2.2.3 杂化轨道理论 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦杂化轨道理论，通过C、H原子价电子排布图的问题导入，衔接价键理论与分子空间结构的矛盾，以任务驱动、实例分析和表格对比为支架，系统讲解理论要点、杂化类型、判断方法及应用。 其亮点在于问题链设计激发探究欲（科学探究与实践），结合VSEPR模型建构培养科学思维，实例从CH₄到苯的大π键深化结构决定性质的化学观念。学生提升推理与应用能力，教师可借助系统资源高效教学。

第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构 第3课时 杂化轨道理论 问题：写出C、H原子价电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？ C 价层电子轨道表示式 2s 2p H 价层电子轨道表示式 1s 思考：按照价键理论应该形成CH2，为什么最终形成的是CH4呢？ 为解决分子空间结构与价键理论的矛盾，1913年鲍林提出了杂化轨道理论。 任务一 杂化轨道理论 为了解决这一矛盾，1931年鲍林提出了杂化轨道理论。 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做原子轨道的杂化。 重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。 一、杂化轨道理论 莱纳斯·卡尔·鲍林 （1901年2月28日－1994年8月19日） 美国著名化学家，两获诺贝尔奖 价层电子 空轨道 激发 杂化轨道 轨道重新组合 成对电子 中的一个 与激发电子临近 能量相近的原子轨道 吸收能量 轨道总数目不变，角度和形状发生变化，成键时释放能量较多，轨道重叠程度更大，生成的分子更稳定 只有在形成化学键时才会杂化！单独的原子不会发生杂化。 常是同一能层或相近能级的原子轨道 任务一 杂化轨道理论 二、杂化轨道的形成 4 任务一 杂化轨道理论 三、杂化轨道理论要点 能量相近 原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道 数目不变 形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等且杂化轨道的能量相同 (变：轨道的成分、能量、形状、方向，使原子的成键能力增加) 成键能力增强 杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。 排斥力最小 杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同但形状完全相同。 中心原子杂化 只有形成化学键时才杂化，杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对。 未参与杂化的p轨道可用于形成π键。 1.sp3杂化 sp3杂化：1个s 轨道与3个p 轨道进行的杂化,形成4个sp3 杂化轨道。 每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小， 含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道的成分，它们的能量相同、方向不同，各指向四面体的四个顶角。相互的键角θ=109º28′，空间构型为正四面体形。 sp3杂化 s p p p sp3杂化 任务二 杂化轨道类型 109°28′ 任务二 杂化轨道类型 例如CH4分子空间构型： 正四面体形 激发 杂化 2s 2p 基态C 2s 2p 激发态 sp3 杂化 1s 4个 + H 2.sp2杂化 每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。 sp2杂化：1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化, 形成3个sp2 杂化轨道。 s p p p sp2杂化 sp2杂化 任务二 杂化轨道类型 8 【例如】BF3分子的空间构型：平面三角形 2s 2p 基态B 2s 2p 激发态 sp2 杂化 2p 激发 杂化 未杂化轨道 2p 3个 + F 任务二 杂化轨道类型 3.sp杂化 sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分两个轨道间的夹角为180°，呈直线形。 sp 杂化：1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化, 形成2个sp杂化轨道。 s p p p sp杂化 sp杂化 任务二 杂化轨道类型 10 【例如】气态BeCl2分子的空间构型是直线形 激发 2s 2p 基态Be 2s 2p 激发态 杂化 sp杂化态 2p 未杂化轨道 180℃ 3p 2个 + Cl 任务二 杂化轨道类型 4.其他杂化类型 SF6 sp3d2杂化 正八面体形 价层电子对数：5 价层电子对数：6 PCl5 sp3d杂化 三角双锥形 任务二 杂化轨道类型 12 1、怎么用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构？ NH3 H2O N原子 ↑↓ s p p p ↑ ↑ ↑ 2s22p3 基态 sp3 ↑↓ ↑ ↑ ↑ 杂化轨道 孤电子对 sp3杂化 形成σ键 sp3杂化 O原子 ↑↓ s p p p ↑↓ ↑ ↑ 2s22p4 基态 sp3 ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 杂化轨道 孤电子对 形成σ键 三角锥形 V形 2、CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都是sp3,键角为什么依次减小?从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法? CH4 sp3等性杂化 等性sp3 109°28′ NH3 sp3不等性杂化 不等性sp3 H2O sp3不等性杂化 不等性sp3 孤对电子对成键电子的排斥力大于成键电子对之间的排斥力 1.根据杂化轨道数或VSEPR模型或键角判断 化学式 BeCl2 SO2 CO32- CH4 NH4+ NH3 H2O σ键电子对 孤电子对 杂化轨道数 VSEPR模型 杂化类型 2 2 3 4 4 3 2 0 1 0 0 0 1 2 2 3 3 4 4 4 4 直线 平面三角 平面三角 四面体 四面体 四面体 四面体 sp sp2 sp2 sp3 sp3 sp3 sp3 杂化轨道数 = 中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数 =中心原子的价层电子对数 180° 120° 109°28′ 109°28′ 任务三 判断杂化轨道的类型 15 2.根据中心原子成键类型判断(有机物) 若有1个三键或2个双键，则其中有2个π键，用去2个p轨道，形成的是sp杂化。 三键碳原子采取sp杂化 若有1个双键则其中必有1个π键，用去1个p轨道，形成的是sp2杂化。 双键碳原子采取sp2杂化 若全部是单键，则形成sp3杂化。 单键碳原子采取sp3杂化 任务三 判断杂化轨道的类型 16 杂化理论和VSEPR模型预测粒子空间结构结果基本一致 价层电子对 互斥模型 杂化轨 道理论 计算价层 电子对数 价层电子对数=σ 键电子对数+中心原子孤电子对数 2 3 4 直线形 平面三角形 四面体形 sp杂化，直线形 sp2杂化，平面三角形 sp3杂化，四面体形 预测分子结构 略去孤电子对 解释分子空间结构 1.认识粒子结构的模型 任务四 模型建构与应用 17 孤电子对数 化学式 价层电子对数 σ键电子对数 VSEPR模型 中心原子 杂化类型 粒子的真实空间结构 SO2 H2S SO3 NCl3 HCN HClO 2 2 4 四面体形 sp3杂化 V形 1 2 3 平面三角形 sp2杂化 V形 0 3 3 平面正三角形 sp2杂化 平面正三角形 1 3 4 四面体形 sp3杂化 三角锥形 0 2 2 直线形 sp杂化 直线形 2 2 4 四面体形 sp3杂化 V形 2.应用模型推测粒子结构 任务四 模型建构与应用 18 孤电子对数 化学式 价层电子对数 σ键电子对数 VSEPR模型 中心原子 杂化类型 粒子的真实空间结构 SO42- NO3- PO43- ClO3- H3O+ 0 4 4 四面体形 sp3杂化 正四面体形 0 3 3 平面正三角形 sp2杂化 平面正三角形 1 3 4 四面体形 sp3杂化 三角锥形 0 3 3 CO32- 平面正三角形 sp2杂化 平面正三角形 1 3 4 四面体形 sp3杂化 三角锥形 0 4 4 四面体形 sp3杂化 正四面体形 2.应用模型推测粒子结构 任务四 模型建构与应用 19 拓展延申：大π键（共轭大π键，离域π键） 1.含义 在多原子分子或离子中如有相互平行的P轨道，他们连贯重叠在一起构成一个整体，P电子在多个原子间运动形成π型化学键，这种i不局限在两个原子之间的π键称为离域π键，或共轭大π键，简称大π键 3.表示 a表示平行p轨道的数目。 b表示在平行p轨道里的电子数。 2.条件 所有原子在同一平面，中心原子采用sp杂化或者sp2 杂化 参与形成大π键的原子数 参与形成大π键的电子数 20 大π键 苯分子中碳原子sp2杂化 3条杂化轨道互成120° π 6 6个p轨道 6个电子 6 实例分析1：苯分子中的大π键 拓展延申：大π键（共轭大π键，离域π键） 21 石墨分子结构是层形结构，每层是由无限个碳六元环所形成的平面，碳原子取sp2杂化，每个碳原子尚余一个未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n个p轨道形成了一个p-p大键。电子在这个大键中可以自由移动，所以石墨能导电。 实例分析2：石墨分子中的大π键 拓展延申：大π键（共轭大π键，离域π键） 22 分子的空间结构 分子的空间结构 预测 VSEPR 模型 解释 杂化轨 道理论 测定 光谱 课堂小结 VSEPR模型 杂化轨道数目 键角 sp3杂化轨道——正四面体形 sp2杂化轨道——平面三角形 sp杂化——直线形 能量相近 数目不变 成键能力增强 排斥力最小 轨道类型 理论要点 杂化轨道理论 判断方法 课堂小结 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 学习评价 3、已知次氯酸分子的结构式为H－O－Cl，下列说法正确的是（ ） A．O原子发生sp杂化 B．O原子与H、Cl都形成π键 C．该分子为V形分子 D．该分子的电子式是 【答案】C 【分析】HClO分子的结构式为H—O—Cl，O原子应为sp3杂化，形成4个杂化轨道，其中有2个是孤对电子，另2个杂化轨道分别与H原子和Cl原子各形成1个σ键。 【详解】A．由以上分析知，O原子是sp3杂化，A错误； B．O原子应为sp3杂化，形成4个杂化轨道，其中有2个是孤对电子，另2个杂化轨道分别与H原子和Cl原子各形成1个σ键。B错误。 C．由以上分析知，该分子构型为V形，C正确； D．其电子式为 ，D错误； 故选C。 C 学习评价 4、下列中心原子的杂化轨道类型和分子的空间结构不正确的是( ) A. CCl4中C原子为sp3杂化，为正四面体形 B. H2S分子中S原子为sp2杂化，为直线形 C. CS2中C原子为sp杂化，为直线形 D. BF3中B原子为sp2杂化，为平面三角形 B 5、已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是( ) A、X原子一定是sp2杂化 B、X原子一定为sp3杂化 C、X原子上一定存在孤电子对 D、VSEPR模型一定是平面三角形 C 学习评价 6、回答下列问题 (1)图(a)为S8的结构，其硫原子的杂化轨道类型为______。 (2)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的空间结构为____________；固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为_____。 (3)COCl2分子中所有原子均满足8电子构型，COCl2分子中σ键和π键的个数比为______，中心原子的杂化方式为_____。 平面三角形 sp3 sp3 3∶1 sp2 学习评价 7．化合物A是近年来采用的锅炉水添加剂，其结构简式如图，A能除去锅炉水中溶解的氧气，下列对A分子说法正确的是（ ）      A．所有原子都在同一平面内 B．所含的σ键与π键个数之比为10∶1 C．C的杂化方式均为sp2杂化 D．N的化合价均为-3价 C 学习评价 $