2.2共价键与分子的空间结构—杂化轨道理论 课件 2025-2026学年高二上学期化学鲁科版选择性必修2

meiyangyang8602 共价键 复习回顾 σ键 π键 头碰头 肩并肩 特征 饱和性 方向性 1 meiyangyang8602 交流研讨 请你思考！ 这些分子为什么具有不同的空间结构呢？ 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 2 第2节 共价键与分子的空间结构 ——杂化轨道理论 选择性必修二-鲁科版 第2章 微粒间相互作用与物质性质 LOGO 交流·研讨 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。 原子之间若要形成共价键，它们的价电子中应当有未成对的电子。碳原子的价电子排布为2s22p2,也就是说，它只有两个未成对的2p电子。若碳原子与氢原子结合，则应形成CH2;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。 那么，甲烷分子的正四面体形结构是怎样形成的呢？ LOGO 4 杂化轨道理论 一、分子空间结构的理论分析 为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，它的要点是：当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，得到4个相同的sp3杂化轨道，夹角10928′，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的如下图所示： 2s 2p C的基态 2s 2p 激发态 正四面体形 sp3 杂化态 C H H H H 109°28 ′ 激发 杂化 LOGO 5 杂化结果： ①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。 ②杂化前后原子轨道数目不变且杂化轨道的能量相同。 杂化轨道理论定义 轨道杂化：同一原子中能量相近的某些原子轨道，在成键的过程 中重新组合成一组能量相等的新轨道的过程叫做原子轨道杂化。 杂化轨道：原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道 杂化轨道类型：sp、sp2、sp3 sp3d2等 杂化轨道用于：容纳σ键电子和孤对电子。只有在形成分子的过程才会发生轨道杂化，而孤立的原子是不可能发生杂化的。 LOGO 6 激发态 杂化态 杂化 二、杂化轨道类型 杂化轨道理论：在形成分子时，通常经过激发、杂化、杂化轨道重叠等过程 1. sp3杂化——以CH4为例 （1）激发： 基态 激发态 形成四个未成对电子，可以形成四个共价单键 （2）杂化： 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。 【注意】1.参与杂化的原子轨道数目=形成的杂化轨道数目 2.杂化轨道的能量相等 LOGO 7 杂化轨道类型 1. sp3杂化——以CH4为例 【思考】s和p轨道发生杂化后，杂化轨道形状变化吗？如何变化？ S轨道 p轨道 杂化轨道 【总结】1.sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成，每个sp3杂化轨道含有1/4s成分和3/4p成分 2.杂化轨道比单纯s/p轨道在某一方向更集中“一头大一头小”，成键时重叠程度更大，共价键更牢固。 LOGO 8 杂化轨道类型 【问题】3个p轨道应该互相垂直，为什么甲烷是正四面体，键角是109°28’？4个sp3杂化轨道的空间伸展方向是怎样的呢？ 1. sp3杂化——以CH4为例 为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。 【总结】杂化使得轨道空间取向发生变化，sp3杂化轨道间夹角为109°28’，空间构型为正四面体 LOGO 9 杂化轨道类型 （3）重叠： 杂化态 轨道重叠：这4个sp3杂化轨道分别与4个氢1s轨道重叠成键，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CH4分子 1. sp3杂化——以CH4为例 甲烷分子中的共价键 甲烷分子的球棍模型 【注意】杂化轨道成键形成的是σ键 LOGO 10 杂化类型 参与 轨道 杂化 轨道 杂化轨道 间夹角 每个杂化轨道成分 杂化轨道立体构型 杂化轨道示意图 实例 sp3 1个ns 3个np 4个sp3 109°28’ ¼个ns ¾个np 正四面体 CH4 SiF4 … 1. sp3杂化 杂化轨道类型 2. sp2杂化 sp2杂化：一个s轨道与两个p轨道杂化，得三个sp2杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为1/3，p成分为2/3，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，杂化轨道之间的夹角为120度，空间构平面正三角形。 LOGO 12 杂化轨道类型 【举一反三】请结合杂化轨道理论分析乙烯分子的成键方式和空间构型 2. sp2杂化 两个碳原子各以一个sp2杂化轨道重叠形成一个σ键，同时以p轨道重叠形成一个π键，每个碳原子都以另外两个sp2杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个σ键。 LOGO 13 杂化轨道类型 乙烯填充模型 乙烯球棍模型 LOGO 14 杂化类型 参与 轨道 杂化 轨道 杂化轨道 间夹角 每个杂化轨道成分 杂化轨道空间结构 杂化轨道示意图 实例 sp2 1个ns 2个np 3个sp2 120° 1/3个ns 2/3个np 平面 三角形 BF3 CH2O ... 侧视图 2. sp2杂化 杂化轨道类型 3. sp杂化 sp杂化：一个s轨道与一个p轨道杂化后，得两个sp杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为1/2，p成分为1/2，杂化轨道之间的夹角为180度，且2个sp杂化轨道在一条直线上。 LOGO 16 杂化轨道类型 【举一反三】请结合杂化轨道理论分析乙炔分子的成键方式和空间构型 3. sp杂化 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，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。 LOGO 17 杂化类型 参与 轨道 杂化 轨道 杂化轨道 间夹角 每个杂化轨道成分 杂化轨道立体构型 杂化轨道示意图 实例 sp 1个ns 1个np 2个sp 180° 1/2个ns 1/2个np 直线形 BeCl2 CO2 … 3. sp杂化 18 杂化轨道类型 杂化类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原子轨道  一个ns一个np 一个ns两个np  一个ns三个np  杂化轨道数  2  3  4 杂化轨道间夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道空间构型 直线型  平面三角形  正四面体  实例 CO2、CS2、BeCl2等   BF3、BCl3、BBr3等 CH4、SiH4等  【总结】 1.杂化的过程：激发、杂化、杂化轨道成键 2.经杂化后轨道能量和成分均发生了变化，杂化的目的使轨道的成键能力增强 3.杂化轨道一般形成σ键 4.杂化轨道数＝参与杂化的原子轨道数 【说明】 LOGO 19 三、课堂练习 1.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 2、用橡皮泥分组拼接甲烷和二氧化碳的杂化类型。 C 20 四、课堂小结 杂化类型 杂化轨道数目 键角 空间构型 图示 实例 sp3 4 109.5° 正四面体形 CH4 107.3° 三角锥形 NH3 104.5° H2O 角形 sp2 3 120° 平面三角形 BF3 C2H4 平面结构 平面正六边形 C6H6 sp 2 180° 直线形 BeCl2 直线形 C2H2 LOGO 21 Lavf58.20.100 $