分子的立体构型（第2课时 杂化轨道理论简介）【知识精讲+备课精研+高效课堂】高二化学教学课件（人教版选修3）

第二章 分子结构与性质第二节分子的立体构型（第2课时 杂化轨道理论简介）【问题引入】写出碳原子的电子排布图，思考为什么碳原子与氢原【问题引入】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子结合形成CH4，而不是，而不是CH2？碳原子的一个碳原子的一个2s电子受外界影响电子受外界影响跃迁跃迁到到2p空轨道上，使碳原子具空轨道上，使碳原子具有有四个单电子四个单电子，因此碳原子与氢原子结合生成，因此碳原子与氢原子结合生成CH4。1s2s2p激发 【再问】按已【再问】按已学价键理论，甲烷的学价键理论，甲烷的4个个CH键（键（单键）单键）都是全等的都是全等的键键，形成，形成正四面体正四面体的空间构型；但的空间构型；但碳原子的碳原子的4个价层原子轨道为个价层原子轨道为1个球个球形的形的2s轨道轨道和和3个相互垂直的个相互垂直的2p轨道轨道，用它们与，用它们与4个氢原子的个氢原子的1s原子轨道原子轨道重叠，重叠，不可能不可能得到正四面体构型得到正四面体构型的甲烷分子。的甲烷分子。矛盾？矛盾？为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论CH4 正四面体正四面体CH4的形成：的形成：由由1个个s轨道和轨道和3个个p轨道轨道混杂混杂并重新组合成并重新组合成4个能量与个能量与形状完全形状完全相同相同的轨道。的轨道。我们把这种轨道称之为我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道杂化轨道。【提示】【提示】为了四个杂化轨道在空间尽可能为了四个杂化轨道在空间尽可能远离远离（价层电子对互斥理（价层电子对互斥理论）论），使轨道间的，使轨道间的排斥力最小排斥力最小，4 4个杂化轨道的伸展成正四面体构型。个杂化轨道的伸展成正四面体构型。【结果】四【结果】四个个H原子分别以原子分别以4个个s轨道与轨道与C原子上的四个原子上的四个sp3杂化轨杂化轨道相互道相互重叠后，就形成了重叠后，就形成了四个性质、能量和键角四个性质、能量和键角都都完全完全相同的相同的s-sp3键键，从而构成一个正四面体构型的分子。，从而构成一个正四面体构型的分子。10928三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介1、概念、概念 在形成分子时，原子中在形成分子时，原子中能量相近能量相近的轨道重新组合，形成新的原子的轨道重新组合，形成新的原子轨道，这个过程称轨道，这个过程称“杂化杂化”，新的原子轨道称新的原子轨道称“杂化轨道杂化轨道”。2、要点解读、要点解读 （1）成键时）成键时能量相近能量相近的价电子轨道混合杂化，形成新的价电子轨道的价电子轨道混合杂化，形成新的价电子轨道杂化轨道。杂化轨道。（2）杂化前后）杂化前后轨道数目不变轨道数目不变。（3）杂化轨道是）杂化轨道是能量相同的轨道能量相同的轨道（即等价轨道）（即等价轨道）（4）杂化的目的是为了）杂化的目的是为了成键成键。sp3杂化轨道组成：杂化轨道组成：同一原子能量相近的同一原子能量相近的一个一个s轨道与三个轨道与三个p轨道，轨道，杂化成杂化成四个四个sp3杂化轨道，每个杂化轨道的杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为成分为1/4，p成分为成分为3/4。sp3杂化轨道特点：杂化轨道特点：sp3轨道夹角轨道夹角10928，4个轨道呈空间正四面个轨道呈空间正四面体形体形-VSEPR模型。模型。杂化轨道只用于形成杂化轨道只用于形成 键键或或容纳未成键的孤电子对容纳未成键的孤电子对。键的形成，只能由未参与杂化的键的形成，只能由未参与杂化的p轨道重叠形成。轨道重叠形成。所有所有价层电子对数为价层电子对数为4的中心原子的中心原子均采用均采用sp3杂化杂化，形成分子的空，形成分子的空间构型有：间构型有：四面体形、三角锥形和四面体形、三角锥形和V形形。3、杂化轨道类型、杂化轨道类型（1）sp3杂化杂化（如（如CH4C）（2）sp2杂化杂化（如（如BF3B）为了三个杂化轨道在空间为了三个杂化轨道在空间尽可能远离尽可能远离，使轨道间的，使轨道间的排斥力最小排斥力最小，三个，三个杂化轨道的伸展方向分别指向杂化轨道的伸展方向分别指向平面三角形的三个顶点平面三角形的三个顶点。三。三个个F原子分别以原子分别以3个个p轨道与轨道与B原子上的三个原子上的三个sp2杂化轨道相互重叠后，形成了杂化轨道相互重叠后，形成了三个性质、能量三个性质、能量和键角都完全相同的和键角都完全相同的p-sp2键键，从而构成一个平面三角形构型的分子。，从而构成一个平面三角形构型的分子。sp2杂化轨道成分：杂化轨道成分：同一个原子同一个原子中中能量相近能量相近的一个的一个 s轨道与两轨道与两个个p轨道杂化，得三个轨道杂化，得三个sp2杂化轨道，每个杂化轨道的杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为成分为1/3，p成分为成分为2/3。sp2杂化轨道特点：杂化轨道特点：sp2轨道夹角轨道夹角120，3个轨道呈个轨道呈平面三角形平面三角形-VSEPR模型。模型。所有所有价层电子价层电子对对数为数为3的中心原子的中心原子均采用均采用sp2杂化杂化，形成的分子，形成的分子的空间构型有：的空间构型有：平面三角形和平面三角形和V形形。（3 3）spsp杂化杂化（如（如BeCl2Be）为了两个杂化轨道在空间为了两个杂化轨道在空间尽可能远离尽可能远离，使轨道间的，使轨道间的排斥力最小排斥力最小，两个杂化轨道的伸展方向分别指两个杂化轨道的伸展方向分别指直线的两端直线的两端。两。两个个Cl原子分别以原子分别以2个个p轨道与轨道与Be原子上的两个原子上的两个sp杂化轨道相互重叠后，就形成了杂化轨道相互重叠后，就形成了两个性质、两个性质、能量和键角都完全相同的能量和键角都完全相同的p-sp键键，从而构成一个，从而构成一个直线形直线形分子。分子。sp杂化轨道成分：杂化轨道成分：同一个原子同一个原子中中能量相近能量相近的一个的一个 s轨道与一轨道与一个个p轨道杂化，得两个轨道杂化，得两个sp杂化轨道，每个杂化轨道的杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为成分为1/2，p成分为成分为1/2。sp杂化轨道特点：杂化轨道特点：sp轨道夹角轨道夹角180，2个轨道呈个轨道呈直线形直线形-VSEPR模型。模型。所有所有价层电子价层电子对对数为数为2的中心原子的中心原子均采用均采用sp杂化杂化，形成的分子，形成的分子的空间构型为的空间构型为直线形直线形。杂化类型判断方法：杂化类型判断方法：（1 1）ABm型分子或离子，其中心原子型分子或离子，其中心原子A的杂化轨道数的杂化轨道数价电子对数价电子对数。中心原子(A)的杂化类型参与杂化的轨道生成杂化轨道数成键电子对数A原子的孤电子对数分子的空间构型实例分子式结构式sp1个s1个p220直线形BeCl2ClBeClsp21个s2个p330平面三角形BF3sp31个s3个p440正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O （2）有有机机物物中中碳碳原原子子杂杂化化类类型型的的判判断断：饱饱和和碳碳原原子子采采取取sp3杂杂化化（立立体体结结构构，如如甲甲烷烷），连连接接双双键键的的碳碳原原子子采采取取sp2杂杂化化（平平面面结结构构，如乙烯、苯），连接如乙烯、苯），连接三键的碳原子三键的碳原子采取采取sp杂化杂化（直线型，如乙炔）。（直线型，如乙炔）。【小试牛刀】乙烯分子中含有【小试牛刀】乙烯分子中含有4个个CH和和1个个C=C双键，双键，6个原子在个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是（同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是（）A每个每个C原子的原子的2s轨道与轨道与2p轨道杂化，形成两个轨道杂化，形成两个sp杂化轨道杂化轨道 B每个每个C原子的原子的1个个2s轨道与轨道与1个个2p轨道杂化，形成轨道杂化，形成2个个sp杂化轨道杂化轨道 C每个每个C原子的原子的2s轨道与轨道与3个个2p轨道杂化，形成轨道杂化，形成4个个sp3杂化轨道杂化轨道 D每个每个C原子的原子的3个价电子占据个价电子占据3个杂化轨道，个杂化轨道，1个价电子占据个价电子占据1个个2p轨道轨道A杂化及杂化轨道概念杂化及杂化轨道概念杂化轨道类型判断方法杂化轨道类型判断方法杂化轨道类型：杂化轨道类型：sp、sp2、sp3杂化轨杂化轨道理论道理论小结：小结：1 1、计算、计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表物质物质价电价电子对子对数数中心原中心原子杂化子杂化轨道类型轨道类型杂化轨道杂化轨道/电子对空电子对空间构型间构型轨道轨道夹角夹角分子空分子空间构型间构型键角键角气态气态BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2ONH3PCl322344444spspsp2sp3直线形直线形直线形直线形平面三角形平面三角形正四面体正四面体180180120109.5直线形直线形直线形直线形平面三平面三角形角形正四正四面体面体V形形三角三角锥形锥形180180120109.5109.5104.5107.3107.32、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是（）ACO2与与SO2 BCH4与与NH3 CBeCl2与与BF3 DC2H2与与C2H4B3、对、对SO2与与CO2说法正确的是（说法正确的是（）A都是直线形结构都是直线形结构 B中心原子都采取中心原子都采取sp杂化轨道杂化轨道 C S原子和原子和C原子上都没有孤对电子原子上都没有孤对电子 D SO2为为V形结构，形结构，CO2为直线形结构为直线形结构D