鲁教版高中化学选修物质结构与性质2.2.1杂化轨道理论 课件（51张ppt）

(共51张PPT)

第2节 共价键与分子的空间构型
第1课时 杂化轨道理论
等电子原理
化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的结构特征。
符合等电子原理的分子或离子互为等电子体。等电子体有相似的性质。
等电子原理的某些应用：
（1）判断一些简单分子或离子的立体构型：等电子体一般有相同的立体构型（2）制造新材料方面的应用。
1、根据等电子原理，判断下列各组分子属于等电子体的是
A. H2O、H2S
B. HF、NH3
C. CO、CO2
D. NO2、SO2
A
2、在短周期元素组成的物质中，与NO2－互为等电子体的分子有： 、 。
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
O3
SO2
杂化轨道理论
第二节 共价键与分子的立体构型
一、一些典型分子的立体构型
甲烷的4个C—H单键都应该是σ键，然而，碳原子的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，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。甲烷为什么是正四面体构型？？？
为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论——
思考
碳原子价电子: 2s22p2
杂化轨道理论
杂化：原子内部能量相近的原子轨道，在外界条件影响下重新组合的过程叫原子轨道的杂化。
杂化轨道：原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道。
杂化轨道类型：sp1、sp2、sp3等杂化结果：重新分配能量和空间方向，组成数目相等成键能力更强的原子轨道。
杂化轨道用于:容纳σ键电子和孤对电子
1.sp3 杂化
例：
CH4分子形成
2s
2p
2s
2p
为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，四个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。
由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。
由于每个轨道中都含有1/4的s轨道成分和3/4的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道。
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-SP3σ键，形成一个正四面体构型的分子。
②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。
③杂化轨道之间在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。不同类型的杂化轨道之间夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。
2、sp1杂化
同一原子中 ns-np 杂化成新轨道；一个 s 轨道和一个 p 轨道杂化组合成两个新的 sp1 杂化轨道。
例：
BeCl2分子形成
激发
2s
2p
Be基态
2s
2p
激发态
直线形
sp杂化态
直线形
化合态
Cl Be Cl
180?
3、sp2 杂化
sp2 杂化轨道间的夹角是120度，分子的几何构型为平面正三角形
BF3分子形成
乙烯中的Ｃ在轨道杂化时，有一个Ｐ轨道未参与杂化，只是Ｃ的２s与两个２p轨道发生杂化，形成三个相同的sp2杂化轨道，三个sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面。杂化轨道间夹角为120°。
为什么氨分子的键角是107.3°？

为什么水分子是V型非直线型?
用杂化轨道理论解释苯分子的结构：
C为sp2杂化
所有原子（12个）处于同一平面
分子中6个碳原子
未杂 化的2p轨道上
的未成对电子重叠结果形成了一个闭合的、环状的大π键
C-C (sp2-sp2 ) ;
C-H (sp2-s )
小结：sp型的三种杂化
杂化类型 sp sp2 sp3
参与杂化的原子轨道 1个s + 1个p 1个s + 2个p 1个s + 3个p
杂化轨道数 2个sp杂化轨道 3个sp2杂化轨道 4个sp3杂化轨道
杂化轨道间夹角 180o 120o 109.5o
空间构型 直 线 正三角形 正四面体
实 例 BeCl2，C2H2 BF3, BCl3 CH4，CCl4
非中心原子：Cl、F、Br、I=H
提示：
中心原子：同主族的可以互换（如N=P、S=O等）
通常双原子分子中没有发生杂化
【思考】
写出下列分子的的杂化轨道类型及空间构型
NH3、BeCl2、PCl3、BF3、
H2O、H2S 、SiCl4、CH3F、
NCl3、CS2 、Cl2O
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
【随堂练习】
2、对SO2与CO2说法正确的是( )
A、都是直线形结构
B、中心原子都采取sp杂化轨道
C、S原子和C原子上都没有孤对电子
D、SO2为V形结构，CO2为直线形结构
D
3、在乙烯分子中有5个σ键、一个π键，它们分别是（ ）
A、sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B、sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C、C-H之间是sp2形成的σ键，C-C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
D、C-C之间是sp2形成的σ键，C-H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
A
4、氨气分子空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为（ ）
A、两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同，NH3为sp2型杂化，而CH4是sp3型杂化。
B、NH3分子中N原子形成三个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道。
C、NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强。
D、氨气分子是极性分子而甲烷是非极性分子。
C

第2节 共价键与分子的空间构型
第2课时 杂化轨道的判断方法
1、了解中心原子杂化方式及杂化方式和分子空间构型的判断方法（公式一）。
2、了解等电子原理。
3、理解价电子对互斥理论的含义，并会应用价电子对互斥模型判断分子空间构型（m+n）。
对ABm型分子或离子，中心原子A价层电子对（包括成键电子对和孤对电子）之间存在排斥力，将使分子中的原子处于尽可能远的相对位置上，以使各原子之间斥力最小，分子体系能量最低。
二、价电子对互斥理论
1、理论要点：
2
电子对数目与立体
结构
4
3
5
6
电子对数目与立体
结构
2、模型：
一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布（即含孤对电子的VSEPR模型）
　 2 3 4 5 6
直线形.平面三角形.正四面体.三角双 正八面体
锥体.
sp1杂化
sp2杂化
直线型
1800
平面三角形
1200
sp3杂化 正四面体
sp2杂化
平面构型 1200
C2H4 (乙烯)分子的空间构型
大π 键 苯C6H6
三角锥型 107.30
V型 104.50
形形色色的分子
O2
HCl
H2O
CO2
C2H2
CH2O
COCl2
NH3
P4
CH4
CH3CH2OH
CH3COOH
C6H6
C8H8
CH3OH
1、下列关于杂化轨道的说法错误的是（ ）
A、所有原子轨道都参与杂化。 B、同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化。
C、杂化轨道能量集中，有利于牢固成键。
D、杂化轨道中一定有一个电子。
AD
2、若ABn分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子。根据价电子对互斥理论，下列说法正确的是（ ）
A、若n=2则分子的立体结构为V形。 B、若n=3则分子的立体结构为三角锥形。
C、若n=4则分子的立体结构为正四面体形。
D、以上说法都不正确。
D
3、CH3+、 CH3— 、CH3- 都是重要的有机物反应中间体。试画出它们的电子式：


CH3+ 中四个原子是共平面的。则C原子是 杂化。
键角是 。