专题4　第1单元　课时1　分子的空间结构模型(杂化轨道理论) 课件(共44张PPT) 2022-2023学年下学期高二化学苏教版（2019）选择性必修2

(共44张PPT)
专题4
分子空间结构与物质性质
第一单元　分子的空间结构
课时1　分子的空间结构模型(杂化轨道理论)
学 习 目 标
1．了解杂化轨道理论。
2．学会判断中心原子杂化轨道类型。
3．建立分子空间构型分析的思维模型。
活 动 方 案
1．下图是甲烷分子的结构模型。
活动一：认识甲烷结构，理解甲烷中碳原子的杂化轨道
CH4分子的结构模型
讨论甲烷的分子式为什么是CH4？下图所示的碳原子外围电子的轨道表示式，你能否解释甲烷分子为什么是正四面体结构？

【答案】 碳原子最外层为4个电子，跟4个氢原子形成4个共价键后，碳原子达到8电子稳定结构，所以甲烷的分子式为CH4。根据前面所学知识，不能解释甲烷分子为什么是正四面体结构。
2．阅读教材，用杂化轨道理论解释甲烷分子的空间结构。
(1)下图是碳原子杂化轨道的形成图：
碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道
“混合”起来，可表示为 。
你认为形成的sp3杂化轨道的能量是否相等？成分是否相同？
【答案】 4个sp3杂化轨道能量相等、成分相同。
(2)下图是sp3杂化与H原子1s轨道形成共价键的过程：
碳原子的4个sp3杂化轨道指向正四面体的4个顶点，每个轨道上都有一个未成对电子。
碳原子的 4 个 sp3 杂化轨道分别与 4 个H原子的 1s 轨道重叠，形成 4 个相同的 σ 键，从而形成甲烷分子。
你认为甲烷分子中的 4 个C—H键是否相同？形成的分子是否是正四面体？
【答案】 甲烷分子中的4个C—H键是相同的，形成的分子是正四面体形。
3．结合教材，讨论哪一类结构的微粒的中心原子一般采取sp3杂化？举例说明。
下图是氯化铍和氟化硼分子结构示意图，分别是直线形分子和平面正三角形分子，如何用杂化轨道理论判断分子的构型？
活动二：学习杂化轨道理论
BeCl2和BF3分子的结构示意图
杂化轨道的类型
杂化类型 sp sp2 sp3
参与杂化的原子 轨道及数目 ns 1 1 1
np
杂化轨道数目
1
2
3
2
3
4
1．结合教材，讨论常见的几种杂化方式。上图展示了三种杂化方式，讨论三种杂化轨道由哪些轨道混合而成？形成的杂化轨道形状分别是什么？
【答案】 sp杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道组合而成的，杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形；sp2杂化轨道是由一个ns轨道和两个np轨道组合而成的，杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形；sp3杂化轨道是由一个ns轨道和三个np轨道组合而成的，杂化轨道间的夹角为109°28′，空间结构为正四面体形。
2．下图是形成气态BeCl2分子过程中Be原子轨道形成杂化情况：
结合图示，描述BeCl2杂化情况，分析该分子呈直线形的原因。
【答案】 杂化后的2个sp杂化轨道分别与氯原子的3p轨道发生重叠，形成2个σ键，构成直线形的BeCl2分子。
3．下图是BF3分子过程中B原子轨道杂化形成情况
结合图示分析，为什么BF3分子具有平面三角形结构？
【答案】 B原子中的 3 个sp2杂化轨道间的夹角为 120°，这 3 个sp2 杂化轨道分别与F原子的2p轨道形成σ键，因此BF3分子具有平面三角形结构。
活动三：用杂化轨道理论解释乙烷、乙烯、乙炔分子中的成键情况
乙烯和乙炔的结构示意图
结合杂化轨道理论，分析乙烷、乙烯、乙炔分子中的成键情况。
【答案】 在 C2H6 分子中，C 原子均采用 sp3 杂化，每个C原子的 3 个 sp3 轨道分别与 3 个H原子的 1s 轨道重叠形成C—H σ 键；两个C原子各以 1 个sp3轨道发生重叠形成C—C σ键。
在C2H4分子中，C原子均采用sp2杂化，每个C原子的2个sp2轨道分别与2个H原子的1s轨道重叠形成C—H σ键；两个C原子各以1个sp2轨道发生重叠形成C—C σ键，各以1个未杂化的2p轨道发生重叠，形成π键。在与溴发生加成反应时，π键发生断裂。
在C2H2分子中，C原子均采用 sp 杂化，每个C原子的 1 个 sp 轨道分别与 1 个 H 原子的 1s 轨道重叠形成C—H σ 键；两个C原子各以1 个 sp 轨道发生重叠形成C—C σ 键，各以 2 个未杂化的 2p 轨道发生重叠，形成 2 个 π 键。在与足量溴发生加成反应时，2个 π 键发生断裂。
1．讨论不同杂化类型的差异，填写下表。
活动四：归纳小结与应用
杂化类型 sp sp2 sp3
参与杂化的原子轨道
杂化轨道及数目
1个s轨道1个p轨道
1个s轨道2个p轨道
1个s轨道3个p轨道
2个sp杂化轨道
3个sp2杂化轨道
4个sp3杂化轨道
杂化类型 sp sp2 sp3
杂化轨道示意图
分子结构示意图

杂化类型 sp sp2 sp3
杂化轨道间夹角
形成分子空间结构
实例
180°
120°
109°28′
直线形
平面三角形
正四面体形
BeCl2、C2H2
BF3
CH4、CCl4
2．CH4、NH3、H2O分子中，中心原子形成什么类型的杂化？
【答案】 均为sp3杂化。
课 堂 反 馈
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
【解析】NH3、CH4、H2O分子中的中心原子的杂化轨道数均为4，都是sp3杂化，A、B、D错误；BF3中的B原子的杂化轨道数为0＋3＝3，为sp2杂化，C正确。
1．下列分子中的中心原子是sp2杂化的是 (　　)
A．NH3　　 B．CH4　
C．BF3　　 D．H2O
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2．下列关于杂化轨道的说法中，错误的是 (　　)
A．ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
B．杂化轨道既可能形成 σ 键，也可能形成 π 键
C．s轨道和p轨道杂化不可能有 sp4 杂化轨道出现
D．孤电子对有可能参加杂化
B
【解析】ⅠA族元素如果是碱金属，易失电子，如果是H，一个电子在1s能级上，不可能杂化，A正确；杂化轨道只能形成σ键，不可能形成π键，B错误；p能级只有3个p轨道，不可能有sp4杂化，C正确；水分子中O的杂化方式是sp3，两个孤电子对是完全一样的，参与了杂化，D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
3．(2020·瓦房店中学期末)下列分子或离子的中心原子杂化轨道类型不同的是 (　　)
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
4．下列关于杂化轨道的说法错误的是 (　　)
A．所有的原子轨道都参与杂化形成杂化轨道　　　　
B．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键　　　　
D．杂化轨道中不一定都填充一个电子
A
【解析】参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只是能量相近的原子轨道才能参与杂化，A错误，B正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云重叠程度更大，形成牢固的化学键，C正确；并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道，也可以有一对孤电子对(如NH3、H2O)，D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
【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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
5．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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
6．下列分子或离子的中心原子采用sp3杂化的是 (　　)
A．①②④　　 B．①⑤　
C．②③　　 D．③⑤
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
7．(2021·南京六校期末联考) 5B、6C、7N、8O是短周期主族元素。下列说法正确的是 (　　)
A．元素 C 在周期表中位于第2周期Ⅳ族　　　　
B．N2H4中氮原子的轨道杂化类型：sp2
C．第一电离能：N>O>C　　　　
D．最高价氧化物对应的水化物的酸性：H3BO3 > H2CO3
C
【解析】元素C在周期表中位于第2周期ⅣA族，A错误；N2H4中氮原子形成3个σ键，还有一对孤电子对，为sp3杂化，B错误；同周期自左至右第一电离能呈增大趋势，但N原子2p能级轨道半满，更稳定，第一电离能大于相邻元素，所以第一电离能：N>O>C，C正确；同周期主族元素自左至右非金属性增强，最高价氧化物对应水化物的酸性增大，所以酸性：H3BO3＜H2CO3，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
【解析】中间的碳原子形成了3个σ键，无未成键电子对，需要形成3个杂化轨道，采用的杂化方式是sp2杂化；两边的碳原子各自形成了4个σ键，无未成键电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的杂化方式是sp3杂化，C正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
8．在 中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是 (　　)
A．sp2、sp2　　 B．sp3、sp3　
C．sp2、sp3　　 D．sp、sp3
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
9．(2021·河南长葛一中质检)关于原子轨道的说法正确的是
(　　)
A．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体
B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合形成
C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组新轨道
D．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
C
【解析】凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型不一定都是正四面体，如NH3，属于三角锥形，A错误；sp3杂化轨道指一个原子同一电子层内由一个ns轨道和三个np轨道发生杂化形成的轨道，不是不同原子的杂化，B错误；sp3杂化轨道的定义就是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组新轨道，C正确；比如SO3属于sp2杂化，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
10．如图所示，在乙烯分子中有5个σ键、1个π键，下列表述正确的是 (　　)
A．C、H之间是sp2杂化轨道形成的键，C、C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
B．C、C之间是sp2杂化轨道形成的键，C、H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
C．sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键
D．sp2杂化轨道形成π键，未杂化的2p轨道形成σ键
C
【解析】C、C之间除未参加杂化的2p轨道形成的π键外，还有sp2杂化轨道形成的σ键，A错误；C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，B错误；sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键，C正确，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
(1) 分子空间结构为正四面体形的是_______(填序号，下同)。
(2) 中心原子为sp3杂化的是_____________，中心原子为sp2杂化的是_______，中心原子为sp杂化的是_____。
(3) 所有原子共平面(含共直线)的是___________，共直线的是_____。
①⑤　
①④⑤⑦⑧　
②⑥　
③　
②③⑥⑦　
③　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12．“三鹿奶粉事件”在社会上引起了人们对食品
质量的恐慌，三鹿奶粉中掺杂了被称为“蛋白精”的工
业原料三聚氰胺。已知三聚氰胺的结构简式如图所示。
三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体，请回答下列问
题：
(1) 写出基态碳原子的电子排布式：____________。
(2) 氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂化轨道类型分别是_____、______、______。
(3) 一个三聚氰胺分子中有_____个σ键。
1s22s22p2　
sp　
sp2　
sp3　
15　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
(4) 三聚氰胺与三聚氰酸( )分子相互之间通过氢键结
合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中C原子采取______杂化。该分子的结构简式中，每个碳氧原子之间的共价键是____(填字母)。
A．2个σ键　　
B．2个π键　
C．1个σ键，1个π键
sp2　
C　
谢谢观看
Thank you for watching