2.2 第2课时 杂化轨道理论简介(课件PPT)-【优化指导】2026-2027学年高中化学选择性必修第二册（人教版2019 单选）

第二章　分子结构与性质 第二节　分子的空间结构 第2课时　杂化轨道理论简介 栏目索引 基础落实·梳理必备知识 重难探究·提升关键能力 学以致用·发展学科素养 课程标准 核心素养目标 　　结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，并可运用相关理论和模型进行解释和预测。 　　证据推理与模型认知：结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp3、sp2、sp)，基于分子组成和结构，运用杂化轨道理论解释简单共价分子(或离子)的空间结构。 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 一、杂化轨道理论及要点 1．杂化轨道理论的提出 (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。 (2)鲍林提出杂化轨道理论的要点 价键 空间结构 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ①当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的______轨道和3个______轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数______，得到4个新的能量______、方向______的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角为__________，称为__________________，表示这4个轨道是由___个s轨道和___个p轨道杂化形成的。 ②当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个_________杂化轨道分别与4个氢原子的______轨道重叠，形成4个C—H ______，故CH4分子呈_______________的空间结构。 2s 2p 不变 相同 不同 109°28′ sp3杂化轨道 1 3 sp3 1s σ键 正四面体形 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 2．原子轨道的杂化和杂化轨道 (1)原子轨道的杂化 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (2)杂化轨道 组合后形成的一组新的原子轨道叫做杂化原子轨道，简称____________。 二、杂化轨道的类型与分子的空间结构 1．杂化轨道的类型及空间结构 (1)sp3杂化 ①杂化方式 能量相近的sp3杂化轨道是由___个s轨道和___个p轨道杂化形成的，杂化轨道的空间结构为____________。 杂化轨道 1 3 四面体形 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ②杂化过程示意图 (2)sp2杂化 ①杂化方式 sp2杂化轨道由___个s轨道和___个p轨道杂化而得，杂化轨道的空间结构为_______________，未参与杂化的p轨道用于形成______。 1 2 平面三角形 π键 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ②杂化过程示意图 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (3)sp杂化 ①杂化方式 sp杂化轨道由___个s轨道和___个p轨道杂化而得，杂化轨道的空间结构为_________，未参与杂化的p轨道用于形成______。 ②杂化过程示意图 1 1 直线形 π键 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 2．VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 直线形 VSEPR 模型 VSEPR 模型名称 ______ 平面三 角形 四面体 ______ _________ 四面体 ___________ 中心原子 的杂化轨 道类型 ______ ______ ______ sp2 ______ ______ 典型例子 CO2 SO2 H2O SO3 NH3 CH4 平面 三角形 正四面体 sp sp2 sp3 sp3 sp3 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ◆名师点拨 杂化轨道理论的解读 (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，孤立的原子不能发生杂化。 (3)杂化前后原子轨道总数不变，即参与杂化的轨道数目＝形成的杂化轨道数目。 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (4)杂化后原子轨道的伸展方向、形状发生改变，但杂化轨道的形状完全相同。 (5)只有能量相近的原子轨道才能杂化(如2s、2p轨道)。 (6)杂化轨道只能用于形成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。 (7)杂化轨道总数＝中心原子的价层电子对数＝中心原子上的孤电子对数＋σ键电子对数。 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ◆拓展延伸 未参与杂化的p轨道形成π键 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R ◆拓展延伸 等性杂化和不等性杂化 杂化 方式 等性杂化 不等性杂化 sp sp2 sp3 sp3 轨道间 的夹角 180° 120° 109°28′ <120° <120° 孤电子 对数 0 0 0 1 2 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 杂化方式 等性杂化 不等性杂化 sp sp2 sp3 sp3 中心原子上的 成键电子对数 2 3 4 3 2 分子空间结构 直线形 平面三角形 四面体形 三角锥形 V形 实例 BeCl2 BF3 CH4、 SiCl4 NH3、 PH3 H2O、 H2S 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (1)若原子轨道杂化后形成的杂化轨道完全相同，这种杂化称为等性杂化；若形成的杂化轨道中有1个或几个被孤电子对占据，使得轨道夹角改变，这种杂化称为不等性杂化。 (2)中心原子不含孤电子对时采取等性杂化，含有孤电子对则采取不等性杂化。 (3)采取等性杂化时，杂化轨道的空间结构和分子的空间结构相同。 (4)采取不等性杂化时，杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不同。 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R × √ × × 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 探究一__判断分子(或离子)中心原子的杂化轨道类型 “达芦那韦”可用于已使用过抗逆转录病毒药物的HIV(人类免疫缺陷病毒)感染的成人患者的治疗。合成“达芦那韦”的部分路线如图所示： 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R [问题设计] (1)判断A分子中碳原子的杂化轨道类型，并分析分子中所有原子能否共平面。 提示：A中碳原子采取sp2杂化；苯环和—CHO都是平面形结构，单键可以旋转，故所有原子可能共平面。 (2)判断B、C分子中碳、氮原子的杂化轨道类型。 提示：B分子中碳原子采取sp2、sp3杂化，氮原子采取sp2杂化；C分子中碳原子采取sp2、sp3杂化，氮原子采取sp3杂化。 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 提示：正四面体形；sp3杂化。 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 判断中心原子杂化轨道类型的方法 (1)根据中心原子的价层电子对数判断 中心原子价 层电子对数 2 3 4 中心原子杂 化轨道类型 sp杂化 sp2杂化 sp3杂化 应用示例 BeCl2、CO2 SO2、BF3 H2O、NH3 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (2)根据杂化轨道数目判断 一般来说，杂化轨道数＝中心原子上的孤电子对数＋中心原子的σ键电子对数，根据杂化轨道总数判断杂化轨道类型，判断有机物分子中C、N等原子的杂化轨道类型较为实用。 代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型 HC≡CH 0＋2＝2 sp杂化 CH2===CH2 0＋3＝3 sp2杂化 CH3CH3 0＋4＝4 sp3杂化 0＋3＝3 sp2杂化 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R (3)根据杂化轨道之间的夹角判断 杂化轨道夹角 180° 120° 109°28′ 中心原子杂 化轨道类型 sp杂化 sp2杂化 sp3杂化 应用示例 CO2 BF3 CH4 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 【例1】 下列分子中心原子的杂化轨道类型相同，分子的空间结构也相同的是 (　　　) A．H2O、SO2 B．H2O、NH3 C．NH3、HCHO D．BeCl2、CO2 D 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 选项中各分子中心原子的价层电子对数、孤电子对数、杂化轨道类型及分子的空间结构如下表： 分子式 H2O SO2 NH3 HCHO BeCl2 CO2 中心原 子价层 电子对数 4 3 4 3 2 2 孤电子对数 2 1 1 0 0 0 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 由表可知，D正确。 杂化轨 道类型 sp3 sp2 sp3 sp2 sp sp 分子空 间结构 V形 V形 三角 锥形 平面三 角形 直线 形 直线 形 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R C 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 2．某有机物M的结构简式如图所示，其中①、②、③号原子的杂化方式分别为 (　　　) A．sp3、sp3、sp3 B．sp3、sp3、sp2 C．sp2、sp3、sp2 D．sp3、sp2、sp2 B 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： ①号碳原子含有共价键为4个单键，采取sp3杂化；②号氮原子形成3个共价键，含有1个孤电子对，杂化轨道数为4，采取sp3杂化；③号碳原子含有共价键为2个单键和1个碳氧双键，采取sp2杂化。 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 探究二__应用杂化轨道理论解释分子(或离子)的空间结构 环硼氮六烷(B3N3H6)是低挥发性白色晶体，微溶于水，易溶于丙酮等溶剂，可用来制造具有耐油、耐高温性能的特殊材料。由于其分子结构(如图所示)及物理性质与苯很相似，也有大π键，故又称无机苯。 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R [问题设计] (1)判断环硼氮六烷分子中B、N的杂化方式，并判断所有原子是否共平面。 提示：B、N均采取sp2杂化；分子中所有原子均共平面。 (2)芳香烃中含有苯环结构，如乙苯( )、苯乙烯( )等。试判断两种分子中碳原子的杂化方式，并推测分子中所有原子是否共平面。 提示：乙苯：sp2、sp3；所有原子不共平面；苯乙烯：sp2；所有原子可能共平面。 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 1．利用杂化轨道理论解释分子(或离子)的空间结构 分子(或离子)的空间结构 直线形 平面 三角形 四面体形或三角锥形 V形 中心原子杂化轨道类型 sp杂化 sp2杂化 sp3杂化 sp2或sp3杂化 应用示例 BeCl2、 CS2 CH2O、 AlCl3 CH4、 NH3 SO2(sp2)、 H2O(sp3) 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 2．根据π键判断有机物中碳原子的杂化方式及原子是否共平面 (1)若有机物中碳原子未形成π键，则采取sp3杂化，分子中所有原子一定不共平面。 (2)若有机物中碳原子形成1个π键，则采取sp2杂化，分子中所有原子可能共平面。 (3)若碳原子形成2个π键，则采取sp杂化，分子中所有原子可能共平面。 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R B 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 3．下列有关杂化轨道理论的说法正确的是 (　　　) A．NCl3分子呈三角锥形，这是氮原子采取sp2杂化的结果 B．sp3杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道 C．若分子的空间结构是正四面体形，则中心原子可能采取sp2杂化 D．AB3型的分子空间结构必为平面三角形 B 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R D 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 1．下列关于杂化轨道理论的说法正确的是 (　　　) A．凡是中心原子采取sp2杂化的分子，其空间结构都是平面三角形 B．P4和CH4都是正四面体形分子，且键角都为109°28′ C．在BF3、SO3、NCl3分子中，各原子的最外层均不满足8电子稳定结构 D．在NH3和B2H6中，N和B均采取sp3杂化 D　 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 中心原子采取sp2杂化的分子，其空间结构与孤电子对数有关，若没有孤电子对，则为平面三角形，如BF3，若含有1个孤电子对，则分子为V形，如SO2，A错误；P4和CH4都是正四面体形分子，P4的磷原子均在正四面体的顶角上，键角为60°，而CH4的C在正四面体的中心，H在顶角上，键角为109°28′，B错误；NCl3分子中N与3个Cl各共用1对电子，N与Cl均满足8电子稳定结构，C错误。 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 2．下列分子的中心原子是sp2杂化的是 (　　　) A．BF3 B．CO2 C．CH4 D．H2O A　 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R C　 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R D　 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 5．在H2O、NH3、CS2、CH4、BF3分子中： (1)存在π键的共价化合物分子是__________(填分子式，下同)。 (2)具有直线形结构的分子是________。 (3)具有正四面体形结构的分子是________。 (4)具有三角锥形结构的分子是________。 (5)具有sp3杂化轨道类型的分子是________。 (6)具有sp2杂化轨道类型的分子是________。 答案：(1)CS2　(2)CS2 (3)CH4　(4)NH3 (5)H2O、NH3、CH4　(6)BF3 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 解析： H2O中氧原子的价层电子对数为4，含有2个孤电子对，氧原子采取sp3杂化，则H2O分子的空间结构为V形；NH3中氮原子的价层电子对数为4，含有1个孤电子对，氮原子采取sp3杂化，则NH3分子的空间结构为三角锥形；CS2中碳原子的价层电子对数为2，不含孤电子对，碳原子采取sp杂化，则CS2分子的空间结构为直线形；CH4中碳原子的价层电子对数为4，不含孤电子对，碳原子采取sp3杂化，则CH4分子的空间结构为正四面体形；BF3分子中硼原子的价层电子对数为3，不含孤电子对，硼原子采取sp2杂化，则BF3分子的空间结构为平面三角形。 第二章　分子结构与性质 高中化学 选择性必修2 物质结构与性质 R 课时梯级训练(9) 谢谢观看！ ◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”) (1)必须同一能层中能量相近的原子轨道才能发生杂化 (　　　　) (2)AB3型分子的中心原子均采取sp2杂化 (　　　　) (3)H3O＋和NH的中心原子均采取sp3杂化 (　　　　) (4)若中心原子的杂化方式相同，则分子中共价键的键角也相同 (　　　　) (3)判断NaBH4中阴离子BH的空间结构及B的杂化轨道类型。 1．下列关于NH、NH3、NH三种粒子的说法不正确的是 (　　　) A．三种粒子所含有的电子数相等 B．三种粒子中氮原子的杂化方式相同 C．三种粒子的空间结构相同 D．键角大小关系：NH>NH3>NH NH、NH3、NH三种粒子所含有的电子数均为10，A正确；铵根离子中氮原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝4＋×(5－1－4×1)＝4，所以其采用sp3杂化，氨分子中价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝3＋×(5－3×1)＝4，所以氮原子杂化方式是sp3，NH中氮原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝2＋×(5－ 1×2＋1) ＝4，所以其采用sp3杂化，B正确；根据三种粒子的杂化方式可知，铵根离子为正四面体结构；氨分子空间结构为三角锥形，NH空间结构为V形，C错误；铵根离子中，含0个孤电子对，氨分子中含1个孤电子对，NH含2个孤电子对，含有孤电子对数越多，分子中的键角越小，所以键角大小关系：NH>NH3>NH，D正确。 (3)大π键常表示为，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数。环硼氮六烷分子中大π键可表示为__________，据此推测形成大π键时，中心原子采取的杂化方式可能为____________。 提示：　sp2杂化或sp杂化 【例2】 1­乙基­3­甲基咪唑被广泛应用于有机合成和聚合反应、分离提纯以及电化学研究中。下列关于1­乙基­3­甲基咪唑的说法错误的是 (　　　) A．1 mol阳离子中含有σ键数目为19NA B．五元环处于同一平面，则两个氮原子的杂化方式分别为sp3、sp2 C．阴离子是正四面体形，中心原子采取sp3杂化 D．该物质中含有离子键、共价键 由阳离子结构可知，1 mol阳离子中含有σ键数目为19NA，A正确；五元环处于同一平面，从结构简式可看出两个氮原子均形成3个σ键，氮原子含有的1个孤电子对应参与形成大π键，推测氮原子的杂化方式都是sp2，B错误；阴离子为BF，中心硼原子有4个σ键电子对，不含孤电子对，则硼原子采取sp3杂化，BF的空间结构为正四面体形，C正确；该物质是离子化合物，含有离子键，阴、阳离子都含有共价键，D正确。 NCl3分子中氮原子上的价层电子对数为3＋＝4，则NCl3分子中氮原子采取sp3杂化，A错误；sp3杂化轨道是能量相近的原子最外电子层上的1个s轨道和3个p轨道“混杂”起来，形成能量相等、成分相同的4个轨道，B正确；中心原子采取sp3杂化的分子，其分子的空间结构为正四面体形，如CH4，C错误；AB3型分子若中心原子不含孤电子对(如BF3等)，则必定是平面三角形，若含有孤电子对(如NH3等)，则分子是三角锥形结构，D错误。 孤电子对(如BF3等)，则必定是平面三角形，若含有孤电子对(如NH3等)，则分子是三角锥形结构，D错误。 4．短周期元素X、Y、Z原子序数依次增大，X元素基态原子有2个未成对电子，Y元素基态原子的核外p电子数比s电子数少1个，Z的一种“超原子”(Z)具有40个价电子，下列说法错误的是 (　　　) A．X、Y、Z的电负性和第一电离能均为Y＞X＞Z B．XO的空间结构为平面三角形 C．YO中心原子的杂化方式为sp2杂化 D．简单离子半径：Y＜Z D．简单离子半径：Y＜Z 短周期元素X、Y、Z原子序数依次增大， Z的一种“超原子”(Z)具有40个价电子，则Z原子的价电子数为＝3，则Z为Al；Y元素基态原子的核外p电子数比s电子数少1个，则Y为N；X元素基态原子有2个未成对电子，则X为C。金属元素的电负性和第一电离能均小于非金属元素，同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势，电负性 依次增大，所以碳、氮、铝三种元素的电负性和第一电离能的大小顺序均为Y＞X＞Z，A正确；碳酸根离子中碳原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0，离子的空间结构为平面三角形，B正确；硝酸根离子中氮原子的价层电子对数为3，氮原子的杂化方式为sp2杂化，C正确；电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，则氮离子的离子半径大于铝离子，D错误。 BF3中硼原子的价层电子对数为3＋＝3，则硼原子的杂化方式为sp2，A正确；CO2中碳原子的价层电子对数为2＋＝2，则碳原子的杂化方式是sp，B错误；CH4中碳原子的价层电子对数为4＋＝4，则碳原子的杂化方式为sp3，C错误；H2O中氧原子的价层电子对数为2＋＝4，则氧原子的杂化方式为sp3，D错误。 电子对数为2＋＝4，则氧原子的杂化方式为sp3，D错误。 3．下列关于SO2、SO3、H2SO4、SO和SO的说法正确的是 (　　　) A．SO2、SO3分子中硫原子均为sp3杂化 B．SO2、SO3中键角前者大 C．SO中S采取sp3杂化，其空间结构为三角锥形 D．SO的空间结构为平面正方形 SO2、SO3分子中硫的价层电子对数均为3，故硫原子均为sp2杂化，A错误；SO2中硫原子有1个孤电子对，其对σ 键电子对的排斥力较大，故SO2的键角较小，B错误；SO中S的价层电子对数为3＋1＝4，含有1个孤电子对，则S采取sp3杂化，其空间结构为三角锥形，C正确；SO中S的价层电子对数为4，不含孤电子对，根据价层电子对互斥模型推测，其空间结构为正四面体形，D错误。 4．卤族元素除F外，Cl、Br、I均可形成多种含氧酸。下列说法正确的是 (　　　) A．键角：ClO>IO>BrO B．AlF3、AlCl3都是平面三角形分子 C．基态氟原子核外电子的空间运动状态有9种 D．ClO、IO、BrO中卤素原子的杂化方式相同 孤电子对数越多，排斥力越大，键角越小，ClO中Cl的孤电子对数为×(7＋1－2×2)＝2，IO中I的孤电子对数为×(7＋1－3×2)＝1，BrO中Br的孤电子对数为×(7＋1－4×2)＝0，故键角：ClO<IO<BrO，A错误；AlF3是离子化合物，AlCl3为共价化合物，是平面三角形分子，B错误；基态氟原子核外电子排布为1s22s22p5，则核外电子的 空间运动状态有5种，C错误；ClO中Cl的价层电子对数为2＋×(7＋1－2×2)＝4，IO中I的价层电子对数为3＋×(7＋1－3×2)＝4，BrO中Br的价层电子对数为4＋×(7＋1－4×2)＝4，故卤素原子的杂化方式都是sp3杂化，D正确。 $$