人教版高中化学选择性必修2第2章第2节第2课时杂化轨道理论课件(24张)

(共24张PPT)
杂化轨道理论
第2课时
第二章 分子结构与性质 第二节分子的空间结构
学习目标
LEARNING GOALS
1.了解杂化轨道理论的基本内容。　
2.能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构。
杂化轨道理论及其类型
01
杂化轨道理论及其类型
新知构建
甲烷分子实测的空间构型和VSEPR模型预测的立体结构都是正四面体，则CH4中的C-H键的键长是相等的。
但CH4的中心原子碳的4个价电子层原子轨道——2s和2px，2py，2pz分别跟4个氢原子的1s原子轨道重叠形成σ键，由于碳原子的3个2p轨道是相互垂直，而2s轨道是球形的，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体构型的甲烷分子。
因此，VSEPR模型理论无法解释甲烷为什么能形成正四面体的空间构型。
杂化轨道理论及其类型
新知构建
鲍林提出杂化轨道理论认为:当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到4个能量相同的轨道，夹角为109°28′，成为sp3杂化轨道，形成4个键长和键角都相等的C-H σ键，
因此，CH4分子呈正四面体的立体结构。
1922年 鲍林毕业照
Pauling（鲍林）提出了“杂化”假设，补充了价键理论的不足
杂化轨道理论及其类型
新知构建
1922年 鲍林毕业照
Pauling（鲍林）提出了“杂化”假设，补充了价键理论的不足
杂化轨道理论及其类型
新知构建
C 的一个2s轨道与三个2p轨道发生混杂
↑↓
↑
2p2
↑
↑
↑
↑
↑
2s2
sp3
↑
↑
2p3
↑
↑
2s1
基态
激发态
sp3杂化态
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
sp3杂化态
杂化
杂化
杂化轨道理论及其类型
新知构建
C 的一个2s轨道与三个2p轨道发生混杂
↑↓
↑
2p2
↑
↑
↑
↑
↑
2s2
sp3
↑
↑
2p3
↑
↑
2s1
激发态
sp3杂化态
sp3杂化态
基态
109°28′
杂化
杂化
杂化轨道理论及其类型
新知构建
C 的一个2s轨道与三个2p轨道发生混杂
sp3杂化态
杂化轨道理论及其类型
新知构建
C 的一个2s轨道与二个2p轨道发生混杂
↑↓
↑
2p2
↑
↑
↑
↑
↑
2s2
sp2
↑
↑
2p3
↑
↑
2s1
基态
激发态
sp2杂化态
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
sp2杂化态
杂化
杂化
杂化轨道理论及其类型
新知构建
C 的一个2s轨道与二个2p轨道发生混杂
↑↓
↑
2p2
↑
↑
↑
↑
↑
2s2
sp2
↑
↑
2p3
↑
↑
2s1
激发态
sp2杂化态
sp2杂化态
基态
120°
杂化
杂化
z
x
y
杂化轨道理论及其类型
新知构建
C 的一个2s轨道与二个2p轨道发生混杂
sp2杂化态
杂化轨道理论及其类型
新知构建
C 的一个2s轨道与一个2p轨道发生混杂
↑↓
↑
2p2
↑
↑
↑
↑
↑
2s2
sp
↑
↑
2p3
↑
↑
2s1
基态
激发态
sp杂化态
z
x
y
z
x
y
z
x
y
sp杂化态
杂化
杂化
z
x
y
180°
杂化轨道理论及其类型
新知构建
C 的一个2s轨道与一个2p轨道发生混杂
sp杂化态
杂化轨道理论及其类型
应用评价
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型
CO2
CH2O
CH4
SO2
NH3
H2O
0＋2＝2　 sp　
0＋3＝3　　 　 　 　 　 　 　 　 　 sp2　
0＋4＝4　 sp3　
1＋2＝3　 sp2　
1＋3＝4　 sp3　
2＋2＝4　 sp3
杂化轨道与分子空间
构型的关系及其类型
01
杂化轨道与分子空间构型的关系及其类型
新知构建
(1)中心原子的杂化类型决定了分子的基本空间构型。当中心原子的价层电子对数与杂化轨道数相等时：
若中心原子进行sp杂化，分子一般为直线形；
进行sp2杂化，分子常呈平面三角形；
进行sp3杂化，分子多为正四面体形，存在孤电子对时，构型为四面体变形。
(2)孤电子对会影响分子的实际空间构型。例如NH3分子，N原子价层电子对数为4，采用sp3杂化，但有一个孤电子对，所以分子空间构型为三角锥形而非正四面体形；H2O分子，O原子价层电子对数为4，采用sp3杂化，有两个孤电子对，分子呈V形。
基本空间构型
杂化轨道
直线
平面三角
正四面体
四面体
一
实际
V
4
sp3
三角锥
sp3
4
杂化轨道与分子空间构型的关系及其类型
新知构建
VSEPR
模型
VSEPR
模型名称 直线形 平面
三角形 平面
三角形 四面体 四面体 正四
面体
中心原子
的杂化轨
道类型
典例 CO2 SO2 SO3 H2O NH3 CH4
sp
sp2
sp2
sp3
sp3
sp3
杂化轨道与分子空间构型的关系及其类型
交流研讨
CH4、NH3、H2O中心原子的杂化轨道类型都是sp3，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小。
CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。
由于孤电子对对成键电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。
比较键角时，先看中心原子杂化轨道类型，杂化轨道类型不同时，键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化轨道类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。
杂化轨道与分子空间构型的关系及其类型
交流研讨
常见物质中心原子的杂化方式
1．采取sp3杂化：有机物中饱和碳原子、NH3、H2O、金刚石中的碳原子、晶体硅中的硅原子、SiO2、NH等。
2．采取sp2杂化：有机物中的双键碳原子、BF3、石墨中的碳原子、苯环中的碳原子等。
3．采取sp杂化：有机物中的三键碳原子、CO2、BeCl2等。
说明：注意结构相似的物质，如CO2与CS2、BF3与BBr3等的中心原子的杂化轨道类型分别相同
杂化轨道与分子空间构型的关系及其类型
应用评价
正误判断：
(1)PCl3分子是三角锥形，这是因为P原子是以sp2杂化的。( )
(2)sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道杂化形成的四个sp3杂化轨道。( )
(3)凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是(正)四面体。( )
(4)分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构。( )
×
×
√
√
PCl3分子是三角锥形，这是因为P原子是以sp3杂化的键
四个完全等同的sp3杂化轨道，其VSEPR模型都是(正)四面体
孤电子对影响分子的空间构型
由中心原子的同一能层能量相近的1个s轨道和3个p轨道杂化形成的四个sp3杂化轨道
课时小结
1. 杂化轨道理论
2. 常见杂化形式
3. 判断杂化轨道数 规律
2个sp杂化轨道
3个sp2杂化轨道
4个sp3杂化轨道
杂化轨道数 = 中心原子价层电子对数 = σ 键数＋中心原子孤对电子对数
随堂演练
1.以下有关杂化轨道的说法中错误的是(　　)
A．第ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
B．杂化轨道既可能形成σ键，也可能形成π键
C．孤电子对有可能参加杂化
D．s轨道和p轨道杂化不可能有sp4出现
B
√
√
×
√
杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对
例如H2O分子中的氧原子采取sp3杂化，其sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的
由于np能级只有3个原子轨道，所以s轨道和p轨道杂化只有sp3、sp2、sp 3种，不可能出现sp4杂化
第ⅠA族元素的价电子排布式为ns1，由于只有1个ns电子，因此不可能形成杂化轨道
随堂演练
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
√
×
√
√
同种类型的杂化轨道能量相同
sp2杂化轨道是由一个s轨道与2个p轨道杂化而成的
sp2杂化轨道最多可形成3个σ键
相互杂化的轨道的能量差异不能过大，同一能层上s轨道与p轨道的能量差异不是很大