杂化轨道理论课件-高二下学期化学人教版选择性必修

第二节分子的空间结构第二章分子结构与性质第2课时杂化轨道理论简介1.认识杂化轨道理论2.能够判断杂化轨道类型3.理解杂化轨道类型与分子空间结构的关系，掌握中心原子杂化类型的判断方法学习目标2问题导学

价层电子排布式价层电子轨道表达式未成对电子数C

H1s11个2s2p22s2p↑↓↑↑2个【思考】写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2

？1s↑

按照我们已经学过的共价键的饱和性，C原子有2个未成对电子，便可以和2个自旋方向相反的电子配对成键，形成CH2而不是CH4。

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。一、杂化轨道理论简介

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。1.杂化轨道的含义

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。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。点拨精讲莱纳斯·卡尔·鲍林美国著名化学家，两获诺贝尔奖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的原子轨道吸收能量轨道总数目不变，角度和形状发生变化，成键时释放能量较多，轨道重叠程度更大，生成的分子更稳定只有在形成化学键时才会杂化！单独的原子不会发生杂化。常是同一能层或相近能级的原子轨道2.杂化轨道的形成2、杂化轨道理论的要点(1)能量相近：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如：2s轨道与3p轨道不能形成sp3杂化轨道，因为2s与3p不在同一能级，能量相差较大(2)数目不变：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(3)成键能力增强：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，重叠程度更大，形成的共价键更牢固(4)排斥力最小：杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同(5)形成条件：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。(6)成键类型：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。(7)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征——方向性和饱和性。CHHHH当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，得到4个能量相等、成分相同的sp3杂化轨道，夹角109

28′，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的如下图所示：s1.sp3杂化:2s2pC的基态2s2p激发态激发sp3杂化态杂化杂化后的轨道之间尽可能远离,使相互间排斥力最小。二、杂化轨道的类型1.sp3杂化

sp3杂化：1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3杂化轨道。每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/4s

轨道和3/4p轨道的成分每两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体形。sp3杂化spppsp3杂化

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的成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形。2.sp2杂化:ssp2杂化120°120°120°sppppsp2杂化xyzxyzzxyzxyz120°平面三角形sp2杂化轨道：1个s轨道和2个p轨道杂化而得到3个sp2杂化轨道psp2sp2sp2sp2杂化后，未参与杂化的np轨道垂直于3个sp2杂化轨道平面，可用于形成π键。3.sp杂化:

由1个ns轨道和1个np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有s/2和p/2的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形。spppppsp杂化180℃sp杂化1个s轨道和1个p轨道杂化而得到2个sp杂化轨道xyzxyzzxyzxyz180°直线形sp杂化轨道：ppspsp未参与杂化的2个np轨道与2个sp杂化轨道的伸展方向相互垂直，也可以用于形成π键。二、杂化轨道的类型杂化轨道数______价层电子对数=σ键数+孤电子对数中心原子杂化类型的判断方法：____________________________________；未杂化的原子轨道上的电子可参与形成______。价层电子对数杂化轨道数目杂化轨道类型杂化轨道空间构形443322中心原子价层电子对数、杂化轨道数目、类型、空间构形之间的关系：spsp2sp3直线形平面三角形四面体形＝

π键先确定价层电子对数，再确定杂化类型课堂练习1：多原子分子或离子的中心原子的杂化轨道类型的判断方法，并完成下表中的空白。粒子中心原子的价层电子对数VSEPR模型名称中心原子的杂化轨道类型分子或离子的空间结构名称CO2CH2OSO2BF3CH4NH3H2OH3O+NH4+2直线形直线形sp3平面三角形平面三角形3sp2平面三角形sp2V形3平面三角形sp2平面三角形4正四面体形sp3正四面体形4四面体形sp3三角锥形444四面体形四面体形正四面体形sp3sp3sp3V形三角锥形正四面体形2s2pC的基态2s2p激发态sp2sp2杂化态激发杂化pzCH2==CH2中碳原子的杂化方式及成键过程120°四个s-sp2C-Hσ键1个sp2-sp2

C-Cσ键1个p-pC-Cπ键四、有机化合物中C原子杂化轨道类型的判断CH2==CH2分子中碳原子为sp2杂化CH≡CH中碳原子的杂化方式及成键过程2s2pC的基态2s2p激发态spsp

杂化态激发杂化pzpyπ键π键σ键2个s-spC-Hσ键1个sp-spσ键2个p-pπ键CH≡CH分子中碳原子为sp杂化总结：以C原子为中心原子的分子中碳原子的杂化类型1.有四个单键

sp3

如CH4、CCl4；2.有一个双键

sp2

如CH2==CH2、HCHO；3.有两个双键或一个三键，为sp杂化，如CH≡CH、O==C==O、S==C==S。方法技巧课堂练习2：推测下列有机物中碳的杂化类型：(1)CH3CH2CH3(2)CH3CH=CH2(3)CH≡CCH=CH2sp3sp3sp3sp3sp2sp2spspsp2sp2杂化轨道理论简介Π6个p轨道6个电子

苯分子中碳原子取sp2杂化，3个杂化轨道分别用于形成3个σ键，故苯分子键角为120°；苯分子每个碳原子均有1个未参与杂化杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行，6个“肩并肩”的平行p轨道上总共6个电子一起形成了弥散在整个苯环的1个p-p大π键。

66苯C6H6平面正六边形

6个碳原子之间的化学键完全相同，是介于单键和双键之间的一种独特的键。120°思考与讨论1：解释NH3分子的空间结构为三角锥形N原子的3个sp3杂化轨道与3个氢原子的1s原子轨道重叠形成3个N-Hσ键，剩余的1个sp3杂化轨道中占有孤电子对。孤电子对对成键电子对的排斥能力较强，故键角小于109°28′，为107°。2s2psp3sp3杂化N：2s22p3思考与讨论2：解释H2O分子的空间结构为V形O原子的2个sp3杂化轨道与2个氢原子的1s原子轨道重叠形成2个O-Hσ键，其余的2个sp3杂化轨道中分别占有一对孤电子对。孤电子对对成键电子对的排斥能力较强，水分子中有两个2个sp3杂化轨道中占有孤电子对，故键角为105°。2s2psp3sp3杂化O：2s22p4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。课堂练习3：甲醛分子的结构式为

，下列描述正确的是(

)A．甲醛分子中有4个σ键B．甲醛分子中的C原子为sp3杂化C．甲醛分子中的O原子为sp杂化D．甲醛分子为平面三角形，有一个π键垂直于三角形平面D课堂练习4：以下有关杂化轨道的说法中正确的是(

)A．sp3

杂化轨道中轨道数为4，且4个杂化轨道能量相同B．杂化轨道既能形成σ键，也能形成π键C．杂化轨道不能容纳孤电子对D．sp2杂化轨道最多可形成2个σ键A五、影响键角的因素1.中心原子的杂化轨道类型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.中心原子孤电子对数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

＞H2O3.中心原子电负性大小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H2S中成键电子对间的斥力减弱，键角减小，即键角：H2O(105°)＞H2S(92.1°)。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。原子轨道杂化杂化轨道在外界条件影响下，中心原子能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。原子轨道杂化后形成一组新的原子轨道，叫杂化轨道①杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数②杂化改变了原子轨道的形状和方向③杂化使原子的成键能力增强④杂化轨道用于构建分子的σ轨道和孤电子对轨道杂化轨道理论要点杂化轨道类型sp3杂化、sp2杂化、sp杂化……课堂小结2、杂化轨道理论的要点(1)能量相近：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如：2s轨道与3p轨道不能形成sp3杂化轨道，因为2s与3p不在同一能级，能量相差较大(2)数目不变：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(3)成键能力增强：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，重叠程度更大，形成的共价键更牢固(4)排斥力最小：杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同(5)形成条件：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。(6)成键类型：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。(7)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征——方向性和饱和性。空间结构正四面体形、三角锥形平面三角形4直线形杂化类型sp3sp2sp注意：空间结构为V形的杂化类型：sp3或sp2中心原子杂化轨道类型的判断

1、根据分子的空间结构判断2、根据杂化轨道之间的夹角判断夹角杂化轨道类型109°28′sp3120°sp2180°sp3、碳原子杂化类型的判断成键类型C—CC=CC≡C杂化类型sp3sp2sp注：N与O等其它原子类似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