2.2.2杂化轨道理论 课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

第2课时 杂化轨道理论 第二章 分子结构与性质 人教版高中化学《物质结构与性质》 第二节 分子的空间结构 1、如何预测由共价键组成的简单分子、离子的构型？ 成键电子对数 (σ键) 孤电子对数 价层电子对数 价层电子对 互斥模型 VSEPR模型 略去孤电子对 分子的立体构型 2、分子具有一定的空间构型是由于共价键的某一特征决定，共价键特征有哪些？ 饱和性： 共价键特征 方向性： 决定了共价化合物的立体构型。 决定了分子的组成。 知识回顾 为什么C原子与H原子结合形成分子是CH4，而不是CH2？ C： 2s 2p H： 1s 价层电子轨道表示式（电子排布图） 激发 2s 2p 1s 1s 1s 1s CH4 轨道重叠 CH4为什么是正四面体形？ 新课导入 虽然VSEPR理论很好的解释了分子具有一定的空间构型的原因，但是科学家却发现用传统的价键理论无法解释有些分子的空间结构。 [美]莱纳斯·卡尔·鲍林 杂化轨道的理论 2s 2p ↑↓ ↑ ↑ 基态 激发 2s 2p ↑ ↑ ↑ ↑ 激发态 杂化轨道 杂化 ↑ ↑ ↑ ↑ 【任务一】杂化轨道理论 CH4的形成 C：2s22p2 价层电子排布式 正四面体形 sp3杂化轨道 1、基本概念： 杂化：原子在相互结合成键形成分子时，由于原子间的相互作用，使同一原子中能量相近的不同类型原子轨道重新组合为一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫杂化。 【任务一】杂化轨道理论 2、杂化要点： (1) 只有在形成化学键时才能杂化 （同一能级组或相近能级） (2) 只有中心原子才发生杂化，结合原子不杂化 (3) 只有能量相近的轨道间才能杂化 杂化轨道：所形成的新轨道称为杂化轨道。 ① 定义：同一原子的1个ns轨道和3个np轨道杂化，形成4个能量等同的sp3杂化轨道的过程 例如：CH4 C：2s22p2 （1） sp3 杂化： 【任务一】杂化轨道理论 3、杂化的类型： ② 成分：每个轨道分别含有1/4的s成分和3/4的p成分。 x y z x y z z x y z x y z 109°28′ 4个sp3杂化轨道的能量、形状相同、方向不同。　 （1） sp3 杂化： 【任务一】杂化轨道理论 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，4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型? 【思考1】 【任务一】杂化轨道理论 【活动1】从杂化轨道理论解释甲烷中C如何与H成键，为什么是正四面体形? sp3杂化轨道 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，得到4个新的能量相同、形状相同、方向不同的sp3杂化轨道。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以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，因此呈正四面体形的空间结构。 价层电子对互斥模型 H2O和NH3的VSEPR模型与CH4一样，四面体形 H2O和NH3的中心原子采取sp3的杂化 2个杂化轨道被σ电子对占据 2个杂化轨道被孤电子对占据 3个杂化轨道被σ电子对占据 1个杂化轨道被孤电子对占据 杂化轨道用于形成分子的σ键或容纳未成键的孤电子对 （1） sp3 杂化： 【任务一】杂化轨道理论 ① 定义： （2）sp2 杂化： 同一原子的1个ns轨道和2个np轨道杂化形成3个等同的sp2杂化轨道的过程 B：1s22s22p1 例如：BF3 每个轨道分别含有1/3的s成分和2/3的p成分。 ② 杂化轨道成分： 【任务一】杂化轨道理论 x y z x y z z x y z x y z 120° s p p p sp2 （2）sp2 杂化： 为了3个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，3个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型? 【任务一】杂化轨道理论 【思考2】 x y z 120° （2）sp2 杂化： 【任务一】杂化轨道理论 ↑ ↑ ↑ ↓ 2s 2p ↑ ↑ ↑ ↑ sp2 sp2杂化 C sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键，如乙烯分子碳碳双键的形成。 sp2-sp2σ键 CH2=CH2分子中碳原子的3个sp2杂化轨道有一个相互重叠形成sp2-sp2σ键，另外2个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成两个s-sp2σ键，未参与杂化的2P轨道相互重叠形成π键。 ① 定义： （3）sp杂化： 例如：BeF2 Be：1s22s2 ② 成分: 每个杂化轨道分别含有1/2的s成分和1/2的p成分 【任务一】杂化轨道理论 同一原子的1个ns轨道和2个np轨道杂化形成2个等 同的sp杂化轨道的过程 x y z x y z z x y z x y z 180° 为了2个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，2个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型? （3）sp杂化： 【任务一】杂化轨道理论 【思考3】 sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键，如乙炔分子中的C≡C键的形成。 杂化类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原子轨道 杂化轨道数 杂化轨道间夹角 分子空间构型 实例 1个s＋1个p 1个s＋2个p 1个s＋3个p 2 3 4 180。 120。 109。28， 直线形 平面三角形 正四面体形 BeF2 BF3 CH4 杂化轨道类型及分子的空间结构 课堂小结 4、杂化轨道的一些特点 （1）杂化轨道的数目与参与杂化的轨道数目相同。 （2）只有能量相近的轨道才能杂化（相邻能级，如：2s和2p）。 （3）杂化后的新轨道能量、形状都相同。 （4）杂化增强了原子成键能力，所形成的化学键全部为σ键。 （5）杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对。 （6）杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理 （可由此解释和预测分子的空间构型） 【任务一】杂化轨道理论 【活动2】分析CO2、SO2、SO3、H2O、NH3、CH4的杂化轨道类型、VSEPR模型、空间构型，总结VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系。 实例 价电子对数 VSEPR模型 VSEPR模型名称 杂化轨道数 中心原子的杂化轨道类型 分子的空间构型 CO2 2+0 直线形 2 sp 直线形 SO2 2+1 平面三角形 3 sp2 V形 SO3 3+0 平面三角形 3 sp2 平面三角形 H2O 2+2 正四面体形 4 sp3 V形 NH3 3+1 正四面体形 4 sp3 三角锥形 CH4 4+0 正四面体形 4 sp3 正四面体形 17 价层电子对数 n=2 n=3 n=4 VSEPR模型 中心原子杂化类型 直线形 平面三角形 正四面体 判断分子或离子中心原子的杂化类型的一般方法： sp2 sp sp3 【任务一】杂化轨道理论 小结： ① 看中心原子价层电子对数： 价层电子对数=杂化轨道数 ② 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。 如果有1个三键，则其中有2个π键，用去2个p轨道，形成的是sp杂化； 如果有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； 如果全部是单键，则形成sp3杂化。 判断分子或离子中心原子的杂化类型的一般方法： 小结： 【任务一】杂化轨道理论 总结提高 1、指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式及空间结构。 (1)CS2分子中的C为　　　杂化,分子的结构式为　　　　, 空间结构为　　　　;  (2)CH2O中的C为　　　杂化,分子的结构式为　　　　　, 空间结构为　　　　　;  (3)CCl4分子中的C为　　　杂化,分子的结构式为　　　　　, 空间结构为　　　　;  (4)H2S分子中的S为　　　杂化,分子的结构式为　　　　　, 空间结构为　　　　。  sp S=C=S 直线形 sp2 平面三角形 sp3 正四面体 sp3 V形 课堂检测 2、下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是(　　) ①BF3　②CH2=CH2　③ 苯　④CH≡CH　⑤BeCl2　⑥CH4 A．①②③ B．①⑤⑥ C．②③④ D．③⑤⑥ A 课堂检测 C6H6平面形分子，键角120 。 C：sp2等性杂化 3条杂化轨道互成120°角 。未杂化的p轨道形成p-p大π键 石墨分子结构是层形结构，每层是由无限个碳六元环所形成的平面，碳原子取sp2杂化，每个碳原子尚余一个未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n个p轨道形成了一个p-p大π键。电子在这个大π键中可以自由移动，所以石墨能导电。 拓展延伸 在高中阶段学习中，影响键角大小的因素主要有三： 键角的判断与比较 一是中心原子的杂化类型不同： 二是中心原子的孤电子对数： 三是中心原子的电负性大小： sp杂化＞sp2杂化＞sp3杂化 如键角：CH≡CH＞CH2=CH2＞CH4。 杂化相同，孤电子对数越多，键角越小。 如键角：CH4＞NH3＞H2O。 杂化与孤电子对数目均相同时，中心原子的电负性越大，键角越大。 如H2O、H2S中，电负性：O＞S，即键角：H2O(105°)＞H2S(92.3°)。 拓展延伸 键角的判断与比较 另外：同一粒子中不同共价键的键角，由于斥力： 双键间＞双键与单键间＞单键间，则键角大小不同。 如甲醛中： 键角α＞β。 拓展延伸 $$