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

走进奇妙的化学世界 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 第3课时 杂化轨道理论简介 思+议 2、分子的VSEPR模型与分子的中心原子杂化类型有什么关系？ 1、以甲烷为例解释杂化轨道理论。 3、分子的空间结构与分子的中心原子杂化类型有什么关系？ C原子轨道表示式 （电子排布图） 1s 2s 2p H 轨道表示式 1s 写出碳原子的核外电子轨道表示式，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？ 导 3 按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C - H单键都应该是σ键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是1个球形的2s轨道和3个相互垂直的2p 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。 如何解决这一矛盾？鲍林提出了杂化轨道理论。 4 解决方案： 1、概念： 原子轨道杂化 杂化轨道 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。 原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化轨道。 2、杂化的条件： (1)只有在形成化学键时才能杂化 (2)只有能量相近的轨道间才能杂化 （同一能级组或相近能级） x y z x y z x y z x y z 109°28′ 2、杂化轨道的类型 ①sp3杂化 sp3杂化轨道特征： ①1个ns 轨道与3个np 轨道进行的杂化,形成4个sp3 杂化轨道。 ②每个sp3杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道的成分。 ③每两个轨道间的夹角为109º28′，空间构型为正四面体形。 ②sp2杂化 x y z x y z x y z x y z 120° ②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。 sp2杂化轨道特征： ①1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化,形成3个sp2 杂化轨道。 ③每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。 ④ 3个sp2杂化轨道用于形成σ键，未参与杂化的p轨道用于形成π键。 ③sp杂化 x y z x y z z x y z x y z 180° ②每个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。 ①1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化,形成2个sp杂化轨道。 sp杂化轨道特征： ③两个轨道间的夹角为180°，呈直线型。 ④ 2个sp杂化轨道用于形成σ键，未参与杂化的2个p轨道用于形成2个π键。 2:杂化轨道的特征 (1)杂化前后轨道数不变 (2)杂化过程中轨道的形状、方向发生变化 (3)杂化后形成的化学键更稳定 (4)杂化后的新轨道能量、形状都相同 (5)杂化后的轨道之间尽可能远离，使斥力最小，分子更稳定。 (6)杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对（跟π键无关） 13 3、VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型 典型例子 价层电子对数 VSEPR模型名称 直线形 平面三角形 平面三角形 四面体形 四面体形 四面体形 杂化轨道数 2 3 3 4 4 4 杂化轨道形状 中心原子的杂化轨道类型 sp sp 2 sp3 sp2 sp3 sp3 CO2 SO2 SO3 H2O NH3 CH4 2+0＝2 2+1＝3 3+0＝3 2+2＝4 3+1＝4 4+0＝4 直线形 平面三角形 平面三角形 四面体形 四面体形 四面体形． 思考： 杂化轨道数和价层电子对数之间有什么关系？ 杂化轨道形状跟VSEPR模型之间有什么关系？ 杂化轨道形状跟分子空间结构是否一定一样？ 一般规律： 中心原子的杂化轨道数=价层电子数=σ键电子对数 + 孤电子对数 当中心原子的价层电子对数为4时，其杂化类型为 杂化， 当中心原子的价层电子对数为3时，其杂化类型为 杂化， 当中心原子的价层电子对数为2时，其杂化类型为 杂化。 sp3 sp2 sp H2O NH3 CH4 孤电子对数 价层电子对数 杂化轨道数 杂化类型 杂化轨道中装有哪类电子对 填空： H2O NH3 CH4 孤电子对数 2 3 0 价层电子对数 4 4 4 中心原子的 杂化轨道数 4 4 4 中心原子的 杂化类型 sp3 sp3 sp3 杂化轨道中装有哪类电子对 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。 填空： σ键电子对 孤电子对 σ键电子对 孤电子对 σ键电子对 课堂练习1：正误判断 (1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子，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( ) (2)凡中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子空间结构都是正四面体形( ) (3)杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致( ) (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( ) (6)凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp2杂化轨道成键。(　　)　 × × √ √ √ √ 3. 指出CO(NH2)2分子中C、N原子的杂化类型。 分析：写出CO(NH2)2结构式，判断价层电子对数，可直接看出有无孤电子对或直接计算价层电子对数，注意算C原子价层电子对数N原子只提供1个价电子。 O C H - N N - H H H - - - - = 答案：C sp2杂化、N sp3杂化。 检 3、根据价层电子对互斥模型及原子杂化轨道理论判断NF3分子的 空间结构和中心原子的杂化方式为(　　) A.直线形　sp杂化 B.平面三角形　sp2杂化 C.三角锥形　sp2杂化 D.三角锥形　sp3杂化 D 检 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. 指出下列分子中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子或离子的空间构结构。 (1)PCI3 (2)BCl3 (3)CS2 (4) C12O (5) SO3 (6) SO32- (1) PCI3： sp3 三角锥形 (2)BCl3 ： sp2 平面三角形 (3)CS2 ： sp 直线形 (5) SO3 ： sp2 平面三角形 (6) SO32- ： sp3 三角锥形 (4) C12O： sp3 V形 检 4. 在学习价层电子对互斥模型和杂化轨道理论的基础上描述化合物中每个化学键是怎样形成的？ C原子发生sp杂化生成了两个sp轨道分别与两个O原子的一个p轨道形成两个σ键； C原子剩余的两个p轨道分别与两个O原子剩余的1个p轨道形成两个π键。 (2) H2O O原子发生sp3杂化生成了四个sp3杂化轨道，其中的两个分别与两个H原子的S轨道形成两个σ键； O原子剩余的两个sp3杂化轨道分别被两对孤对电子占据。 (1) CO2 O： 1s22s22p2 O C O σ σ π π 提示：C：1s22s22p2 激发 C：1s22s12p3 SP杂化 检 课堂小结 原子轨道杂化 杂化轨道 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。 原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化轨道。 ①杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数 ②杂化改变了原子轨道的形状和方向 ③杂化使原子的成键能力增强 ④杂化轨道用于构建分子的σ轨道和孤电子对轨道 23 $