高中化学必修第二章 分子结构与性质 课件 第二节 杂化轨道理论

1、第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构第2课时 杂化轨道理论学习目标1了解杂化轨道理论的基本内容。2能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构。核心素养宏观辨识与微观探析：通过认识分子结构以及杂化轨道理论，探析杂化类型与分子空间结构的关系。证据推理与模型认知：结合杂化轨道理论与分子的空间结构，能论证证据与模型建立及其发展之间的关系。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。(1)轨道的杂化在外界条件影响下，原子内部 相近的原子轨道发生混杂，重新组合形成一组能量相等、成分相同的新轨道的过程。(2)杂化轨道原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂

2、化轨道。知识梳理一、杂化轨道理论简介1杂化轨道理论能量(1)原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。(2)杂化前后 数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道的能量 。(3)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加。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如，s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图 ，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠， 程度更大，形成的共价键更 。(4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状 。2杂化轨道理论要点原

3、子轨道相同重叠牢固完全相同在形成CH4分子时，碳原子上的一个 轨道和三个 轨道发生混杂，形成四个能量相等的 杂化轨道，四个 杂化轨道分别与四个氢原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个CH是等同的。3用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成2s2psp3sp3碳原子的sp3杂化可表示如下：杂化轨道及其特点归纳总结(1)原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程，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，孤立的原子不可能发生杂化。(3)只有能量相近的原子轨道才能杂化，如2s、2p。(4)杂化轨道用于形成键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂

4、化的p轨道可用于形成键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。(5)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征方向性和饱和性。(6)杂化轨道数中心原子上的孤电子对数与中心原子结合的原子数。名师点拨1判断下列说法的正误(正确的打“”，错误的打“”)。(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)只有能量相近的轨道才能杂化。()(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轨道可用于形成键。()(6)杂化方式相同的分子，空间结构一定相同。()

5、(7)2s轨道与3p轨道能形成sp2杂化轨道。()巩固练习2下列关于杂化轨道的叙述不正确的是()A分子的中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体形B杂化轨道可用于形成键、键或用于容纳未参与成键的孤电子对C杂化前后原子轨道数目不变，但轨道的形状发生了变化Dsp3、sp2、sp杂化轨道间的夹角分别为10928、120、180B【解析】分子的中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体形，可能是三角锥形或V形，如NH3是三角锥形、H2O是V形，故A正确；杂化轨道用来形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对，不能用于形成键，未参与杂化的轨道可用来形成键，故B错误；杂化前后原子轨

6、道数目不变，但杂化后轨道形状发生变化，故C正确；sp3、sp2、sp杂化轨道间的夹角分别为10928、120、180，故D正确。下图是描述甲烷、乙烯和乙炔分子中化学键的情况。情境探究1分析图1甲烷分子中碳原子的杂化类型；原子轨道杂化后，四条共价键的键能与键长相等吗？提示：甲烷分子中碳原子的杂化方式是sp3杂化，原子轨道杂化后，四条CH共价键的键能与键长都相等，因此甲烷是正四面体形结构而不是四面体形。2分析乙烯分子中碳原子的杂化方式，总结原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？提示：乙烯分子中碳原子杂化方式是sp2杂化；杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同，杂

7、化后形成的一组杂化轨道能量相同。思考交流提示：乙炔分子中碳原子的杂化方式是sp杂化；有机化合物分子中碳原子的杂化类型与空间结构的关系为共价键类型碳原子的杂化方式空间结构碳碳单键sp3四面体形碳碳双键sp2平面三角形碳碳三键sp直线形3分析乙炔分子中碳原子的杂化方式，根据甲烷、乙烯、乙炔的空间结构，总结有机化合物分子中碳原子的杂化类型与空间结构的关系。提示：氨气分子中N原子的杂化方式是sp3杂化。(1)当杂化轨道全部用于形成键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同，如CH4为正四面体结构。(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对成键电子对的排斥作用会使分子或离子的空间结构

8、与杂化轨道的形状有所不同。如NH3分子中N原子是sp3杂化，但氮原子上有一个孤电子对，由于孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对之间的斥力，因此，NH3是三角锥形而不是正四面体形。4氨气分子中N原子的杂化方式是什么？根据甲烷、氨气结构分析杂化类型与分子空间结构的关系？1原子轨道的杂化过程二、杂化轨道类型与分子的空间结构归纳总结杂化轨道用于形成键或用来容纳未参与成键的孤电子对，当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为对称结构，当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子的空间结构也发生变化。2杂化轨道类型与分子空间结构的关系(1)当杂化轨道全部用于形

9、成键时杂化类型spsp2sp3轨道组成一个ns和一个np一个ns和两个np一个ns和三个np轨道夹化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子空间结构名称直线形平面三角形正四面体形(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，会使分子的空间结构与杂化轨道的形态有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道中有2个孤电子对，其分子不呈正四面体形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道中有1个孤电子对，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。(1)杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键与键间排斥力的大小决定键的方向，即决定杂化轨道间的夹

10、角，键角越大，化学键之间的排斥力越小。(2)斥力大小对键角的影响分子杂化轨道间的夹角斥力大小实际键角H2O10928lp-lplp-bpbp-bp105NH310928Lp-bpbp-bp107COCl2120C=O对CCl的斥力大于CCl对CCl的斥力形成两种大小不同的键角名师点拨lp：孤电子对，bp：成键电子对1下列常见分子的中心原子的杂化轨道类型是sp的是()ABF3BCH4CSO2 DCO2巩固练习D2徐光宪在分子共和国一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是()AH2O2分子中的O为sp2杂化BCO2分子中C原子为sp杂化CBF3分子中

11、的B原子sp3杂化DCH3COOH分子中C原子均为sp2杂化B【解析】H2O2分子中氧原子形成2个键，孤电子对数为2，所以O为sp3杂化，故A错误；CO2分子为直线形对称结构，C原子为sp杂化，故B正确；BF3分子中B与F形成3个键，不含孤电子对，所以B原子sp2杂化，故C错误；CH3COOH分子中羧基中C原子形成3个键，没有孤电子对，采取sp2杂化，但甲基中碳原子形成4个键，没有孤电子对，采取sp3杂化，故D错误。3乙烯分子中含有4个CH和1个C=C，6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是()A每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化，形成两个sp杂化轨道B每个C原子的2s轨

12、道与2个2p轨道杂化，形成3个sp2杂化轨道C每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化，形成4个sp3杂化轨道D每个C原子的4个价电子占据4个杂化轨道B【解析】乙烯分子结构式为 ，乙烯分子中每个C原子与1个C原子和2个H原子成键，形成3个键，根据6个原子在同一平面上，则键角为120，结合价层电子对互斥模型知，每个C原子采用sp2杂化，形成3个sp2杂化轨道，每个C原子的3个价电子占据3个杂化轨道，1个价电子占据1个2p轨道，2个C原子成键时形成1个键。多原子分子中两个相邻共价键之间的夹角叫键角。键角大小受多种因素的影响。回答下列微粒中键角大小并解释原因。提示：CH4、BF3、CO2的中心原子分别

13、为sp3、sp2和sp杂化，它们对应的键角为10928、120、180，键角依次增大。(2)H2O、NH3、CH4提示：H2O、NH3、CH4分子的中心原子采取的都是sp3杂化，但孤电子对数不同。其孤电子对数分别为2、1、0，在H2O分子中，键角要受2个孤电子对的压缩，键角最小。能力提升(1)CH4、BF3、CO2提示：H2O与H2S分子中的O与S原子都采取了sp3杂化，都有2个孤电子对，但O原子的电负性大，H2O比H2S键角大。(4)NF3、NH3提示：NF3与NH3比较，中心原子都是N原子且都为sp3杂化，但因为F原子的电负性大于H原子，使成键电子离N原子更远，两个NF间的斥力减小、可以靠

14、得更近，所以其键角更小。(5)HCHO中HCO与HCH的大小提示：在HCHO分子中，C原子为sp2杂化，但由于C原子与O原子间以双键C=O结合，该双键对CH的斥力要更大些，则HCOHCH。(3)H2O、H2S1首先看中心原子杂化类型中心原子杂化类型是决定键角大小的最根本的原因，如下表：中心原子杂化类型spsp2sp3杂化轨道空间分布直线形平面三角形四面体形轨道夹心原子分别为sp3、sp2和sp杂化类型的，它们对应的键角会依次增大。归纳总结键角大小判断的一般步骤2确定中心原子孤电子对数对于中心原子杂化类型相同的分子，中心原子所含孤电子对数目越多，键角越小。3看电负性对于

15、中心原子杂化类型且孤电子对数相同的分子，可以比较原子的电负性。若中心原子相同，则配位原子电负性越大，键角越小。若配位原子相同，则中心原子电负性越大，键角越大。举一反三D【解析】CS2中心原子为sp杂化，键角最大，故选D。2(1)NH3、PH3、AsH3键角由大到小的顺序是_。(2)PBr3、PCl3、PF3键角由大到小的顺序是_。(3)光气(COCl2)分子中ClCO_ClCCl。NH3PH3AsH3PBr3PCl3PF3【解析】(1)中心原子杂化方式相同，都有一个孤电子对，中心原子电负性：NPAs，则键角：NH3PH3AsH3。(2)中心原子相同、中心原子杂化方式相同，均有一个孤电子对，但电

16、负性：BrClF，则键角：PBr3PCl3PF3。(3)COCl2结构式为 ，由于C=O对CCl有较大的斥力，故ClCOClCCl。3请回答下列问题。(1)BF3中键角_(填“大于”或“小于”)CCl4中键角。(2)H可与H2O形成H3O，H3O中HOH的键角比H2O中HOH的键角大，原因为_。(3)乙酸分子( )中键角1_(填“大于”“等于”或“小于”)键角2，原因是_。C=O对CC的斥力大于CO对CC的斥力大于 H2O中氧原子有两个孤电子对，H3O中氧原子有一个孤电子对，排斥力较小大于【解析】(1)BF3分子的空间结构为平面三角形，键角为120；CCl4分子的空间结构为正四面体形，键角为1

17、0928。(2)H3O、H2O的中心原子的价层电子对数均为4，H2O中O原子有两个孤电子对，H3O中O原子有一个孤电子对，因为孤电子对间的排斥力孤电子对与成键电子对间的排斥力成键电子对间的排斥力，导致H3O中HOH的键角比H2O中HOH的键角大。(3)由于双键对单键的斥力大于单键对单键的斥力，故乙酸分子结构中键角1大于键角2。1s轨道和p轨道杂化的类型不可能有()Asp杂化 Bsp2杂化Csp3杂化 Dsp4杂化当堂检测D【解析】np轨道有三个：npx、npy、npz，当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：sp杂化：即一个s轨道和一个p轨道的杂化；sp2杂化：即一个s轨道和两个p轨道的杂化；sp3杂化：即一个s轨道和三个p轨道的杂化。【解析】sp杂化轨道的夹角为180，C项属于未杂化的p轨道。2下列图形属于sp杂化轨道的是()D3下列分子的中心原子是sp2杂化的是()ACH4 BBF3CH2O DNF3B【解析】CH3C*H2CH3、C*H3CH2CH3和CH2=CHC*H3中C*为饱和碳原子，采用sp3杂化，A、B、D不符合题意；CH2=C*HCH3中C*为双键碳，采用sp2杂化，C符合题意。4甲烷中的碳原子是sp3杂化，下列用*表示碳原子的杂化和甲