2.2 共价键与分子的空间结构 第1课时（教学课件）化学鲁科版选择性必修2

该高中化学课件聚焦杂化轨道理论及分子空间结构分析，通过问题驱动导入，复习共价键类型、特点及键参数，搭建认知支架，引导学生从已有知识过渡到杂化轨道理论的学习。 其亮点在于以科学思维中的模型建构为主线，通过甲烷sp³杂化、乙烯sp²杂化等典型案例，结合交流研讨与习题巩固，帮助学生理解杂化类型与分子构型的关系。既提升学生证据推理能力，又为教师提供系统教学资源，助力高效课堂。

第二章 微粒间相互作用与物质性质 第二节　 共价键与分子的空间结构 课时1 分子空间结构的理论分析 鲁科版选择性必修2 杂化轨道理论 1 知识导航 用杂化理论分析分子的形成 2 知识导航 重点：杂化轨道理论。 难点：用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间结构。 1.了解常见的分子空间结构。 明·教学目标 教学模型：问题驱动→概念建构→应用迁移 2.理解杂化轨道理论的主要内容，并能用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间结构。 思考： 不同的分子具有不同的空间结构，这些分子为什么具有不同的空间结构呢？分子的空间结构对物质的性质会带来怎样的影响？ 引·新课导入 复习共价键 问题驱动 共价键 σ键 π键 头碰头 复习导入 肩并肩 饱和性 方向性 键参数 键能 键长 键角 衡量化学键稳定性 决定分子的立体结构 01 杂化轨道理论 探·知识奥秘 一、杂化轨道理论 通常，不同的分子具有不同的空间结构。例如，甲烷分子呈正四面体形，氨分子呈三角锥形，乙烯分子呈平面结构。那么，这些分子为什么具有不同的空间结构呢？分子的空间结构对物质的性质会带来怎样的影响？ 甲烷分子呈正四面体形 氨分子呈三角锥形 乙烯分子呈平面结构 探·知识奥秘 研究证实，甲烷（CH4）分子中的四个 C—H 键的键角均为 109°28′，从而形成非常规则的正四面体形结构。 一、杂化轨道理论 探·知识奥秘 写出碳原子的价电子轨道表示式，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？ 一、杂化轨道理论 C的价电子轨道表示式 ↑ 1s H C ↑ 1s H 若碳原子与氢原子结合，则应形成 CH2 碳原子与氢原子结合形成CH4 探·知识奥秘 形成CH4 ，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？ 即使碳原子的一个 2s 电子受外界条件影响跃迁到 2p 空轨道，使碳原子具有四个未成对电子，它与四个氢原子形成的分子也不应当具有规则的正四面体形结构。 一、杂化轨道理论 跃迁 ↑ 1s H ↑ 1s H ↑ 1s H ↑ 1s H 探·知识奥秘 甲烷分子的正四面体形结构是怎样形成的呢？ 一、杂化轨道理论 美国化学家鲍林提出的杂化轨道理论很好地解释了甲烷分子的空间结构。 探·知识奥秘 一、杂化轨道理论 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？ sp3 ↑ 1s ↑ 1s ↑ 1s ↑ 1s 甲烷分子呈正四面体形 探·知识奥秘 1.原子轨道的杂化 这种在外界条件影响下，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作原子轨道的杂化。 ⑵杂化轨道不仅改变了原有s和p轨道的空间取向，而且使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大，形成的共价键更牢固。 ⑴原子轨道组合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。 一、杂化轨道理论 2.杂化轨道 探·知识奥秘 3.杂化轨道类型 一、杂化轨道理论 ⑴sp3杂化轨道 ①由1个s轨道和3个p轨道的杂化称为sp3杂化，所形成 的四个杂化轨道称为sp3杂化轨道。 ②思维建模一：基态——激发态——杂化 探·知识奥秘 ③碳原子的sp3杂化轨道形成示意图 一、杂化轨道理论 3.杂化轨道类型 ⑴sp3杂化轨道 ④鲍林还根据精确计算得知每两个 sp3 杂化轨道的夹角为 109°28′。 ⑤由于这四个杂化轨道的能量相同，根据洪特规则，碳原子的价电子以自旋状态相同的方式分占各个轨道。 ⑥有几个原子轨道参与杂化，杂化后就生成几个杂化轨道。 探·知识奥秘 一、杂化轨道理论 3.杂化轨道类型 ⑵CH4正四面体结构的探究 甲烷分子中的共价键 甲烷分子的填充模型 甲烷分子的球棍模型 四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的S-SP3σ键，形成一个正四面体构型的分子。 探·知识奥秘 ⑶sp2 杂化 3.杂化轨道类型 ①一个s轨道和两个p轨道杂化可形成三个sp2 杂化轨道。 ②思维建模一：基态——激发态——杂化 一、杂化轨道理论 探·知识奥秘 一、杂化轨道理论 ⑶sp2 杂化 3.杂化轨道类型 ③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。sp2 杂化轨道间的夹角是120°，分子的几何构型为平面正三角形。 ⑷sp 杂化 ①一个s轨道和一个p轨道杂化可形成两个sp杂化轨道。 探·知识奥秘 一、杂化轨道理论 3.杂化轨道类型 ⑷sp 杂化 ②思维建模一：基态——激发态——杂化 ③同一原子中 ns-np 杂化成新轨道：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个sp杂化轨道在一条直线上，轨道间夹角180° 探·知识奥秘 一、杂化轨道理论 3.杂化轨道类型 ⑸杂化轨道理论思维建模二 杂化 类型 杂化轨道数目 键角 空间构形 图示 3 sp2 4 sp3 2 sp 平面三角形 120° 109.5° 正四面体形 180° 直线形 析·典型范例 【例1】下列有关杂化轨道的说法不正确的是 （　　） A.原子中能量相近的某些轨道，在成键时能重新组合成能量相等的新轨道 B.轨道杂化前后轨道数目可以相等，也可以不等 C.杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理 D.杂化轨道可分为sp、sp2、sp3杂化等 B 一、杂化轨道理论 析·典型范例 【例2】. ns轨道和np轨道杂化的类型不可能有 （　　） A.sp杂化 B.sp2杂化 C.sp3杂化 D.sp4杂化 D 一、杂化轨道理论 02 用杂化轨道理论分析分子的形成 探·知识奥秘 ⑴试用杂化轨道理论分析乙烯的成键情况 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 1.乙烯分子的结构 探·知识奥秘 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 ⑴试用杂化轨道理论分析乙烯的成键情况 1.乙烯分子的结构 ①碳原子由1个s轨道和2个p轨道混杂并重新组合成3个能量与形状完全相同的 sp2 杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。 ②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σ键，各自剩余的1个sp2杂化轨道相互形成一个σ键； 探·知识奥秘 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 ⑴试用杂化轨道理论分析乙烯的成键情况 1.乙烯分子的结构 ③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，在乙烯分子中双键由一个σ键和一个π键构成。 探·知识奥秘 2.乙炔分子的结构 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 ⑴试用杂化轨道理论分析乙炔的成键情况 探·知识奥秘 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 2.乙炔分子的结构 ⑴试用杂化轨道理论分析乙炔的成键情况 ①由1个s轨道和1个p轨道混杂并重新组合成2个能量与形状完全相同的sp 杂化轨道。 ②两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成sp-sp  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键， 探·知识奥秘 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 2.乙炔分子的结构 ⑴试用杂化轨道理论分析乙炔的成键情况 ③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键，形成乙炔分子。所以，在乙炔分子中三键由一个σ键和两个π键构成。 探·知识奥秘 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 通过化学必修课程的学习，你已知道苯分子（C6H6）的结构简 式为 。 从结构简式来看，苯分子好像具有双键，苯应当具有类似于乙烯的化学性质，能使酸性 KMnO4 溶液褪色或使溴的四氯化碳溶液褪色，但实验事实并非如此。那么，苯为什么不能使酸性 KMnO4 溶液或溴的四氯化碳溶液褪色呢？苯分子中究竟存在怎样的化学键呢？ 探·知识奥秘 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 3.苯分子的结构 ⑴试用杂化轨道理论分析苯分子的成键情况 探·知识奥秘 ②每个碳原子的两个sp2杂化轨道分别与邻近的两个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成σ键，于是六个碳原子组成一个正六边形的碳环，每个碳原子的另一个sp2杂化轨道分别与一个氢原子的1s轨道重叠形成σ键。 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 3.苯分子的结构 ⑴试用杂化轨道理论分析苯分子的成键情况 ①碳原子由1个s轨道和2个p轨道混杂并重新组合成3个能量与形状完全相同的 sp2 杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。 探·知识奥秘 ③每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的 2p 轨道（如 2pz），这六个轨道相互平行且各有一个未成对电子，以“肩并肩”的方式相互重叠，从而形成属于六个碳原子的 π 键，形象地称为大 π 键。 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 3.苯分子的结构 ⑴试用杂化轨道理论分析苯分子的成键情况 ④因此，在苯分子中，六个碳原子和六个氢原子都在同一平面内，整个分子呈平面正六边形，键角皆为120° 探·知识奥秘 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°。但是，实验测得的氨分子中 N—H 键的键角为107.3°。试解释其键角不是 90°的原因，并与同学们交流讨论。 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 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！ 探·知识奥秘 4. 氨分子的结构 ⑴试用杂化轨道理论分析氨分子的成键情况 ①N为sp3杂化 ②N-H (sp3-s ) σ键3个 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 σ键 孤电子对 探·知识奥秘 ③在这四个sp3 杂化轨道中，有三个轨道各含有一个未成对电子，可分别与一个氢原子的1s电子形成一个 键，还有一 sp3 杂化轨道中已有两个电子（孤电子对），不能再与氢原子形成 键。因此，一个氮原子与三个氢原子结合形成氨分子。 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 4. 氨分子的结构 ⑴试用杂化轨道理论分析氨分子的成键情况 氨分子的三角锥形结构 析·典型范例 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 【例1】甲醛分子的结构式为 ，下列描述正确的是（　　） A.甲醛分子中有4个σ键 B.甲醛分子中的碳原子为sp3杂化 C.甲醛分子中的氧原子为sp杂化 D.甲醛分子为平面三角形，有一个π键垂直于三角形平面 D 探·知识奥秘 鲍林对物质结构研究的贡献 美国化学家鲍林一生获得过两次诺贝尔奖。他在关于化学键本质的研究及其在物质结构中的应用方面作出过重大贡献。鲍林把量子力学应用于分子结构的研究，把价键理论扩展到金属和金属间化合物，并发展了原子核结构和核裂变过程实质的理论；同时，他在生物化学研究如蛋白质结构研究方面也卓有建树。鲍林在研究量子化学和其他化学理论时，创造性地提出许多新概念，如共价半径、金属半径、电负性标度、轨道杂化、共振等，这些概念的应用对现代化学、凝聚态物理的发展都具有重大意义。 二、用杂化轨道理论分析分子的形成 理·核心要点 分子空间结构的理论分析 杂化轨道理论 用杂化理论分析分子的形成 原子轨道的杂化 杂化轨道 乙烯分子的结构 乙炔分子的结构 苯分子的结构 杂化轨道类型 氨分子的结构 练·技能实战 1.能正确表示CH4中碳原子的成键方式的示意图为 （　　） A. B. C. D. D 练·技能实战 2.下列关于杂化轨道的说法错误的是 (　　) A.所有原子轨道都参与杂化 B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化 C.杂化轨道能量集中，有利于牢固成键 D.杂化轨道中不一定有电子 A 练·技能实战 3.下列分子或离子的中心原子采用sp3杂化的是 (　　) ①NF3　②C2H4　③C6H6　④C2H2　⑤NH4+ A.①②④ B.①⑤ C.②③ D.③⑤ A 练·技能实战 4.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 5.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 感谢 您的聆听 THANKS https://www.zxxk.com/user/13354804 鲁科版选择性必修2 Lavf58.20.100 $