2.2.2杂化轨道理论课件(共20张PPT)2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2

(共20张PPT)
2.2 杂化轨道理论
σ键
π键
饱和性
方向性
：头碰头
：肩并肩
[复习回顾]
：成键数 = 未成对电子数
共
价
键
CH4 正四面体结构的探究
1、根据共价键的饱和性，C应形成几个共价键？
2、形成CH4 中C原子应该有几个未成对的电子？
怎样才能使C原子具有这个数目的未成对的电子？
3、CH4中的4个C—H键完全相同，碳原子怎样才能有四个完全相同的用于成键的原子轨道？
鲍林 杂化轨道理论
[交流研讨]
C的价电子轨道表示式：
2
4
一、杂化轨道理论
一、杂化轨道理论
基态碳原子
激发态
2s
2p
激发
2s
2p
杂化
4个 sp3 杂化轨道
自旋方向相同
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。
能量相近的原子轨道重新组合形成新的能量相同的原子轨道的过程叫原子轨道的杂化，新的原子轨道叫做杂化轨道。
思维建模：基态——激发态——杂化——成键
一、杂化轨道理论
sp3杂化
甲烷分子中C原子的1个2s轨道与3个2p轨道发生杂化。
①形成 个sp3杂化轨道，即混杂前后轨道总数 。
②4个杂化轨道的能量完全相同，即混杂后轨道能量 ，轨道形状 。
③杂化轨道的电子在空间互相排斥而尽可能远离，取最大夹角分布，使体系能量降到最低，最终成为 结构。
④4个杂化轨道的夹角相等，即混杂前后轨道方向 。
4
不变
改变
改变
改变
正四面体
一、杂化轨道理论
四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键，四个C—H是等同的。CH4分子的空间构型为__________。键角：_______。
正四面体
109.5°
一、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重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。
1.杂化轨道的含义
2.杂化轨道
原子轨道组合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。
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.杂化轨道特点
4.杂化轨道的类型
sp杂化、sp2杂化、sp3杂化
美国化学家鲍林
杂化轨道用于: 容纳σ键电子（未成对电子）和 孤对电子
一、杂化轨道理论
(1)能量相近：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)数目不变：形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。
(3)成键能力增强：杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。
(4)排斥力最小：杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。
杂化轨道理论四要点
一、杂化轨道理论
【交流·研讨】氮原子的价电子排布为2s22p3，三个2p轨道中各有一个未成对电子，可分别与一个氢原子的1s电子形成一个σ键。如果真是如此，那么三个2p轨道相互垂直，所形成的氨分子中N—H键的键角应约为90°。但是，实验测得的氨分子中N—H键的键角为107.3°。试解释其键角不是90°的原因。
一、杂化轨道理论
sp3杂化
氨分子(NH3)氮原子杂化的过程
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
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 °。
孤对电子
一、杂化轨道理论
请你类比CH4和NH3的例子，用杂化轨道理论解释H2O的空间结构。
sp3杂化
与2个H原子成2个σ键
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°
O
H
H
一、杂化轨道理论
阅读课本第50-51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。
交流·讨论
一、杂化轨道理论
σ
σ
σ
σ
σ
π
σ
σ
σ
σ
σ
π
乙烯分子(C2H4)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
sp2杂化轨道只能形成3个σ键，未参与杂化的2p轨道形成1个π键。
分子空间结构：
平面形分子
sp2杂化
一、杂化轨道理论
乙炔分子(C2H2)中碳原子的杂化过程
分子空间结构：
直线形分子
sp杂化
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。
激发态
2s
2p
激发
基态
2s
2p
杂化
2个sp杂化轨道
2个2p 轨道
2p
sp
π
σ
σ
σ
π
一、杂化轨道理论
苯分子(C6H6)中碳原子的杂化过程
分子空间结构：
平面形分子
sp2杂化
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
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
一、杂化轨道理论
4个杂化轨道
空间构型？
3个杂化轨道
空间构型？
2个杂化轨道
空间构型？
平面三角形
直线形
[思维建模]
杂化 类型 杂化轨道数目 键角 空间 构型 图示
3
sp2
4
sp3
2
sp
平面
三角形
120°
109.5°
正四面
体形
180°
直线形
正四面体形
一、杂化轨道理论
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。
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。
一、杂化轨道理论
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
一、杂化轨道理论
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
一、杂化轨道理论
【练一练】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