苏教版高中化学选择性必修2专题4分子空间结构与物质性质4.1.1杂化轨道理论与分子的空间结构课件（23张）

(共23张PPT)
专题4 分子空间结构与物质性质
第一单元 分子的空间结构模型
杂化轨道理论与分子的空间结构
1．了解杂化轨道理论的基本内容。
2．能根据杂化轨道理论解释简单分子的空间结构。
3．结合杂化轨道理论认识常见共价分子的空间结构。
学习目标
思考以下问题：
碳原子最外层有2个成单电子，与氢原子结合形成的分子为什么不是CH2而是CH4？
CH4分子为什么是正四面体的空间结构？
为了解释CH4等分子的空间结构，美国化学家鲍林于1931年提出了杂化轨道理论。运用该理论，可以较好地解释CH4分子的空间结构。
美国化学家鲍林
杂化轨道理论中，CH4是如何形成的呢？
1.杂化轨道的形成
基态原子轨道
激发态原子轨道
杂化轨道
(1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生。
(2)只有能量相近的轨道才能杂化。
(3)杂化前后轨道数目不变。
(4)杂化轨道成分相同、能量相等、形状相同。
(5)杂化轨道有一定空间取向。
4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体形，轨道之间的夹角为109°28'，每个轨道上都有一个未成对电子。
2.共价键的形成
碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠，形成σ键。表示为σsp3-s
杂化轨道所形成的化学键全部为σ键。
杂化轨道间的夹角决定分子空间构型。
甲烷分子的空间构型：
正四面体、键角109.5°
正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、 NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。
BF3分子的空间结构为平面正三角形，BeCl2分子的空间结构为直线形。
如何用杂化轨道理论解释BF3和BeCl2的空间结构呢？
交流讨论
BF3分子的形成——sp2杂化
激发
杂化
特点：3个sp2杂化轨道空间构型为平面三角形，轨道夹角120°，未杂化的2p轨道垂直于该平面。
BF3分子的形成：B原子的sp2杂化轨道与F原子的2p轨道形成σ键。
BF3分子的空间构型为平面三角形，键角为120°。
BeCl2分子的形成——sp杂化
特点：2个sp杂化轨道呈直线形，轨道夹角180°，2py、2pz轨道与杂化轨道相互垂直。
BeCl2分子的形成：Be原子的sp杂化轨道与Cl原子的3p轨道形成σ键。
BeCl2分子为空间构型为直线形，分子中Be—Cl键之间的夹角为180°。
归纳小结
CH4 BF3 BeCl2
杂化类型 sp3 sp2 sp
参与杂化的原子轨道
及数目 1个s轨道
3个p轨道 1个s轨道
2个p轨道 1个s轨道
1个p轨道
杂化轨道的数目 4 3 2
杂化轨道间的夹角 109°28’ 120° 180°
杂化轨道的空间构型 正四面体 平面三角形 直线形
分子的空间构型 正四面体 平面三角形 直线形
当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是σ键，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致。
课堂探究
用杂化轨道理论分析乙烷、乙烯、乙炔分子的成键情况。
乙烷分子的成键情况
(1)碳原子的杂化方式：
碳原子为sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道。
(2)成键情况及空间结构
每个碳原子的sp3杂化轨道分别与3个氢原子的1s轨道形成3个C-H σ键（sp3—s），与另一个碳原子sp3轨道形成1个C-Cσ键（sp3—sp3）。
每个C原子与3个H原子和1个C原子形成四面体结构。
乙烯分子的成键情况
(1) 碳原子的杂化方式：
碳原子为sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道。
(2)成键方式和空间构型：
每个碳原子的sp2杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道形成2个C-Hσ键（sp2—s），与另一个碳原子的sp2杂化轨道形成C-Cσ键（sp2—sp2）。
2个碳原子未杂化的2p轨道形成1个π键。
乙烯分子的空间构型为平面结构。
C=C、C=O、石墨、苯环中的碳原子，都是sp2杂化。
乙炔分子的成键情况
(1) 碳原子的杂化方式：
碳原子为sp杂化，形成2个sp杂化轨道。
(2)成键方式和空间构型：
每个碳原子的sp杂化轨道分别与1个氢原子的1s轨道形成2个C-Hσ键（sp—s），与另一个碳原子的sp杂化轨道形成C-Cσ键（sp—sp）。
碳原子未杂化的2p轨道两两形成2个π键。
乙炔分子的空间构型为直线形。
C≡C、C≡N、CO2中的碳原子，都是sp杂化。
归纳小结
分子结构 碳原子杂化方式 成键情况
sp3杂化 C—H σ键
C—C σ键 sp3—s
sp3—sp3
sp2杂化 C—H σ键
C—C σ键
C—C π键 sp2—s
sp2—sp2
两个碳原子各以1个未杂化的2p轨道发生重叠形成
sp杂化 C—H σ键
C—C σ键
C—C π键 sp—s
sp—sp
两个碳原子各以2个未杂化的2p轨道发生重叠形成
当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是σ键，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致。
若未杂化的轨道上有成单电子，则形成π键。
实验探究
1.根据下表信息搭建CO2、H2O、NH3、CH4分子的立体模型。
2.分析H2O、NH3分子的杂化轨道类型和成键情况。
H2O中O原子的sp3杂化轨道
排斥作用：孤电子对—成键电子对>成键电子对—成键电子对，使键角变小（<109°28’）。
H2O分子的空间构型：V形
H2O分子的空间构型
NH3分子的空间构型
NH3中N原子的sp3杂化轨道
NH3分子的空间构型：三角锥形
当杂化轨道数目大于成键轨道数目时，分子中存在孤电子对，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型不同，键角变小。
归纳小结
CH4 NH3 H2O
中心原子的杂化方式 sp3 sp3 sp3
分子空间构型 正四面体 三角锥 V形
中心原子
孤电子对数 0 1 2
键角 109°28' 107°18' 104°30'
当中心原子的杂化轨道数上存在孤电子对时，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型不同。
三个分子的中心原子的杂化方式相同，中心原子上的孤电子对数越多，键角越小。
课堂检测
1．下列物质中碳原子是以sp3杂化轨道与其他原子成键的是（ ）
A．乙烯 B．苯 C．乙炔 D．乙烷
答案：D
2．指出下列分子中划线原子的杂化轨道类型：
答案：sp3 sp2 sp2 sp2
3．指出下列分子的空间构型、指定共价键的成键轨道和成键类型：
（1）CH3Cl 空间构型：_________ C-H_________ C-Cl__________
（2）NF3 空间构型：_________ N-F_________
（3）CH2=CH2 空间构型：_________ C-H_________ C=C______________
答案：（1）四面体 σsp3-s σsp3-p
（2）三角锥型 σsp3-p
（3）平面结构 σsp2-s σsp2-sp2、πp-p
4．填空：
（1）CO2中的C为　　　　杂化，分子的结构式为　　　　，空间构型为____________。
（2）BCl3中的B为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为__________。
（3）AsH3中的As为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为__________。
5．已知苯的结构如图所示，苯分子是平面结构，苯环中的碳碳键由6个σ键形成正六边形，6个碳原子的2p轨道上的一个电子形成大π键。苯分子中碳原子的杂化方式为__________，碳碳键的成键轨道有________和_______，C-H的成键轨道是___________。
答案：sp2 sp2杂化轨道与sp2杂化轨道 2p和2p sp2杂化轨道和1s