2.2 第三课时 杂化轨道理论简介 课件-2026-2027学年高二下学期化学人教版选择性必修2

最适合真实课堂教学的课件！ 简洁、启智！ 1.7.2013 ‹#› 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 知识回顾： 甲烷分子的空间结构呈 ，它的4个C-H键都是 键，键长相等，键角都是为 。 正四面体形 109°28′ σ 碳原子的价层电子的轨道表示式为 。 ↑↓ ↑ ↑ 2s 2p 思考： ①碳原子有 个未成对电子，根据共价键的饱和性，1个碳原子最多与 个氢原子形成共价键。 2 2 ②碳原子最多只能与2个氢原子形成共价键，甲烷化学式应为“CH2”，事实证明甲烷化学式为CH4，这是为什么？ 共价键理论无法解释。 为了解决这一矛盾，1931年由鲍林等人在价键理论的基础上提出杂化轨道理论，它实质上仍属于现代价键理论，但是它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。 莱纳斯·卡尔·鲍林 ↑↓ ↑ ↑ 2s 2p ↑ ↑ ↑ ↑ 2s 2p 跃迁 如何使碳原子的价层电子有4个单电子？ 2s轨道上的1个电子跃迁到2p的空轨道，价层电子就是4个单电子。 ↓ 1s H ↓ H ↓ H ↓ H 1s 1s 1s CH4 思考：这种CH4中的原子轨道重叠方式形成4个σ的类型是 。 1个s-s σ键、3个s-p σ键 思考：这4个σ的键长是否相等？能否形成正四面体结构？ 键长不相等，无法形成正四面体结构 如何才能形成正四面体结构 碳原子价层的4 个轨道能量、形状相同，方向不同。 碳原子价层的4个轨道混杂，重新形成4个能量、形状相同，方向不同的的轨道。 碳原子的价层电子的轨道表示式 杂化轨道理论 杂化轨道理论： 以CH4甲烷分子的形成过程为例，了解杂化轨道。 在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。 ↓ ↑ 2s ↑ 2p ↑ C原子基态原子 价层电子排布图 吸收能量 激发 2s ↑ ↑ 2p ↑ ↑ 杂化 ↑ ↑ ↑ ↑ 杂化轨道 由1个s轨道和3个p轨道杂化称为sp3杂化。杂化后重新形成了4个能量、形状完全相同，方向不同的轨道，称之为sp3杂化轨道。 基发态 sp3杂化轨道 x y z x y z z x y z x y z 109°28′ “sp3杂化”过程动画演示 每个sp3杂化轨道的形状、能量、成分都相同，但方向不同。 C原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道形成4个s-sp3σ键，形成正四面体结构 4个sp3杂化轨道 每个sp3杂化轨道都含有 1/4 s 轨道成分和 3/4 p 轨道的成分 sp3杂化轨道 以CH4甲烷分子的形成过程为例，了解杂化轨道。 ↓ ↑ 2s ↑ 2p ↑ 吸收能量 激发 2s ↑ ↑ 2p ↑ ↑ 杂化 ↑ ↑ ↑ ↑ 基发态 正四面体形 以CH4分子的形成过程为例，了解杂化轨道。 ↓ 1s H ↓ H ↓ H ↓ H 1s 1s 1s 4个sp3杂化轨道 ↓ ↑ 2s ↑ 2p ↑ 吸收能量 激发 2s ↑ ↑ 2p ↑ ↑ 杂化 ↑ ↑ ↑ ↑ 基发态 以CH4分子的形成过程为例，了解杂化轨道。 ↓ 1s H ↓ H ↓ H ↓ H 1s 1s 1s s-sp3 σ 甲烷分子中碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个s-sp3 σ键，呈正四面体形。 CH4分子空间结构 4个sp3杂化轨道 ↓ ↑ 2s ↑ 2p ↑ 吸收能量 激发 2s ↑ ↑ 2p ↑ ↑ 杂化 ↑ ↑ ↑ ↑ 基发态 甲烷分子中C-H键属于 键。 sp3杂化轨道及CH4分子的形成 杂化轨道理论 用杂化轨道理论解释SiF4分子的形成。 ↓ ↑ 3s ↑ 3p ↑ Si原子基态原子 价层电子排布图 吸收能量 激发 3s ↑ ↑ 3p ↑ ↑ 杂化 ↑ ↑ ↑ ↑ 基发态 4个sp3杂化轨道 F 2s 2p F 2s 2p F 2s 2p F 2s 2p SiF4 杂 化 轨 道 理 论 杂化 条件 ①杂化前后轨道数不变，轨道的形状和方向改变（使原子形成的共价键更牢固） ②杂化后新轨道能量、成分、形状都相同，方向不同 ③杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对 概念 在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合的原子轨道叫做杂化轨道。 ①只有在形成化学键时才能杂化（只有中心原子才能杂化，结合原子不能杂化） ②只有能量相近的轨道间才能杂化 杂化轨道特征 杂化类型 sp3杂化、sp2杂化、 sp杂化 杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固 CH4、SiF4中心原子都是 杂化，杂化后形成 个杂化轨道。 sp3 小结 【思考】CH4中心原子价层电子对数为 对， SiF4中心原子价层电子对数为 对 。 4 4 【规律】中心原子价层电子对数为4对的分子，中心原子都是sp3杂化 【练】下列分子中心原子属于sp3杂化的是 。 A. CO2 B. NH4+ C. SO42- D. H2O E. SO2 BCD 2 4 4 4 3 4 2s 2p 激发 2s 2p 杂化 3个杂化轨道 请用杂化轨道理论分析BF3分子的形成过程 吸收能量 B原子基态原子 价层电子排布图 B原子激发态原子 价层电子排布图 F 2s 2p F 2s 2p F 2s 2p BF3 BF3分子中B原子的杂化类型是 杂化。 sp2 sp2杂化 sp2杂化： 个 轨道和 个 轨道杂化，形成 个 杂化轨道。 x y z x y z z x y z x y z 120° s p p p sp2 —— 平面三角形 1 s 2 p 3 sp2 sp2杂化后，未参与杂化的1个p轨道可以用于形成π键。 sp2杂化 3个sp2杂化轨道 sp2杂化： 个 轨道和 个 轨道杂化，形成 个 杂化轨道 1 s 2 p 3 sp2 3个sp2杂化轨道的空间结构是 形。 平面三角 【规律】价层电子对数为3对的分子，中心原子都是sp2杂化。 【思考】VSEPR模型呈平面三角形的分子，价层电子对数为 对。 3 【练习】下列分子中心原子属于sp2杂化的是 。 A. CO2 B. SO2 C. CH4 D. CH2O BD 2s 激发 2s 2p 杂化 2个杂化轨道 请用杂化轨道理论分析BeCl2分子的形成过程 吸收能量 Be原子基态原子 价层电子排布图 Be原子激发态原子 价层电子排布图 2p Cl 3s 3p Cl 3s 3p BeCl2 BeCl2分子中Be原子的杂化类型是 杂化。 sp Cl px px Cl sp px px Cl Be sp杂化 x y z x y z z x y z x y z 180° —— 直线形 sp杂化： 个 轨道和 个 轨道杂化，形成 个 杂化轨道。 1 s 1 p 2 sp sp杂化后，未参与杂化的2个p轨道可以用于形成π键。 sp杂化： 个 轨道和 个 轨道杂化，形成 个 杂化轨道。 1 s 1 p 2 sp 2个sp杂化轨道的空间结构是 形。 直线 【规律】价层电子对数为2对的分子，中心原子都是sp杂化。 【思考】VSEPR模型呈直线形的分子，价层电子对数为 对。 2 【练习】下列分子中心原子属于sp杂化的是 。 A. H2O B. SO3 C. SO42- D. CO2 D 4 3 4 2 小结 轨道杂化类型 sp3杂化、sp2杂化、 sp杂化 判断中心原子杂化轨道类型的方法 根据中心原子价层电子对数判断 ①当中心原子的价层电子对数为4时，其杂化类型为 杂化； ②当中心原子的价层电子对数为3时，其杂化类型为 杂化； ③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 甲烷（CH4）中C的杂化类型是 杂化。 sp3 乙烯（C2H4）中C的杂化类型是 杂化。 sp2 乙炔（C2H2）中C的杂化类型是 杂化。 sp 乙烯（C2H4）中C原子sp2杂化过程。 2s 2p ↑↓ ↑ ↑ C ↑ ↑ ↑ C ↑ sp2 ↑ ↑ ↑ C ↑ s、px、py杂化 激发 2pZ 乙烯CH2=CH2 x y z x y z x y z x y z 乙烯（C2H4）中C原子sp2杂化过程。 2s 2p ↑↓ ↑ ↑ C ↑ ↑ ↑ C ↑ sp2 ↑ ↑ ↑ C ↑ s、px、py杂化 激发 2pZ 乙烯CH2=CH2 乙烯（C2H4）中C原子sp2杂化过程。 s-sp2 σ键 π键 sp2-sp2σ键 2s 2p ↑↓ ↑ ↑ C ↑ ↑ ↑ C ↑ sp2 ↑ ↑ ↑ C ↑ s、px、py杂化 激发 2pZ 乙烯CH2=CH2 乙烯（C2H4）的形成过程 乙烯（C2H4）中C原子sp2杂化过程。 s-sp2 σ键 π键 sp2-sp2σ键 2s 2p ↑↓ ↑ ↑ C ↑ ↑ ↑ C ↑ sp2 ↑ ↑ ↑ C ↑ s、px、py杂化 激发 2pZ 乙烯CH2=CH2 【规律】中心原子形成1个π键，中心原子的杂化类型是 杂化。 sp2 乙炔（C2H2）中C的杂化类型是 杂化。 sp 乙炔（C2H2）中C原子sp杂化过程。 2s 激发 2s 2p 杂化 2个sp杂 化轨道 2p 2个未杂化的p轨道，用于形成π键 x y z x y z z x y z x y z sp杂化轨道 1 s 1 p 2 sp 乙炔中C原子的杂化类型是 杂化； 个 轨道和 个 轨道杂化，形成 个 杂化轨道， 个未参加杂化的 轨道形成 个 键。 sp 2 p 2 π 【规律】中心原子形成2个π键，中心原子的杂化类型是 杂化。 sp 方法一：价层电子对法 中心原子的价层电子对数 2 3 4 杂化类型 sp sp2 sp3 中心原子杂化轨道类型的判断方法 杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，所以杂化轨道个数一定等于中心原子的价层电子对数。 杂化轨道数＝价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数 价层电子对数＝杂化轨道数＝σ键电子对数＋孤电子对数 中心原子的价层电子对数 2 3 4 杂化类型 sp sp2 sp3 代表物 孤电子对数 价层电子对数 杂化 轨道数 杂化轨 道类型 VSEPR 模型名称 分子的 空间结构名称 CO2 0 sp2 平面三角形 3 sp2 4 sp3 平面三角形 平面三角形 四面体形 3 3 4 3 0 0 1 1 2 sp 直线形 直线形 2 2 4 sp3 正四面体形 正四面体形 4 V形 V形 4 sp3 四面体形 4 三角锥形 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O 中心原子杂化轨道类型的判断方法 方法二：根据杂化轨道的空间结构判断 1.若杂化轨道在空间结构为正四面体，则中心原子发生 杂化 2.若杂化轨道在空间结构为平面三角形，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 sp2 sp sp3 中心原子杂化轨道类型的判断方法 方法三：根据杂化轨道之间的夹角判断判断 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 【练习】CH≡CH中C的杂化类型是 杂化。 【练习】苯（C6H6）中C的杂化类型是 杂化。 sp sp2 中心原子杂化轨道类型的判断方法 方法四：根据共价键的类型判断 1. 中心原子形成1个π键，则中心原子有 个p轨道未参与杂化， 个p轨道参与杂化，所以中心原子杂化类型是 杂化。 规律：中心原子形成1个π键，中心原子的杂化类型是sp2杂化。 1 2 sp2 2. 中心原子形成2个π键，则中心原子有 个p轨道未参与杂化， 个p轨道参与杂化，所以中心原子杂化类型是 杂化。 规律：中心原子形成2个π键，中心原子的杂化类型是sp杂化。 2 1 sp C 杂化 sp3 C 杂化 C 杂化 sp2 sp CH3C≡CCH=CH2 杂化 杂化 杂化 杂化 杂化 sp3 sp sp sp2 sp2 【例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_____。 3∶1 sp2 中心原子杂化轨道类型的判断方法 方法五：根据结构式判断 【例1】图为S8的结构，其硫原子的杂化轨道类型为 。 sp3杂化 【例2】As4O6的分子结构如图所示，其中As原子的杂化方式为_______。 sp3杂化 方法六：用取代法判断 以常见的物质分子为基础，用其他原子或原子团取代分子中的部分原子或原子团，得到的新分子的中心原子与原分子对应的中心原子的杂化类型相同。 中心原子杂化轨道类型的判断方法 B(OH)3中硼原子的杂化类型是 。 sp2杂化 B(OH)3 BF3 三个“—OH” 取代了BF3中的氟原子 (CH3)3N中氮原子杂化类型是 杂化。 sp3 NH3 中心原子杂化类型相同 方法六：用取代法判断 以常见的物质分子为基础，用其他原子或原子团取代分子中的部分原子或原子团，得到的新分子的中心原子与原分子对应的中心原子的杂化类型相同。 中心原子杂化轨道类型的判断方法 H2O2中氧原子杂化类型是 杂化。 sp3 H2O H2O2 H2O H2O中1个H被 “—OH” 取代 中心原子杂化类型相同 EV录屏5.1.3软件录制 Lavf58.33.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制, www.ieway.cn EV录屏5.1.3软件录制 Lavf58.33.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制, www.ieway.cn $