第三课时 杂化轨道理论
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第二节 第三课时 杂化轨道理论
[目标]1.理解杂化轨道理论的基本含义。
2.能利用杂化轨道理论判断简单分子或离子的空间结构。
[重点]杂化轨道理论
[难点]杂化轨道理论判断简单分子或离子的空间结构
一、目标导学
[时间]15min
[内容]阅读教材p.47-49、笔记,完成下列任务：
1.什么是杂化轨道理论？
2.杂化轨道理论要点
3.杂化轨道的类型与判断方法
二、自主学习
CH4正四面体的空间构型
碳原子：
2s
2p
1s
氢原子：
基态C原子的电子排布图，你发现什么问题？
针对这一矛盾，鲍林是如何解决的？
C原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用他们跟4个氢原子的1s轨道重叠，不可能得到正四面体形。
三、合作学习
一、杂化轨道理论
2s
2p
基态
激发
2s
2p
激发态
杂化
sp3杂化
在外界影响下，原子内部能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。杂化后的新轨道就称为杂化轨道。
杂化轨道理论解释CH4的空间结构形成过程
激发→杂化→轨道重叠
1.杂化的条件
(1)只有化合时才能杂化
(2)只有能量相近的轨道才能杂化
2.杂化轨道的特征
(1)杂化轨道数=参与杂化的轨道数.
(2)杂化轨道的形状、方向发生改变.
(3)杂化轨道的形状、能量都相同.
(4)杂化轨道之间尽可能远离(sp-直线形 sp2-平面三角形 sp3-正四面体形).
(5)杂化后形成的化学键更稳定.
(6)杂化轨道只形成σ键或容纳孤电子对，未参与杂化的p轨道可形成π键.
①sp3杂化
3.杂化轨道的类型
1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3 杂化轨道。
如：CH4 CCl4
2s
2p
基态
激发
2s
2p
激发态
杂化
sp3杂化
激发→杂化→轨道重叠
x
py
y
z
x
y
px
z
x
z
y
pz
x
y
z
s
109°28′
109°28′
每个sp3杂化轨道的形状为一头大，一头小， 含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体形。
②sp2杂化
如：BF3
2s
2p
基态
激发
2s
2p
激发态
杂化
sp2杂化
激发→杂化→轨道重叠
1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化, 形成3个sp2 杂化轨道。
x
y
px
z
x
z
y
pz
120°
每个sp2杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。
x
py
y
z
x
y
z
s
120°
③sp杂化
2s
2p
基态
激发
2s
2p
激发态
杂化
sp杂化
激发→杂化→轨道重叠
1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化, 形成2个sp杂化轨道。
如:BeCl2
x
y
px
z
x
z
y
pz
x
py
y
z
x
y
z
s
180°
180°
未参与杂化的p轨道可用于形成π键.
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成 1个ns和1个np 1个ns和2个np 1个ns和3个np
杂化轨道数目 2 3 4
轨道夹角 180° 120° 109°28′
杂化轨道示意图
分子的空间结构 直线形 平面三角形 正四面体
[知识小结]
180°
120°
109°28′
④杂化轨道类型的判断
[方法一]杂化轨道数＝价层电子对数＝σ键电子对数+孤电子对数.
分析中心原子的杂化轨道类型时，先确定分子或离子的VSEPR模型，再确定中心原子的杂化轨道类型。
价层电子对数=杂化轨道数 中心原子的杂化轨道类型 VSEPR模型
2 sp 直线形
3 sp2 平面三角形
4 sp3 正四面体形
④杂化轨道类型的判断
[方法二]根据空间构型判断
杂化类型 空间构型
sp 直线形
sp2 平面三角形
V形
sp3 正四面体形
三角锥形
V形
[方法三]有机物中碳原子杂化类型判断
单键碳原子—sp3
双键碳原子—sp2
三键碳原子—sp
原子总数 粒子 中心原子上的 孤电子对数 中心原子杂化 轨道类型 中心原子杂化 轨道类型 空间构型
3 CO2
SO2
HCN
4 BF3
H3O+
CH2O
5 CH4
SO42-
[达标检测1]完成下表。
四、复述检测
[达标检测2]判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)所有原子轨道都参与杂化。( )
(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)杂化方式相同的分子,空间结构一定相同。( )
(4)并非任意两个原子轨道都能发生杂化。( )
[达标检测3]下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是( )
A.杂化轨道全部参与形成化学键
B.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
C.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°
D.部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
[达标检测4]有下列粒子:①CH4 ②CH2=CH2 ③CH≡CH ④NH3 ⑤
⑥BF3 ⑦P4 ⑧H2O,请填写下列空白(填序号):
(1)粒子的空间结构呈正四面体形的是 。
(2)中心原子轨道为sp3杂化的是 ,为sp2杂化的是 。
(3)所有原子共平面的是 ,共线的是 。
(4)①④⑥⑦⑧的键角由大到小顺序为 (填字母)。
A.⑥>①>⑧>④>⑦
B.⑥>①>④>⑦>⑧
C.⑥>①>④>⑧>⑦
[达标检测5]白磷是一种能自燃的单质,其分子的球棍模型如图所示,下列叙述错误的是( )。
A.每个磷原子形成3个σ键,磷原子为sp2杂化
B.每个磷原子的价层电子对数为4,磷原子均为sp3杂化
C.1mol白磷中共含6mol非极性键
D.白磷分子的空间结构为正四面体形
[达标检测6]CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都为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时有什么方法
第二节 第三课时 杂化轨道理论
[目标]1.理解杂化轨道理论的基本含义。
2.能利用杂化轨道理论判断简单分子或离子的空间结构。
[重点]杂化轨道理论
[难点]杂化轨道理论判断简单分子或离子的空间结构
一、目标导学
[时间]15min
[内容]阅读教材p.47-49、笔记,完成下列任务：
1.什么是杂化轨道理论？
2.杂化轨道理论要点
3.杂化轨道的类型与判断方法
二、自主学习
CH4正四面体的空间构型
碳原子：
2s
2p
1s
氢原子：
基态C原子的电子排布图，你发现什么问题？
针对这一矛盾，鲍林是如何解决的？
C原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用他们跟4个氢原子的1s轨道重叠，不可能得到正四面体形。
三、合作学习
一、杂化轨道理论
2s
2p
基态
激发
2s
2p
激发态
杂化
sp3杂化
在外界影响下，原子内部能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。杂化后的新轨道就称为杂化轨道。
杂化轨道理论解释CH4的空间结构形成过程
激发→杂化→轨道重叠
1.杂化的条件
(1)只有化合时才能杂化
(2)只有能量相近的轨道才能杂化
2.杂化轨道的特征
(1)杂化轨道数=参与杂化的轨道数.
(2)杂化轨道的形状、方向发生改变.
(3)杂化轨道的形状、能量都相同.
(4)杂化轨道之间尽可能远离(sp-直线形 sp2-平面三角形 sp3-正四面体形).
(5)杂化后形成的化学键更稳定.
(6)杂化轨道只形成σ键或容纳孤电子对，未参与杂化的p轨道可形成π键.
①sp3杂化
3.杂化轨道的类型
1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3 杂化轨道。
如：CH4 CCl4
2s
2p
基态
激发
2s
2p
激发态
杂化
sp3杂化
激发→杂化→轨道重叠
x
py
y
z
x
y
px
z
x
z
y
pz
x
y
z
s
109°28′
109°28′
每个sp3杂化轨道的形状为一头大，一头小， 含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体形。
②sp2杂化
如：BF3
2s
2p
基态
激发
2s
2p
激发态
杂化
sp2杂化
激发→杂化→轨道重叠
1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化, 形成3个sp2 杂化轨道。
x
y
px
z
x
z
y
pz
120°
每个sp2杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。
x
py
y
z
x
y
z
s
120°
③sp杂化
2s
2p
基态
激发
2s
2p
激发态
杂化
sp杂化
激发→杂化→轨道重叠
1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化, 形成2个sp杂化轨道。
如:BeCl2
x
y
px
z
x
z
y
pz
x
py
y
z
x
y
z
s
180°
180°
未参与杂化的p轨道可用于形成π键.
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成 1个ns和1个np 1个ns和2个np 1个ns和3个np
杂化轨道数目 2 3 4
轨道夹角 180° 120° 109°28′
杂化轨道示意图
分子的空间结构 直线形 平面三角形 正四面体
[知识小结]
180°
120°
109°28′
④杂化轨道类型的判断
[方法一]杂化轨道数＝价层电子对数＝σ键电子对数+孤电子对数.
分析中心原子的杂化轨道类型时，先确定分子或离子的VSEPR模型，再确定中心原子的杂化轨道类型。
价层电子对数=杂化轨道数 中心原子的杂化轨道类型 VSEPR模型
2 sp 直线形
3 sp2 平面三角形
4 sp3 正四面体形
④杂化轨道类型的判断
[方法二]根据空间构型判断
杂化类型 空间构型
sp 直线形
sp2 平面三角形
V形
sp3 正四面体形
三角锥形
V形
[方法三]有机物中碳原子杂化类型判断
单键碳原子—sp3
双键碳原子—sp2
三键碳原子—sp
原子总数 粒子 中心原子上的 孤电子对数 中心原子杂化 轨道类型 中心原子杂化 轨道类型 空间构型
3 CO2
SO2
HCN
4 BF3
H3O+
CH2O
5 CH4
SO42-
[达标检测1]完成下表。
四、复述检测
[达标检测2]判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)所有原子轨道都参与杂化。( )
(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)杂化方式相同的分子,空间结构一定相同。( )
(4)并非任意两个原子轨道都能发生杂化。( )
[达标检测3]下列有关杂化轨道理论的说法不正确的是( )
A.杂化轨道全部参与形成化学键
B.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
C.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°
D.部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
[达标检测4]有下列粒子:①CH4 ②CH2=CH2 ③CH≡CH ④NH3 ⑤
⑥BF3 ⑦P4 ⑧H2O,请填写下列空白(填序号):
(1)粒子的空间结构呈正四面体形的是 。
(2)中心原子轨道为sp3杂化的是 ,为sp2杂化的是 。
(3)所有原子共平面的是 ,共线的是 。
(4)①④⑥⑦⑧的键角由大到小顺序为 (填字母)。
A.⑥>①>⑧>④>⑦
B.⑥>①>④>⑦>⑧
C.⑥>①>④>⑧>⑦
[达标检测5]白磷是一种能自燃的单质,其分子的球棍模型如图所示,下列叙述错误的是( )。
A.每个磷原子形成3个σ键,磷原子为sp2杂化
B.每个磷原子的价层电子对数为4,磷原子均为sp3杂化
C.1mol白磷中共含6mol非极性键
D.白磷分子的空间结构为正四面体形
[达标检测6]CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都为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时有什么方法