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

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1、第二章第二节第第二章第二节第4课时课时杂化轨道理论简介杂化轨道理论简介人教版人教版人教版人教版 选择性必修选择性必修选择性必修选择性必修2 2H-Cl的s-p 键形成HClHCls-p 键1s1s2s2p3s3p 知识回顾1sH1s2s2pC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CH4，而不是CH2？电子跃迁电子跃迁2s2p基态碳原子激发态能量相近的原子轨道2s2p杂化轨道理论甲烷的4个CH单键都是键，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构型的甲烷分子为解决这一矛盾，鲍林提出了杂

2、化轨道理论，用于解释分子的空间结构2s2px2py2pzX杂化轨道理论混杂-CH4分子中心原子杂化轨道的形成过程混杂前后轨道总数不变杂化轨道能量相同、方向不同由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量相同的但方向不同的轨道。我们把这种轨道称为 sp3杂化轨道电子跃迁2s2p基态碳原子激发态能量相近的原子轨道2s2psp3 杂化轨道 sp3杂化轨道特点：形状为一头大，一头小，形状为一头大，一头小，含有含有 1/4 s 轨道轨道和和 3/4 p 轨道轨道，每两个每两个轨道轨道间间的夹角为的夹角为 ，空间构型为空间构型为 。思考：为了使4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

3、轨道的伸展方向应成什么空间构型?杂化轨道理论 sp3杂化正四面体形x y z x y z z x y z x y z 109284个能量相同、方向不同的sp3杂化轨道10928正四面体形正四面体形杂化轨道理论重叠成键碳原子sp3 杂化轨道1s1s1s1s4个C-H 键基态氢原子-CH4分子中心原子杂化轨道的形成过程1s1s1s1s1sCsp3 2p 2s能量混杂激发态杂化轨道基态杂化轨道理论杂化轨道理论杂化轨道理论杂化轨道理论1概念中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道新轨道。杂化轨道2杂化条件只有在形成化学键时才能杂化

4、只有能量相近的轨道间才能杂化要点：参与杂化的原子轨道能量相近。同一能级组或相近能级组的轨道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杂化类型的判断方法：杂化轨道类型判断价层电子对数 =键电子对数+中心原子上的孤电子对数3杂化类型及分子构型（1）SP3杂化x y z x y z z x y z x y z 109281个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3杂化轨道。每两个轨道间的夹角为109.28,空间构型为正四面体形。2s22p3 sp3杂化轨道用于杂化轨道用于 或用来或用来 。用杂化轨道理论解释NH3的空间结构N的价层电子排布：2s2p基态氮原子混杂sp3杂化

5、轨道形成键容纳未参与成键的孤电子对NH3的形成：3个个H原原子子分分别别以以3个个s轨轨道道与与N原原子子上上的的3个个sp3杂杂化化轨轨道道相相互互重重叠叠后后，形成了形成了3个能量和键角都完全相同的个能量和键角都完全相同的 键，从而构成一个键，从而构成一个 分子。分子。s-sp3三角锥形三角锥形2s22p4 H2O的形成：2个个H原原子子分分别别以以2个个s轨轨道道与与O原原子子上上的的2个个sp3杂杂化化轨轨道道相相互互重重叠叠后后，就就形形成成了了2个个能能量量和和键键角角都都完完全全相相同同的的 键键，从从而而构成一个构成一个 分子。分子。用杂化轨道理论解释H2O的空间结构O的价层电

6、子排布：2s2p基态氧原子混杂sp3杂化轨道s-sp3V形形sp3杂化轨道杂化轨道特征：特征：1个个ns 轨道与轨道与3个个np 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。每个每个sp3杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有 1/4 s 轨道和轨道和 3/4 p 轨道的轨道的成分成分。每每两个轨道间的夹角为两个轨道间的夹角为1092810928，空间构型为空间构型为正正四面体形。四面体形。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杂化杂化轨道理论电子跃迁混杂2s2p基态硼原子2s2p激发态sp2 杂化轨道2p1

7、202s22p1用杂化轨道理论解释C2H4的空间结构Sp2杂化2s2pC的价层电子排布：2s22p2 基态碳原子混杂2s2p电子跃迁激发态sp2 杂化轨道x y z x y z z x y z x y z 1201个s轨道与2个p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。每两个轨道间的夹角为120,呈平面三角形。3个sp2杂化轨道用于形成键，未参与杂化的p轨道用于形成键。(2)sp2杂化观察如下可视化视频，思考CH2=CH2平面结构怎么形成的？2s 2pCCsp2Cs、px、py杂化激发2pZ180ClClBe杂化轨道理论-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：2s

8、2 电子跃迁2s2p基态铍原子2s2p激发态混杂sp 杂化轨道2p用杂化轨道理论解释C2H2的空间结构sp杂化C的价层电子排布：2s22p2 2s2p基态碳原子电子跃迁激发态2s2p混杂sp杂化轨道sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分两个轨道间的夹角为180，呈直线形。如 CO2 BeCl2。sp 杂化：1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化，形成2个sp杂化轨道。xyzxyz zxyzxyz180sp p psp(3)sp杂化未参与杂化的未参与杂化的p轨道可用于形成轨道可用于形成键键sp、sp2两种杂化两种杂化形式中还有形式中还有未参与杂未参与杂化的

9、化的p轨道，可用于形轨道，可用于形成成键键，而，而杂化轨道只杂化轨道只用于形成用于形成键或者用来键或者用来容纳未参与成键的孤容纳未参与成键的孤电子对。电子对。4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)杂化轨道用于形成键和容纳未参与成键的孤电子对。(键是由未杂化的p轨道来形成的)(1)杂化前后轨道数杂化前后轨道数不变不变。(2)杂化过程中轨道的形状杂化过程中轨道的形状发生变化发生变化。(3)杂化后形成的化学键杂化后形成的化学键更更稳定稳

10、定。(4)杂化后的新轨道杂化后的新轨道能量能量、形状形状都相同。都相同。(5)杂化后的轨道之间尽可能杂化后的轨道之间尽可能远离远离。(6)杂化轨道只用于杂化轨道只用于形成形成键键和容纳和容纳孤电子对孤电子对。4.杂化轨道的特征杂化轨道的特征(1)观察上述杂化过程,分析原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化?思考与讨论不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s轨道与轨道与3p轨道不在同一能层轨道不在同一能层,能量相差较大。能量相差较大。杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。但能量不同。s轨道与轨道

11、与p轨道的能量不同轨道的能量不同,杂化后杂化后,形成的一组杂化轨形成的一组杂化轨道的能量相同。道的能量相同。(2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道?下图是描述甲烷、乙烯和乙炔分子的成键情况：C6H6平面形分子，键角平面形分子，键角120。C：sp2等性杂化等性杂化 3条杂化轨道互成条杂化轨道互成120角角。未杂。未杂化的化的p轨道形成轨道形成p-p大大键键 石石墨墨分分子子结结构构是是层层形形结结构构，每每层层是是由由无无限限个个碳碳六六元元环环所所形形成成的的平平面面，碳碳原原子子取取sp2杂杂化化，每每个个碳碳原原子子尚尚余余一一个个未未参参与与杂杂化化的的p轨轨道道，垂垂直直于于

12、分分子子平平面面而而相相互互平平行行。平平行行的的n个个p轨轨道道形形成成了了一一个个p-p大大键键。电电子在这个子在这个大大键键中可以自由中可以自由移动移动，所以石墨能导电。，所以石墨能导电。丁二烯丁二烯4个个p轨道轨道4个电子个电子44PCl3中心原子的杂化类型为中心原子的杂化类型为sp3，那么，那么PCl5中心原子的杂化类型如何中心原子的杂化类型如何？三角双锥三角双锥sp3d杂化杂化3s3p3d 3s3p3d激发激发杂化杂化5.其他典型的杂化类型其他典型的杂化类型SF6中心原子的杂化中心原子的杂化正八面体正八面体sp3d2杂化杂化3s3p3d 激发激发3s3p3d 杂化杂化因为杂化轨道只

13、能用于形成键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个键，故有下列关系:中心原子的杂化轨道数中心原子的杂化轨道数=价层电子数价层电子数=键键电子对数（中心原子结合的电子数）电子对数（中心原子结合的电子数）+孤电子对数孤电子对数，再由杂化轨道数判断杂化类型。中心原子的价层电子对数规律：代表物 杂化轨道数杂化轨道类型CO2CH2OSO2H2O0+2=2sp0+3=3sp21+2=32+2=4sp2sp3234spsp2sp3六、判断中心原子的杂化类型通过看中心原子有没有形成双键或三键来判断若有1个三键或2个双键，则其中有2个键，用去2个p轨道，形成的是sp杂化；若有1个双键则其中必有1个键，

14、用去1个p轨道，形成的是sp2杂化；若全部是单键，则形成sp3杂化。根据杂化轨道之间的夹角判断根据杂化轨道的立体构型判断杂化轨道之间的夹角18012010928spsp2sp3杂化轨道的立体构型直线形平面三角形正四面体形或三角锥形spsp2sp3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。有机物中碳原子杂化类型判断方法51234CH2O分子有 个键，有 个键，中心原子有 对孤对电子，价层电子对数为 ，对应 个杂化轨道，所以该中心原子的杂化类型为 。33301sp2总结物质价层电子对数中心原子杂化轨道类型

15、杂化轨道/电子对空间构型轨道夹角分子空间构型键角BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2ONH3PCl34+02+23+1spsp2sp3直线形平面三角形正四面体180120109.5直线形平面三角形正四面体V形三角锥形180120109.51051073+14+03+02+02+0sp2杂化一定为平面三角形吗？1.下列分子的空间结构可用下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是（杂化轨道来解释的是（）BF3CH2=CH2CHCHNH3CH4A.B.C.D.A A2.下列说法中正确的下列说法中正确的是是()A.PCl3分子呈三角锥形，是分子呈三角锥形，是P原子采取原子采取sp2杂化的结果杂

16、化的结果B.sp3杂化轨道是由任意的杂化轨道是由任意的1个个s轨道和轨道和3个个p轨道混合形成的四轨道混合形成的四个个sp3杂化轨道杂化轨道C.凡中心原子采取凡中心原子采取sp3杂化的分子，其杂化的分子，其VSEPR模型都是四面体模型都是四面体D.AB3型的分子立体构型必为平面三角形型的分子立体构型必为平面三角形CC3.(1)2021年全国甲卷年全国甲卷SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为采取的杂化类型为 。sp3 (2)2021年全国乙卷年全国乙卷PH3中中P采取的杂化类型为采取的杂化类型为 。sp3 (3)在硅酸盐中，在硅酸盐中，SiO42-四

17、面体四面体(如图如图a)通过共用顶角氧离子通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图b为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形原子的杂化形式为式为_。sp34.(1)【2021年山东省等级考】年山东省等级考】Xe 是第五周期的稀有气体元素，与是第五周期的稀有气体元素，与 F 形成的形成的 XeF2室温下易升华。室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为中心原子的价层电子对数为 ，下列对，下列对 XeF2中心原子杂化方式推断合理的是中心原子杂化方式推断合理的是_（填标号

18、）。（填标号）。A.sp B.sp2 C.sp3 D.sp3d5D(2)【2022年全国甲卷】年全国甲卷】CF2=CF2和和ETFE(CH2=CH2与与CF2=CF2)的共聚物的共聚物)分分子中子中C的杂化轨道类型分别为的杂化轨道类型分别为_和和_sp3sp25.下列关于杂化轨道的叙述中,错误的是()A.分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时,该分子不一定为正四面体结构B.中心原子能量相近的价电子轨道杂化,形成新的价电子轨道,能量相同C.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变D.杂化轨道可能形成键6.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

19、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DC7.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sp3sp3、sp2sp8.在乙烯在乙烯(CH2CH2)分子中有分子中有5个个键、一个键、一个键，它们分别是（键，它们分别是（）Asp2杂化轨道形成杂化轨道形成键、未杂化的键、未杂化的2p轨道形成轨道形成键键Bsp2杂化轨道形成杂化轨道形成键、未杂化的键、未杂化的2p轨道形成轨道形成键键CCH之间是之间是sp2形成

20、的形成的键，键，CC之间是未参加杂化的之间是未参加杂化的2p轨道形成的轨道形成的键键DCC之间是之间是sp2形成的形成的键，键，CH之间是未参加杂化的之间是未参加杂化的2p轨道形成的轨道形成的键键A正误判断正误判断(1)发发生生轨轨道道杂杂化化的的原原子子一一定定是是中中心心原原子子，原原子子轨轨道道的的杂杂化化只只有有在在形形成成分分子子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的()(2)凡凡中心原子采取中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子空间结构都是正四面体形杂化轨道成键的分子空间结构都是正四面体形()(3)杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致()(4)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键()(5)杂化轨道只用于形成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。未参与杂化键或用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的的p轨道可用于形成轨道可用于形成键键()(6)凡凡AB3型的共价化合物型的共价化合物,其中心原子其中心原子A均采用均采用sp2杂化轨道成键杂化轨道成键。()