同的分子，中心原子所含孤电子对数目越多，键角越小。
3．看电负性
对于中心原子杂化类型且孤电子对数相同的分子，可以比较原子的电负性。
①若中心原子相同，则配位原子电负性越大，键角越小。
②若配位原子相同，则中心原子电负性越大，键角越大。
1．s轨道和p轨道杂化的类型不可能有( )
A．sp杂化 B．sp2杂化
C．sp3杂化 D．sp4杂化
D
【解析】np轨道有三个：npx、npy、npz，当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：①sp杂化：即一个s轨道和一个p轨道的杂化；②sp2杂化：即一个s轨道和两个p轨道的杂化；③sp3杂化：即一个s轨道和三个p轨道的杂化。
【解析】sp杂化轨道的夹角为180°，C项属于未杂化的p轨道。
2．下列图形属于sp杂化轨道的是( )
D
3．下列分子的中心原子是sp2杂化的是( )
A．CH4 B．BF3
C．H2O D．NF3
B
【解析】CH4中C原子价层电子对个数＝σ键个数＋孤电子对个数＝4＋×(4－4×1)＝4，所以采取sp3杂化，A错误；BF3中B原子价层电子对个数＝σ键个数＋孤电子对个数＝3＋×(3－3×1)＝3，所以采取sp2杂化，B正确；H2O中O原子的价层电子对个数＝2＋×(6－2×1)＝4，所以O原子采用sp3杂化，C错误；NF3中N原子价层电子对个数＝σ键个数＋孤电子对个数＝3＋×(5－3×1)＝4，中心原子采取sp3杂化，D错误。