第二章第二节分子的空间结构第2课时杂化轨道理论课件(共23张PPT)2022-2023学年下学期高二化学人教版（2019）选择性必修2

(共23张PPT)
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
学习目标
第3课时
杂化轨道理论
教
学
重
点
教
学
难
点
1、运用杂化轨道理论解释分子的空间结构； 2、VSEPR模型与杂化轨道理论的关联。
运用杂化轨道理论解释含有孤电子对的分子的空间结构。
1、结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp3、sp2、sp)；
2、能运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构。
具
体
目
标
通过价层电子对互斥模型，知道甲烷为正四面体结构，价键理论能否解释其结构呢？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 ？
1s
2s
2p
H原子 电子排布图
1s
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形的甲烷分子。
【温故知新】
如何解决上述矛盾？
—为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论
C：1s22s22p2
1931年鲍林提出杂化轨道理论，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。（能解释价层电子互斥理论不能解释的问题）
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会
发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到四个新的能量相同，方向不同
的轨道， 各指向正四面体的4个顶点，夹角为109°28′，称为sp3杂化轨道。
鲍林认为：
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
基态
激发态
4个sp3杂化轨道
激发
杂化
图2-15 sp3杂化轨道
C：1s22s22p2
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
这4个轨道是由1个s 轨道与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个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-Hσ键，因此甲烷呈正四面体形的空间结构。
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合形成一组能量相同、成分相同的新轨道的过程叫做原子轨道的杂化。杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化轨道。
(1)杂化轨道定义：
①杂化只发生在形成多原子分子（原子数目＞2）的过程中，孤立的原子不可能发生杂化
②只有能量相近的轨道才能发生杂化(如2s、2p)。
③混杂前后轨道总数不变。杂化后的新轨道能量、形状都相同. 通过杂化后再和其他分子成键。
④轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布。
⑤发生轨道杂化的一定是中心原子。
⑥杂化轨道数=价层电子对数=中心原子的σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数
⑦杂化轨道只用于形成σ键或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。
杂化轨道要点：
杂化过程
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
（2）原子轨道的杂化过程
价层电子
空轨道
激发
杂化轨道
轨道重新组合
成对电子中的一个
与激发电子临近
能量相近、类型不同的原子
吸收能量
轨道总数目不变，角度和形状发生变化，成键时释放能量较多，轨道重叠程度更大，生成的分子更稳定
sp3杂化轨道
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
（2）原子轨道的杂化过程
思考：是否所有的杂化轨道都是sp3杂化？判断下列物质的杂化类型？
中心原子核外电子排布式 价层电子对数 杂化轨道数 中心原子杂化类型 空间构型
BF3
BeCl2
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
（3）杂化轨道的类型
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
C：1s22s22p2
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
sp3杂化轨道是由 1个ns轨道和3个np轨道杂化形成的，每个sp3杂化轨道都含有 的成分，sp3杂化轨道间的夹角为 ，空间结构为正四面体形。如图所示：
①sp3杂化——正四面体形
（3）杂化轨道的类型
109°28′
以甲烷CH4中的C为例：
sp3杂化
以BF3中的B为例：
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
②sp2杂化——平面三角形
（3）杂化轨道的类型
sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化形成的，每个sp2杂化轨道含有 s 和 p的成分，sp2杂化轨道间的夹角为120°，空间结构为平面三角形。
2s
2p
激发
杂化
3个sp2 杂化轨道
p
B： 1s22s22p1
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
-——sp2杂化时还有1个np轨道未参与杂化，如果np上有未成对电子，则用来形成π键，如CH2=CH2
未参与杂化的p轨道上的电子可用于形成π键
——分析CH2=CH2分子中碳原子的杂化类型
1s22s22p2
C:
sp2杂化
激发
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
②sp2杂化
（3）杂化轨道的类型
Be:1s22s2
2s
2p
激发
杂化
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
③sp杂化——直线形
（3）杂化轨道的类型
sp杂化轨道是由1个ns轨道和 1个 np轨道杂化形成的，每个sp杂化轨道含有 的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，空间结构为直线形，如图所示。
以BeCl2中的Be为例：
p
2个sp 杂化轨道
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
13/22
——sp杂化时还有2个np轨道未参与杂化，如果np上有未成对电子，则用来形成π键，如：CH≡CH
未参与杂化的p轨道可用于形成π键
1s22s22p2
C:
sp杂化
激发
——分析CH≡CH分子中碳原子的杂化类型
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
③sp杂化
（3）杂化轨道的类型
练习.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
解析：杂化轨道数＝中心原子上的孤电子对数＋中心原子的σ键个数。中间的碳原子上的孤电子对数为0，σ键个数为3，则杂化方式是sp2杂化；两边的碳原子上的孤电子对数为0，σ键个数为4，则杂化方式是sp3杂化。
C
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
（3）杂化轨道的类型
价层电子对数 杂化类型 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型名称 分子空间 结构 实例
2 sp 2 0 直线形 直线形 BeCl2
3 sp2 3 0 平面三角形 平面三角形 BF3
2 1 V形 SnBr2
4 sp3 4 0 四面体形 四面体形 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
2.杂化轨道类型与分子空间结构的关系
四、杂化轨道理论
杂化轨道数=价层电子对数=中心原子的σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数
①没有形成π键，采取sp3杂化，如CH4、CCl4等；
②形成一个π键，采取sp2杂化，如CH2=CH2等；
③形成两个π键，采取sp杂化，如CH≡CH、CO2等。
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
（3）杂化轨道的类型
小结：以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化轨道类型：
四、杂化轨道理论
①杂化只发生在形成多原子分子（原子数目＞2）的过程中，孤立的原子不可能发生杂化
②只有能量相近的轨道才能发生杂化(如2s、2p)。
③混杂前后轨道总数不变，杂化后的新轨道能量、形状都相同，通过杂化后再和其他分子成键。
④轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布。
⑤发生轨道杂化的一定是中心原子，
⑥杂化轨道数=价层电子对数=中心原子的σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数
⑦杂化轨道只用于形成σ键或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。
回顾前面杂化轨道要点：
【课堂练习】杂化轨道类型与VSEPR模型、分子的立体构型的关系
代表物 杂化轨道数=中心原子孤对电子对数＋σ键电子对 杂化轨 道类型 VSEPR 模型名称 分子的立体构型(略去孤电子对）
CO2
CH2O
SO2
SO42-
NH4+
四、杂化轨道理论
【课堂练习】杂化轨道类型与VSEPR模型、分子的立体构型的关系
代表物 杂化轨道数=中心原子孤对电子对数＋σ键电子对 杂化轨 道类型 VSEPR 模型名称 分子的立体构型(略去孤电子对）
CO2
CH2O
SO2
SO42-
NH4+
0+2=2
sp
直线形
0+3=3
sp2
平面三角形
1+2=3
sp2
V形
直线形
平面三角形
平面三角形
正四面体形
0+4=4
0+4=4
sp3
正四面体形
sp3
正四面体形
正四面体形
四、杂化轨道理论
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“×”)
√
√
×
×
×
×
四、杂化轨道理论
2.在BrCH=CHBr分子中,C—Br键采用的成键轨道是(　　)
A.sp-p B.sp2-s
C.sp2-p D.sp3-p
C
四、杂化轨道理论
【课堂练习】
B
四、杂化轨道理论
【课堂练习】