2.2.1 杂化轨道理论 课件(共33张PPT)2024-2025学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2

(共33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
鲍林1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖，1962年因反对核弹在地面测试的行动获得诺贝尔和平奖，成为获得不同诺贝尔奖项的两人之一。鲍林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一，他所撰写的《化学键的本质》被认为是化学史上最重要的著作之一。他所提出的许多概念：电负度、共振理论、价键理论、杂化轨道理论、蛋白质二级结构等概念和理论，如今已成为化学领域最基础和最广泛使用的观念。
1.了解杂化轨道理论的基本内容。
2.在理解杂化轨道理论的基础上，对分子的空间构型进行解释和预测。
1.通过杂化轨道理论的学习,能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。(宏观辨识与微观探析)
2.通过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。(证据推理与模型认知)
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
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结构。
一些典型分子的空间结构
HCl
180
H2O
104.5°
NH3
107.3°
CH4
109°28'
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 ？
C原子
（轨道表示式）
1s2
2s2
2p2
H 电子排布图
1s1
【交流讨论】
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结构是怎样形成的呢？
杂化
4个 sp3 杂化轨道
自旋状态相同
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。
基态碳原子
激发态
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，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的S-SP3 σ键，从而构成一个正四面体形的分子。
109°28’
109°28’
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
杂化类型 参与
轨道 杂化
轨道 杂化轨道
间夹角 每个杂化轨道成分 杂化轨道立体构型 杂化轨道示意图 实例
sp3
1个ns
3个np
4个sp3
109.5°
个ns
个np
正四面体
CH4
SiF4
…
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
sp3杂化
4个能量相同的
sp3杂化轨道
理论支撑——杂化轨道理论
鲍林（Pauling-L）
原子成键时，为了增强成键能力，同一原子中能量相近的几个原子轨道可以重新组合，能量重新分配，形成一组能量相同、形状相同、空间取向不同的新的原子轨道，且轨道总数不变。
这种原子轨道重新组合的过程称为原子轨道的杂化，所形成的新的原子轨道称为杂化轨道。
概念：
（1）原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不发生杂化。
（2）只有能量相近、不同类型的原子轨道才能杂化，得到的杂化轨道能量相同。有多少原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道。
（3）原子轨道杂化三步：激发、杂化、重叠，形成σ键。
（4）杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。杂化轨道间的夹角分布最大化。（尽量远离，使相互间的排斥能最小）
（5）杂化轨道的电子云一头大，一头小，成键时利用大的一头，可以使电子云重叠程度更大，从而形成稳定的化学键。即杂化轨道增强了成键能力。
特别提醒：
1.请推测乙烷中C原子的杂化方式？
阅读教材，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、空间结构、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
杂化类型 参与
轨道 杂化
轨道 杂化轨道
间夹角 每个杂化轨道成分 杂化轨道空间结构 杂化轨道示意图 实例
sp2
1个ns
2个np
3个sp2
120°
1/3个ns
2/3个np
平面
三角形
BF3
CH2O
...
图
示
分
析
理
论
分
析
请类比sp3杂化，小组合作分析sp2杂化方式，完成下表:
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
120°
侧视图
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
BF3分子是平面正三角形， F原子位于正三角形的三个顶点，B原子位于分子中心，分子中键角均为120o，杂化轨道理论如何解释？
*
*
杂化类型 参与
轨道 杂化
轨道 杂化轨道
间夹角 每个杂化轨道成分 杂化轨道立体构型 杂化轨道示意图 实例
sp
1个ns
1个np
2个sp
180°
1/2个ns
1/2个np
直线形
BeCl2
CO2
…
请类比sp3和sp2杂化方式，独立分析sp杂化形式，完成下表
理
论
分
析
图
示
分
析
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
气态BeCl2分子是直线形，Cl原子位于Be原子的两侧， BeCl2分子中键角为180o 。杂化轨道理论如何解释？
当杂化轨道全部用于形成σ键时（等性杂化）
杂化类型 sp1 sp2 sp3
用于杂化的原子轨道及数目 s
p
轨道夹角
杂化轨道示意图
实例
分子结构示意图
分子结构
1
1
2
3
1
1
109.5°
120°
180°
BeCl2
BF3
CCl4
直线形
平面三角形
正四面体形
键角=轨道夹角
思考：
氮原子的价电子排布式为2s22p3，三个2p轨道各有一个未成对电子，可分别与一个H原子的1s电子形成一个σ键，不须杂化。但事实是：氮原子形成了四个sp3杂化轨道，且键角是107.3°，空间结构为三角锥形，怎么解释
NH3
107.3°
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 °。
试一试：
氧原子的价电子排布式为2s22p4，两个2p轨道各有一个未成对电子，可分别与一个H原子的1s电子形成一个σ键，不须杂化。但事实是：氧原子形成了四个sp3杂化轨道，且键角是104.5°，空间结构为角形，怎么解释
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
由于孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子的结构与杂化轨道的形状有所区别。
如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤对电子占据的，其分子不呈正四面体结构，而呈角形，键角104.5° ；
氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤对电子占据，氨分子不呈正四面体结构，而呈三角锥形，键角107.3°。
当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时（不等性杂化）
注意
（1）杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳孤对电子，若还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。
（2）杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同，中心原子杂化类型相同时孤对电子越多，键角越小。如NH3分子中的氮原子与CH4分子中的碳原子均以sp3杂化，但键角分别为107.3°和109.5°。
苯分子是平面正六边形，键角是120°，试用杂化轨道理论进行解释？
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
分子的空间结构
杂化轨道理论
中心原子价层电子对数的计算
根据VSEPR模型判断分子的空间结构
形形色色的分子
直线形、角形
三角锥形、平面三角形
四面体形
模型观
微粒观
1.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
A. CO2与SO2 B. CH4与NH3
C. BeCl2与BF3 D. C2H2与C2H4
B
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
B
3.有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是( )
A.两个碳原子采用sp杂化方式
B.两个碳原子采用sp2杂化方式
C.每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成π键
D.两个碳原子形成两个π键