2.2共价键与分子的空间结构（1） (课件) 2024-2025学年高二下学期化学鲁科版选择性必修2

该高中化学课件围绕共价键与分子空间结构展开，以甲烷、氨气、水等典型分子为载体，系统讲解杂化轨道理论的核心内容，从基态激发到sp³、sp²、sp杂化类型逐步推进，构建起“原子轨道→杂化轨道→空间构型”的逻辑链条，形成清晰的学习支架。 其亮点在于深度融合化学观念、科学思维与科学探究，通过球棍模型、填充模型和图形表示直观呈现微观结构，强化学生对“结构决定性质”的理解，如用sp³杂化解释甲烷正四面体构型，用孤对电子排斥解释水分子键角缩小至104.5°，体现证据推理与模型认知的学科特色。该设计既提升学生抽象思维能力，又助力教师高效突破教学难点，实现知识建构与素养落地的双重目标。

2.2 共价键与分子的空间结构（1） meiyangyang8602 复习回顾 成键两原子各提供未成对电子以自旋相反的形式相互配对形成共价键 价键理论 共价键的饱和性 数目是一定的 共价键的方向性 所在原子轨道除S轨道外，其他原子轨道都具有一定的空间取向 影响 分子的空间结构 meiyangyang8602 交流研讨 甲烷的空间结构分析 1.请写出基态碳原子和氢原子的轨道表示式。 2.根据共价键的饱和性，碳和氢原子如何成键？ meiyangyang8602 交流研讨 甲烷的空间结构分析 球棍模型 填充模型 3.根据CH4的真实成键情况，甲烷分子中C原子应该有几个未成对的电子？怎样才能使C原子具有这个数目的未成对的电子？ meiyangyang8602 交流研讨 甲烷的空间结构分析 4.CH4中的4个C—H键完全相同，碳原子怎样才能有四个完全相同的用于成键的原子轨道？ 01 杂化轨道理论 1、理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化类型。 宏观辨识与微观探析 证据推理与模型认知 2、能运用杂化轨道理论解释典型分子的成键情况和空间结构 。 [学习目标] 3、通过杂化轨道理论的了解和学习，形成科学态度和社会责任。 科学态度和社会责任 meiyangyang8602 知识建构 杂化轨道理论 meiyangyang8602 meiyangyang8602 1、杂化轨道理论要点 ①原子轨道的杂化 成键时，由于原子的相互影响，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。 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杂化原子轨道，简称杂化轨道。 meiyangyang8602 （1）杂化和杂化轨道概念 只有成键时，才发生杂化，单个原子不杂化。 如2s、2p等，而像1s与2p轨道由于能量相差太大，是不能杂化的。 同一组杂化轨道的能量、形状、成分完全相同。 sp3杂化轨道的图形表示： a.杂化前后轨道数目、伸展方向、形状有无变化？ b.为什么杂化后是朝正四面体的四个顶点伸展？ [交流研讨] （2）杂化轨道的规律 杂化改变了原有原子轨道的能量、形状和空间取向，使原子的成键能力增强。 ①数目不变 ②成键能力增强-----原子轨道杂化的目的 有几个原子轨道参与杂化，杂化后就生成几个杂化轨道。 ③排斥力最小 杂化轨道的能量、形状完全相同，为使相互间的排斥力最小，所以在空间上采取彼此最远距离、最大夹角分布。 不同类型的杂化轨道空间取向不同、夹角也不同。 举例理解杂化轨道成键能力增强的原因 以S轨道与P轨道形成的SP3杂化轨道为例，如图（一头大一头小）： 在空间分布上比单纯的S或P轨道在某一方向上更集中，成键时根据轨道最大重叠原理，它的大头与其他原子的原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更牢固。 基态碳原子 激发态 2s 2p 激发 2s 2p 杂化 4个 sp3 杂化轨道 自旋方向相同 思维建模：基态——激发态——杂化——成键 根据组成杂化轨道的原子轨道的种类和数目，以及杂化轨道之间的能量高低，可以将杂化轨道分成不同的类型。 meiyangyang8602 2 .杂化轨道类型与分子的空间结构 （1）sp3 杂化 原子形成分子时，同一个原子中能量相近的一个 ns 轨道与三个 np 轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为 sp3 杂化轨道。 sp3杂化轨道特点： 四个sp3轨道在空间的分布指向正四面体的4个顶点，杂化轨道间夹角109.5° 甲烷分子为正四面体形，键角109.5°。 （2）sp2 杂化 同一个原子的一个 ns 轨道与两个 np 轨道进行杂化组合为 sp2 杂化轨道。3条sp2 杂化轨道在空间的分布指向正三角形的3个顶点，杂化轨道间的夹角是120°。 BF3分子结构分析 BF3分子结构为平面三角形，键角120°。 （3）sp 杂化 同一原子中一个 s 轨道和一个 p 轨道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。2条sp杂化轨道在空间的分布是一条直线上，杂化轨道间夹角180°。 BeCl2分子结构分析 BeCl2分子结构为直线形，键角180°。 meiyangyang8602 meiyangyang8602 ①乙烯的形成 C原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与2个2p轨道发生杂化，形成3个sp2杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原子的1s轨道形成2个相同的s-sp2 σ键，各自剩余的1个sp2杂化轨道相互形成一个sp2-sp2 σ键，各自没有杂化的l个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成π键。所以，在乙烯分子中碳碳双键由一个σ键和一个π键构成。 meiyangyang8602 乙烯分子的结构 乙烯填充模型 乙烯球棍模型 2个碳原子和4个氢原子共平面，键角120°。 meiyangyang8602 meiyangyang8602 ②乙炔的形成 两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成sp-sp σ 键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个sp-s σ键，每个原子的两个p轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的P-P Π键，形成乙炔分子。 2个碳原子和2个氢原子在一条直线上，键角120°。 meiyangyang8602 meiyangyang8602 ②苯的形成 C-C (sp2-sp2 ) σ键6个; C-H (sp2-s ) σ键6个，分子中6个碳原子 未杂化的2p轨道上 的未成对电子重叠结果形成了一个闭合的、环状的大π键 苯分子的平面正六边形结构 苯分子填充模型 苯分子球棍模型 6个碳原子和6个氢原子在同一平面内，整个分子呈平面正六边形,键角皆为120°。 meiyangyang8602 氮原子的价电子排布为2s22p3,三个2p轨道中各有一个未成对电子，可分别与一个氢原子的1s电子形成一个σ键。如果真是如此，那么三个2p轨道相互垂直，所形成的氨分子中N-H键的键角应约为90°。 NH3中N的价电子排布：2s22p3 而测得氨分子中N—H键的键角为107.3º，与90°矛盾！ meiyangyang8602 （1）N为sp3杂化 (2)N-H (sp3-s ) σ键3个 σ键 孤电子对 孤对电子对其他电子的排斥能力较强，偏离109.50，而成为107.30。 氨分子的三角锥形结构 氨分子填充模型 氨分子球棍模型 meiyangyang8602 meiyangyang8602 meiyangyang8602 迁移应用——H2O 练习 测得水中O—H键的键角为104.5°。 用杂化轨道理论解释 meiyangyang8602 meiyangyang8602 meiyangyang8602 迁移应用——H2O 练习 1、H2O 中O为sp3杂化 2、两对孤对电子对对成键电子对的排斥更大，使得键角更小，变成104.5°。 meiyangyang8602 meiyangyang8602 练习 1.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( ) A.CO2与SO2 B.CH4与NH3 C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4 B 2.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是( ) ①BF3　②CH2==CH2　③ ④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4 A.①②③ B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥ A 练习 3.下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是( ) A.CH≡CH B.CO2 C.BeCl2 D.BF3 C 4.下列有关甲醛(HCHO)分子的说法正确的是( ) ①C原子采取sp杂化　 ②甲醛分子为三角锥形结构 ③C原子采取sp2杂化　 ④甲醛分子为平面三角形结构 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ C $