2.2.1 杂化轨道理论(共25张PPT)-2023-2024学年高二化学鲁科版选择性必修第二册课件

(共25张PPT)
第2章 微粒间的相互作用于物质性质
第2节 共价键与分子的空间结构
第1课时 杂化轨道理论
学习目标 核心素养培养
1、理解杂化轨道理论的主要内容,掌握三种主要的杂化类型。 宏观辨识与微观探析
2、能用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间结构。 证据推理与模型认知
知识体系
复习回顾
原子间通过 共用电子 形成的化学键叫共价键。共价键具有饱和性和方向性，所以原子间以共价键形成的分子具有一定的空间构型。
一些典型分子的空间构型：
HCl
180
H2O
104.5°
NH3
107.3°
CH4
109°28'
联想·质疑
阅读课本第46页，了解杂化轨道理论以及对甲烷分子空间构型的解释。
甲烷分子的空间构型
正四面体
键角：109°28'
2s
2p
价电子排布：
思考：根据甲烷分子的空间构型，C原子应该有4个未成对电子和氢原子成键，C原子的4个未成对电子所在的轨道应该一模一样，且空间分布均匀，分别与H原子的1s轨道成σ键。
基态碳原子
激发态
2s
2p
激发
根据价键理论，原子之间若要形成共价键,它们的价电子中应当有未成对的电子。
2s
2p
甲烷分子的正四面体构型是怎样形成的呢？
杂化
4个 sp3 杂化轨道
自旋方向相同
sp3 杂化：
一个2s轨道与3个2p轨道重新组合成4个相同的轨道,且空间分布均匀。
通常,有几个原子轨道参加杂化,杂化后生成的杂化轨道的数目就有几个。
sp3杂化轨道形成示意图
思考1：
轨道杂化以后，有何优点？
杂化轨道在角度分布上更集中，成键时重叠程度更大，形成的共价键更牢固
能量
杂 化 前
杂 化 后
p轨道稍大于s轨道，但是在同一能级组中，能量接近。
4个杂化轨道能量相同,能量处于s与p轨道之间。
杂化前后轨道的比较：
四个杂化轨道为什么采取正四面体构型？
为了使轨道间的排斥最小，体系最稳定，四个杂化轨道在空间应尽可能远离，4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点，轨道间夹角为109°28'。
⑵杂化轨道：杂化后形成的新的能量相同的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。
一、分子空间结构的理论分析
1.杂化轨道理论
⑴原子轨道杂化：在外界条件影响下，原子在组合成分子的过程中原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成一组的能量相等新轨道的过程叫做原子轨道的杂化。
(5)只有能量相近的轨道才能杂化(ns、np等同一能级组)。
2、杂化轨道的特点
(1)形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。
(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。
(3)杂化前后轨道数目不变。通常,有多少个原子轨道参加杂化,就形成多少个杂化轨道。
(4)杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。s轨道和p轨道杂化后,杂化轨道不仅改变了原有s和p轨道的空间取向,而且使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大,形成的共价键更牢固。
3、杂化轨道的类型及典例
杂化类型 sp杂化 sp2杂化 sp3杂化
用于杂化的原子轨道
形成的杂 化轨道数
杂化轨道 间的夹角
空间构型
实例
直线形
平面三角形
四面体形
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
180°
120°
109°28'
900~1200之间
CH≡CH
CH2=CH2
CH4
BeCl2
BF3
NH3
H2O
BCl3
C6H6
HgCl2
阅读课本第47-48页，了解、分析乙烯、乙炔、苯分子的结构，讨论下列问题，
1、确定乙烯、乙炔、苯分子的结构式、空间构型、键角。
2、分析原子在成键过程中的原子轨道杂化方式及成键类型。
联想·质疑
基态
激发态
2s
2p
激发
2s
2p
杂化
4个 sp3 杂化轨道
自旋方向相同
甲烷分子(CH4)中共价键的形成过程：
4 + →
H 1s C sp3 CH4
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，形成了四个性质、能量和键角都完全相同的 s-sp3 的σ键。从而使CH4分子具有正四面体构型。
激发态
2s
2p
激发
基态
2s
2p
杂化
2p
3个sp2杂化轨道
1个2p 轨道
sp2
乙烯分子(C2H4)中碳原子的SP2杂化过程
σ
σ
σ
σ
σ
π
σ
σ
σ
σ
σ
π
sp2杂化轨道只能形成3个σ键，未参与杂化的2p轨道能形成1个π键。
分子空间结构：平面形分子
激发态
2s
2p
激发
基态
2s
2p
杂化
2个sp1杂化轨道
2个2p 轨道
2p
sp1
乙炔分子(C2H2)中碳原子的SP杂化过程
π
C
C
H
H
σ
π
σ
σ
σ
σ
σ
π
π
SP杂化轨道只能成2个σ键,2p能形成2个π键。
分子空间结构：直线形分子
苯分子(C6H6)中碳原子的杂化过程
激发态
2s
2p
激发
基态
2s
2p
杂化
2p
3个sp2杂化轨道
1个2p 轨道
sp2
σ
σ
σ
六个C原子形成一个正六边形
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
C6H6的大π键
分子空间结构：平面形分子
sp3杂化
氨分子(NH3)氮原子SP3杂化，形成氨的过程
基态
2s
2p
sp3杂化轨道
与3个H原子成3个σ键
孤对电子
σ
σ
σ
分子空间结构：三角锥形
孤对电子
价层中的σ成键电子对与孤对电子都要占有杂化轨道,且相互排斥,其中孤对电子对成键电子的排斥能力较强,故偏离109°28',变成为键角107.3 °.
sp3杂化
与2个H原子成2个σ键
H2O分子中氧原子的杂化过程
基态
2s
2p
sp3杂化轨道
孤对电子
H2O呈角形结构。水分子的键角本应109 °28',但由于有2对孤对电子的斥力,该键角变小, 成为104.5°。
104.5°
σ
σ
HgCl2
Cl:3s2 3p5
Hg: 6s2
激发
杂化
6s
6p
3s
3p
两个sp杂化轨道
6s
6p
Hg
Cl
Cl
σ
σ
中心原子
杂化轨道为直线形
分子空间构型直线形
HgCl2分子的形成过程
BF3
F:2s2 2p5
B:2s2 2p1
2s
2p
2s
2p
激发
2s
2p
杂化
三个sp2杂化轨道
σ
σ
σ
中心原子
F原子的2p轨道
杂化轨道为正三角形
分子空间构型平面正三角形
BF3分子的形成过程
①饱和碳原子——sp3杂化;
②双键上的碳原子——sp2杂化;
③三键上的碳原子——sp杂化。
知识拓展
杂化类型的判断方法
(1)由分子结构判断杂化类型。
①直线形—sp杂化;②平面形—sp2杂化;③四面体形—sp3杂化。
(2)由电子对数判断杂化类型(包括孤电子对和成键电子对)
①2对——sp杂化;②3对——sp2杂化;③4对——sp3杂化。
(3)由碳原子的饱和程度判断。
1、下列各物质中的中心原子不是采用sp3杂化的是(　　)
A.NH3 B.H2O C.CO2 D.CCl4
C
2、下列关于杂化轨道的说法错误的是(　　)
A.所有原子轨道都参与杂化
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.轨道杂化形成的杂化轨道中不一定有1个电子
A
3.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
4、PCl3分子的空间结构是(　　)
A.平面三角形,键角小于120°
B.平面三角形,键角为120°
C.三角锥形,键角小于109°28'
D.三角锥形,键角为109°28'
D
C
5.指出下列分子中中心原子可能采用的杂化轨道类型,并预测分子的空间结构。
(1)BCl3　(2)CS2　(3)CF4　(4)CH3Cl　(5)BeCl2　(6)NH3
(1)中心原子B采用sp2杂化,分子是平面三角形
(2)中心原子C采用sp杂化,分子是直线形
(3)中心原子C采用sp3杂化,分子是正四面体形
(4)中心原子C采用sp3杂化,分子是四面体形
(5)中心原子Be采用sp杂化,分子是直线形
(6)中心原子N采用sp3杂化,分子是三角锥形
THANKS