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3课时 杂化轨道理论 新人教版·化学选择性必修二 第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构 新课导入 CH4 甲烷的空间结构为正四面体形，4个碳氢键都应是σ键，键长、键能完全相同，然而根据C原子价层原子轨道情况，C原子3个相互垂直的2p 轨道和4个H原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体结构的甲烷分子？ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p C ↑ ↑ ↑ 1s H 为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。 杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。 ? 用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成 sp3杂化轨道 C：2s22p2 2s 2p 激发 2s 2p 杂化 C原子1个2s轨道和3个2p轨道混杂，形成4个新的能量相同、形状相同、方向不同的杂化轨道，称为sp3杂化轨道。4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—H σ键。 任务一：杂化轨道理论简介 4个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，伸展方向成正四面体形。每个sp3杂化轨道都含有_____s和_____p的成分。 1/4 3/4 s-sp3σ键 2.条件： 3.特征： ①轨道总数不变 ②形成的杂化轨道的能量、形状相同 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 ③杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对 杂化轨道数 = 价层电子对数 = σ 键数+孤电子对数 新课讲授 任务一：杂化轨道理论简介 1.杂化轨道的形成 价层电子 跃迁到空轨道 激发 杂化轨道 杂化 能量相近的原子轨道重新组合 吸收能量 如何用杂化轨道理论解释NH3和H2O的空间结构呢？ 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。 NH3中氮原子的4个sp3杂化轨道1个被孤电子对占据，3个与氢原子的1s轨道重叠，形成3个N-Hs-sp3σ键。 H2O中氧原子的4个sp3杂化轨道2个被孤电子对占据，2个与氢原子的1s轨道重叠，形成2个O-H s-sp3σ键。 2s 2p sp3不等性杂化 sp3 N NH3 H2O sp3不等性杂化 sp3 2p 2s O 新课讲授 任务二：杂化轨道的类型 新课讲授 任务二：杂化轨道的类型 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sp2 杂化轨道，每个sp2杂化轨道含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分，杂化轨道呈平面三角形，不杂化的一个np轨道垂直于平面三角形，3个sp2杂化轨道用于形成σ键或容纳孤电子对，未参与杂化的np轨道用于形成π键。 s p p p sp2杂化 未杂化的p 新课讲授 任务二：杂化轨道的类型 3.sp杂化 s p p p sp杂化 1个ns 轨道与1个np 轨道进行杂化,形成2个sp杂化轨道。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。杂化轨道间的夹角为180°，不杂化的2个np轨道与其垂直。2个sp杂化轨道用于形成σ键，未参与杂化的2个np轨道可用于形成2个π键。 杂化轨道的类型 类型 sp sp2 sp3 参与杂化的轨道 杂化轨道数目 夹角 空间 结构 举例 1个s 1个p 2 180° 直线形 CO2 C2H2 1个s 2个p 3 120° 平面三角形 BF3 C2H4 1个s 3个p 4 109°28′ 正四面体形 CH4 CCl4 新课讲授 任务二：杂化轨道的类型 ②中心原子杂化类型的判断方法： __________________________________； 新课讲授 任务二：杂化轨道的类型 小结：①杂化轨道数______价层电子对数 = 中心原子σ 键数+孤电子对数； 实例 中心原子价层 电子对数 杂化轨道 数目 杂化轨道 类型 杂化轨道 空间构形 CH4 4 BF3 3 BeCl2 2 2 3 4 sp sp2 sp3 直线形 平面三角形 四面体形 ＝ 先确定价层电子对数，再确定杂化类型 杂化轨道数目 ＝价层电子对数 2 3 4 杂化类型 sp sp2 sp3 新课讲授 任务二：杂化轨道的类型 实例 价层电 子对数 杂化 类型 σ键电 子对数 孤电子 对数 VSEPR模型 分子空间结构 BeCl2 2 sp 2 0 直线形 直线形 SO3 3 sp2 3 0 平面三 角形 平面正三角形 SO2 2 1 V形 CH4 4 sp3 4 0 四面体形 正四面体形 NH3 3 1 三角锥形 H2O 2 2 V形 PCl5 5 sp3d 5 0 三角双锥形 三角双锥形 SF6 6 sp3d2 6 0 正八面体形 正八面体形 新课讲授 任务三：杂化轨道类型的判断 1.根据杂化轨道数或VSEPR模型或夹角判断 化学式 BeCl2 SO2 SO3 CH4 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 3 2 0 1 0 0 1 2 2 3 3 4 4 4 直线形 平面三角形 平面三角形 正四面体形 四面体形 四面体形 sp sp2 sp2 sp3 sp3 sp3 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 杂化轨道数目 2 3 4 杂化类型 sp sp2 sp3 新课讲授 任务三：杂化轨道类型的判断 1.根据杂化轨道数或VSEPR模型或夹角判断 若VSEPR模型呈四面体形，则中心原子发生sp3杂化 若VSEPR模型呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化 若VSEPR模型呈直线形，则中心原子发生sp杂化 杂化轨道之间的夹角为109°28'，则中心原子发生sp3杂化; 杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化; 杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。 B原子基态电子排布轨道表示式 2s 2p 电子 跃迁 sp2 杂化 与F成键 F F F B 如何用杂化轨道理论解释BF3的空间结构呢？ BF3分子中硼原子的3个sp2杂化轨道与氟原子p轨道重叠形成三个p-sp2σ键 VSEPR模型平面三角形 中心原子采用sp2杂化（CO32-、SO2等） 结论： 新课讲授 任务二：杂化轨道的类型 13 Be原子基态电子排布轨道表示式 2s 2p 电子跃迁 sp杂化 与Cl成键 Cl Cl sp px px σ键 σ键 如何用杂化轨道理论解释BeCl2的空间结构呢？ BeCl2分子中铍原子的2个sp杂化轨道与氯原子p轨道重叠形成两个sp-pσ键 VSEPR模型直线形 中心原子采用sp杂化（CO2等） 结论： 新课讲授 任务二：杂化轨道的类型 14 新课讲授 任务三：杂化轨道类型的判断 2.根据中心原子成键类型判断(如有机物中的碳原子) 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。 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。 若全部是单键，则形成sp3杂化。 三键碳原子采取sp杂化 双键碳原子采取sp2杂化 单键碳原子采取sp3杂化（即饱和碳原子） 109°28′ 乙烯的杂化 新课讲授 任务三：杂化轨道类型的判断 乙炔的杂化 新课讲授 任务三：杂化轨道类型的判断 新课讲授 任务四：有机化合物中C原子杂化轨道类型的判断 (1)CH3CH2CH3 (2)CH3CH=CH2 (3)CH≡CCH=CH2 sp3 sp3 sp3 sp3 sp2 sp2 sp sp sp2 sp2 有四个单键:采取sp3杂化， 有一个双键:采取sp2杂化， 有一个三键:采取sp杂化 苯分子杂化类型？ 有机物中碳原子杂化类型的判断： 新课讲授 任务四：有机化合物中C原子杂化轨道类型的判断 C: sp2杂化 p轨道 sp2 sp2杂化轨道有3个杂化轨道用于形成σ键(单电子)， 未参与杂化的一个p轨道用于形成π键 C:4-3=1 ↑ ↑ ↓ ↑ 苯：p-p离域大π键，符号 指出下列原子的杂化方式： ______________________________ sp sp2 sp2 sp3 sp3 —C≡C—CH=CH2 H3C—O— 新课讲授 任务四：有机化合物中C原子杂化轨道类型的判断 【思考1】已知乙烯是平面分子，键角约为120°，根据电子式确定乙烯分子中C的杂化类型，画出C的杂化轨道电子填充情况。 sp2 ↑ ↑ ↑ ↑ 2p 【思考2】已知乙炔是直线形分子，键角为180°，根据电子式确定乙炔分子中C的杂化类型，画出C的杂化轨道电子填充情况。 sp ↑ ↑ ↑ ↑ 2p 新课讲授 任务四：有机化合物中C原子杂化轨道类型的判断 总结 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 练一练 2.在BrCH=CHBr分子中，C—Br采用的成键轨道是( ) A.sp-p B.sp2-s C.sp2-p D.sp3-p C 1.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 练一练 3.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 (4)As4O6的分子结构如图所示，其中As原子的杂化方式为_______。 sp3 练一练 三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体。 已知三聚氰胺的结构简式如图所示。 请回答下列问题： (1) 写出基态碳原子的电子排布式：____________。 (2) 三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂化轨道类型分别是_____、______。 (3) 一个三聚氰胺分子中有_____个σ键。 1s22s22p2　 sp2 sp3 15 1. 提出杂化轨道理论的科学家是(　　) A. 泡利　　 B. 洪特 C. 薛定谔 D. 鲍林 D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 26 2. 下列关于杂化轨道理论说法错误的是(　　) A. 参加杂化的各原子轨道能量要相近 B. 不同能级的轨道无法杂化 C. 杂化前后原子轨道数目不变 D. 杂化后原子轨道在空间取最大夹角分布，降低排斥力 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 27 3. 下列有关杂化轨道的说法错误的是(　　) A. sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合形成 的一组新轨道 B. 凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其分子空间结构均为正 四面体形 C. 杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理 D. 杂化轨道可分为sp、sp2、sp3杂化等 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 28 4. 下列分子中，各分子的中心原子的杂化方式错误的是(　　) A. NH3：sp3杂化 B. CCl4：sp3杂化 C. H2O：sp2杂化 D. C：sp2杂化 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 29 5. 下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较中，得出的结论正确的是(　　) A. sp杂化轨道的夹角最大 B. sp2杂化轨道的夹角最大 C. sp3杂化轨道的夹角最大 D. sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 30 6. 下列图形属于sp2杂化轨道的是(　　) B　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 31 7. 乙烯分子中有5个σ键和一个π键，它们分别是(　　) A. sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键 B. sp2杂化轨道形成π键，未杂化的2p轨道形成σ键 C. C—H是sp2杂化轨道形成σ键，C—C是未杂化的2p轨道形成π键 D. C—C是sp2杂化轨道形成σ键，C—H是未杂化的2p轨道形成π键 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 32 8. 下列比较错误的是(　　) A. 强度：一般，σ键＞π键 B. 键角：H2O＜CO2 C. 键长：H—F＞F—F D. 键能：C—C＞C—Si C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 33 9. 下列轮廓图或模型错误的是(　　) D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 34 10. 随着化学学科的发展，人们对化学物质结构的认识越来越深入。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 35 (1) AsCl3 分子的空间结构为　　　　　　，其中As 的杂化轨道类型为　　　　。  (2) 乙醛中碳原子的杂化轨道类型为　　　　　　。  (3) 在硅酸盐中，Si 四面体(如图甲)通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图乙为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化轨道类型为　　　　。  三角锥形 sp3 sp3、sp2 sp3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 36 11. 物质 CO2 BF3 NH3 PCl3 价电子对数         成键电子对数         孤电子对数         中心原子杂化轨道类型         杂化轨道/电子对空间结构         轨道夹角         2 3 4 4 2 3 3 3 0 0 1 1 sp sp2 sp3 sp3 直线形 平面三 角形 正四 面体 正四面体 180° 120° ＜109° 28' ＜109°28' 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 37 物质 CO2 BF3 NH3 PCl3 分子空间结构         键角         直线形 平面三角形 三角锥 三角锥 180° 120° 约为109°28' 约为109°28' 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 38 12. 原子总数相同、电子总数或价电子总数相同的分子(离子)互为等电子体，等电子体具有结构相似的特征，可以帮助我们在物质结构学习中通过已知物质结构推断未知物质结构。 (1) 叠氮化合物在化学工业上有重要应用。叫作叠氮离子，请写出由三个原子构成的含有与相同电子数的分子的化学式：______ ______________。  (2) Si、SO3两种粒子是等电子体，它们的空间结构为_________ _______。  CO2、 N2O、BeF2　 平面三 角形 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 39 (3) 2原子14电子的等电子体的共同特点是粒子中都具有共价三键，请举出相应的三个例子(分子或离子)：　　　、　　　、_________ ___________________________________ 。每个分子或离子均含有______个σ键，　　　个π键。  N2 CO CN－(或 NO＋，，前三空答案不唯一) 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 40 13. ⅤA族的氮、磷元素是我们生产生活中常见的元素。已知： ①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5，氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。 ②PCl5分子呈三角双锥形( )。 (1) NH3、PCl3和PCl5分子中，所有原子的最外层电子数都是8个的是_______ (填分子式)，该分子空间结构是　　　　　　　。  PCl3 三角锥形 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 41 (2) 经测定，NH5中存在离子键，N原子最外层电子数是8，所有氢原 子的最外层电子数都是2，则NH5的电子式是__________________。  (3) 肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。 NH3分子空间结构为　　　　　　，N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是　　　　　　。  三角锥形 sp3杂化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 42 14. 铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝，广泛应用于电气、机械制造等领域。一项科学研究表明，铜锰氧化物(CuMn2O4)能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛(HCHO)。 (1) 1 mol甲醛(HCHO)中含有的σ键数目为　　　　。  (2) 氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物，这两种化合物都可用于催化乙炔聚合，其阴离子均为无限长链结构(如下所示)，a位置上Cl原子的杂化轨道类型为　　　　。这两种不同化合物的化学式分别为　　　　、　　　　　。  3NA sp3 KCuCl3 K2CuCl3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 43 (3) 金属铍与氯气也可形成化合物，在气态二氯化铍总有单体BeCl2(直线形)、二聚物(BeCl2)2(结构中有一个氯桥)，试画出这两种结构并指出Be原子的杂化轨道类型。 结构式： 　杂化轨道类型：sp杂化　 结构式： 杂化轨道类型：sp2杂化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 44 【解析】(1) 甲醛结构简式是 ，在一个分子中含有3个σ键和1个π键，故1 mol甲醛(HCHO)中含有的σ键数目为3NA；(3) 单体BeCl2结构式是 ，杂化轨道数是2，所以Be原子杂化 类型为sp杂化；二聚体(BeCl2)2结构式是 ，杂 化轨道数是3，所以Be原子杂化类型是sp2杂化。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4. 杂化轨道理论简介 返回 45 $