第二章第二节 分子的空间结构3 杂化理论 课件 2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

第二节 分子的空间结构 杂化 写出碳原子的核外电子排布图C 1s22s22p2 甲烷分子呈正四面体形，它的4个C—H的键长相同，H—C—H的键角为109°28′。根据价键理论，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，不可能得到正四面体形的甲烷分子。 一、杂化轨道理论简介 为了解决分子空间结构与价键理论的矛盾，1931年由鲍林等人在价键理论的基础上提出杂化轨道理论，它实质上仍属于现代价键理论，但是它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。 在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。 杂化轨道理论四要点 (1)能量相近 原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。 (2)数目不变 形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等且杂化轨道的能量相同。 (3)成键能力增强 杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。 (4)排斥力最小 杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布， 不同的杂化轨道伸展方向不同但形状完全相同。 二、杂化轨道的类型 1. sp3杂化轨道——正四面体形 sp3杂化 基态 激发态 4个sp3杂化轨道 电子 跃迁 杂化 C 每个sp3 轨道形状为一头大，一头小，含有1/4 s轨道和3/4 p轨道的成分 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-H σ键，呈正四面体形。 2. sp2杂化轨道——平面三角形 sp2杂化 s p p p p sp2 sp2杂化：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。 → 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 →sp2杂化后，未参与杂化的1个np轨道可以用于形成π键 B原子基态电子排布轨道表示式 2s 2p 电子 跃迁 sp2 杂化 ——BF3分子的形成 sp2杂化轨道 与F成键 F F F B 未参与杂化的p轨道上的电子可用于形成π键 ——CH2=CH2分子中碳原子的杂化 sp2杂化轨道 2s22p2 C sp2杂化 电子 跃迁 3. sp杂化轨道——直线形 sp杂化 s p p p sp p p sp 杂化：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。 →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 →sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键 Be原子基态电子排布轨道表示式 2s 2p 电子跃迁 sp杂化 ——BeCl2分子的形成 sp杂化轨道 与Cl成键 Cl Cl sp px px 180° Cl Cl Be σ键 σ键 未参与杂化的p轨道可用于形成π键 ——CH≡CH分子中碳原子的杂化 sp杂化轨道 2s22p2 C sp杂化 电子 跃迁 杂化类型 sp3 sp2 参与杂化轨道 1个s,3个p 1个s,2个p 杂化轨道数 4个sp3 3个sp2 杂化轨道间夹角 109°28′ 120° 空间结构 正四面体 平面三角形 实 例 CH4、CCl4 CH2=CH2、BF3 小结 杂化轨道类型 sp 1个s,1个p 2个sp 180° 直线形 CH≡CH、 BeCl2 杂化轨道数＝价层电子对数 4.杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。 杂化轨道数＝价层电子对数 ＝中心原子σ键电子对数+孤电子对数 价层电子对数 中心原子的 杂化轨道类型 VSEPR 理想模型 理想键角 2 3 4 sp 直线形 180° sp2 平面(正)三角形 120° sp3 (正)四面体形 109°28′ 原子总数 粒子 价层电子对数 杂化轨道类型 空间结构 3 CO2 SO2 H2O HCN 4 BF3 NH3 H3O+ CH2O 5 CH4 SO42- 2+0=2 sp 直线形 2+1=3 sp2 V形 2+2=4 sp3 V形 2+0=2 sp 直线形 3+0=3 sp2