2020-2021学年人教版高二化学选修3第二章2-2(2)轨道杂化 课件（30张ppt）

分子结构与性质
第二章
第二节 分子的立体构型
2021-03-W
学习目标
杂化轨道理论
01
1.认识杂化轨道理论的要点
2.进一步了解有机化合物中碳的成键特征
3.根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型
重难点
重点：杂化轨道理论的要点
难点：分子的立体结构，杂化轨道理论
思考1：根据甲烷的外围电子排布为2s22p2来看，甲烷外围的s和p轨道上的电子均与氢原子的s轨道上的电子形成了共用电子对，既有s-s σ键形成的轨道，也有s-p σ键形成的轨道，为什么甲烷是四对价电子均相同的正四面体空间构型呢？
思考与交流
C
H
H
H
H
正四面体
:
:
:
H C H
:
H
H
C: 2s22px12py13pz
2s
2p
1s
sp3
2s
2p
激发
杂化
H: 1s1
sp3-s
键合
杂化特征：
能量相近：ns,np ns,np,(n+1)s (n-1)d,ns,np
成键能力变大：轨道形状发生了变化
这是因为碳原子在成键时发生了电子的激发和轨道的杂化。
即碳原子在成键时，其中有1个2S电子激发到同一个电子层能级相近的2p轨道上去，变成了4个未成对的电子，碳原子即从基态转变为激发态。
例：甲烷分子的形成
三、杂化轨道理论简介
1.杂化轨道理论的概念
杂化后形成的新的一组能量相同的原子轨道
(1)轨道的杂化：
(2) 杂化轨道：
原子形成分子时，同一原子中能量相近的不同类
型的原子轨道在成键过程中混合组成新的原子轨道
三、杂化轨道理论简介
2.杂化轨道的类型
(1)sp3杂化：
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
特点：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。
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109.28°，空间构型为正四面体形
同一个原子的一个 ns 轨道与三个 np 轨道进行杂化组合为 sp3 杂化轨道。sp3 杂化轨道间的夹角是 109?28’，分子的几何构型为正四面体形。
2s
2p
C的基态
2s
2p
激发态
正四面体形
sp3 杂化态
C
H
H
H
H
109°28’
2s 2px 2py 2pz
例：CH4分子形成
三、杂化轨道理论简介
2.杂化轨道的类型
(2)sp杂化：
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分
两个轨道间的夹角为180°，呈直线型
特征：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。
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 sp 杂化轨道。
激发
2s
2p
Be基态
2s
2p
激发态
杂化
键合
直线形
sp杂化态
直线形
化合态
Cl Be Cl
180?
例：BeCl2分子形成
三、杂化轨道理论简介
2.杂化轨道的类型
(3)sp2杂化：
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，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
特征：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。
同一个原子的一个 ns 轨道与两个 np 轨道进行杂化组合为 sp2 杂化轨道。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
2s
2p
B的基态
2s
2p
激发态
正三角形
sp2 杂化态
B
F
F
F
B
Cl
1200
Cl
Cl
BF3分子的形成
思考2：(1)写出HCN分子和CH2O分子的电子式。
(2)用VSEPR模型对HCN分子和CH2O分子的立体结构进行预测(用立体结构模型表示)
(3)写出HCN分子和CH2O分子的中心原子的杂化类型。
(4)分析HCN分子和CH2O分子中的π键。
思考与交流
(2)直线型 平面三角型
(3)sp杂化 sp2杂化
三、杂化轨道理论简介
3.杂化轨道类型的判断
VSEPR模型与中心原子杂化类型的关系：
分子
CO2
SO2
H2O
SO3
NH3
CH4
VSEPR模型名称
中心原子的杂化类型
平面三
角形
四面体
平面三角形
直线形
四面体
正四面体
sp
sp2
sp3
sp2
sp3
sp3
价层电子对：2 sp杂化
价层电子对：3 sp2杂化
价层电子对：4 sp3杂化
2015·山东(3)
F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2，OF2分子构型为________，其中氧原子的杂化方式为________。
链节高考
2019全国1. （2）乙二胺（H2NCH2CH2NH2）是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是________、_______。
???????????????????????????????????
?
2019江苏（3）抗坏血酸的分子结构如图1所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为____________；
????????????、????????????
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2019全国3.
（4）NH4H2PO4中，电负性最高的元素是_____；P的_____杂化轨道与O的2p轨道形成_____键。
O
sp3
σ
????形
?
????????????
?
杂化轨道理论的要点
(1)在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的杂化。双原子分子中，不存在杂化过程，原子数大于2的分子才会杂化。
(2)只有能量相近的轨道才能杂化(ns，np)。
(3)杂化过程中，原子轨道总数不变，即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等。
知识小结
杂化轨道理论的要点
(4)杂化过程中，轨道的形状发生变化。
(5)杂化轨道的形状相同，能量相等。
(6)杂化轨道之间要满足最小排斥原理。
(7)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。 π键是由未杂化的p轨道来形成的
知识小结
思考3：用杂化轨道理论分析CH4的杂化类型和呈正四面体形的原因？
在形成CH4分子时，碳原子的一个2s轨道与三个2p轨道混杂，形成4个能量相等的sp3杂化轨道，分别与四个氢原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，4个σ键之间作用力相等，键角相等形成正四面体形。
思考与交流
思考4：试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况？
思考与交流
思考4：试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况？
思考与交流
C原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与2个2p轨道发生杂化，形成3个sp2杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原子的1s轨道形成2个相同的σ键，各自剩余的1个sp2杂化轨道相互重叠形成一个σ键，各自没有杂化的l个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成π键。所以，在乙烯分子中双键由一个σ键和一个π键构成。
思考4：试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况？
思考与交流
C原子在形成乙炔分子时发生sp杂化，两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成σ键。各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个σ键，两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成π键。所以乙炔分子中碳原子间以三键相结合。
平面正六边形，大π键。
苯分子中的键
苯分子中的σ键
苯分子中的????键
?
苯分子中的键
1.苯环中的碳均是以sp2杂化成夹角为1200三个sp2杂化轨道.
2.苯环中六个碳之间形成6个σ键,每个碳与氢形成1个σ键.
3.苯环中六个碳中未杂化的P轨道彼此形成一个大π键.
4.形成大π键比一般的π键更稳定,因此苯环体现特殊的稳定性
苯分子中的σ键
苯分子中的????键
?
通过看中心原子有没有形成双键或三键来判断中心原子的杂化类型。
规律：若中心原子有1个三键或2个双键，则其中有2个π键，用去2个P轨道，形成的是SP杂化（如CS2、C2H2与HCN）；若中心原子有1个双键则其中必有1个π键，用去1个P轨道，形成的是SP2杂化（如C2H4与CH2O ） ；如果全部是单键，则形成SP3杂化（如CCl4）。
重要结论：价层电子对数=杂化后的杂化轨道数→杂化类型
知识小结
1．下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是 (　　)
A．sp杂化轨道的夹角最大
B．sp2杂化轨道的夹角最大
C．sp3杂化轨道的夹角最大
D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
课堂练习
A
C
课堂练习
2．下列分子中的中心原子采取sp2杂化的是(　　)
①C6H6　②C2H2　③C2H4　④C3H8　⑤CO2 ⑥BeCl2　⑦SO3　⑧BF3
A．①②⑥⑦　　　　　　 B．③⑤⑦⑧
C．①③⑦⑧ D．③⑤⑥⑦
C
B
课堂练习
A
课堂练习
6.下列说法不正确的是(　　)
A．OF2的中心原子是SP3杂化，其空间构型为 V形
B．H3O+空间构型为三角锥形，SO32-的中心原子是SP3杂化
C．O3的空间构型为直线形，CO含有共价三键
D．乙醇中的C均为SP3杂化，H2O2中O也为SP3 杂化
C
课堂练习
感谢聆听
2021-03-W