2.2.3杂化轨道理论简介课件 2026-2027学年高二上学期化学人教版（2019）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 2.2.3 杂化轨道理论简介 学习目标 1、结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型（sp3、sp2、sp），能运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构。 分子 分子的空间结构 分子的空间结构名称 键长 键角 CH4 【知识回顾】 正四面体形 相同 109°28′ 109°28' 【问】写出基态C、H的价层电子排布图？ ↑↓ 2s ↑ ↑ 2p 6C ↑ 1s 1H 【思考】 （1）为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2呢？ （2）CH4分子为什么能形成正四面体结构？ 【问题与讨论1】根据基态原子的价层电子轨道表示式，解释为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2？ ↑↓ 2s ↑ ↑ 2p 6C + hv ↑ 2s ↑ ↑ ↑ 2p 6C ↓ 1s 1H ↓ 1s ↓ 1s ↓ 1s 解决方案：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 【问题与讨论2】CH4分子为什么能形成正四面体结构？ ↑ 2s ↑ ↑ ↑ 2p 6C ↓ 1s 1H ↓ 1s ↓ 1s ↓ 1s 109°28' CH4分子呈正四面体形，它的4个C—H的键长相同，H—C—H的键角为109°28'。按照我们已经学过的价键理论，CH4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3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s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CH4分子 一、杂化轨道理论简介 —— 解释分子的空间结构 莱纳斯 · 卡尔 · 鲍林【1901.2.28 - 1994.8.19】 在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道间通过相互的混杂后，形成轨道总数不变的几个能量与形状都相同、方向不同的新轨道 1、概念： 2、类型 sp3杂化 sp2杂化 sp杂化 ↑↓ 2s ↑ ↑ 2p 6C + hv ↑ 2s ↑ ↑ ↑ 2p sp3杂化 ↑ ↑ ↑ ↑ sp3 2、类型 —— sp3杂化 形成CH4时，基态C原子有1个电子从2s轨道激发到2p的1个空轨道上去，形成激发态，这样就有4个未成对电子，同时C原子的1个2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到4个新的能量相同，方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角109°28′，称为sp3杂化轨道，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。当C原子跟4个H原子结合时，C原子以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 s-sp3 σ键，因此呈正四面体形的空间结构 ↑↓ 2s ↑ ↑ 2p 6C + hv ↑ 2s ↑ ↑ ↑ 2p sp3杂化 ↑ ↑ ↑ ↑ sp3 x y z x y z x y z x y z 109°28′ 2、类型 —— sp3杂化 【练习1】怎么用杂化轨道理论解释NH3的空间结构呢？ ↑↓ 2s ↑ ↑ ↑ 2p 7N sp3杂化 ↑↓ ↑ ↑ ↑ sp3 ↓ 1s 1H ↓ 1s ↓ 1s 3个N—H相互垂直，键角为90° ↓ 1s 1H ↓ 1s ↓ 1s 107° 2、类型 —— sp3杂化 【练习2】怎么用杂化轨道理论解释H2O的空间结构呢？ ↑↓ 2s ↑↓ ↑ ↑ 2p 8O sp3杂化 ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ sp3 ↓ 1s 1H ↓ 1s 2个O—H相互垂直，键角为90° ↓ 1s 1H ↓ 1s 105° 2、类型 —— sp3杂化 ② 4个sp3杂化轨道在空间分布呈正四面体，互成109°28′ ④ 举例：CH4、NH3、H2O ① sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道杂化而得到的4个sp3杂化轨道 ③ 每个sp3杂化轨道的形状为“一头大，一头小”， 每个sp3杂化轨道的s成分为，p成分为 s sp3杂化 2、类型 —— sp3杂化 ↑↓ 2s ↑ 2p 5B + hv ↑ 2s ↑ ↑ 2p sp2杂化 【例】请同学们分析BF3的中心原子杂化方式? ↑ ↑ ↑ sp2 2p 2、类型 —— sp2杂化 B F F F 120° ↑↓ 2s ↑ 2p 5B + hv ↑ 2s ↑ ↑ 2p sp2杂化 【例】请同学们分析BF3的中心原子杂化方式? x y z z x y x y z x y z 120° ↑ ↑ ↑ sp2 2p 2、类型 —— sp2杂化 s sp2杂化 120° 120° 120° ② 3个sp2杂化轨道在空间分布是在同一平面上，互成120° ⑤ 举例：BF3、C2H4 ① sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而得到的3个sp2杂化轨道 ③ 每个sp2杂化轨道的形状为“一头大，一头小”， 每个sp2杂化轨道的s成分为，p成分为 ④ 3个sp2杂化轨道用于形成 σ 键，未参与杂化的p轨道可用于形成 π 键 2、类型 —— sp2杂化 ↑↓ 2s 4Be 【例】请同学们分析BeCl2的中心原子杂化方式? + hv ↑ 2s ↑ 2p sp杂化 ↑ ↑ sp 2p 2、类型 —— sp杂化 Cl Cl Be 180° ↑↓ 2s 4Be 【例】请同学们分析BeCl2的中心原子杂化方式? + hv ↑ 2s ↑ 2p sp杂化 ↑ ↑ sp 2p x y z x y z x y z x y z 180° 2、类型 —— sp杂化 ② 2个sp杂化轨道在空间分布呈直线形，互成180° ⑤ 举例：BeCl2、C2H2 ① sp杂化轨道是由1个ns轨道和1个np轨道杂化而得到的2个sp杂化轨道 ③ 每个sp杂化轨道的形状为“一头大，一头小”， 每个sp杂化轨道的s成分为，p成分为 ④ 2个sp杂化轨道用于形成 σ 键，未参与杂化的p轨道可用于形成 π 键 s sp杂化 180° 2、类型 —— sp杂化 一、杂化轨道理论简介 小结： 中心原子的 杂化轨道类型 sp sp2 sp3 参与杂化的轨道 杂化轨道数 空间结构 杂化轨道间夹角 1个s，1个p 2个sp 180° 直线形 1个s，2个p 3个sp2 120° 平面三角形 1个s，3个p 4个sp3 109°28′ 正四面体形 一、杂化轨道理论简介 3、杂化轨道类型的确定 （1）先确定分子或离子中中心原子上的价层电子对数，然后确定中心原子的杂化轨道类型 ★ 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 ★ 中心原子的杂化轨道数 = 中心原子上的价层电子对数 中心原子上的价层电子对数 2 3 4 杂化轨道数 中心原子的 杂化轨道类型 2 sp 3 sp2 4 sp3 一、杂化轨道理论简介 3、杂化轨道类型的确定 （2）有机物中C原子的杂化轨道类型判断 ★ C原子在化合物中一般形成4对共用电子对，无孤电子对 碳原子成键类型 碳碳单键 碳碳双键 碳碳三键 碳原子的 杂化轨道类型 举例 sp3 sp2 sp CH4、CH3CH3 CH2=CH2、HCHO CH≡CH、HCN、CO2 【例】一种有机化合物的结构简式如下，判断其中每个碳原子的杂化轨道类型？ CH≡C—CH=CH—CH2CH3 （2）有机物中C原子的杂化轨道类型判断 sp sp sp2 sp2 sp3 sp3 【思考1】如何用杂化轨道理论解释CH2=CH2的空间结构呢？ sp2 sp2 ↑↓ 2s ↑ ↑ 2p 6C + hv ↑ 2s ↑ ↑ ↑ 2p sp2杂化 ↑ ↑ ↑ ↑ sp2 2p 肩并肩 π 键 H H H H 头碰头 sp2-sp2 σ 键 s-sp2 σ 键 【思考2】如何用杂化轨道理论解释CH≡CH的空间结构呢？ ↑↓ 2s ↑ ↑ 2p 6C + hv ↑ 2s ↑ ↑ ↑ 2p sp杂化 ↑ ↑ ↑ ↑ sp 2p sp sp 头碰头 sp-sp σ 键 肩并肩 H H π 键 π 键 s-sp σ 键 【思考3】如何用杂化轨道理论解释C6H6的空间结构呢？ sp2，3条杂化轨道互成120° 平面正六边形 6个p轨道 6个电子 共轭大 π 键 石墨分子结构是层形结构，每层是由无数个碳六元环所形成的平面，其中，碳原子采用sp2杂化，与苯的结构类似。每个碳原子尚有一个未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面且相互平行，平行的 n 个p轨道形成一个p-p大 π 键， n 个电子弥散在整层的 n 个碳原子形成的大 π 键里，电子在这个大 π 键中可以自由移动，所以石墨能导电 一、杂化轨道理论简介 4、特点： ② 杂化过程中轨道的形状发生变化 ③ 杂化后的新轨道能量、形状都相同 ⑤ 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；未参与杂化的p轨道可用于形成 π 键 ① 杂化前后的轨道总数不变（杂化轨道数 = 参加杂化的原子轨道数） ④ 杂化后的新轨道之间尽可能互相远离 中心原子 代表物 中心原子上的价层电子对数 分子类型 中心原子的 杂化轨道类型 分子或离子的空间结构名称 无 孤对电子 CO2 2 AB2 sp 直线形 CH2O 3 AB3 sp2 平面三角形 CH4 4 AB4 sp3 正四面体形 有 孤对电子 H2O 4 AB2 sp3 V 形 NH3 4 AB3 sp3 三角锥形 小结： 根据杂化轨道的空间分布或杂化轨道之间的夹角判断 （1）根据杂化轨道的空间分布判断： ① 若杂化轨道在空间的分布呈正四面体形，则中心原子发生 杂化。 ② 若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生 杂化。 ③ 若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生 杂化。 （2）根据杂化轨道之间的夹角判断： ① 若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生 杂化。 ② 若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生 杂化。 ③ 若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生 杂化。 sp3 sp2 sp sp3 sp2 sp 分子或离子 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 中心原子的 杂化轨道类型 分子或离子的空间结构名称 BF3 SO3 NH4+ H3O+ NO2+ 0 1、填表，用杂化轨道理论分析下列物质的杂化轨道类型和分子的立体构型。 3 0 0 1 0 3 4 4 2 sp2 sp2 sp3 sp3 sp 平面三角形 平面三角形 正四面体形 三角锥形 直线形 2、NH3分子空间构型是三角锥形，而CH4是正四面体形，这是因为（ ） A. 两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化 B. NH3分子中N原子形成3个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道 C. NH3分子中有未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 D. NH3分子中氮原子电负性强于CH4分子中的碳原子 C 3、用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是（ ） A. 直线形；三角锥形          B. V 形；三角锥形 C. 直线形；平面三角形             D. V 形；平面三角形 D 4、下列关于丙烯（CH3CH=CH2）的说法正确的是（ ） A. 丙烯分子有7个 σ 键，1个 π 键 B. 丙烯分子中3个碳原子都是sp3杂化 C. 丙烯分子中既存在极性键又存在非极性键 D. 丙烯分子中所有原子在同一平面上 C 5、原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是形成化合物种类最多的元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对电子，W的原子序数为29。回答下列问题： （1）Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为 ，1 mol Y2X2含有 σ 键的数目为 。 （2）化合物ZX3的沸点比化合物YX4的高，其主要原因是 。 （3）元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，元素Z的这种氧化物的分子式是 。 sp 3NA NH3分子间可以形成氢键 N2O _ _ + + + + _ _ 109 28’ 109°28 C H H H H 乙烯分子中 π 键的形成 乙炔分子中 π 键的形成 $