2.2.3 杂化轨道理论(学案) 2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构 2.2.3 杂化轨道理论 【教材分析】 本节从分子结构的测定、三原子、四原子、五原子分子的立体构型为例，介绍典型分子立体构型；然后从价层电子对互斥理论和杂化轨道理论解释分子结构的多样性和复杂性，并根据上述理论判断简单分子和离子的构型。 【课程目标】 课程目标 学科素养 1.了解杂化轨道理论的基本内容。 2.在理解杂化轨道理论的基础上，对分子的空间构型进行解释和预测。 1.微观探析：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.模型认知：通过杂化轨道理论的学习,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。 【教学重难点】杂化轨道理论 一、新课导入 甲烷呈正四面体形，它的4个C—H键的键能、键长相同，H—C—H的键角109°28′，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，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。请解释原因。 解释：当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生 ，混杂时保持 不变，却得到4个新的 相同、 不同的轨道，各指向 的4个顶角，夹角 ，称为 轨道，表示这4个轨道是由1个 轨道和3个 轨道杂化形成的。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个sp杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-H ，因此呈正四面体形的空间结构。 二、学生讨论（对照学案分组讨论、同步板书） 三、聚焦展示 学习目标一、杂化轨道理论 (1)杂化轨道理论是一种 理论，是鲍林为了解释分子的 提出的。 ①轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部 的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。 ②杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做 ，简称 轨道。 ③轨道杂化的过程：激发→杂化→轨道重叠。 (2)杂化轨道理论要点： ①原子在成键时，同一原子中 的原子轨道可重新组合成杂化轨道。 ②参与杂化的原子轨道数 形成的杂化轨道数。 ③杂化改变了原子轨道的 、 。杂化使原子的成键能力 。 ④杂化前后原子轨道数目 （参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目），且杂化轨道的能量 。 ⑤原子轨道的杂化只有在 的过程中才会发生， 的原子不可能发生杂化。 ⑥杂化轨道用于形成 或者用来容纳未参与成键的 。未参与杂化的p轨道可用于形成 。分子的空间结构主要取决于原子轨道的 。 ⑦杂化轨道数=中心原子上的 +与中心原子结合的 。 【针对训练1】下列关于杂化轨道说法错误的是( ) A．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化 B．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键 C．杂化轨道比原轨道能量更低 D．杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对 学习目标二、杂化类型 1、sp3杂化轨道。 【案例展示】sp3杂化轨道——CH4分子的形成 CH4是由1个 轨道和3个 轨道杂化形成的，sp3杂化轨道的夹角为 ，呈空间正四面体形这种杂化方式我们称为 。 根据价层电子对互斥模型，NH3和H2O的VSEPR模型跟CH4一样也是四面体形，因此它们的中心原子也是采取了sp3杂化。 【案例分析】如在NH3分子中，氮原子的3个sp3杂化轨道与3个氢原子的1s原子轨道重叠形成3个N-Hσ键，其中1个sp3杂化轨道中占有孤电子对，因此氨分子呈三角锥形。 【学生活动】请模仿NH3的中心原子N的杂化和成键过程，用杂化轨道理论来解释H2O的空间结构。 【针对训练2】下列有关sp3杂化轨道说法错误的是(　　) A．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的四个sp3杂化轨道 B．凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是(正)四面体 C．分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构 D．NH3和CH4两个分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键 2、sp2杂化轨道 【案例展示】sp2杂化轨道——BF3分子的形成 sp2杂化轨道是由一个 轨道和