【化学】杂化轨道理论简介 课件 2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修2.pptx

第二章第二章 原子结构与性质原子结构与性质第二节第二节 分子的空间结构分子的空间结构第二课时杂化轨道理论高二化学新人教化学选择性必修2物质结构与性质学习目标教 学 重 点教 学 难 点1、运用杂化轨道理论解释分子的空间结构；2、VSEPR模型与杂化轨道理论的关联。运用杂化轨道理论解释含有孤电子对的分子的空间结构。1、结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp3、sp2、sp)；2、能运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构。具 体 目 标 通过价层电子对互斥模型，知道甲烷为正四面体结构，价键理论能否解释其结构呢？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？1s2s2pH原子 电子排布图1s 按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C-H单键都应该是键，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。【温故知新】如何解决上述矛盾？为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论C：1s22s22p2杂化轨道理论杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。（能解释价层电子互斥理论不能解释的问题）1.杂化轨道及其类型四、杂化轨道理论 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，却得到四个新的能量相同，方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶点，夹角为10928，称为sp3杂化轨道。xyz跃迁C基态激发态杂化杂化轨道sp3 由由1个个s轨道和轨道和3个个p轨轨道道混杂混杂并重新组合成并重新组合成4个能量与形个能量与形状完全相同的轨道状完全相同的轨道，称为，称为 sp3杂化轨道杂化轨道。z sp3sp3sp3sp310928杂化HHHH 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，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个杂化轨道的个杂化轨道的夹角为夹角为10928。轨道重叠CHHHH价价层层电电子子空空轨轨道道激发激发杂杂化化轨轨道道轨道重新组合轨道重新组合成对电子成对电子中的一个中的一个与激发电子临近与激发电子临近能量相近能量相近的原的原子轨道子轨道吸收能量吸收能量轨道总数目不变，角轨道总数目不变，角度和形状发生变化，度和形状发生变化，成键时释放能量较多，成键时释放能量较多，轨道重叠程度更大，轨道重叠程度更大，生成的分子更稳定生成的分子更稳定一、杂化的条件同一能级组或相近能级组的轨道，对于非过渡元素，由于ns和np能级接近，往往采用“sp”杂化原子轨道的原子轨道的杂化杂化：原子形成分子的过程中，中心原子原子形成分子的过程中，中心原子原子形成分子的过程中，中心原子原子形成分子的过程中，中心原子若干若干能量相近能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新轨道的过程叫的原子轨道重新组合，形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的做原子轨道的杂化杂化杂化轨道：杂化轨道：所形成的新轨道就称为所形成的新轨道就称为杂化轨道杂化轨道1、概念、概念一一.杂化杂化理论轨道简介理论轨道简介2、杂化的条件杂化的条件：(1)只有在形成化学键时才能杂化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只有能量相近的轨道间才能杂化二、杂化的特点4、杂化轨道只用于、杂化轨道只用于形成形成键和键和容纳孤电子对！容纳孤电子对！未参与杂化的p轨道可用于形成键。1、杂化前后、杂化前后轨道数目不变轨道数目不变2、杂化后、杂化后轨道轨道形状形状、方向方向发生改变，成键能力增强发生改变，成键能力增强3、杂化轨道之间要满足杂化轨道之间要满足最小最小排斥排斥、最大最大夹角夹角原理原理3.杂化类型杂化类型(1)参与杂化的各原子轨道能量要相近参与杂化的各原子轨道能量要相近(2)杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数(3)杂化后原子轨道的伸展方向、形状发生变化。杂化轨道的电子杂化后原子轨道的伸展方向、形状发生变化。杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化学键。遵循杂化轨道间斥力最小原理。更大，形成牢固的化学键。遵循杂化轨道间斥力最小原理。(4)杂化轨道用于形成分子的键和孤电子对 (键是由未杂化的p轨道来形成的)。4.要点要点xyzxyz zxyzxyz10928 sp3杂化：杂化：1个个s 轨道与轨道与3个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化,形成形成4个个sp3 杂化轨道。杂化轨道。sp3杂化轨道杂化轨道 含有含有 1/4 s轨道和轨道和 3/4 p轨道轨道.两个轨道间的夹两个轨道间的夹角为角为109.5，空间构型为正四面体形，空间构型为正四面体形(1)sp3杂化5、杂化类型与分子的构型、杂化类型与分子的构型sp3 杂化杂化 CH4分子的形成分子的形成C：2s22p2没有没有4个成单电子个成单电子2s2pC的基态的基态2s2p激发态激发态正四面体形正四面体形sp3 杂化态杂化态甲烷分子中甲烷分子中碳原子的碳原子的4个个sp3杂化轨道杂化轨道分别与分别与4个氢原子个氢原子的的1s轨道重叠轨道重叠，形成，形成4个个完完全相同的全相同的s-sp3键键，呈正四，呈正四面体形。面体形。NH3空间结构：三角锥形键角约107o2p【学习任务二】再析杂化轨道理论-sp3杂化H2O 空间结构：V形键角约105o2s2p1对孤电子对2对孤电子对 等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合 不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的不均匀混合。某杂化轨道有孤电子对。CH4NH3H2O【学习任务二】再析杂化轨道理论-sp3杂化对比小结：中心原子的杂化类型与VSEPR模型的关系杂化轨道只用于形成键或用来容纳未参与成键的孤电子对。杂化轨道数价层电子对数中心原子孤电子对数+中心原子键电子对数三、杂化的类型2、sp2杂化 1个个s轨道轨道和和2个个p轨道轨道杂化而得到杂化而得到3个个sp2杂化轨道杂化轨道 pppssp2杂化杂化x y z x y z z x y z x y z sp2sp2sp2sp2杂化轨道间的夹角是杂化轨道间的夹角是_，空间结构为，空间结构为_。120平面三角形平面三角形120 sp2p B B原子基态电子排布轨道表示式原子基态电子排布轨道表示式2s2p电子跃迁spsp2 2 杂化BFBF3 3分子的形成分子的形成 spsp2 2杂化轨道杂化轨道与与F F成键成键FFFBx y z sp2sp2sp2psp2sp2sp2 sp2杂化后，未参与杂化的一个杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成轨道可以用于形成键，键，如：乙烯分子碳碳双键的形成。如：乙烯分子碳碳双键的形成。未参与杂化的p轨道上的电子可用于形成键分析CH2=CH2分子中碳原子的杂化类型1s22s22p2C:sp2杂化激发1.杂化轨道及其类型四、杂化轨道理论sp2杂化（3）杂化轨道的类型 头碰头键肩并肩肩并肩键键HHHH乙烯中乙烯中sp2杂化杂化C原子成键过程原子成键过程三、杂化的类型3、sp杂化 1个个s轨道轨道和和1个个p轨道轨道杂化而得到杂化而得到2个个sp杂化轨道杂化轨道 pppssp杂化杂化 spp x y z x y z z x y z x y z spspsp杂化轨道间的夹角是杂化轨道间的夹角是_，空间结构为，空间结构为_。180直直线线形形180BeBe原子原子基态电子排布轨道表示式基态电子排布轨道表示式2s2p电子跃迁spsp杂化BeClBeCl2 2分子的形成分子的形成 spsp杂化轨道杂化轨道3.sp3.sp杂化杂化与与Cl成键成键ClClsppxpx180ClClBe键键键键ppspspspspx y z x y z sp杂化后，未参与杂化的两个杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成轨道可以用于形成键，键，如乙炔分子中的碳碳三键的形成。如乙炔分子中的碳碳三键的形成。未参与杂化的p轨道可用于形成键1s22s22p2C:spsp杂化杂化激发分析CHCH分子中碳原子的杂化类型1.杂化轨道及其类型四、杂化轨道理论sp杂化（3）杂化轨道的类型 头碰头键肩并肩肩并肩键HH乙炔中乙炔中sp杂化杂化C原子成键过程原子成键过程键键 中心原子的杂化轨道类型与中心原子的杂化轨道类型与VSEPR模型有什么联系？填写下表，模型有什么联系？填写下表，回答问题。回答问题。实例实例孤电子孤电子对数对数价价层层电电子对数子对数VSEPR模型模型杂化杂化轨道数轨道数中心原子的杂中心原子的杂化轨道类型化轨道类型CO2 2spSO23sp2SO33sp2H2O 4sp3NH34sp3CH44sp302直线形直线形13平面三角形平面三角形04平面三角形平面三角形23四面体形四面体形14四面体形四面体形04正四面体形正四面体形杂化轨道杂化轨道模型模型中心原子的杂化轨道模型与中心原子的杂化轨道模型与VSEPR模型模型相同。相同。价层电子对数杂化轨道数(x)，中心原子采取spx-1 杂化四、判断中心原子的杂化类型1、计算价层电子对数杂化轨道数(x)价层电子对数，中心原子采取spx-1 杂化化学式化学式 BeCl2 SO2 CO32-CH4NH4+NH3H2O键电子对键电子对 孤电子对孤电子对 杂化轨道数杂化轨道数杂化类型杂化类型202sp213sp2303sp2404sp3404sp3321244sp3sp3=键电子对数+中心原子孤电子对数四、判断中心原子的杂化类型2、根据杂化轨道的夹角判断杂化轨道夹角杂化轨道夹角18012010928杂化轨道类型杂化轨道类型spsp2sp3四、判断中心原子的杂化类型单键单键碳原子采取碳原子采取sp3杂化；杂化；双键双键碳原子采取碳原子采取sp2杂化；杂化；三键三键碳原子采取碳原子采取sp杂化。杂化。3、有机物中碳原子杂化类型判断方法51234苯分子中的碳原子是什么杂化类型？苯分子中的碳原子是什么杂化类型？苯苯C6H6平面正六边形 6个碳原子之间的个碳原子之间的化学键完全相同化学键完全相同，是，是介于单键和双键之间介于单键和双键之间的一种独特的键。的一种独特的键。1201、定义：在多原子分子或离子中如有相互平行的P轨道，他们“肩并肩”连贯重叠在一起构成一个整体，P电子在多个原子间运动形成型化学键，这种不局限在两个原子之间的键称为离域键，或共轭大键，简称大键2、条件：所有原子在同一平面，中心原子采用SP杂化或者SP2 杂化3、表示方法 参与形成大键的原子数参与形成大键的电子数拓展：大键（共轭大键，离域键）6个个p轨道轨道6个电子个电子 苯分子中碳原子取sp2杂化，3个杂化轨道分别用于形成个杂化轨道分别用于形成3个个 键，故苯分子键角为键，故苯分子键角为120；苯分子每个碳原子均有；苯分子每个碳原子均有1个个未参与杂化未参与杂化杂化的杂化的p轨道轨道，垂直于分子平面而，垂直于分子平面而相互平行相互平行，6个个“肩并肩肩并肩”的平行的平行p轨道上总共轨道上总共6个电子一起形成了弥散在整个苯环的个电子一起形成了弥散在整个苯环的1个p-p大键。664、常见分子中的大键34H2O2 石墨分子结构是石墨分子结构是层形层形结构，每层是由无限个碳六元环所形成的结构，每层是由无限个碳六元环所形成的平面，平面，碳原子取碳原子取sp2杂化杂化，每个碳原子均有，每个碳原子均有1个未参与杂化杂化的个未参与杂化杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行，平行的轨道，垂直于分子平面而相互平行，平行的n个个p轨道形成了轨道形成了1个个p-p大大键键。电子在这个中可以自由移动，所以石墨能导电。电子在这个中可以自由移动，所以石墨能导电。课堂小结课堂小结价电子对之间的夹角越小,排斥力越小。()NH3分子的VSEPR模型与分子空间结构不一致。()五原子分子的空间结构都是正四面体形。()杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同。()凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其空间结构都是正四面体形。()凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。()1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)课堂小结课堂小结2.在BrCH=CHBr分子中,CBr键采用的成键轨道是()A.sp-pB.sp2-sC.sp2-pD.sp3-pC课堂小结课堂小结B心之所愿，无事不成