2.2.2杂化轨道理论课件高二下学期化学人教版选择性必修2

第二章

分子结构与性质第二节

分子的空间结构

课时2杂化轨道理论课堂导入我们知道甲烷分子呈正四面体形，它的4个C—H的键长相同，H—C—H的键角为109°28′。根据价键理论，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个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。课堂学习杂化轨道理论莱纳斯·卡尔·鲍林为了解决这一矛盾，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。杂化轨道理论的内容：在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。杂化轨道：重新组合后形成的一组新的能量相同的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。注意事项：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。课堂学习杂化轨道的特点：原子在成键时(孤立的原子不可能发生杂化)，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道，杂化轨道能量相同；杂化后轨道的数目不变(变的是轨道的成分、能量、形状和方向，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，成键时根据最大重叠原理，重叠程度越大，形成的共价键越牢固。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，因此成键能力增强，但仍具有共价键饱和性与方向性的特点；杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间上取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同但形状完全相同。杂化轨道理论杂化轨道数

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中心原子上的孤电子对数

+

与中心原子结合的原子数。课堂学习所以你能推测出甲烷分子有几个杂化轨道，又是怎样发生杂化的吗？杂化轨道理论杂化轨道数

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中心原子上的孤电子对数

+

与中心原子结合的原子数。sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有s/4和3p/4的成分，sp3杂化轨道间的夹角为109°28′，空间结构为正四面体形。课堂学习杂化轨道理论sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有s/3和2p/3成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形。psp2sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键，如乙烯分子碳碳双键的形成。课堂学习杂化轨道理论sp杂化轨道是由1个ns轨道和个np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有s/2和p/2成分，sp2杂化轨道间的夹角都是180°，呈直线形。sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键，如乙炔分子碳碳三键的形成。sppp课堂学习课堂学习杂化轨道类型与分子空间结构的关系通过对杂化轨道类型的学习，我们发现不同的杂化类型所对应的分子空间结构也是不同的。杂化类型spsp2sp3轨道组成1个ns和1个np1个ns和2个np1个ns和3个np轨道夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子的空间结构直线形平面三角形正四面体杂化类型spsp2sp3轨道组成轨道夹角杂化轨道示意图实例分子的空间结构课堂学习杂化轨道类型与分子空间结构的关系需要注意的是，杂化轨道可以用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，所以当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为对称结构(即理论结构)；而当有孤电子对时，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会发生变化。ABn型分子中心原子杂化类型中心原子孤电子对数空间结构实例AB2sp21V形SO2AB3sp31三角锥形NH3、PCl3、NF3、H3O+AB2或(B2A)2V形H2S、NH2-ABn型分子中心原子杂化类型中心原子孤电子对数空间结构实例AB2SO2AB3NH3、PCl3、NF3、H3O+AB2或(B2A)H2S、NH2-课堂学习杂化轨道类型与分子空间结构的关系中心原子杂化轨道类型的判断：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，而两个原子之间只能形成一个σ键，所以杂化轨道数目=价层电子对数目=σ键电子对数目+中心原子的孤电子对数目；根据杂化轨道的空间分布判断，若是杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化，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，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；根据杂化轨道之间的夹角判断，若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化，若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化，若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化；有机物分子中碳原子杂化类型，饱和碳原子均采取sp3杂化，连接双键的碳原子均采取sp2杂化，连接三键的碳原子均采取sp杂化。课堂学习杂化轨道类型与分子空间结构的关系杂化轨道类型价层电子对数VSEPR模型杂化轨道间的夹角碳原子的成键方式sp

sp2

sp3物质价层电子对数杂化轨道数杂化轨道类型CO222spCH2O33sp2CH444sp3SO243sp2NH344sp3H2O44sp3物质价层电子对数杂化轨道数杂化轨道类型CO2CH2OCH4SO2NH3H2O杂化轨道类型价层电子对数VSEPR模型杂化轨道间的夹角碳原子的成键方式sp

2直线形109º28´饱和碳

sp23平面三角形120º成双键

sp34四面体形180º成三键课堂学习杂化轨道类型与分子空间结构的关系经过相关理论的学习之后，我们如何判断分子或离子的空间结构呢？判断分子(或离子)的空间结构时，首先要能够正确计算价层电子对数，根据VSEPR模型判断理论的空间结构，然后要判断σ键电子对数和孤电子对数，判断实际的空间结构。例如对PH3的空间结构进行判断，首先σ键电子对数为3，孤电子对数为1，因此价层电子对数为4，杂化方式为sp3杂化，理论空间结构为正四面体形，但由于σ键电子对数为3，孤电子对数为1，因此实际构型为三角锥形。课堂学习杂化轨道类型与分子空间结构的关系价层电子对数杂化类型σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型名称分子空间结构实例2sp20直线形直线形BeCl23sp230平面三角形平面三角形BF321V形SnBr24sp340四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O价层电子对数杂化类型σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型名称分子空间结构实例2spBeCl23sp2BF3SnBr24sp3CH4NH3H2O课堂学习杂化轨道类型与分子空间结构的关系我们知道，含有共价键的物质中相邻两键之间的夹角称为键角，键角是决定物质分子空间结构的主要因素之一。不同分子的键角不同，那么应当如何比较键角的大小呢？影响键角大小的因素主要有三个：一是中心原子的杂化轨道类型；二是中心原子的孤电子对数；三是中心原子的电负性大小。1.中心原子杂化轨道类型不同的粒子，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；课堂学习杂化轨道类型与分子空间结构的关系影响键角大小的因素主要有三个：一是中心原子的杂化轨道类型；二是中心原子的孤电子对数；三是中心原子的电负性大小。3.中心原子杂化方式相同且孤电子对数目也相同，利用中心原子的电负性大小比较键角大小，如H2O和H2S，中心原子均为sp3杂化，分子空间结构均为V形，由于电负性O＞S，吸引电子的能力：O＞S，且键长：O-H<S-H，使得H2O、H2S中成键电子对间的斥力逐渐减弱，键角减小，即键角：H2O(105°)＞H2S(92.1°)。4.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。课堂巩固正误判断1.发生轨道杂化的原子一定是中心原子。4.NH3的空间结构为三角锥形，氮原子的杂化方式为sp3。2.2s轨道和3p轨道能发生杂化形成sp2轨道。3.凡AB3型物质，其中