杂化轨道理论简介-高二化学教学课件（人教版选择性必修）

第一章化学反应的热效应第二章分子结构与性质第二节

分子的空间结构本节重点分析杂化类型与分子空间结构的关系,第3课时杂化轨道理论简介思考讨论根据价层电子对互斥理论，分析CH4的立体构型C原子电子排布图（轨道表示式）1s2s2pH电子排布图1s问题1：为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2？CC问题2：如何解释CH4的四个C-H键完全相同？为解决这一矛盾，1931年鲍林提出了杂化轨道理论，用于解释分子的空间结构CH4的正四面体形是怎么形成的？C：2s22p2电子激发sp3

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。1s1s1s1s【观察与思考】(1)观察杂化过程,分析原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化?

轨道的形状是否发生改变？轨道空间伸展方向是否改变？(2)发生杂化的轨道有什么要求?4个sp3杂化轨道均为哑铃型，一头大，一头小，伸向四面体的四个顶点，夹角109°28′主题1:杂化轨道理论简介1.杂化轨道理论及要点轨道的杂化在外界条件的影响下，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。形

成杂化轨道杂化后形成的新的能量相同、方向不同的一组原子轨道杂化轨道理论要点(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（同一能级组或相近能级）①同一原子中能量相近的原子轨道可以重新组合，形成新的杂化轨道。②杂化前后轨道数目不变，新形成的几个杂化轨道能量相同。③杂化轨道的形状发生了变化，更有利于有效地重叠，成键能力更强。④杂化轨道的伸展方向发生变化，杂化轨道在空间力求最大夹角（排斥力最小）。不变?改变?轨道能量发生变化（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。2.杂化类型及分子构型主题1:杂化轨道理论简介

与CH4一样，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°107°2s2p↑↓↑↓↑↑Osp3↑↓↑↓↑↑O孤电子对σ键单电子2s2p↑↓↑↑↑Nsp3↑↓↑↑↑N孤电子对σ键单电子主题1:杂化轨道理论简介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杂化主题1:杂化轨道理论简介2.杂化类型及分子构型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杂化电子跃迁混杂2s2p基态硼原子2s2p激发态sp2

杂化轨道2p120°2s22p1主题1:杂化轨道理论简介(3)sp杂化xyzxyzzxyzxyz180°

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轨道用于形成2个π键。主题1:杂化轨道理论简介2.杂化类型及分子构型180°ClClBe

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主题1:杂化轨道理论简介杂化轨道类型及分子的空间结构

杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目1个s轨道和1个p轨道1个s轨道和2个p轨道1个s轨道和3个p轨道杂化轨道的数目234杂化轨道间的夹角180°120°109°28'空间结构名称直线形平面三角形正四面体形实例CO2、C2H2BF3、CH2OCH4、CCl4主题1:杂化轨道理论简介2.杂化类型及分子构型3.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)主题1:杂化轨道理论简介1.当杂化轨道全部用于形成σ键时杂化类型spsp2sp3轨道夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图

实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子空间结构直线形平面三角形正四面体形180°2.当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时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与杂化轨道的形状有所不同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AB2sp21SO2AB3sp31NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2或(B2A)2H2S、NH2-V形三角锥形V形4.杂化类型判断根据杂化轨道数目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,故有下列关系: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价层电子对数中心原子的杂化轨道类型VSEPR理想模型2sp直线形3sp2平面三角形4sp3四面体形主题1:杂化轨道理论简介代表物价层电子对数杂化轨道类型VSEPR模型VSEPR模型名称分子的立体构型CO2SO3CH4SO2NH3H2O0+2=2sp直线形

0+3=3sp2平面三角形0+4=4sp3正四面体形1+2=3sp2V形1+3=4sp3三角锥形2+2=4sp3V形

直线形平面三角形正四面体形平面三角形四面体形四面体形

VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型主题1:杂化轨道理论简介课堂检测1.下列有关于sp2杂化轨道的说法错误的是（

）A.由同一能层上的s轨道和p轨道杂化而成B.共有3个能量相同的杂化轨道C.每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一

D.sp2杂化轨道最多可形成2个σ键D2.下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳了1个孤电子对的是A.CH4、NH3 B.BBr3C.SO2、BeCl2 D.PCl3、H3O＋D课堂检测3.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C4、在

中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是A.sp2、sp2B.sp3、sp3C.sp2、sp3D.sp、sp3sp3sp3sp2C有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法饱和碳原子均采取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。课堂检测5.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的空间结构为

,其中As的杂化轨道类型为

。

(2)CS2中C的杂化轨道类型为

。

(3)CH3COOH中C的轨道杂化类型为

。

三角锥形sp3spsp3、sp2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。在高中阶段学习中，影响键角大小的因素主要有三：一是中心原子的VSEPR构型；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。主题2:共价分子中键角大小比较1．中心原子VSEPR构型不同的粒子，键角大小比较直线形＞平面三角形＞正四面体形如键角：CH≡CH＞CH2===CH2＞CH4。2．电子对斥力相对大小比较(1)顺序：孤电子对之间的斥力＞孤电子对与成键电子对之间的斥力＞成键电子对之间斥力。(2)理解：成键电子对受到左、右两端带正电的原子核的吸引，而孤电子对只受到一端原子核的吸引，相比之下，孤电子对较“胖”，占据较大的空间，而成键电子较“瘦”，占据较小的空间。主题2:共价分子中键角大小比较例如：CH4、NH3、H2O的键角比较？三种分子中的孤电子对数分别是0、1、2，故键角大小顺序为CH4＞NH3＞H2O。3．电负性对键角的影响中心原子VSEPR构型相同且孤电子对数目也相同，中心原子的电负性越大，原子核对成键电子对吸引能力越大，成键电子对相对集中，空间斥力增大，键角越大；反之，键角越小。例如：H2S、H2O的键角比较？H2O、H2S中，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中成键电子对的斥力逐渐减弱，键角减小，即键角：H2O(105°)＞H2S(92.3°)。主题2:共价分子中键角大小比较NF3和NH3是氮元素的常见化合物，二者相比较，键角更大的是_____，原因是____________________________。NH3二者中心原子均为N，因H的电负性小，所以在NH3中，成键电子对更靠近N，排斥力增大，键角增大(或在NF3中，成键电子对更靠近F，导致排斥力减小，键角变小)4．化学键类型对键角的影响同一个粒子中不同共价键的键角，由于斥力：双键＞双键与单键之间＞单键间例如：甲醛分子中α、β键角比较？主题2:共价分子中键角大小比较思考：大于C=O对C—C的斥力大于C—O对C—C的斥力

(1)比较键角时，先看中心原子的VSEPR构型(2)中心原子的VSEPR构型相同时，比较中心原子孤电子对数的多少。(3)中心原子的VSEPR构型、中心原子孤电子对数相同时，比较中心原子的电负性大小。总结：比较分子中键角大小的思维流程主题2:共价分子中键角大小比较内容夹角杂化轨道类型不同的杂化方式，其杂化轨道之间的夹角不同，所以可根据杂化轨道间的夹角判断分子或离子的中心原子的杂化轨道类型109°28′sp3120°sp2180°sp课堂检测1．下列分子中，键角最大的是(

)A．H2O

B．CO2C．BF3