《2.2.3 杂化轨道理论》课件2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

第二节 分子的空间结构 第2课时　 杂化轨道理论 人教版（2019）化学选择性必修二 第二章 分子结构与性质 1.通过杂化轨道理论的学习,能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。 2.掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法,建立分子空间结构分析的思维模型。 写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？ C原子 电子排布图 （轨道表示式） 1s2 2s2 2p2 H 电子排布图 1s1 按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C-H单键都应该是σ键，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，不可能得到正四面体构型的甲烷分子。 C C 如何解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。 观察如下可视化视频，思考CH4的正四面体形是怎么形成的？ 2s 2p ↑↓ ↑ ↑ C ↑ ↑ ↑ ↑ C sp3 ↑ ↑ ↑ ↑ C s、px、py、pz杂化 激发 x y z x y z x y z x y z 109°28′ C sp3 ↑ ↑ ↑ ↑ 2p ↑ ↑ ↑ 2s ↓ ↑ 甲烷分子中碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-Hσ键，呈正四面体形。 基态 能量 混杂 激发态 杂化轨道 CH4分子采用sp3杂化 杂化轨道理论 1．概念 中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。 杂化轨道 2．杂化条件 ①只有在形成化学键时才能杂化 ②只有能量相近的轨道间才能杂化 要点： ①参与杂化的原子轨道能量相近。 同一能级组或相近能级组的轨道 ②杂化前后原子轨道数目不变。 参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目 3．杂化轨道特征 (1)杂化改变了原子轨道的能量、成分、形状和伸展方向，遵循杂化轨道间斥力最小原理。 (2)杂化使原子的成键能力增强，有利于轨道间的重叠 。满足最小排斥，最大夹角分布，从而形成稳定的化学键。 (3)杂化轨道用于形成σ键和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) 4．杂化类型及分子构型 （1）SP3杂化 x y z x y z z x y z x y z 109°28′ ①1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3杂化轨道。 ②每个sp3杂化轨道的形状为一头大,一头小,含有s轨道和p轨道的成分。 ③每两个轨道间的夹角为109.28º,空间构型为正四面体形。 与CH4一样，H2O和NH3的中心原子也是采用sp3杂化的，因此H2O和NH3的VSEPR模型也是四面体形的，但水分子氧原子的sp3杂化轨道有2个被孤电子对占据，而氨分子的氮原子的sp3杂化轨道有1个被孤电子对占据。 105° 107° 2s 2p ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ O sp3 ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ O 孤电子对 σ键单电子 2s 2p ↑↓ ↑ ↑ ↑ N sp3 ↑↓ ↑ ↑ ↑ N 孤电子对 σ键单电子 观察如下可视化视频，思考CH2=CH2平面结构怎么形成的？ 2s 2p ↑↓ ↑ ↑ C ↑ ↑ ↑ ↑ C sp2 ↑ ↑ ↑ ↑ C s、px、py杂化 激发 2pZ x y z x y z x y z x y z 120° C sp2 2pz ↑ ↑ ↑ ↑ 2p ↑ ↑ ↑ 2s ↓ ↑ 基态 能量 混杂 激发态 杂化轨道 π键单电子 σ键单电子 ： ： ： ： ： ： 碳原子的3个sp2杂化轨道有一个相互重叠形成σ键，另外2个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成两个σ键，未参与杂化的2P轨道相互重叠形成π键。 C2H4分子采用sp2杂化 x y z x y z z x y z x y z 120° ②每个sp2杂化轨道的形状也为一头大,一头小,含有s轨道和p轨道的成分。 ①1个s轨道与2个p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。 ③每两个轨道间的夹角为120º,呈平面三角形。 ④3个sp2杂化轨道用于形成σ键，未参与杂化的p轨道用于形成π键。 (2) sp2杂化 120° F F F B 例如：BF3分子的形成—— Sp2 杂化 B： 1s22s22p1 没有3个单电子 sp2 sp2杂化 激发 C2H2分子采用sp杂化 x y z x y z z x y z x y z 180° C sp 2py 2p