【高中化學(xué)】雜化軌道理論 2022-2023學(xué)年高二化學(xué)同步課件（人教版2019選擇性必修2）

人教版2019高中化學(xué)選擇性必修2第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)第3課時(shí)

雜化軌道理論【課程目標(biāo)】1.了解雜化軌道理論的基本內(nèi)容。2.在理解雜化軌道理論的基礎(chǔ)上，對(duì)分子的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋和預(yù)測(cè)。寫(xiě)出碳原子的核外電子排布圖【思考交流】C1s22s22p2H1s1H1s1H1s1H1s1原子軌道重疊成鍵CH4不可能得到正四面體形思考為什么碳原子與氫原子結(jié)合形成CH4，而不是CH2？1s22s22p2CC原子的4個(gè)價(jià)層原子軌道是1個(gè)球形的2s軌道和3個(gè)相互垂直的2p軌道，用他們跟4個(gè)氫原子的1s軌道重疊，不可能得到正四面體形。如何解決這一矛盾？鮑林提出了雜化軌道理論怎么重疊呢？109°28′四、雜化軌道理論簡(jiǎn)介P47鮑林為解釋分子的立體構(gòu)型提出雜化軌道理論

當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，碳原子的2s軌道和3個(gè)2p軌道會(huì)發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，卻得到四個(gè)新的能量相同，方向不同的軌道。鮑林認(rèn)為：→sp3雜化軌道sp3雜化過(guò)程（p48）xyzxyzzxyzxyz109°28′sp3雜化：1個(gè)s軌道與3個(gè)p軌道進(jìn)行的雜化，形成4個(gè)sp3雜化軌道。每個(gè)sp3軌道形狀為一頭大，一頭小，含有1/4s軌道和3/4p軌道的成分基態(tài)激發(fā)態(tài)4個(gè)sp3雜化軌道電子躍遷雜化C4個(gè)能量相同、方向不同的sp3雜化軌道【釋疑解惑】甲烷分子中碳原子的4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)氫原子的1s軌道重疊，形成4個(gè)C-Hσ鍵，呈正四面體形。四、雜化軌道理論簡(jiǎn)介P471.sp3雜化①

由1個(gè)ns軌道與3個(gè)np軌道雜化形成⑦

CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等粒子，鍵長(zhǎng)不同，為四面體形⑥AB4型離子基本是正四面體形⑤CH4、CCl4、CF4、SiCl4、NH4+、SO42-等粒子，四個(gè)鍵長(zhǎng)相同，真實(shí)構(gòu)型與VSEPR理想模型重合，為正四面體形。④每個(gè)sp3軌道形狀為一頭大，一頭小，含有1/4s軌道和3/4p軌道的成分③軌道中心軸之間的夾角為109°28′，呈正四面體形

②每個(gè)sp3軌道含有4條相同的軌道，它們的能量相同、方向不同常見(jiàn)雜化類(lèi)型還有：sp、sp2P48sp2雜化過(guò)程（p48）xyzxyzzxyzxyz→每個(gè)sp2雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小120°sp2雜化：1個(gè)s軌道與2個(gè)p軌道進(jìn)行的雜化，形成3個(gè)sp2雜化軌道?！?/3s

軌道和2/3p

軌道的成分→sp2雜化后，未參與雜化的1個(gè)np軌道可以用于形成π鍵B原子基態(tài)電子排布軌道表示式2s2p電子躍遷sp2雜化——BF3分子的形成

sp2雜化軌道2.sp2雜化與F成鍵FFFB未參與雜化的p軌道上的電子可用于形成π鍵——CH2=CH2分子中碳原子的雜化

sp2雜化軌道2.sp2雜化2s22p2Csp2雜化電子躍遷——CH2=CH2分子中碳原子的雜化

sp2雜化軌道2.sp2雜化乙烯分子結(jié)構(gòu)示意圖π鍵乙烯分子中碳原子的sp2雜化乙烯分子中的σ鍵乙烯分子中的π鍵σ鍵σ鍵σ鍵σ鍵σ鍵乙烯分子中σ鍵和π鍵的形成過(guò)程四、雜化軌道理論簡(jiǎn)介P472.sp2雜化①

由1個(gè)ns軌道與2個(gè)np軌道雜化形成⑤sp2雜化后，未參與雜化的1個(gè)np軌道上若有未成對(duì)電子，則可以用于形成π鍵，如乙烯分子碳碳雙鍵的形成。④每個(gè)sp2軌道形狀為一頭大，一頭小，含有1/3s軌道和2/3p軌道的成分③軌道中心軸之間的夾角為120°，呈平面三角形。例如：BF3

②每個(gè)sp2軌道含有3條相同的軌道，它們的能量相同、方向不同180°→sp雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有1/2s軌道和1/2p軌道的成分xyzxyzzxyzxyz180°四、雜化軌道理論簡(jiǎn)介P473.sp雜化sp雜化過(guò)程（p48）sp

雜化：1個(gè)s軌道與1個(gè)p軌道進(jìn)行的雜化,形成2個(gè)sp雜化軌道。180°→sp雜化后，未參與雜化的兩個(gè)np軌道可以用于形成π鍵Be原子基態(tài)電子排布軌道表示式2s2p電子躍遷sp雜化——BeCl2分子的形成

sp雜化軌道3.sp雜化與Cl成鍵ClClsppxpx180°ClClBeσ鍵σ鍵未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵——CH≡CH分子中碳原子的雜化

sp雜化軌道3.sp雜化2s22p2Csp雜化電子躍遷

sp雜化軌道3.sp雜化乙炔分子結(jié)構(gòu)示意圖π鍵乙炔分子中的σ鍵乙炔分子中的π鍵σ鍵σ鍵σ鍵——CH≡CH分子中碳原子的雜化π鍵乙炔空間填充模型乙炔分子中σ鍵和π鍵的形成過(guò)程四、雜化軌道理論簡(jiǎn)介P473.sp雜化①

由1個(gè)ns軌道與1個(gè)np軌道雜化形成⑤sp雜化后，未參與雜化的2個(gè)np軌道上若有未成對(duì)電子，則可以用于形成π鍵，如乙炔分子-C≡C-鍵的形成。④每個(gè)sp2軌道形狀為一頭大，一頭小，含有1/2s軌道和1/2p軌道的成分③軌道中心軸之間的夾角為180°，呈直線形。例如：BeCl2、CH≡CH

②每個(gè)sp軌道含有2條相同的軌道，它們的能量相同、方向相反180°雜化類(lèi)型sp3sp2參與雜化軌道1個(gè)s,3個(gè)p1個(gè)s,2個(gè)p雜化軌道數(shù)4個(gè)sp33個(gè)sp2雜化軌道間夾角109°28′120°空間結(jié)構(gòu)正四面體平面三角形實(shí)例CH4、CCl4

CH2=CH2、BF3小結(jié)雜化軌道類(lèi)型sp1個(gè)s,1個(gè)p2個(gè)sp180°直線形CH≡CH、BeCl2思考：任意不同的原子軌道都可以雜化嗎？①原子軌道只有在形成化學(xué)鍵時(shí)才能雜化.②只有能量相近的軌道才能雜化(如2s、2p)。孤立的原子軌道不會(huì)發(fā)生雜化；不是雜化的條件：軌道的雜化雜化軌道在外界條件影響下，中心原子能量相近的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新的軌道的過(guò)程。原子軌道混雜后形成的一組新軌道，叫做雜化軌道。①雜化軌道數(shù)等于參與雜化的原子軌道數(shù)②雜化改變了原子軌道的形狀和方向③雜化使原子的成鍵能力增強(qiáng)④雜化軌道只用于形成分子的σ鍵或容納孤電子對(duì)【雜化軌道理論】四、雜化軌道理論簡(jiǎn)介(即軌道數(shù)目不變)雜化軌道理論要點(diǎn)→中心原子外界條件能量相近的軌道(如2s、2p)→雜化只發(fā)生在多原子分子(原子數(shù)>2)的過(guò)程中，

單獨(dú)原子無(wú)法發(fā)生雜化(雙原子分子也沒(méi)有雜化過(guò)程)→雜化前后的變與不變

不變：原子軌道的數(shù)目變：軌道的成分、能量(趨向平均化)、形狀、方向→軌道成鍵時(shí)要滿足化學(xué)鍵間最小排斥原理，使軌道在空間取得最大夾角分布→雜化軌道用來(lái)形成σ鍵或用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)剩余未雜化的p軌道可以形成π鍵?。。∷伎迹河^察并總結(jié)如何判斷中心原子的雜化軌道類(lèi)型？?jī)r(jià)層電子對(duì)數(shù)432雜化軌道數(shù)＝價(jià)層電子對(duì)數(shù)四、雜化軌道理論簡(jiǎn)介4.雜化軌道類(lèi)型與VSEPR模型的關(guān)系。雜化軌道數(shù)＝價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝中心原子σ鍵電子對(duì)數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)中心原子的雜化軌道類(lèi)型VSEPR理想模型理想鍵角234sp直線形180°sp2平面(正)三角形120°sp3(正)四面體形109°28′→雙鍵(多含一對(duì)π電子對(duì))排斥力略大于單鍵甲醛(HCHO)116.4°121.8°乙烯CH2=CH2平面三角形平面形四、雜化軌道理論簡(jiǎn)介4.雜化軌道類(lèi)型與VSEPR模型的關(guān)系。雜化軌道數(shù)＝價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝中心原子σ鍵電子對(duì)數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)中心原子的雜化軌道類(lèi)型VSEPR理想模型理想鍵角234sp直線形180°sp2平面(正)三角形120°sp3(正)四面體形109°28′→雙鍵(多含一對(duì)π電子對(duì))排斥力略大于單鍵→孤電子對(duì)的排斥能力比成鍵電子對(duì)排斥能力強(qiáng)，因此含有孤電子對(duì)的鍵角小于理想鍵角?！码娮訉?duì)數(shù)越多，鍵角越小。排斥力順序：孤—孤>孤—鍵>鍵—鍵

在學(xué)習(xí)價(jià)層電子對(duì)互斥模型時(shí)，知道NH3和H2O的VSEPR模型跟CH4一樣也是四面體形，因此它們的中心原子也是采取了sp3雜化。109°28′107°105°NH3H2OCH4討論：如何用雜化軌道理論解釋氨分子和水分子的空間結(jié)構(gòu)呢？注：雜化軌道只用于形成σ鍵或用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。氮原子的3個(gè)sp3雜化軌道與3個(gè)氫原子的1s原子軌道重疊形成3個(gè)N-Hσ鍵，其中1個(gè)sp3雜化軌道中占有孤電子對(duì)。思考與討論1:2s2psp3不等性雜化sp3→孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥能力較強(qiáng)，故鍵角小于109°28′，為107°NH3空間結(jié)構(gòu)：三角錐形鍵角：107o7N1s22s22p3107°O原子的2個(gè)sp3雜化軌道與2個(gè)氫原子的1s原子軌道重疊形成2個(gè)O-Hσ鍵，其中有2個(gè)sp3雜化軌道中占有孤電子對(duì)。思考與討論2:H2O空間結(jié)構(gòu)：V形鍵角為：105o8O1s22s22p42s2psp3不等性雜化sp3105°109°28′VSEPR模型——預(yù)測(cè)分子的空間結(jié)構(gòu)雜化軌道理論——解釋分子的空間結(jié)構(gòu)【歸納小結(jié)】VSEPR模型預(yù)測(cè)空間結(jié)構(gòu)計(jì)算價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ鍵電子對(duì)數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)確定中心原子的雜化軌道類(lèi)型→雜化理論和VSEPR模型預(yù)測(cè)粒子空間結(jié)構(gòu)結(jié)果基本一致利用VSEPR模型和雜化軌道理論推測(cè)粒子結(jié)構(gòu)孤電子對(duì)數(shù)化學(xué)式價(jià)層電子對(duì)數(shù)σ鍵電子對(duì)數(shù)VSEPR模型中心原子雜化類(lèi)型粒子的真實(shí)空間結(jié)構(gòu)SO2H2SSO3NCl3HCNHClO224四面體形sp3雜化V形123平面三角形sp2雜化V形033平面正三角形sp2雜化平面正三角形134四面體形sp3雜化三角錐形022直線形sp雜化直線形224四面體形sp3雜化V形利用VSEPR模型和雜化軌道理論推測(cè)粒子結(jié)構(gòu)孤電子對(duì)數(shù)化學(xué)式價(jià)層電子對(duì)數(shù)σ鍵電子對(duì)數(shù)VSEPR模型中心原子雜化類(lèi)型粒子的真實(shí)空間結(jié)構(gòu)SO42-NO3-PO43-ClO3-H3O+044四面體形sp3雜化正四面體形033平面正三角形sp2雜化平面正三角形134四面體形sp3雜化三角錐形033CO32-平面正三角形sp2雜化平面正三角形134四面體形sp3雜化三角錐形044四面體形sp3雜化正四面體形利用VSEPR模型和雜化軌道理論推測(cè)粒子結(jié)構(gòu)孤電子對(duì)數(shù)化學(xué)式價(jià)層電子對(duì)數(shù)σ鍵電子對(duì)數(shù)VSEPR模型中心原子雜化類(lèi)型粒子的真實(shí)空間結(jié)構(gòu)CH4HCHOCH2=CH2CH≡CHC6H6(苯)CH3COOH033平面三角形sp2雜化平面三角形044正四面體形sp3雜化正四面體形?關(guān)于乙烯、乙炔中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)和雜化軌道類(lèi)型①乙烯CH2=CH2→取其中一個(gè)C作為中心原子，σ鍵電子對(duì)數(shù)為3；→孤電子對(duì)數(shù)為：×(4-1×2-2×1)＝021已經(jīng)與兩個(gè)H原子成鍵，則其與另一C原子結(jié)合所能接受的電子數(shù)最多為2→中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+0=3→確定空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，中心原子為sp2雜化乙烯分子空間結(jié)構(gòu)為平面形關(guān)于乙烯、乙炔中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)和雜化軌道類(lèi)型②乙炔CH≡CH→取其中一個(gè)C作為中心原子，σ鍵電子對(duì)數(shù)為2；→孤電子對(duì)數(shù)為：×(4-1×1-3×1)＝021已經(jīng)與1個(gè)H原子成鍵，則其與另一C原子結(jié)合所能接受的電子數(shù)最多為3→中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2+0=2→確定空間結(jié)構(gòu)為直線形，中心原子為sp雜化乙炔分子空間結(jié)構(gòu)為直線形利用VSEPR模型和雜化軌道理論推測(cè)粒子結(jié)構(gòu)孤電子對(duì)數(shù)化學(xué)式價(jià)層電子對(duì)數(shù)σ鍵電子對(duì)數(shù)VSEPR模型中心原子雜化類(lèi)型粒子的真實(shí)空間結(jié)構(gòu)CH4HCHOCH2=CH2CH≡CHC6H6(苯)CH3COOH033平面三角形sp2雜化平面三角形044正四面體形sp3雜化正四面體形sp2雜化平面形sp雜化直線形sp2雜化平面正六邊形sp3雜化sp2雜化033平面三角形022直線形完成課本p51第9題原子總數(shù)粒子中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)中心原子雜化軌道類(lèi)型空間構(gòu)型3CO2SO2H2OHCN4BF3NH3H3O+CH2O5CH4SO42-0sp直線形1sp2V形2sp3V形0sp直線形0sp2平面三角形1sp3三角錐形1sp3三角錐形0sp2平面三角形0sp3正四面體形0sp3正四面體形價(jià)電子對(duì)數(shù)VSEPR模型VSEPR模型名稱(chēng)雜化軌道數(shù)中心原子的雜化軌道類(lèi)型分子的空間構(gòu)型實(shí)例

直線形平面三角形四面體形平面三角形四面體形四面體形spsp2sp3sp2sp3VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類(lèi)型的關(guān)系sp3直線形V形V形平面三角形三角錐形四面體形234344234344【歸納小結(jié)】H2OSO3BeCl2、CO2SO2NH3CH4、CCl4=1+3=1+2=0+3=2+2=0+4思考與討論:NO2+NO2NO2—NO3—孤電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型中心原子雜化類(lèi)型粒子的真實(shí)空間結(jié)構(gòu)鍵角大小0.5+2=2.5sp2雜化(5－2×2)÷2=0.51個(gè)單電子，看做1對(duì)孤電子(4－2×2)÷2=0(6－2×2)÷2=1(6－3×2)÷2=0→取30+2=21+2=30+3=3平面三角形sp2雜化V形直線形sp雜化平面三角形sp2雜化平面三角形?V形直線形平面正三角形斥力小斥力大<120°>120°NO2+NO3—NO2NO2—>>>大π鍵C6H6

苯分子中碳原子sp2雜化平面正六邊形了解苯分子中的大π鍵π66個(gè)p軌道6個(gè)電子6拓展：大π鍵（共軛大π鍵，離域π鍵）含義：分子中數(shù)個(gè)鄰近原子上都有相互平行的p軌道，

“肩并肩”重疊而形成離域的化學(xué)鍵。

a表示平行p軌道的數(shù)目b表示在平行p軌道里的電子數(shù)。很多有機(jī)物分子中存在大π鍵當(dāng)堂訓(xùn)練1.在SO2分子中，分子的空間結(jié)構(gòu)為V形，S原子采用sp2雜化，

那么SO2的鍵角A.等于120°B.大于120°C.小于120° D.等于180°C當(dāng)堂訓(xùn)練2.下列說(shuō)法正確的是A.CH2Cl2分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形B.H2O分子中氧原子的雜化軌道類(lèi)型為sp2，分子的空間結(jié)構(gòu)為V形C.CO2分子中碳原子的雜化軌道類(lèi)型為sp，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形D.的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形C當(dāng)堂訓(xùn)練3.BF3是典型的平面三角形分子,它溶于氫氟酸或NaF溶液中都形成BF4-,則BF3和BF4-中B的原子的雜化軌道類(lèi)型分別是 (

)

A.sp2、sp2

B.sp3、sp3C.sp2、sp3 D.sp、sp2C

【解析】BF3中硼原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3,所以為sp2雜化,

BF4-

中硼原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,所以為sp3雜化。當(dāng)堂訓(xùn)練4.下列分子或離子中鍵角由大到小排列正確的是①BCl3

②NH3

③H2O

④PCl4+

⑤BeCl2A.⑤④①②③ B.④①②⑤③C.⑤①④②③ D.③②④①⑤C當(dāng)堂訓(xùn)練5.下列說(shuō)法正確的是①CS2為V形分子

②ClO3-的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形③SF6中有6個(gè)完全相同的成鍵電子對(duì)

④SiF4和SO32-的中心原子均采取sp3雜化A.①②B.②③C.③④D.①④CSF6采取sp3d2雜化，形成正八面體當(dāng)堂訓(xùn)練6.下列有關(guān)鍵角與分子空間結(jié)構(gòu)的說(shuō)法不正確的是(

)A.鍵角為180°的分子,空間結(jié)構(gòu)是直線形B.鍵角為120°的分子,空間結(jié)構(gòu)是平面三角形C.鍵角為60°的分子,空間結(jié)構(gòu)可能是正四面體形D.鍵角為90°~109°28'之間的分子,空間結(jié)構(gòu)可能是V形B

當(dāng)堂訓(xùn)練7.下列分子中的中心原子的雜化方式為sp雜化，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形且分子中沒(méi)有形成π鍵的是A.CH≡CH B.CO2C.BeCl2

D.BF3C當(dāng)堂訓(xùn)練8.下列說(shuō)法中正確的是A.PCl3分子是三角錐形，這是因?yàn)榱自邮莝p2雜化的結(jié)果B.sp3雜化軌道是由任意的1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道混合形成的4個(gè)sp3雜化軌道C.中心原子采取sp3雜化的分子，其空間結(jié)構(gòu)可能是四面體形或三角錐形

或V形D.AB3型的分子空間結(jié)構(gòu)必為平面三角形C9．下列分子中，各分子或離子的空間結(jié)構(gòu)、中心原子的雜化方式以及孤電子對(duì)數(shù)均正確的是(

)當(dāng)堂訓(xùn)練選項(xiàng)分子或離子空間結(jié)構(gòu)雜化方式孤電子對(duì)數(shù)ANH3平面三角形sp3雜化N含有一對(duì)孤電子對(duì)BCCl4正四面體sp3雜化C不含有孤電子對(duì)CH2OV形sp2雜化O含有兩對(duì)孤電子對(duì)DCO32-三角錐形sp3雜化C含有一對(duì)孤電子對(duì)B

當(dāng)堂訓(xùn)練10.如圖在乙烯分子中有5個(gè)σ鍵、一個(gè)π鍵，它們分別是A.sp2雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2p軌道形成π鍵B.sp2雜化軌道形成π鍵、未雜化的2p軌道形成σ鍵C.C—H之間是sp2形成的σ鍵，C—C之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵D.C—C之間是sp2形成的σ鍵，C—H之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵A當(dāng)堂訓(xùn)練11.下列分子的空間結(jié)構(gòu)可用sp2雜化軌道來(lái)解釋的是①BF3

②CH2==CH2

③④CH≡CH

⑤NH3

⑥CH4A.①②③ B.①⑤⑥C.②③④ D.③⑤⑥√√√A提醒有機(jī)物分子中碳原子雜化類(lèi)型的判斷方法：飽和碳原子均采取sp3雜化；連接雙鍵的碳原子均采取sp2雜化；連接三鍵的碳原子均采取sp雜化。12．2019年8月科學(xué)家在Science雜志首次報(bào)道了18個(gè)原子純碳環(huán)分子(如圖所示)。下列說(shuō)法不正確的是(

)當(dāng)堂訓(xùn)練A．該分子屬于有機(jī)物B．該分子可能要比苯更加活潑C．該分子所有的碳的雜化方式都是spD．該分子具有半導(dǎo)體的功能，可以使類(lèi)似的直碳鏈成為分子級(jí)電子元件A歸納總結(jié)判斷中心原子雜化軌道類(lèi)型的三種方法(1)根據(jù)雜化軌道數(shù)目判斷雜化軌道數(shù)目＝價(jià)層電子對(duì)數(shù)目＝σ鍵電子對(duì)數(shù)目＋中心原子的孤電子對(duì)數(shù)目，再由雜化軌道數(shù)目確定雜化類(lèi)型。雜化軌道數(shù)目234雜化類(lèi)型spsp2sp3(2)根據(jù)雜化軌道的空間分布判斷①若雜化軌道在空間的分布為正四面體或三角錐形，則中心原子發(fā)生sp3雜化。②若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形，則中心原子發(fā)生sp2雜化。③若雜化軌道在空間的分布呈直線形，則中心原子發(fā)生sp雜化。(3)根據(jù)雜化軌道之間的夾角判斷①若雜化軌道之間的夾角為109°28′，則中心原子發(fā)生sp3