2.2.2 杂化轨道理论 课件-2024-2025学年高中化学人教版（2019）选择性必修2

第二节 分子的空间结构 杂化轨道理论 第2课时 第二章 分子结构与性质 依据价层电子对互斥模型可预测甲烷分子的空间结构呈正四面体形，且实验测得其分子中的4个C—H的键长相同，H—C—H的键角为109°28′。 怎样解释甲烷分子的空间结构呈正四面体形呢？ 而依据价键理论，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，用它们与4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体的甲烷分子。 2 1. 杂化轨道的含义 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。重新组合后的新的能 量相同的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。 杂化轨道理论——鲍林 一、杂化轨道及其类型 2. 原子轨道的杂化过程 sp3杂化轨道是由 ns轨道和 np轨道杂化而成，每个sp3杂化 轨道都含有 的成分，sp3杂化轨道间的夹角为 ， 空间结构为正四面体形。 1个 3个 109°28′ 饱和碳原子 3. 杂化轨道及其类型 s p p p sp3 sp3杂化 4 1 s和 4 3 p (1) sp3杂化轨道——正四面体形 乙烷 一氯甲烷 甲烷分子中的共价键 正庚烷 不等性杂化 不等性杂化 (1) sp3杂化轨道 H2O和NH3的VSEPR模型跟CH4一样，也是四面体形的，因此它们的中心原子也是采取sp3杂化的。所不同的是，水分子的氧原子的sp3杂化轨道中有2个被孤电子对占据，而氨分子的氮原子的sp3杂化轨道中有1个被孤电子对占据。 H2O NH3 杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对 sp2杂化轨道是由 ns轨道和 np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含 有 和 成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形。 1个 2个 (2) sp2杂化轨道——平面三角形 3 1 s 3 2 p CH2＝CH2 杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，未参与杂化的p轨道用于形成π键。 乙烯分子中 的构建 sp杂化轨道是由 ns轨道和 np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有 的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如图所示。 1个 1个 还有2个未参与杂化的2p轨道垂直于两个sp杂化轨道，可用于形成2个π键。 (3) sp杂化轨道——直线形 2 1 s和 2 1 p CH≡CH 乙炔分子中有2个π键 图中垂直于H—C—C—H σ骨架上下取向和前后取向的方框表示的是2个π键的空间取向 乙烷、乙烯、乙炔分子的结构示意图 9 深度思考：如何判断杂化轨道的类型？ 确定BF3与H3O+的中心原子的杂化轨道类型，并与同学讨论。 分子或离子 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型 中心原子杂化轨道类型 BF3 0 3 平面三角形 H3O+ 1 4 四面体形 sp2 sp3 中心原子价层电子对数=中心原子孤电子对数＋ σ键电子对数 整理归纳：中心原子轨道杂化类型的判断 利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断： 价层电子对数 判断 VSEPR模型 判断 杂化类型 根据杂化轨道之间的夹角判断： 若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子采取sp3杂化； 若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子采取sp2杂化； 若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子采取sp杂化。 根据碳原子的饱和性判断： 有机物中饱和碳原子采取sp3杂化； 连接双键的碳原子采取sp2杂化； 连接三键的碳原子采取sp杂化。 11 1. 当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道示意图       实例 BeCl2 BF3 CH4 分子空间结构 二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系 直线形 平面三角形 正四面体形 分子结构示意图 2. 当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对成键电子对的 排斥作用，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。 ABn型分子 中心原子杂化类型 中心原子孤电子对数 空间结构 实例 AB2 sp2 1 SO2 AB3 sp3 1 NH3、PCl3、NF3、H3O＋ AB2或(B2A) 2 H2S、NH2 V形 三角锥形 V形 二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系 - 原子总数 粒子 中心原子上的孤电子对数 中心原子的杂化轨道类型 空间结构 3 CO2 SO2 H2O HCN 4 BF3 NH3 H3O CH2O 5 CH4 SO4 + 2- 0 1 2 0 0 1 1 0 0 0 sp sp2 sp2 sp2 sp sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 直线形 V形 V形 直线形 平面三角形 平面三角形 三角锥形 三角锥形 正四面体形 正四面体形 教材 P51 常见的空间结构为直线形的分子：BeCl2、HCN、C2H2、CO2等； 常见的空间结构为V形的分子：H2O、H2S、SO2等； 常见的空间结构为平面三角形的分子：BF3、SO3、HCHO等； 常见的空间结构为三角锥形的分子：PH3、PCl3、NH3等； 常见的空间结构为正四面体形的分子：CH4、CCl4、SiH4、SiF4等； 四面体形但不是正四面体形的：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。 记住常见分子的空间结构，可类推出同类别物质的空间结构。 整理归纳：常见分子空间结构 ①原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原 子一定是中心原子。 ②原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生 杂化的。 ③只有能量相近的轨道才能杂化(如2s、2p)。 ④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)， 且杂化轨道的能量相同。 ⑤杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分 布，故杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但杂化轨道的形状完全相同。 ⑥杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，未参与杂化的p轨 道可用于形成π键。 归纳总结：杂化轨道理论要点 没有形成π键，采取sp3杂化，如CH4、CCl4等； 形成一个π键，采取sp2杂化，如CH2==CH2等； 形成两个π键，采取sp杂化，如CH≡CH、CO2等。 归纳总结：以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化轨道类型 三、键角的判断与比较 键角大小比较：A.HCHO(H-C-O键角) B.NH3 C.CH4 D.CO2 E.C2H2 F.BF3 G.PH3 E=D>A>F>B>G>C 含有共价键的物质中相邻两键之间的夹角称为键角。键角是决定物质分子空间结构的主要因素之一。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轨道类型；二是中心原子的孤电子对数；三是中心原子的电负性大小。 三、键角的判断与比较 中心原子杂化轨道类型不同的粒子，键角大小为 sp杂化＞sp2杂化＞sp3杂化 键角：乙炔 乙烯 甲烷 > > 三、键角的判断与比较 键角：CH4 NH3 H2O > > 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。 资料卡：键合电子对受到左右两端带正电的原子核的吸引，所以电子云比较紧缩，而孤对电子对只受到一端原子核吸引，相比之下，孤对电子对较“胖”，占据较大的空间，对临近电子对的斥力较大。 三、键角的判断与比较 键角： NH3 PH3 > 3. 中心原子杂化方式相同且孤电子对数目也相同，利用中心原子的电负性大小比 较键角大小。 电负性N大于P，NH3中成键电子对更靠近中心原子，成键电子对间距离更小，致使其成键电子对间的斥力变大，所以NH3的键角大于PH3的键角。 键角： PF3 PCl3 < PF3的键角小于PCl3的键角的原因： 电负性F大于Cl， PF3分子中，成键电子对更偏向F，电子对之间的距离大，排斥力小，键角小。 三、键角的判断与比较 键角：α β 4. 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。 > 分子的空间结构 红外光谱、晶体X射线衍射、质谱法等 预测 解释 测定 价层电子对互斥模型 杂化轨道理论 中心原子价层电子对数n 分子的空间结构(略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间) 杂化轨道数=中心原子价层电子对数＝中心原子孤电子对数＋ σ键电子对数 课堂小结 杂化轨道数 判断 杂化类型 判断 杂化轨道构型 23 大π键： C6H6 苯 C5H5N 吡啶 C4H5N 吡咯 呋喃 噻吩 $$