2.2.3杂化轨道理论 课件-2025-2026学年高二化学人教版选择性必修2

第二节 分子的空间结构 第二章 分子结构与性质 第3课时 杂化轨道理论 1 新课导入 【思考1】写出C、H原子的价层电子轨道表示式，为什么C原子与H原子 结合形成CH4，而不是CH2？ 2s 2p 价层电子轨道表示式 C： H： 1s 2s 2p 1s 1s 1s 1s 【思考2】为什么CH4是正四面体结构？ 鲍林提出了杂化轨道理论 激发 碳原子的一个2s电子受外界影响跃迁到2p的空轨道上，使碳原子价层有四个单电子，因此碳原子与氢原子结合生成CH4。C原子的2s和2p轨道形状不同，与H原子的1s轨道重叠，形成共价键的键长也不同，不可能得到正四面体形的甲烷分子 1、概念：在外界影响下，原子能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合 成新原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。新轨道就称为杂化轨道。 杂化 2s 2p 激发 2s 2p 基态 激发态 sp3 杂化轨道 杂化轨道理论 2、杂化的条件：(1) 形成化学键时才能杂化。 (2) 能量相近的轨道间才能杂化 （同一能级组或相近能级） 能量相同、方向不同 由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道 p3 s 3、符号含义 sp3杂化轨道：4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的 s p 杂化 sp3 1个 s 轨道 3个 p 轨道 x y z x y z z x y z x y z 形状：一头大、一头小的哑铃形 思考：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成什么立体构型? 2s 2p 激发 2s 2p 杂化 sp3杂化轨道 sp3 sp3 sp3 sp3 109°28′ 109°28′ C H H H H 杂化类型 （1）sp3 杂化 彼此远离， 斥力最小 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 sp3杂化轨道：①轨道夹角是109°28′ ②空间结构为正四面体形。 sp3杂化 2p 2s sp3杂化 N： NH3 空间结构： 三角锥形 H2O 空间结构： sp3杂化 sp3 杂化轨道 H H H N 105° H H O 2p 2s O： 注：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 sp3 杂化轨道 孤电子对 σ键单电子 孤电子对 σ键单电子 V形 （2）sp2 杂化 sp2杂化：1个s轨道与2个p轨道进行的杂化，形成3个sp3杂化轨道 sp2杂化轨道：①轨道夹角是120° ②空间结构为平面三角形。 ③剩余1个p轨道不杂化，可以用于形成π键 s sp2杂化 s p p p 杂化 sp2 p 2p 2s 激发 B： 2p 2s F： B 120° F F BF3 空间结构： 平面三角形 x y z x y z z x y z x y z 剩下的1个P轨道垂直于杂化轨道形成的平面 F sp2 sp2 sp2 120° sp2杂化 sp2 2p 2s 2p 剩下的1个P轨道垂直于杂化轨道形成的平面 （2）sp2 杂化 sp2杂化后，未参与杂化的1个p轨道可以用于形成π键。 x y z sp2 sp2 sp2 p sp2 sp2 sp2 例：乙烯CH2=CH2中碳原子的杂化 2p 2s 2p 2s 激发 sp2杂化 sp2 2p C： 头碰头 σ键 肩并肩 σ键 π键 H H H H C2H4空间结构：平面三角形 （3）sp 杂化 sp杂化：1个s轨道与1个p轨道进行的杂化，形成2个sp3杂化轨道 sp杂化轨道：①轨道夹角是180° ②空间结构为直线型。 ③剩余2个p轨道不杂化，可以用于形成π键 s sp杂化 180℃ s p p p 杂化 sp p p BeCl2空间结构： 直线形 180° 2p 2s 激发 Be： 2s 2p 3p Cl： 3s 剩下的2个P轨道与杂化轨道互相垂直 Be Cl Cl x y z x y z z x y z x y z sp sp 180° sp杂化 sp 2p （3）sp 杂化 sp杂化后，未参与杂化的2个p轨道可以用于形成π键 sp sp x y z x y z p p sp sp 例：乙炔CH≡CH中碳原子的杂化 C2H2空间结构：直线形 2p 2s 2p 2s 激发 sp2杂化 sp 2p C： 头碰头 σ键 肩并肩 肩并肩 σ键 H H π键 π键 分子 σ键 电子对 孤电子对 价层 电子对 VSEPR 模型 空间结构 杂化轨道类型 杂化轨道 数目 CH4 4 0 4 四面体形 四面体形 NH3 3 1 4 四面体形 三角锥形 H2O 2 2 4 四面体形 V形 BF3 3 0 3 平面三角形 平面三角形 BeCl2 2 0 2 直线形 直线形 4 4 4 3 2 sp3 sp3 sp3 sp2 sp 杂化轨道类型的判断方法 从根据杂化轨道数、分子的空间结构角度分析 杂化类型 sp sp2 sp3 sp3d sp3d2 杂化轨道数目 2 3 4 5 6 1、根据杂化轨道数判断 杂化轨道数＝价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数 空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形 三角锥形 2、根据分子的空间结构判断 3、根据键角判断 键角 180° 120° 109°28′ （4）碳原子杂化类型的判断 ①1个三键或2个双键：其中有2个π键，用去2个p轨道，形成的是sp杂化。 ②1个双键：其中必有1个π键，用去1个p轨道，形成的是sp2杂化。 ③全部是单键：形成sp3杂化。 成键类型 C—C C=C C≡C 杂化类型 sp3 sp2 sp 注：其他原子类似 180° 有机化合物中C原子杂化轨道类型的判断 sp sp2 sp2 sp3 sp3 —C≡C—CH=CH2 H3C—O— 指出下列原子的杂化方式： 单键碳原子：sp3杂化 双键或苯环碳原子：sp2杂化 三键碳原子：sp杂化 苯：p-p离域大π键 符号： 杂化前后的变与不变 变：轨道的成分、能量、形状、方向 不变：原子轨道数目 每个杂化轨道能量、形状都相同，轨道之间尽可能远离 杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对 (π键是由未杂化的p轨道来形成的) 杂化轨道的特点： 杂化轨道理论 习题 1、下列分子或离子中采用sp3杂化，但是空间结构为V形的是(　　) B A、NH3 B、H2S C、BeCl2 D、NO3- 3、试根据相关知识回答下列问题。 (1) AsCl3的空间结构为　　　　　　，其中As的杂化轨道类型为　　 。  三角锥形　 sp3 (2) CS2中C的杂化轨道类型为　　　　。  sp (3) CH3COOH中C的轨道杂化类型为　 。  sp3、sp2 大本55页 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 22 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 23 $