4.1.1 杂化轨道理论与分子空间结构 课件--2025-2026学年高二下学期化学苏教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦杂化轨道理论与分子空间结构，通过甲烷价层轨道与正四面体结构的矛盾导入，引出鲍林杂化理论，搭建从价键理论到新理论的学习支架，帮助学生理解理论提出的必要性。 其亮点是结合CH4、BF3等分子的杂化过程分析，通过思考交流和BCl3应用体验题培养科学思维与探究能力，归纳杂化类型与构型关系的结构化总结。学生能提升微观探析和模型认知，教师可利用清晰逻辑和互动素材优化教学。

　　第一单元　分子的空间结构 课时1　杂化轨道理论与分子空间结构 专题4　分子空间结构与物质性质 [学习目标] 1.了解杂化轨道理论，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(重点)。 2.通过对杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型的判断方法，建立分子空间结构分析的思维模型(难点)。 新课导入 CH4 正四面体甲烷的4个C—H单键都应是σ键，然而根据价层原子轨道情况， 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 6C ↑ ↑ ↑ 1s 1H 为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论 ? 一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构 1.CH4分子的形成及空间结构 (1)杂化轨道的形成 C原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混杂”，形成能量相同、成分相同的4个sp3杂化轨道。 C：2s22p2 2s 2p 激发 2s 2p sp3 sp3杂化 基态 激发态 4个sp3杂化轨道 (2)共价键的形成 C原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠，形成4个相同的σ键。 (3)CH4分子的空间结构 4个C—H键等同，C—H键间夹角均是109°28'，正四面体结构。 一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构 正四面体形结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、N等。 金刚石中的碳原子、晶体硅和石英(SiO2)晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。 2.BF3分子的形成及空间结构 B原子2s轨道上的一个电子进入2p轨道，1个2s轨道和2个2p轨道杂化，形成能量相等、成分相同的3个sp2杂化轨道。 B原子的3个sp2杂化轨道分别与F原子的2p轨道形成σ键 B：2s22p1 2s 2p 激发 2s 2p 基态 激发态 3个sp2杂化轨道 sp2 sp2杂化 2p 未杂化轨道 sp2杂化 平面三角形 键角120° 一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构 3.BeCl2分子的形成及空间结构 Be原子2s轨道上的一个电子进入2p轨道，1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。 Be原子的2个sp杂化轨道分别与Cl原子的3p轨道形成σ键 Be：2s2 2s 2p 激发 2s 2p 基态 激发态 2个sp杂化轨道 sp sp杂化 2p 未杂化轨道 sp杂化 直线形 键角180° Cl Cl sp px px 一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构 180° Cl Cl Be 思考交流 (1)乙烯分子中的成键情况 在乙烯分子中，碳原子均采用 杂化，形成3个杂化轨道，两个碳原子各以1个sp2轨道发生重叠形成1个C—C σ键，每个碳原子的2个sp2轨道与2个氢原子的1s轨道重叠形成2个C—H σ键，这样形成的5个键在同一平面上，此外每个C原子还剩下1个未杂化的2p轨道，它们发生重叠，形成1个 键。其结构示意图如下： sp2 π 一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构 思考交流 (2)乙炔分子中的成键情况 在乙炔分子中，碳原子均采用 杂化，形成2个杂化轨道，两个碳原子各以1个sp轨道发生重叠形成1个C—C σ键，每个碳原子的1个sp轨道与1个氢原子的1s轨道重叠形成1个C—H σ键，这样形成的3个键在同一直线上，此外每个碳原子还有2个未杂化的2p轨道，它们发生重叠，形成2个 键。其结构示意图如下： sp π 一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构 二、杂化轨道理论 1.轨道杂化与杂化轨道 形成 轨道的杂化 杂化轨道 轨道杂化的过程 原子内部能量相近的轨道重新组合形成新的原子轨道的过程 重新组合后的新的原子轨道，简称杂化轨道 激发→杂化→轨道重叠 2.杂化轨道的特点 杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数。 杂化改变了原子轨道的形状、方向。 杂化使原子的成键能力增强。 杂化轨道只能形成σ键或容纳孤电子对，不能形成π键。 二、杂化轨道理论 x y z x y z z x y z x y z 109°28′ 3.杂化轨道的类型 (1)sp3杂化轨道 109°28′ 1个s和3个p 参与杂化的轨道： 夹角： 空间结构： 正四面体形 二、杂化轨道理论 x y z x y z z x y z x y z 120° 3.杂化轨道的类型 (2)sp2杂化轨道 120° 1个s和2个p 参与杂化的轨道： 夹角： 空间结构： 平面三角形 二、杂化轨道理论 x y z x y z z x y z x y z 180° 3.杂化轨道的类型 (3)sp杂化轨道 180° 1个s和1个p 参与杂化的轨道： 夹角： 空间结构： 直线形 二、杂化轨道理论 二、杂化轨道理论 4.分子的空间结构与杂化类型的关系(备注：本部分根据篇幅决定是否添加) (1)当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的立体构型与杂化轨道的立体构型相同。 杂化类型 sp sp2 sp3 轨道组成 一个ns轨道和一个np轨道 一个ns轨道和两个np轨道 一个ns轨道和三个np轨道 轨道夹角 180° 120° 109°28' 二、杂化轨道理论 杂化轨道示意图       实例 BeCl2 BF3 CH4 分子结构示意图       分子构型 直线形 平面三角形 正四面体形 二、杂化轨道理论 (2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型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，即为分子的立体构型(实例如下表)。 分子 杂化轨道构型 中心原子杂化轨道类型 分子的立体构型(略去孤电子对) SO2   sp2   (V形) 二、杂化轨道理论 H2O   sp3   (V形) NH3   sp3   (三角锥形) 思考交流 二、杂化轨道理论 1.正误判断 (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)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键 (4)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 √ √ √ √ 思考交流 二、杂化轨道理论 2.杂化轨道理论是一种价键理论，是化学家为解释分子的空间结构提出的。在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些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，叫轨道的杂化。双原子分子中，不存在杂化过程。 (1)任意轨道之间都可以杂化吗？2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道？ 不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道，2s轨道与3p轨道能量相差较大，不可杂化。 (2)原子轨道杂化后，轨道的数量和能量有什么变化？ 形成的杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。如1个s轨道与3个p轨道杂化成4个能量相同的 sp3杂化轨道。 应用体验 3.氯化硼(BCl3)的熔点为-107 ℃，沸点为12.5 ℃，其分子中键与键之间的夹角为120°，下列有关叙述不正确的是 A.硼原子采用sp2杂化 B.BCl3中的B—Cl键键长<BF3中的B—F键键长 C.氯化硼分子呈正三角形 D.氯化硼分子只含极性键 √ 二、杂化轨道理论 归纳总结 中心原子杂化类型的判断方法 (1)根据杂化轨道之间的夹角判断： 夹角为109°28'，则中心原子发生sp3杂化；夹角为120°，则发生sp2杂化；夹角为180°，则发生sp杂化。 (2)常见物质中心原子的杂化方式 ①中心原子采用sp3杂化的有： 有机物中饱和碳原子、NH3、H2O、金刚石中的碳原子、晶体硅中的硅原子、SiO2、N等。 · · · · 归纳总结 ②中心原子采用sp2杂化的有： 有机物中的双键碳原子、BF3、石墨中的碳原子、苯环中的碳原子、SO2、SO3等。 ③中心原子采用sp杂化的有： 有机物中的三键碳原子、CO2、BeCl2等。 说明：注意相似结构的物质，如CO2与CS2、BF3与BBr3等，其中心原子杂化方式相同。 · · · · 自我测试 1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是 A.原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新 轨道 B.轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等 C.杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原理 D.CH4分子中任意两个C—H键的夹角均为109°28' √ 自我测试 2.有机物CH3CH==CH—C≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为 A.sp、sp2、sp3 B.sp3、sp2、sp C.sp2、sp、sp3 D.sp3、sp、sp2 · · · √ 本课结束 $