2.2.2 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

第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构 课时2 杂化轨道理论 2026/1/19 2 素养目标 2024级化学组江福胜 宏观辨识与微观探析：能从微观层面辨析 sp、sp²、sp³ 等杂化轨道类型，结合实例解释杂化方式对分子宏观空间结构的影响，建立微观结构与宏观性质的关联。 证据推理与模型认知：构建杂化轨道理论模型，基于实验现象或分子结构事实，推理分子的成键本质与空间构型，体会模型在化学研究中的应用价值。 科学探究与创新意识：通过分析具体物质的结构与性质，探究杂化轨道类型与物质稳定性、溶解性等性质的关联，培养初步的探究分析能力。 科学态度与社会责任：认识杂化理论在解释分子结构、预测物质性质中的重要作用，养成严谨求实、勇于探索的化学学科思维与科学态度。 课堂导入 2026/1/19 3 2024级化学组江福胜 我们已经知道，甲烷分子的空间结构呈____________，它的4个C-H的键长______，H-C-H的键角皆为_________。 按照价键理论，甲烷的4个C-H单键都应该是_______键。 正四面体形 相同 109°28′ σ ↑↓ s px py pz ↑ ↑ 基态C原子：2s22p2 按照传统价键理论，C应该只能形成2个共价键，为什么C却遵循C四价原则？怎样解释甲烷分子呈正四面体结构呢？为什么键长相同，键角相等？ 2026/1/19 4 2024级化学组江福胜 莱纳斯·卡尔·鲍林 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，但是它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。 课堂导入 一、杂化轨道理论 2026/1/19 5 2024级化学组江福胜 1. 原子轨道的杂化 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。 2.杂化轨道 ①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。 ②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。 CH4分子 ③有几个原子轨道参与杂化，杂化后就生成几个杂化轨道。 一、杂化轨道理论 2026/1/19 6 2024级化学组江福胜 3. 杂化过程 价层电子 成对电子中的一个 吸收能量 跃迁到高能级 变为激发态 轨道重新组合 空轨道 与激发电子的原子轨道能量相近 能量相近、类型不同的原子轨道 杂化轨道 轨道总数目不变，方向和形状发生变化，成键时释放能量较多，轨道重叠成都增大，生成的分子更稳定 一、杂化轨道理论 2026/1/19 7 2024级化学组江福胜 4. 杂化类型——sp3杂化 一、杂化轨道理论 2026/1/19 8 2024级化学组江福胜 4. 杂化类型——sp3杂化 C原子 2s22p2 H原子 ↑ s 1s1 2个C－H相互垂直 键角为90° sp3杂化 跃迁 ↑ s 4个C－H 键角为109°28′ ↑↓ s px py pz ↑ ↑ 基态 ↑ s px py pz ↑ ↑ ↑ 激发态 sp3 ↑ ↑ ↑ ↑ 杂化轨道 形成σ键 2s12p3 一、杂化轨道理论 2026/1/19 9 2024级化学组江福胜 4. 杂化类型——sp3杂化 sp3杂化轨道是由 ns轨道和 np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有 和 的成分，sp3杂化轨道间的夹角为 ，空间结构为 。如图所示。 1个 3个 109°28′ Sp3杂化 s 109°28′ s p p p 　 sp3 sp3杂化 正四面体形 一、杂化轨道理论 2026/1/19 10 2024级化学组江福胜 4. 杂化类型——sp2杂化 1个B－F 3个B－F，键角为120° B原子 ↑↓ s px py pz ↑ 2s22p1 基态 形成σ键 sp2 杂化 sp2 ↑ ↑ ↑ 杂化轨道 pz F原子 2s22p5 ↑↓ s px py pz ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ s px py pz ↑↓ ↑↓ ↑ 未杂化轨道 跃迁 ↑ s px py pz ↑ ↑ 2s12p2 激发态 一、杂化轨道理论 2026/1/19 11 2024级化学组江福胜 4. 杂化类型——sp2杂化 sp2杂化轨道是由 ns轨道和 np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有 和 成分，sp2杂化轨道间的夹角都是 ，呈 ，如图所示。 1个 2个 s p p p p sp2 sp2杂化 sp2杂化 s 120° 120° 120° 120° 平面三角形 一、杂化轨道理论 2026/1/19 12 2024级化学组江福胜 4. 杂化类型——sp杂化 不能形成Be－Cl 2个Be－Cl，键角为180° Be原子 ↑↓ s px py pz 2s2 基态 sp ↑ ↑ 杂化轨道 形成σ键 sp 杂化 Cl原子 3s23p5 ↑↓ s px py pz ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ s px py pz ↑↓ ↑↓ ↑ pz py 未杂化轨道 跃迁 ↑ s px py pz ↑ 2s12p1 激发态 一、杂化轨道理论 2026/1/19 13 2024级化学组江福胜 4. 杂化类型——sp杂化 sp杂化轨道是由 ns轨道和 np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有 和 的成分，sp杂化轨道间的夹角为 ，呈 ，如图所示。 1个 1个 120° 直线形 sp杂化 180° s p p p sp p p sp杂化 一、杂化轨道理论 2026/1/19 14 2024级化学组江福胜 5. 杂化轨道理论要点 (1) 原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。 (2) 只有在形成分子的过程中才会发生杂化，发生轨道杂化的原子一定是中心原子，孤立的原子是不可能发生杂化的。 (3) 只有能量相近的轨道才能杂化(一般是同一能级上的轨道才杂化)。 (4) 杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道的能量相同，成分相同，形状相同，方向不同。 (5) 杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布。 一、杂化轨道理论 2026/1/19 15 2024级化学组江福胜 5. 杂化轨道理论要点 (6)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征——方向性和饱和性。杂化后的轨道一头大，一头小，电子云密度大的一端与成键原子的原子轨道沿键轴方向重叠，形成σ键;由于杂化后原子轨道重叠程度更大，形成的共价键比原有原子轨道形成的共价键稳定，故C原子与H原子结合成稳定的CH4，而不是CH2。 (7)杂化轨道用于形成σ键； 是不是只能用于形成σ键？NH3、H2O中心原子是否杂化？ 一、杂化轨道理论 2026/1/19 16 2024级化学组江福胜 N原子 2s22p3 H原子 ↑ s 1s1 3个N－H相互垂直 键角为90° sp3杂化 ↑ s 3个N－H 键角107° ↑↓ s px py pz ↑ ↑ ↑ 基态 sp3 ↑↓ ↑ ↑ ↑ 杂化轨道 形成σ键 容纳孤电子对 5. 杂化轨道理论要点 排斥力较大 不稳定 一、杂化轨道理论 2026/1/19 17 2024级化学组江福胜 O原子 2s22p4 H原子 ↑ s 1s1 2个O－H相互垂直 键角为90° sp3杂化 ↑ s 2个O－H 键角为105° ↑↓ s px py pz ↑↓ ↑ ↑ 基态 sp3 ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 杂化轨道 形成σ键 容纳孤电子对 5. 杂化轨道理论要点 排斥力较大 不稳定 一、杂化轨道理论 2026/1/19 18 2024级化学组江福胜 5. 杂化轨道理论要点 (7)杂化轨道用于形成σ键或容纳孤电子对，不参与π键的形成！ 如何解释CH2=CH2、CH≡CH、HCHO中π键的形成？ 一、杂化轨道理论 2026/1/19 19 2024级化学组江福胜 5. 杂化轨道理论要点 一、杂化轨道理论 2026/1/19 20 2024级化学组江福胜 C原子 2s22p2 ↑ 1s1 sp2杂化 跃迁 ↑↓ s px py pz ↑ ↑ 基态 ↑ s px py pz ↑ ↑ ↑ 激发态 sp2 ↑ ↑ ↑ 杂化轨道 2s12p3 ↑ pz sp2 ↑ ↑ ↑ C sp2 ↑ ↑ ↑ C ↑ 1s1 ↑ 1s1 ↑ 1s1 ① 和2个H的1s轨道形成2个s-sp2 σ键 ② 和另外一个C的1个sp2杂化轨道形成sp2-sp2 σ键 ③ 两个C的pz轨道都有一个未成对电子，相互配对形成p-pπ键 ↑ pz ↑ pz 一、杂化轨道理论 2026/1/19 21 2024级化学组江福胜 一、杂化轨道理论 2026/1/19 22 2024级化学组江福胜 C原子 2s22p2 ↑ 1s1 sp杂化 跃迁 ↑↓ s px py pz ↑ ↑ 基态 ↑ s px py pz ↑ ↑ ↑ 激发态 sp ↑ ↑ 杂化轨道 2s12p3 ↑ ↑ pz py sp2 ↑ ↑ C sp2 ↑ ↑ C ↑ 1s1 ① 和1个H的1s轨道形成2个s-sp σ键 ② 和另外1个C的1个sp杂化轨道形成 sp-sp σ键 ③ 两个C的py、pz轨道都有一个未成对电子，相互配对形成2个p-pπ键 ↑ ↑ pz py ↑ ↑ pz py 一、杂化轨道理论 2026/1/19 23 2024级化学组江福胜 C原子 2s22p2 ↑ 1s1 sp2杂化 跃迁 ↑↓ s px py pz ↑ ↑ 基态 ↑ s px py pz ↑ ↑ ↑ 激发态 sp2 ↑ ↑ ↑ 杂化轨道 2s12p3 ↑ pz sp2 ↑ ↑ ↑ C 2p4 ↑ ↑↓ O ↑ ↑↓ 2s2 ↑ 1s1 ① 和2个H的1s轨道形成2个s-sp2 σ键 ② 和1个O的1个p轨道形成p-sp2 σ键 ③ 两个C的pz轨道都有一个未成对电子，相互配对形成p-pπ键 ↑ pz 一、杂化轨道理论 2026/1/19 24 2024级化学组江福胜 5. 杂化轨道理论要点 (7)杂化轨道用于形成σ键或容纳孤电子对，不参与π键的形成！ 如何解释CH2=CH2、CH≡CH、HCHO中π键的形成？ 分子中未参与杂化的p轨道，如果其中有未成对电子，则就会和另外一个原子的p轨道中的未成对电子形成π键 课堂练习 2026/1/19 25 2024级化学组江福胜 回顾所学内容，判断下列语句正误 1．发生轨道杂化的原子一定是中心原子(　　) 2．原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的(　　) 3．只有能量相近的轨道才能杂化(　　) 4．杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键(　　) 5．杂化轨道只用于形成σ键或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(　　) 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道 示意图       实例 BeCl2 BF3 CH4 分子结 构示意图 分子空 间结构 二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系 2026/1/19 26 2024级化学组江福胜 1. 杂化轨道全部用于形成σ键 直线形 平面三角形 正四面体形 二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系 2026/1/19 27 2024级化学组江福胜 2. 杂化轨道用于容纳孤电子对 当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，由于孤电子对参与相互排斥，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所区别。在杂化轨道 的基础上，略去孤电子对，即为分子的空间结构。 二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系 2026/1/19 28 2024级化学组江福胜 3. 总结 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道夹角 180° 120° 109°28′ 杂化轨道 示意图       孤电子对数 0 0 1 0 1 2 分子空 间结构 直线形 平面 三角形 V形 正四面体形 三角锥形 V形 三、中心原子杂化轨道类型的判断 2026/1/19 29 2024级化学组江福胜 1. 根据杂化轨道数目判断 杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键。 杂化轨道数目＝价层电子对数目 ＝σ键电子对数目＋中心原子的孤电子对数目 再由杂化轨道数目确定杂化类型 杂化轨道数目 2 3 4 杂化类型 sp sp2 sp3 三、中心原子杂化轨道类型的判断 2026/1/19 30 2024级化学组江福胜 1. 根据杂化轨道数目判断 价层电子对数 2 3 4 VSEPR模型 直线形 平面三角形 正四面体形 杂化轨道数目 2 3 4 杂化轨道类型 sp杂化 sp2杂化 sp3杂化 轨道空间分布 直线形 平面三角形 正四面体形 孤电子对数 0 0 1 0 1 2 分子空间结构 直线形 平面三角形 V形 正四面体形 三角锥形 V形 三、中心原子杂化轨道类型的判断 2026/1/19 31 2024级化学组江福胜 2. 根据杂化轨道的空间分布判断 若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化 ② ③ ① 若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化 若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化 三、中心原子杂化轨道类型的判断 2026/1/19 32 2024级化学组江福胜 3. 根据杂化轨道之间的夹角判断 若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化 若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化 若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化 三、中心原子杂化轨道类型的判断 2026/1/19 33 2024级化学组江福胜 4. C为中心原子的杂化类型 没有形成π键，采取sp3杂化，如CH4、CCl4等 形成一个π键，采取sp2杂化，如CH2=CH2等 形成两个π键，采取sp杂化，如CH≡CH、CO2等 有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法：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。 先确定分子的VSEPR模型，再确定中心原子的杂化轨道类型。 BF3：价层电子对数 = 3，sp2杂化 H3O+：价层电子对数 = 3＋1，sp3杂化 思考与讨论 2026/1/19 34 2024级化学组江福胜 2026/1/19 35 2024级化学组江福胜 分子的空间结构 预测 解释 测定 VSEPR 模型 杂化轨道 理论 分子的空间结构 光谱 课堂小结 2026/1/19 36 2024级化学组江福胜 杂化轨道 理论四要点 杂化轨道 的类型 能量相近 数目不变 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 成键能力增强 排斥力最小 杂化轨道 的含义 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。 杂化轨道类型与分子空间结构的关系 1.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 2.当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，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 杂化 轨道 理论 例1 下列关于杂化轨道的叙述中不正确的是( ) A.分子的中心原子通过 杂化轨道成键时,该分子不一定为正四面体 结构 B.杂化轨道只用于形成 键或用于容纳未参与成键的孤电子对 C.和两个分子的中心原子和C都是通过 杂化轨道成键的 D.用杂化轨道理论与 模型分析分子空间结构的结果常常相互 矛盾 √ 课堂练习 2026/1/19 37 2024级化学组江福胜 37 例2 下图表示某原子在形成分子时的 杂化过程。关于该过程，下列说法 正确的是( ) A.该过程表示的是 杂化 B.图中的轨道可能属于 层 C.杂化后，轨道可用于形成 键 D.杂化前，轨道可能比 轨道的能量低 √ 课堂练习 2026/1/19 38 2024级化学组江福胜 38 2.下列有关杂化轨道的说法错误的是( ) A.第 ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道 B.杂化轨道既可以形成 键也可以形成 键 C.混杂时保持轨道数目不变，杂化后得到能量相同、方向不同的新 轨道 D.轨道和轨道不可能有 杂化出现 √ 课堂评价 2026/1/19 39 2024级化学组江福胜 39 3.下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是( ) 选项 粒子 空间结构 解释 A 氨基负离子 直线形 原子采取 杂化 B 二氧化硫 形 原子采取 杂化 C 碳酸根离子 三角锥形 C原子采取 杂化 D 乙炔 直线形 C原子采取 杂化且C原 子的价电子均参与成键 √ 课堂评价 2026/1/19 40 2024级化学组江福胜 40 4.下列有关杂化轨道的说法不正确的是( ) A.杂化轨道全部参与形成化学键 B.、、杂化轨道的夹角分别为、 、 C.四面体形、三角锥形、部分形分子的结构可以用 杂化轨道解释 D.杂化前后的轨道数不变，但轨道的能量、方向和形状发生了改变 √ 课堂评价 2026/1/19 41 2024级化学组江福胜 41 5.判断下列物质中心原子的杂化方式。 (1)分子中， 原子的杂化方式为____。 (2)乙二胺是一种有机化合物，分子中 、C原子的 杂化类型分别是____、____。 课堂评价 (3) 分子中碳原子的杂化轨道类型是________。 和 (4)氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气： ， 的结构为 在该反应中，B原子的杂化轨道类型由____变为____。 2026/1/19 42 2024级化学组江福胜 42 $