2.2.2　杂化轨道理论课件(共36张PPT) 2023-2024学年高二化学人教版选择性必修2

(共36张PPT)
第二章
第二节　第二课时　杂化轨道理论
素 养 目 标
1.结合实例了解杂化轨道理论要点和类型(sp、sp2、sp3),会运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.通过对杂化轨道理论的学习,掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法,建立分子空间结构分析的思维模型,并能运用模型正确判断VSEPR模型与杂化类型的关系,建立证据推理与模型认知的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
在形成CH4分子时,碳原子的　　轨道和3个　　　轨道发生混杂,得到4个新的能量相同、方向不同的轨道,各指向正四面体的4个顶角,夹角109°28',称为　　　杂化轨道,碳原子以4个　　　杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—H　　键,呈现　　　　　　的空间结构。
2s
2p
sp3
σ
sp3
正四面体形
2.杂化轨道的形成
只在形成分子的过程中发生,孤立的原子不可能发生杂化
能量相近
新的能量相同
3.杂化轨道类型与分子的空间结构之间的关系
一定不存在sp4杂化,p能级只有3个轨道
杂化轨道类型 sp sp2 sp3
参与杂化的原子 轨道及数目 1个s轨道和1个p轨道 1个s轨道和2个p轨道 1个s轨道和3个p轨道
杂化轨道的数目
杂化轨道间的夹角
空间结构名称
实例 CO2、C2H2 BF3、CH2O CH4、CCl4
2
3
4
180°
120°
109°28'　
直线形
平面三角形
正四面体形
4.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
sp
直线形
sp2
V形
sp3
V形
sp2
平面
三角形
sp3
三角锥形
sp3
正四
面体形
深度思考1
常见的杂化轨道类型有哪些 什么是sp3杂化
提示 常见的杂化轨道类型有sp、sp2、sp3。同一原子内由1个s轨道和3个p轨道参与的杂化称为sp3杂化。
深度思考2
(1)中心原子的杂化轨道数目和价层电子对数有什么关系
提示 中心原子的杂化轨道数目等于价层电子对数。
(2)H2O分子中氧原子的价电子排布式为2s22p4,2p轨道有两个未成对电子,可分别与一个H原子的1s电子形成一个σ键,不用杂化。但事实是氧原子形成了四个sp3杂化轨道,且键角是105°,空间结构为V形,为什么
提示 在形成水分子时,O的2s轨道和2p轨道发生了sp3杂化,形成四个sp3杂化轨道,呈正四面体形。其中两个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子,另外两个sp3杂化轨道已有两个孤电子对,不再成键。氧原子与氢原子化合时,O的sp3杂化轨道与H的1s轨道重叠,形成两个σ键。由于两个孤电子对的电子云密集在O的周围,对两个成键的电子对有更大的排斥作用,使O—H之间的键角被压缩,因此H2O分子的空间结构为V形。
易错辨析
(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子。(　　)
(2)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同。(　　)
(3)只有能量相近的轨道才能杂化。(　　)
(4)中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构只能是四面体形或三角锥形。
(　　)
提示 sp3杂化轨道中孤电子对数目为0、1、2时分别对应空间结构为四面体形、三角锥形、V形。
(5)NH3分子的VSEPR模型与分子空间结构不一致。(　　)
√
√
√
×
√
拓展视野
s、p能级共有4个轨道,全部参与杂化时,最多有4个杂化轨道,当分子(或离子)中的中心原子上的价层电子对数超过4时,有d轨道参与杂化,且参与杂化的d轨道数=中心原子上的价层电子对数-4。
重难探究·能力素养全提升
探究　杂化轨道的形成
情境探究
在形成多原子分子时,中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程,叫做轨道的杂化(双原子分子中,不存在杂化过程)。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下:
问题思考:
(1)写出甲烷中碳原子的价层电子排布式,这些价层电子的能量是否相同
提示 2s22p2,这些价层电子的能量不完全相同,2s电子与2p电子的能量不同。
(2)已知CH4和NH3的中心原子杂化方式均为sp3,但杂化方式不尽相同,其杂化方式分别如下所示:
试分析H2O的中心O原子杂化方式,并用杂化轨道理论解释CH4、NH3、H2O的空间结构。
提示 H2O的中心O原子杂化方式:
因为CH4、NH3、H2O分子中中心原子都有4个杂化轨道,故杂化轨道的空间结构都为四面体形。不同的是CH4分子中4个sp3杂化轨道与4个H原子的1s轨道形成完全相同的共价键,故为正四面体形;在NH3分子中,由于N原子上有1个sp3杂化轨道中是成对电子,N原子只有3个sp3杂化轨道与3个H原子的1s轨道形成完全相同的共价键,故为三角锥形;H2O分子中O原子的sp3杂化轨道中2个杂化轨道中是成对电子,另2个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,故为V形的空间结构。
(3)已知杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对,sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,试分析乙烯分子的碳原子采取什么杂化方式 它的杂化轨道用于形成什么化学键 怎样理解它存在碳碳双键
提示 乙烯分子中碳原子价层电子排布为2s22p2,采取sp2杂化
成键时1个碳原子的sp2杂化轨道与另1个碳原子的sp2轨道和2个H原子的s轨道“头碰头”形成σ键,未参与杂化的p轨道垂直于sp2杂化轨道“肩并肩”形成π键。
方法突破
应用体验
视角1杂化轨道理论的理解
1.下列关于杂化轨道的说法错误的是(　　)
A.利用原子轨道杂化理论可以解释部分分子的空间结构
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.杂化轨道中一定有一个电子
D
解析 利用杂化轨道理论可以解释部分分子的空间结构,参与杂化的原子轨道,其能量不能相差太大,如1s与2s、2p能量相差太大,不能形成杂化轨道,即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化,故A、B项正确;杂化轨道成键时电子云重叠程度更大,会形成牢固的化学键,故C项正确。
2.下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是(　　)
A.由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成
B.共有3个能量相同的杂化轨道
C.每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一
D.sp2杂化轨道最多可形成2个σ键
D
解析 同一能层上s轨道与p轨道的能量差异不是很大,相互杂化的轨道的能量差异也不能过大,A项正确;同种类型的杂化轨道能量相同,B项正确;sp2杂化轨道是由一个s轨道与2个p轨道杂化而成的,C项正确;sp2杂化轨道最多可形成3个σ键,D项错误。
视角2杂化轨道类型的判断
3.试判断下列分子的中心原子的杂化轨道类型:
(1)NI3　(2)CH3Cl　(3)CO2　(4)SO2
答案 (1)sp3　(2)sp3　(3)sp　(4)sp2
解析 中心原子的杂化轨道数n=中心原子上的价层电子对数=中心原子上的孤电子对数+σ键电子对数。
(1)NI3中n=1+3=4,N原子采取sp3杂化。
(2)CH3Cl中n=0+4=4,C原子采取sp3杂化。
(3)CO2中n=0+2=2,C原子采取sp杂化。
(4)SO2中n=1+2=3,S原子采取sp2杂化。
4.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)写出基态碳原子的核外电子排布式:　　　　　。
(2)三聚氰胺环上的氮原子和氨基中的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。
答案 (1)1s22s22p2　(2)sp2　sp3　(3)15
解析 (2)三聚氰胺环上的N原子、—NH2中的N原子分别参与形成2、3个σ键,且均有一个孤电子对,所以分别采取sp2、sp3杂化。(3)三聚氰胺分子中每个双键上有1个σ键,其余共价单键均为σ键,共有15个σ键。
【变式设问】
三聚氰胺分子中的碳原子的杂化轨道类型是　　　　　。
sp2杂化
归纳总结　判断中心原子杂化轨道类型的三种方法
(1)根据杂化轨道数目判断。
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系:杂化轨道数目=价层电子对数目=σ键电子对数目+中心原子的孤电子对数目,再由杂化轨道数目确定杂化类型。
杂化轨道数目 2 3 4
杂化类型 sp sp2 sp3
(2)根据杂化轨道的空间分布判断。
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形,则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则中心原子发生sp杂化。
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断。
①若杂化轨道之间的夹角为109°28',则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道之间的夹角为120°,则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道之间的夹角为180°,则中心原子发生sp杂化。
注意 对于能明确结构式(或电子式)的分子或离子,根据其结构式或电子式可直接判断出中心原子的σ键电子对数和孤电子对数。
视角3杂化轨道类型与分子空间结构的关系
5.下列有关杂化轨道理论的说法中正确的是(　　)
A.NCl3分子呈三角锥形,这是氮原子采取sp2杂化的结果
B.sp2杂化轨道是由任意的1个s轨道和2个p轨道混合形成的3个sp2杂化轨道
C.中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构可能是V形
D.AB3型的分子空间结构必为平面三角形
C
解析 NCl3分子中氮原子上的价层电子对数=3+ =4,因此NCl3分子中氮原子采取sp3杂化,A错误。sp2杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和2个p轨道“混杂”起来,形成能量相等、成分相同的3个轨道,B错误。一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的VSEPR模型为四面体形,如甲烷分子,若中心原子有孤电子对,则空间结构发生变化,如NH3、PCl3分子是三角锥形,H2O分子是V形,D错误、C正确。
6.指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间结构。
(1)CS2分子中的C采取　　　　杂化,分子的结构式为　　　　,空间结构为　　　　;
(2)HCHO中的C采取　　　　杂化,分子的结构式为　　　　,空间结构为　　　　;
(3)CCl4分子中的C采取　　　　杂化,分子的结构式为　　　　,空间结构为　　　　　　　;
(4)H2S分子中的S采取　　　　杂化,分子的结构式为　　　,空间结构为　　　　。
解析 (1)CS2中中心C原子形成2个σ键,无孤电子对,价层电子对数为2,采取sp杂化,分子空间结构为直线形。(2)HCHO中中心C原子形成3个σ键,无孤电子对,价层电子对数为3,采取sp2杂化,分子空间结构为平面三角形。(3)CCl4中中心C原子形成4个σ键,无孤电子对,价层电子对数为4,采取sp3杂化,分子空间结构为正四面体形。(4)H2S中中心S原子形成2个σ键,有2个孤电子对,价层电子对数为4,采取sp3杂化,分子空间结构为V形。
思维建模　计算杂化轨道判断分子的空间结构的思维建模如下:
本 课 结 束