【化学】杂化轨道理论简介同步课件 2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

第二章第二节第4课时《杂化轨道理论简介》人教版选择性必修2H-Cl的s-pσ键形成HClH－Cls-pσ键1s↑1s2s2p3s3p↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑知识回顾1sH1s2s2pC写出碳原子的电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2？电子跃迁电子跃迁2s2p基态碳原子激发态能量相近的原子轨道2s2p杂化轨道理论甲烷的4个C—H单键都是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构型的甲烷分子为解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，用于解释分子的空间结构2s2px2py2pzX杂化轨道理论混杂-CH4分子中心原子杂化轨道的形成过程混杂前后轨道总数不变杂化轨道能量相同、方向不同由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量相同的但方向不同的轨道。我们把这种轨道称为sp3杂化轨道电子跃迁2s2p基态碳原子激发态能量相近的原子轨道2s2psp3

杂化轨道sp3杂化轨道特点：形状为一头大，一头小，含有1/4s

轨道和3/4p轨道，每两个轨道间的夹角为

，空间构型为

。

思考：为了使4个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道的伸展方向应成什么空间构型?杂化轨道理论—sp3杂化正四面体形xyzxyzzxyzxyz109°28′4个能量相同、方向不同的sp3杂化轨道109°28′正四面体形杂化轨道理论重叠成键碳原子sp3

杂化轨道1s1s1s1s4个C-H

σ键基态氢原子-CH4分子中心原子杂化轨道的形成过程1s1s1s1s1sCsp3↑↑↑↑2p↑↑↑2s↓↑能量混杂激发态杂化轨道基态杂化轨道理论1．概念中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。杂化轨道2．杂化条件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要点：①参与杂化的原子轨道能量相近。

同一能级组或相近能级组的轨道②杂化前后原子轨道数目不变。

参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目杂化类型的判断方法：杂化轨道类型判断价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数3．杂化类型及分子构型（1）SP3杂化xyzxyzzxyzxyz109°28′①1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3杂化轨道。

③每两个轨道间的夹角为109.28º,空间构型为正四面体形。2s22p3sp3杂化轨道用于

或用来

。用杂化轨道理论解释NH3的空间结构N的价层电子排布：2s2p基态氮原子混杂sp3杂化轨道形成σ键容纳未参与成键的孤电子对NH3的形成：3个H原子分别以3个s轨道与N原子上的3个sp3杂化轨道相互重叠后，形成了3个能量和键角都完全相同的

键，从而构成一个

分子。s-sp3σ三角锥形2s22p4H2O的形成：2个H原子分别以2个s轨道与O原子上的2个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了2个能量和键角都完全相同的

键，从而构成一个

分子。用杂化轨道理论解释H2O的空间结构O的价层电子排布：2s2p基态氧原子混杂sp3杂化轨道s-sp3σV形sp3杂化轨道特征：①1个ns轨道与3个np轨道进行的杂化,形成4个sp3杂化轨道。②每个sp3杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/4s

轨道和3/4p

轨道的成分。③每两个轨道间的夹角为109º28′，空间构型为正四面体形。B的价层电子排布：-BF3分子中心原子杂化轨道的形成过程Sp2杂化杂化轨道理论电子跃迁混杂2s2p基态硼原子2s2p激发态sp2

杂化轨道2p120°2s22p1用杂化轨道理论解释C2H4的空间结构Sp2杂化2s2pC的价层电子排布：2s22p2基态碳原子混杂2s2p电子跃迁激发态sp2

杂化轨道xyzxyzzxyzxyz120°①1个s轨道与2个p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。③每两个轨道间的夹角为120º,呈平面三角形。④3个sp2杂化轨道用于形成σ键，未参与杂化的p轨道用于形成π键。(2)sp2杂化观察如下可视化视频，思考CH2=CH2平面结构怎么形成的？2s2p↑↓↑↑C↑↑↑↑Csp2↑↑↑↑Cs、px、py杂化激发2pZ180°ClClBe杂化轨道理论-BeCl2分子中心原子杂化轨道的形成过程—sp杂化Be的价层电子排布：2s2

电子跃迁2s2p基态铍原子2s2p激发态混杂sp

杂化轨道2p用杂化轨道理论解释C2H2的空间结构—sp杂化C的价层电子排布：2s22p22s2p基态碳原子电子跃迁激发态2s2p混杂sp杂化轨道sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2s

轨道和1/2p

轨道的成分两个轨道间的夹角为180°，呈直线形。如

CO2BeCl2。sp

杂化：1个s轨道与1个p

轨道进行的杂化，

形成2个sp杂化轨道。xyzxyzzxyzxyz180°spppsp(3)sp杂化未参与杂化的p轨道可用于形成π键sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。4．杂化轨道特征(1)杂化改变了原子轨道的能量、成分、形状和伸展方向，遵循杂化轨道间斥力最小原理。(2)杂化使原子的成键能力增强，有利于轨道间的重叠。满足最小排斥，最大夹角分布，从而形成稳定的化学键。(3)杂化轨道用于形成σ键和容纳未参与成键的孤电子对。

(π键是由未杂化的p轨道来形成的)(1)杂化前后轨道数不变。(2)杂化过程中轨道的形状发生变化。(3)杂化后形成的化学键更稳定。(4)杂化后的新轨道能量、形状都相同。(5)杂化后的轨道之间尽可能远离。(6)杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对。4.杂化轨道的特征(1)观察上述杂化过程,分析原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化?思考与讨论不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s轨道与3p轨道不在同一能层,能量相差较大。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,杂化后,形成的一组杂化轨道的能量相同。(2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道?下图是描述甲烷、乙烯和乙炔分子的成键情况：C6H6平面形分子，键角120

。C：sp2等性杂化3条杂化轨道互成120°角。未杂化的p轨道形成p-p大π键

石墨分子结构是层形结构，每层是由无限个碳六元环所形成的平面，碳原子取sp2杂化，每个碳原子尚余一个未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n个p轨道形成了一个p-p大π键。电子在这个大π键中可以自由移动，所以石墨能导电。丁二烯Π4个p轨道4个电子44PCl3中心原子的杂化类型为sp3，那么PCl5中心原子的杂化类型如何？三角双锥sp3d杂化↑↑↑↓3s3p↑3d↑↑↑↑↑↑↑↑3s3p↑3d↑激发杂化5.其他典型的杂化类型SF6中心原子的杂化正八面体sp3d2杂化↑↑↑↓3s3p↑3d↓↑↑↑↑↑↑↑激发↑↑↑3s3p↑3d↑↑杂化①因为杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系:中心原子的杂化轨道数=价层电子数=σ键电子对数（中心原子结合的电子数）+孤电子对数，再由杂化轨道数判断杂化类型。中心原子的价层电子对数规律：代表物杂化轨道数杂化轨道类型CO2CH2OSO2H2O0+2=2sp0+3=3sp21+2=32+2=4sp2sp3234spsp2sp3六、判断中心原子的杂化类型②通过看中心原子有没有形成双键或三键来判断若有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。③根据杂化轨道之间的夹角判断④根据杂化轨道的立体构型判断杂化轨道之间的夹角180°120°109°28′spsp2sp3杂化轨道的立体构型直线形平面三角形正四面体形或三角锥形spsp2sp3单键碳原子采取sp3杂化；双键碳原子采取sp2杂化；三键碳原子采取sp杂化。有机物中碳原子杂化类型判断方法51234CH2O分子有

个σ键，有

个π键，中心原子有

对孤对电子，价层电子对数为

，对应

个杂化轨道，所以该中心原子的杂化类型为

。33301sp2总结物质价层电子对数中心原子杂化轨道类型杂化轨道/电子对空间构型轨道夹角分子空间构型键角BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2ONH3PCl34+02+23+1spsp2sp3直线形平面三角形正四面体180°120°109.5°直线形平面三角形正四面体V形三角锥形180°120°109.5°105°107°3+14+03+02+02+0sp2杂化一定为平面三角形吗？1.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是（）①BF3

②CH2=CH2

③CH≡CH

④NH3

⑤CH4A.①②B.①⑤⑥

C.②③④

D.③⑤⑥A2.下列说法中正确的是()A.PCl3分子呈三角锥形，是P原子采取sp2杂化的结果B.sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的四个sp3杂化轨道C.凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是四面体D.AB3型的分子立体构型必为平面三角形C3.(1)[2021年全国甲卷]SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为

。sp3(2)[2021年全国乙卷]PH3中P采取的杂化类型为

。sp3(3)在硅酸盐中，SiO42-四面体(如图a)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型式。图b为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形式为____。sp34.(1)【2021年山东省等级考】Xe是第五周期的稀有气体元素，与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为

，下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是_______________（填标号）。A.sp

B.sp2

C.sp3

D.sp3d5D(2)【2022年全国甲卷】CF2=CF2和ETFE(CH2=CH2与CF2=CF2)的共聚物)分子中C的杂化轨道类型分别为_______和_______sp3sp25.下列关于杂化轨道的叙述中,错误的是(

)A.分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时,该分子不一定为正四面体结构B.中心原子能量相近的价电子轨道杂化,形成新的价电子轨道,能量相同C.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变D.杂化轨道可能形成π键6.已知某XY2分子属于V形分子,下列说法正确的是(

)A.X原子一定是sp2杂化B.X原子一定为sp3杂化C.X原子上一定存在孤电子对D.VSEPR模型一定是平面三角形DC7.根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构,试根据相关知识填空。(1)AsCl3的空间