2.2.2杂化轨道理论简介课件高二下学期化学人教版选择性必修2

学习目标：1.认识杂化轨道理论的要点2.进一步了解有机化合物中碳的成键特征3.根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型第二章分子结构与性质第二节分子的空间构型第2课时杂化轨道理论简介问题与思考甲烷分子呈正四面体形，4个C—H的键长相同，H—C—H的键角为109°28′。按照价健理论，甲烷的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H原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。

为此，鲍林提出了杂化轨道理论，杂化轨道理论是一种价健理论模型。思考：为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2？观察与思考观察如下可视化视频，思考sp3杂化轨道是怎么形成的？2p↑↓↑↑C↑↑↑↑Csp3↑↑↑↑Cs、px、py、pz杂化激发2s2s2p解决方法：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由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道。为了四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成什么立体构型?4个轨道斥力最小sp3杂化轨道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C-Hσ键，呈正四面体形。1、概念：原子在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子（中心原子）中几个能量相近的不同类型的原子轨道可以重新组合，组成数目相等的新原子轨道，这种轨道重新组合的方式称为杂化，杂化后形成的新轨道称为杂化轨道。一、杂化轨道理论：2、杂化轨道理论要点只有能量相近的轨道间才能杂化（同一能级组或相近能级组的轨道）轨道的杂化只有在形成化学键时才会发生，只发生在多原子分子(原子数>2)中，单独原子无法发生杂化(双原子分子也没有杂化过程)参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。杂化改变了原子轨道的形状、方向、能量、成分，杂化使原子的成键能力增加，有利于轨道间的重叠。满足最小排斥，最大夹角分布。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），且杂化轨道的能量相同。杂化轨道用于形成σ键或者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。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。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。3、轨道杂化的过程：激发→杂化→轨道重叠。价层电子空轨道激发杂化轨道轨道重新组合成对电子中的一个与激发电子临近能量相近、类型不同的原子吸收能量(1)sp3杂化轨道特点：以CH4为例根据参加杂化的原子轨道的类型和数目，把杂化轨道分成不同的类型。4.杂化轨道的类型：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。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109.28°，空间构型为正四面体形。H2O和NH3的中心原子也是采用sp3杂化的，因此H2O和NH3的VSEPR模型也是四面体形的，但水分子氧原子的sp3杂化轨道有2个被孤电子对占据，而氨分子的氮原子的sp3杂化轨道有1个被孤电子对占据。105°又如：107°2s2p↑↓↑↓↑↑Osp3↑↓↑↓↑↑O孤电子对σ键单电子2s2p↑↓↑↑↑Nsp3↑↓↑↑↑N孤电子对σ键单电子注：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。NH3分子中氮原子的4个sp3杂化轨道1个被孤电子对占据，3个与氢原子的1s轨道重叠，形成3个C-Hs-sp3σ键。H2O分子中氧原子的4个sp3杂化轨道2个被孤电子对占据，2个与氢原子的1s轨道重叠，形成2个C-Hs-sp3σ键。2s2psp3不等性杂化sp3NNH3H2Osp3不等性杂化sp32p2sO杂化轨道理论简介学生活动CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都为sp3，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法？CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子的孤电子对数依次为0个、1个、2个。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。比较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时：一般键角按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。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，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。观察与思考观察如下可视化视频，思考sp2杂化轨道是怎么形成的？2s2p↑↓↑↑C↑↑↑↑Csp2↑↑↑↑Cs、px、py杂化激发2pZ乙烯CH2=CH2xyzxyzxyzxyz120°：：：：：：(2)sp2杂化轨道特点：以C2H4为例2s2p↑↓↑↑C↑↑↑↑Csp2↑↑↑↑Cs、px、py杂化激发2pZ乙烯CH2=CH2乙烯中的每个碳原子的3个sp2杂化轨道有一个相互重叠形成σ键，另外2个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成两个σ键，未参与杂化的2P轨道相互重叠形成π键。②每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/3s

轨道和2/3p

轨道的成分。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120°，呈平面三角形。④

3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。xyzxyzzxyzxyz180°BeCl2分子的形成Be原子：1s22s2

没有单个电子，spsp杂化(3)sp杂化轨道特点：乙炔中每个碳原子的2个sp杂化轨道有一个相互重叠形成σ键，另外1个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成两个σ键，未参与杂化的2个2P轨道相互重叠形成2个π键。②每个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。①1个s轨道与1个p轨道进行的杂化,形成2个sp杂化轨道。③两个轨道间的夹角为180°，呈直线型。④

2个sp杂化轨道用于形成σ键，未参与杂化的2个p轨道形成2个π键。（4）其他杂化类型：如sp3d杂化：三角双锥如sp3d2杂化：正八面体SF6

：二、怎么判断中心原子的杂化轨道类型方法一：利用杂化轨道数判断(2)形成π键的电子只能位于未杂化的原子轨道上。(1)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。(3)中心原子σ键电子对数+孤电子对数＝价层电子对数＝杂化轨道数价层电子对数=杂化轨道数中心原子的杂化轨道类型VSEPR模型234spsp2sp3直线形平面三角形四面体形轨道杂化类型

模型成键电子对数孤对电子对数电子对的排列方式分子的空间结构实例

直线形20

直线形

、

、

平面三角形30

平面三角形

、

21

形

、

轨道杂化类型

模型成键电子对数孤对电子对数电子对的排列方式分子的空间结构实例

四面体40

正四面体形

、

31

三角锥形

、

22

形

续表VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型典型例子价层电子对数VSEPRVSEPR名称杂化轨道数中心原子的杂化轨道类型直线形平面三角形平面三角形四面体四面体正四面体spsp2sp3sp2sp3sp3CO2SO2SO3H2ONH3CH42+0＝22+1＝33+0＝32+2＝43+1＝44+0＝42334441.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为正四面体，则中心原子发生sp3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sp2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sp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sp3杂化。②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。方法二：根据杂化轨道的空间分布或杂化轨道之间的夹角判断高中阶段，影响键角大小的因素主要有三：一是中心原子的杂化类型；二是中心原子的孤电子对数；三是中心原子的电负性大小等。1.中心原子杂化类型不同的粒子，键角大小为：sp杂化＞sp2杂化＞sp3杂化如键角：CH≡CH＞CH2==CH2＞CH4。2.中心原子杂化方式相同的粒子，由于斥力：孤电子对与孤电子对之间＞孤电子对与成键电子对之间＞成键电子对与成键电子对之间，孤电子对数越多，对成键电子对的斥力越大，键角越小。如键角：CH4＞NH3＞H2O。3.中心原子杂化方式相同且孤电子对数目也相同时，中心原子的电负性越大，键角越大。如H2O、H2S中，电负性：O＞S，即键角：H2O(105°)＞H2S(92.3°)。键角的判断与比较另外：同一粒子中不同共价键的键角，由于斥力：双键间＞双键与单键间＞单键间，则键角大小不同。如甲醛中：

，键角α＞β。拓展延伸方法三：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。方法四：利用等电子原理

等电子体具有相同的结构特征,一般来说,等电子体的中心原子的杂化类型相同，等电子体粒子间具有相同的空间结构。对于结构模糊或复杂的分子、离子,可将其转化成熟悉的等电子体,然后进行判断。常见的等电子体往往是同族不同元素或同周期相近元素构成的微粒。等电子类型实例空间构型2个原子10个价电子直线形3个原子16个价电子直线形3个原子18个价电子V形4个原子8个价电子三角锥形4个原子24个价电子平面三角形4个原子26个价电子三角锥形5个原子8个价电子正四面体5个原子32个价电子4个σ键，正四面体7个原子48个价电子6个σ键，正四面体NH3、H3O＋CH4、NH4＋PO33－、SO32－、ClO3－方法五：有机物中碳原子的杂化类型判断没有形成π键，为SP3杂化

形成一个π键

，为SP2杂化形成两个π键，为SP杂化（乙炔，CO2）

σ键电子对数价层电子对数

VSEPR模型孤电子对数杂化轨道类型分子空间结构预测解释价电子互斥理论杂化轨道理论思考与讨论确定BF3和H3O+的中心原子的杂化轨道类型,并与同学讨论。第一步计算中心原子孤电子对数：BF3H3O+第二步计算价层电子对数：3+0＝33+1＝4第三步确定VSEPR模型：第四步确定杂化轨道类型：sp2sp3第三步确定杂轨道数：34学习评价：1．下列对sp3、s