2.2 杂化轨道简介 课件-2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修2

该高中化学课件围绕“分子的空间结构”核心内容，系统介绍杂化轨道理论，包括杂化概念、条件、规律及sp、sp²、sp³三种类型，结合甲烷等分子结构实例，通过问题驱动（如碳原子成键疑问）导入，以电子跃迁、杂化过程分析为支架，衔接原子结构与分子空间构型知识。 其特色在于通过问题讨论（如乙烯结构解释）、分步计算实例（BF₃和H₃O⁺杂化判断）及表格归纳（杂化类型与空间结构对应），培养科学思维的模型建构与证据推理能力，提升科学探究的问题解决素养。学生能掌握理论应用方法，教师可借助实例和练习优化教学流程。

杂化轨道理论简介 第二节 分子的空间结构 甲烷的分子结构 分子式：CH4 空间构型：正四面体形 碳原子位于正四面体的中心； 4个氢原子完全相同，分别位于正四面体的4个顶点上； 4个C-H键的长度和强度都相同； 键角都为109°28'。 对于甲烷分子结构的深入思考 写出C原子电子排布的轨道表示式，并由此推测：CH４分子的C原子能否直接与氢原子形成四个共价键？怎样才能形成四个共价键？ 对于甲烷分子结构的深入思考 基态碳原子的价层电子轨道表示式： 2s 2p H原子价层轨道表示式： 1s 杂化 混杂前后轨道总数不变 能量相同、方向不同的4个新的原子轨道 电子跃迁 2s 2p 基态碳原子 激发态 能量相近的原子轨道 2s 2p 对于甲烷分子结构的深入思考 杂化轨道理论简介 1、概念： 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。 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 （同一能级组或相近能级） 杂化轨道理论简介 3、杂化轨道理论规律： 杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数，杂化前后轨道数不变 杂化过程中轨道的形状、方向发生变化，杂化后的新轨道能量、形状都相同。 ③ 杂化轨道用于形成σ键或者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。 ④ 杂化前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。故形成的键较稳定，成键能力增强。 杂化轨道理论简介 杂化轨道理论简介 4、杂化轨道的类型 x y z x y z x y z x y z 109°28′ ①sp3杂化 sp3杂化轨道特点：形状为一头大，一头小， 含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道，每两个轨道间的夹角为109°28′，空间构型为正四面体形。 杂化轨道理论简介 4、杂化轨道的类型 ②sp2杂化 x y z x y z x y z x y z 120° sp2杂化轨道特点：形状为一头大，一头小， 含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道，每两个轨道间的夹角为120°，空间构型为平面三角形。 杂化轨道理论简介 4、杂化轨道的类型 ③sp杂化 x y z x y z z x y z x y z 180° sp杂化轨道特点：形状为一头大，一头小， 含有 1/2 s 轨道和 1/2 p 轨道，两个轨道间的夹角为1820°，空间构型为直线形。 杂化轨道理论简介 对杂化轨道的理解 1.不管sp、sp²、sp³哪一种杂化轨道，它们均应该既具有s轨道的形状，又具有p轨道的形状，于是形成了以核为中心的一头大、一头小的近似纺锤形(保有p轨道形状)。杂化轨道用电子云密度较大的一端(保有s轨道形状)去跟其它原子的轨道重叠成键，这样有利于轨道间重叠程度增大，所成键更加牢固。 杂化轨道理论简介 对杂化轨道的理解 2. sp、sp²、sp³杂化轨道，分别单看的话，觉得它们很相似，如果把同一原子(比如碳原子)的sp、sp²、sp³杂化轨道摆在一起看，则有如下不同： 可以看到，从sp杂化轨道到sp³杂化轨道，其长度随着参与杂化p轨道成分的增多而增大，所以，sp³杂化轨道跟H原子形成的σ键，比sp²杂化轨道跟H原子所成的σ键要略弱(因为键长略大)。 杂化轨道理论简介 杂化轨道类型 杂化轨道的空间结构 sp3杂化 正四面体形 sp2杂化 平面三角形 sp杂化 直线形 如何用杂化轨道理论解释CH2=CH2的空间结构？ ↑ ↑ ↑ ↓ 2s 2p ↑ ↑ ↑ ↑ sp2 sp2杂化 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。 CH2=CH2 C 【问题与讨论】 如何用杂化轨道理论解释CH≡CH的空间结构？ CH≡CH分子中碳原子的2个sp杂化轨道一个与另一个碳原子相互重叠形成sp-spσ键，另外1个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成s-spσ键，未参与杂化的2P轨道相互重叠形成2个π键。 【问题与讨论】 CH≡CH ↑ ↑ ↑ ↓ 2s 2p sp杂化 ↑ ↑ sp ↑ ↑ C 中心原子的杂化轨道类型与VSEPR模型 中心原子的 价层电子对数 = σ键电子对数 + 中心原子上的孤电子对数 VSEPR模型—预测分子的空间结构 杂化轨道理论—解释分子的空间结构 杂化轨道用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对 中心原子的价层电子对数 =杂化轨道数 典型例子 价层电子对数 VSEPR模型 VSEPR模型 名称 杂化轨道数 中心原子的杂化轨道类型 杂化轨道的空间构型类型 直线形 平面三角形 平面三角形 四面体 四面体 四面体 sp sp2 sp3 sp2 sp3 sp3 CO2 SO2 SO3 H2O NH3 CH4 2+0＝2 2+1＝3 3+0＝3 2+2＝4 3+1＝4 4+0＝4 2 3 3 4 4 4 直线形 平面三角形 平面三角形 正四面体 正四面体 正四面体 中心原子的杂化轨道类型与VSEPR模型 典型例子 杂化轨道数 中心原子的杂化轨道类型 杂化轨道的空间构型类型 sp sp2 sp3 sp2 sp3 sp3 CO2 SO2 SO3 H2O NH3 CH4 2 3 3 4 4 4 直线形 平面三角形 平面三角形 正四面体 正四面体 正四面体 中心原子的杂化轨道类型与分子的空间结构· 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， 当杂化轨道中有孤电子对时，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。 中心原子的杂化轨道类型的判断方法 一、根据分子的空间构型判断 sp3 正四面体 109°28’ sp2 平面三角形 120° sp 直线形 180° 杂化轨道类型 杂化轨道空间构型 键 角 中心原子的杂化轨道类型的判断方法 二、根据价层电子对对数判断 sp3 4 sp2 3 sp 2 杂化轨道类型 价层电子对对数 中心原子的杂化轨道类型的判断方法 三、根据 σ 键数和孤电子对数判断 根据结构式得知 σ 键数和孤电子对数，从而判断出杂化方式。 C sp3 C sp2 C C 或 sp 确定BF3和H3O+的中心原子的杂化轨道类型，并与同学讨论。 第一步 计算中心原子孤电子对数： BF3 H3O+ 第二步 计算价层电子对数： 3+0＝3 3+1＝4 第三步 确定VSEPR模型： 第四步 确定杂化轨道类型： sp2 sp3 第三步 确定杂轨道数： 3 4 【思考与讨论】 课堂练习1 物质 价层电 子对数 中心原子杂化轨道类型 杂化轨道/电子对空间构型 轨道 夹角 分子空 间构型 键角 BeCl2 CO2 BF3 CH4 NH4+ H2O NH3 PCl3 4+0 2+2 3+1 sp sp2 sp3 直线形 平面三角形 正四面体 180° 120° 109.5° 直线形 平面三角形 正四面体 V形 三角锥形 180° 120° 109.5° 105° 107° 3+1 4+0 3+0 2+0 2+0 CH2O分子有 个σ键，有 个π键，中心原子有 对孤对电子，价层电子对数为 ，对应 个杂化轨道，所以该中心原子的杂化类型为 。 3 3 3 0 1 sp2 课堂练习 中心原子的杂化轨道类型的判断方法 四、根据等电子原理判断 等电子原理，即具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征，这里的结构特征包括中心原子的杂化轨道类型、分子的空间结构等。因此，我们可以根据一些熟悉的分子的杂化轨道类型来判断与它互为等电子体的不熟悉的分子的杂化轨道类型。 N2O 与 CO2 互为等电子体， CO2 为直线型分子，所以判断出N2O为 sp 杂化 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $