2.2.2分子的空间结构——杂化轨道理论 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第二节 分子的空间结构 人教版选择性必修2 第二章 分子结构与性质 第3课时 杂化轨道理论 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） 1s 2s 2p H原子 电子排布图 1s 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。 【问题引入】 sp3 C：2s22p2 　 由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道。 为了解释分子的空间结构，鲍林提出了杂化轨道理论。 例如CH4中的C原子杂化轨道 思维建模一：基态——激发态——杂化——成键 sp3杂化 思考： 1、C原子为什么要杂化？H原子是否需要杂化？ 2、杂化前后轨道数目、伸展方向、形状有无变化？ 3、为什么杂化后是朝正四面体的四个顶点伸展？ 交流研讨 四个杂化轨道的电子在空间互相排斥而尽可能远离最终成为正四面体结构。 外界条件下，能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，杂化后的新轨道就称为杂化轨道。 1、概念 2、杂化的条件： (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 一、杂化轨道理论 (1)杂化前后轨道数不变 (2)杂化后的新轨道能量、形状都相同 (3)杂化过程中轨道的方向发生变化 (4) 杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对 （5）杂化后原子轨道在空间取最大夹角分布，能使相互间排斥力最小 3.杂化轨道的要点： （1） sp3杂化轨道——CH4分子的形成 x y z x y z z x y z x y z 109°28′ sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道杂化而得。sp3杂化轨道的夹角为109°28′，呈空间正四面体形(如CH4、CF4、CCl4)。 4.常见杂化轨道类型 [思考]BF3分子是平面正三角形， F原子位于正三角形的三个顶点，B原子位于分子中心，分子中键角均为120°，杂化轨道理论如何解释？ 2s 2p ↑↓ ↑ 基态 激发 2s 2p ↑ ↑ 激发态 ↑ sp2杂化轨道 杂化 ↑ ↑ ↑ 未杂化轨道 σ σ σ 120° F原子的2p轨道 （2） sp2杂化轨道——BF3分子的形成 x y z z x y z x y z x y z 120° sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而得。sp2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形(如BF3)。 未参与杂化的p轨道可用于形成π键。 [思考]气态BeCl2分子是直线形，Cl原子位于Be原子的两侧， BeCl2分子中键角为180o 。杂化轨道理论如何解释？ 2s 2p ↑↓ 基态 激发 2s 2p ↑ ↑ 激发态 杂化 sp杂化轨道 ↑ ↑ 未杂化轨道 氯原子的3p轨道 σ σ （3） sp杂化轨道——BeCl2分子的形成 x y z x y z z x y z x y z sp杂化轨道是由1个ns轨道和1个np轨道杂化而得。sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形(如BeCl2)。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。 180° Ⅰ.2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道? 思考与交流 Ⅱ.用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构。 ①当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，由于孤电子对参与互相排斥，使分子的空间结构与杂化轨道的形态发生变化。 ②如水分子的氧原子的sp3杂化轨道中有2个被孤电子对占据，其分子不呈正四面体形，而呈V形； ③氨分子的氮原子的sp3杂化轨道中有1个被孤电子对占据，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。 不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s轨道与3p轨道不在同一能层,能量相差较大。 小结：杂化类型的判断 ①因为杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系:中心原子的杂化轨道数=价层电子对数=σ键电子对数（中心原子结合的电子数）+孤电子对数，再由杂化轨道数判断杂化类型。 中心原子的 价层电子对数 规律： 代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型 CO2 CH2O SO2 H2O 0+2=2 sp 0+3=3 sp2 1+2=3 2+2=4 sp2 sp3 2 3 4 sp sp2 sp3 小结：常见的杂化轨道类型、空间构型 呈平面三角形 呈直线形 呈正四面体形 先确定分子或离子的VSEPR模型， 然后确定中心原子的杂化轨道类型。 对于ABm型分子或离子，杂化轨道数=价层电子对数 价层电子对数 2 3 4 杂化轨道数 常见杂化轨道类型 2 3 4 sp sp2 sp3 小结：中心原子杂化类型的判断 杂化类型为 Sp(n-1) 其中n为价层电子对数 1.根据杂化轨道数判断 ②通过看中心原子有没有形成双键或三键来判断 若有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； 若有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； 若全部是单键，则形成sp3杂化。 ③根据杂化轨道之间的夹角判断 ④根据杂化轨道的立体构型判断 杂化轨道 之间的夹角 180° 120° 109°28′ sp sp2 sp3 杂化轨道 的立体构型 直线形 平面三角形 正四面体形或三角锥形 sp sp2 sp3 典例1：甲醛 乙烯 苯 尿素中碳原子的杂化类型的判断 因为：有机物中碳四键原则，单键为δ；双键为一个δ和一个Л。所以只要画出有机物的结构式，即可判断它的杂化类型 抹去孤对电子， 求分子的立体构型 中心原子杂化轨道类型Sp(n-1) σ键电子对数 孤电子对数 价层电子对数 孤电子对数 价层电子对数 2 3 4 杂化类型 sp sp2 sp3 价层电子对数 2 3 4 杂化类型 sp sp2 sp3 杂化轨道空间构型 直线形 平面三角形 四面体 三、杂化类型与空间构型的关系 原子轨道杂化 杂化轨道 在外界条件影响下，中心原子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。 原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化轨道。 ①杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数 ②杂化改变了原子轨道的形状和方向 ③杂化使原子的成键能力增强 ④杂化轨道用于构建分子的σ轨道和孤电子对轨道 课堂小结 在高中阶段学习中，影响键角大小的因素主要有三：一是中心原子的杂化类型；二是中心原子的孤电子对数；三是中心原子的电负性大小等。 1.中心原子杂化类型不同的粒子，键角大小为：sp杂化＞sp2杂化＞sp3杂化 如键角：CH≡CH＞CH2==CH2＞CH4。 2.中心原子杂化方式相同的粒子，由于斥力：孤电子对与孤电子对之间＞孤电子对与成键电子对之间＞成键电子对与成键电子对之间，孤电子对数越多，对成键电子对的斥力越大，键角越小。如键角：CH4＞NH3＞H2O。 3.中心原子杂化方式相同且孤电子对数目也相同时，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°)。 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 $$