2.2.3分子的空间结构 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分子空间结构中的杂化轨道理论，通过CH4键长键角事实与未杂化轨道推测的矛盾导入，以问题链引导学生从基态轨道表示式分析入手，搭建从价键理论到杂化理论的学习支架。 其亮点在于采用问题驱动与模型建构相结合的教学方法，通过NH3键角推测与实际值的对比等实例，培养学生科学思维中的证据推理能力，结合表格系统梳理杂化类型与分子构型的关系，帮助学生建立微观结构分析思维，为教师提供兼具理论深度与实践应用的教学资源。

1.通过对杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构的影响。 2.掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法，建立分子空间结构分析的思维模型。 学习目标 第二节　分子空间结构 第3课时 杂化轨道理论简介 1 教学引入:CH4结构引发的思考 写出碳原子、氢原子的轨道表示式，思考1个C原子能结合多少个H原子？ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p C ↑ ↑ ↑ 1s H 为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？ 激发 思考：若按激发状态成键，CH4的四个共价键的键长关系、键角关系如何？ 如此考虑，满足了四键原则，但形成的S电子和P电子的能量和伸展方向不相同，形成的四个键的键能、键长和键角应该不同。 【客观事实】CH4的4个C-H键的键长相同，键角相同，均为10928′， 分子呈正四面体形 。然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。 与推测矛盾！ 为了解释像甲烷等分子的立体结构，鲍林提出了杂化轨道理论。 球棍模型 比例模型 一、杂化轨道理论简介 为了解决这一矛盾，1931年由鲍林等人在价键理论的基础上提出杂化轨道理论，它实质上仍属于现代价键理论，在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。 莱纳斯·卡尔·鲍林 1.杂化轨道理论的内容：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。 2.杂化轨道：重新组合后形成的一组新的 能量相同的原子轨道，叫做杂化原子轨道， 简称杂化轨道。 (1)sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道杂化而成， 每个sp3杂化轨道都含有1/4s和3/4p的成分；sp3杂化轨道间的夹角为109°28′，空间结构为正四面体形 s Sp3杂化 109°28′ 3、 杂化轨道和杂化方式： 一、杂化轨道理论简介 C sp3 ↑ ↑ ↑ ↑ 2p ↑ ↑ ↑ 2s ↓ 2p ↑ ↑ ↑ ↑ 2s 基态 吸收能量 混杂 激发态 杂化轨道 【结果】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，从而构成一个正四面体构型的分子。 109°28’ [思考1]写出N的价电子轨道表示式，观察NH3的电子式，根据共价 键的饱和性，思考N不杂化能否形成NH3？ 如果可以形成，根据共价键的方向性和轨道的伸展方向，H−N−H键角应为多少度？ 分子 键角 NH3 107° 90° ↑↓ ↑ ↑ ↑ N 2s 2p 可以 N不杂化也能形成NH3 ，H−N−H键角应为90°，但是实际上键角为107°，说明N发生了sp3杂化。 战 NH3中的N原子sp3杂化 N原子的4个sp3杂化轨道再分别与3个氢原子的1s轨道形成3个s-sp3σ键，剩余1个sp3杂化轨道含一对孤电子对 107°18′ H2O中O原子轨道杂化 O原子：2s22p4 有2个单电子，可形成2个共价键，键角应当是90°，为什么是105°? 2s 2p 2 对孤对电子 杂化 O原子的4个sp3杂化轨道再分别与2个氢原子的1s轨道形成2个s-sp3σ键，剩余2个sp3杂化轨道含2对孤电子对. (2)sp2杂化轨道：sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而成，每个sp2杂化轨道都含有1/3s和2/3p的成分；sp2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形，未参与杂化的p轨道均垂直于杂化轨道，可参与形成π键 s sp2杂化 120° 120° 120° s p p p p p sp2 3、 杂化轨道和杂化方式： 一、杂化轨道理论简介 乙烯成键示意图 sp2杂化轨道 3、 杂化轨道和杂化方式： 一、杂化轨道理论简介 （2）sp2杂化 B： 1s22s22p1 没有3个单电子 2s 2p 激发 2s 2p sp2杂化 sp2 2p 杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥力最小，伸展方向分别指向平面三角形的三个顶点。3个F原子分别以3个p轨道与B原子上的3个sp2杂化轨道相互重叠后，形成了三个性质、能量和键角都完全相同的sp2-sp2σ键, 构成一个平面三角形构型的分子. 120° F F F B F： 2s22p5 2s 2p （如BF3－B） ① 组成：同一个原子中能量相近的一个 s轨道与两个p轨道杂化， 得3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。 ②特点：sp2轨道夹角120○，3个轨道呈平面三角形 ③所有价层电子对数为3的中心原子均采用sp2杂化， 形成的分子的空间构型有：平面三角形和V形。 （2）sp2杂化（如BF3－B） sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于 形成π键，如乙烯分子碳碳双键的形成。 sp杂化 s p p p sp p p 180℃ （3）sp杂化轨道： sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而成，每个sp2杂化轨道都含有1/3s和2/3p的成分；sp2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形，未参与杂化的p轨道均垂直于杂化轨道，可参与形成π键 3、 杂化轨道和杂化方式： 一、杂化轨道理论简介 sp p p sp sp p p sp sp p p sp 乙炔成键示意图 sp杂化轨道 乙炔：CH≡CH 3、 杂化轨道和杂化方式： 一、杂化轨道理论简介 Be：2s2 2s 2p 激发 2s 2p sp杂化 sp 2p Cl： 3s23p5 3s 3p 两个性质、能量和键角都完全相同的sp-spσ键，直线形分子, 形成 两个π34 （3）sp杂化（如BeCl2－Be） 激发 3s 3p sp 3p sp杂化 sp p p sp sp p p sp sp p p sp ① 组成：同一个原子中能量相近的1个 s轨道与1个p轨道杂化， 得2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。 ②特点：sp轨道夹角180○，2个轨道呈直线形--VSEPR模型。 ③所有价层电子对数为2的中心原子均采用sp杂化， 形成的分子的空间构型为直线形。 180° （3）sp杂化（如BeCl2－Be） sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键， 如乙炔分子中的C≡C键的形成。 sp p p sp sp p p sp sp p p sp 3、 杂化轨道和杂化方式： 一、杂化轨道理论简介 对杂化过程的理解 二、杂化轨道的杂化条件、杂化特点和杂化类型 1、杂化条件 只有在形成化学键时才能杂化 只有能量相近的轨道间才能杂化 2、杂化特点 ①杂化前后，轨道数目不变，形状和方向改变。 ②各杂化轨道能量相同，更易成键 ④杂化轨道中的单电子均要形成σ键，杂化轨道中的对电子都要形成孤电子对。杂化后剩余的P轨道都要垂直于杂化轨道，有电子的P轨道形成π键；未参与杂化的无电子P轨道也要垂直于杂化轨道，最终将形成空轨道 3、杂化类型 sp、sp2、sp3…… ③为使杂化轨道间的斥力最小，杂化轨道尽可能远离 三、中心原子的杂化类型与VSEPR模型的关系。 杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。 杂化轨道数＝价层电子对数 =中心原子孤电子对数+中心原子σ键电子对数 形成π键的电子只能位于未杂化的原子轨道上。 价层电子对数 中心原子的 杂化轨道类型 VSEPR 理想模型 2 3 4 sp 直线形 sp2 平面三角形 sp3 四面体形 归纳小结 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 三、中心原子的杂化类型与VSEPR模型的关系。 杂化轨道数＝价层电子对数 =中心原子孤电子对数+中心原子σ键电子对数 计算价层电子对数 =σ键电子对数+孤电子对数 VSEPR模型 预测空间结构 确定中心原子的杂化轨道类型 A的价电子对数 2 3 4 A的杂化轨道数 杂化类型 A的价电子空间构型（VSEPR模型） A的杂化轨道空间构型 ABm型分子或离子空间构型 四、杂化类型与分子的立体构型： 对于ABm型分子或离子，其中心原子A的杂化轨道数恰好与A的价电子对数相等。 2 3 4 sp sp2 sp3 直线形 平面三角形 正四面体 直线形 平面三角形 正四面体 直线形 平面三角形或V形 正四面体三角锥形或V形 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 代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型 VSEPR模型名称 分子的立体构型 CO2 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O 0+2=2 sp 直线形 0+3=3 sp2 平面三角形 0+4=4 sp3 正四面体形 1+2=3 sp2 V形 1+3=4 sp3 三角锥形 2+2=4 sp3 V形 直线形 平面三角形 正四面体形 平面三角形 四面体形 四面体形 四、杂化类型与分子的立体构型 价电子对数 中心原子杂化类型 VSEPR模型名称 孤电子对数 分子的空间构型 实例 2 sp 直线形 0 直线形 BeCl2、CO2 3 sp2 平面三角形 0 V形 O3、SO2 3 sp2 1 平面三角形 NO3- BF3 CO32- SO3 4 sp3 正四面体形 0 V形 H2S H2O 4 sp3 1 三角锥形 NH3 PH3 AsH3 4 sp3 2 正四面体形 SO42- ClO4- PO43- CH4、CCl4 SiCl4 四、杂化类型与分子的立体构型---小结 24 五、有机物分子中碳原子杂化类型 饱和碳原子均采取sp3杂化，连接双键的碳原子均采取sp2杂化，连接三键的碳原子均采取sp杂化。 C6H6 分子中的大π 键 π66 CH3(CH2)2CH3 C6H6 分子中的 大π 键 π66 三聚氰胺 氰胺 分析下列物质中中心原子的杂化情况 足球烯C60 分析下列物质中中心原子的杂化情况 课堂检测 物质 价层电子对数 杂化轨道数 杂化类型 VSEPR模型 空间构型 CO2 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O 2+0=2 2 sp 直线形 直线形 3+0=3 3 sp2 平面三角形 平面三角形 4+0=4 4 sp3 正四面体形 正四面体形 2+1=3 3 sp2 平面三角形 V形 3+1=4 4 sp3 四面体形 三角锥形 2+2=4 4 sp3 四面体形 V形 六、影响键角的因素 中心原子杂化轨道类型不同的粒子，键角大小为sp ＞ sp2 ＞ sp3杂化。 如键角：CH≡CH ＞ CH2=CH2 ＞ CH4。 2、中心原子孤电子对数 孤电子对数越多，对成键电子对的斥力越大，键角越小。 如键角：CH4 ＞ NH3 ＞ H2O 3、中心原子电负性大小 中心原子杂化方式相同且孤电子对数目也相同，中心原子电负性大，对共用电子对吸引力强，电子对间斥力增大，键角大。 如：H2O(105°)＞H2S(92.1°)。 1、中心原子的杂化轨道类型 1．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 课堂检测 C 2．用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的立体构型，有时也能用来推测键角大小。下列判断正确的是 A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120° C．P4、CH4、SF4都是正四面体形的分子 D．HCHO、BF3、SO3都是平面三角形的分子 D 3．三溴化砷(AsBr3)常应用于医药和化学分析领域。下列说法正确的是 A．该分子含非极性共价键 B．中心原子采取sp3杂化 C．键角等于120° D．空间结构为平面三角形 课堂检测 B 4．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 D 5．下列有机物分子中的碳原子既有sp3杂化又有sp杂化的是 A. CH3CH2CH3 B. CH3—C≡CH C. CH3CHO D. CH≡CH 课堂检测 B 6.CH3+、-CH3、CH3-都是重要的有机反应中间体，说法正确的是（　) A．CH3+中所有原子共平面 B．CH3-空间结构为正四面体形 C．碳原子均采取sp3杂化 D．CH3-与CH3+形成的化合物中含离子键 A 7、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．C2H4与C2H2 C．BeCl2与BF3 D．H2O与H3O+ D 8、下列常见微粒的中心原子的杂化轨道类型是sp3的是 A．CH3+ B．CH4 C．SO2 D．CO2 B 9、下列分子中中心原子采取sp3杂化并形成正四面体空间结构的是(　 ) ①CH4　 ②NH3 ③CF4 ④SiH4 ⑤C2H4 ⑥CO2 ⑦CH2Cl2 A．①②③⑥ B．①③④ C．②④⑤⑦ D．①③⑤ B 课堂检测 ①价电子对之间的夹角越小,排斥力越小。 (　　) ②NH3分子的VSEPR模型与分子空间结构不一致。(　　) ③五原子分子的空间结构都是正四面体形。(　　) ④杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同。(　　) ⑤中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构都是正四面体形。(　　) ⑥凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。(　　) 10．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) √ √ × × × × Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.76.100 $