【化學(xué)】雜化軌道理論簡(jiǎn)介-2023-2024學(xué)年高二化學(xué)同步教學(xué)課件（人教版2019選擇性必修2）

年級(jí)：高二學(xué)科：化學(xué)（人教版）課時(shí)2.2

分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)科第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)

2.2.3雜化軌道理論簡(jiǎn)介1.知道雜化軌道理論的基本內(nèi)容.2.能根據(jù)雜化軌道理論確定簡(jiǎn)單分子的空間結(jié)構(gòu).1.通過(guò)認(rèn)識(shí)分子結(jié)構(gòu)以及雜化軌道理論,分析雜化類(lèi)型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系,培養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng)。2.結(jié)合實(shí)例了解共價(jià)分子具有特定的空間結(jié)構(gòu),并可運(yùn)用雜化軌道理論進(jìn)行解釋,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

寫(xiě)出碳原子的核外電子排布圖，思考為什么碳原子與氫原子結(jié)合形成CH4，而不是CH2？按照我們已經(jīng)學(xué)過(guò)的價(jià)鍵理論，甲烷的4個(gè)C—H單鍵都應(yīng)該是σ鍵，然而，碳原子的4個(gè)價(jià)層原子軌道是3個(gè)相互垂直的2p軌道和1個(gè)球形的2s軌道，用它們跟4個(gè)氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到正四面體構(gòu)型的甲烷分子如何解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論【主干知識(shí)梳理】一、雜化軌道理論簡(jiǎn)介

1、雜化軌道理論的提出用雜化軌道理論解釋甲烷分子的形成CH4分子呈正四面體形，4個(gè)C—H的鍵長(zhǎng)相同，H—C—H的鍵角為109°28′。碳原子的價(jià)電子排布圖為，根據(jù)共價(jià)鍵的飽和性，碳原子只有2個(gè)未成對(duì)電子，只能形成2個(gè)共價(jià)鍵，而實(shí)際上碳原子都是形成了4個(gè)共價(jià)鍵，只能是2s2上面的1個(gè)電子激發(fā)到2p2上面，形成了，此時(shí)有4個(gè)未成對(duì)電子，滿(mǎn)足形成4個(gè)共價(jià)鍵，然而，碳原子的4個(gè)價(jià)層原子軌道是3個(gè)相互垂直的2p軌道和1個(gè)球形的2s軌道，用它們跟4個(gè)氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到正四面體形的甲烷分子。為解決這一問(wèn)題，鮑林提出了雜化軌道理論：當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成CH4分子時(shí)，碳原子的2s軌道和3個(gè)2p軌道發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，卻得到4個(gè)新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正四面體的4個(gè)頂角，夾角為109°28′，稱(chēng)為sp3雜化軌道，表示這4個(gè)軌道由1s軌道和3個(gè)p軌道雜化形成的。當(dāng)碳原子跟4個(gè)氫原子結(jié)合時(shí)，碳原子以4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)H原子的1s軌道重疊形成4個(gè)C—Hσ鍵，所以4個(gè)C—H鍵是等同的。C1s22s22p2H1s1H1s1H1s1H1s1原子軌道重疊CH4不可能得到正四面體形雜化軌道理論用雜化軌道理論解釋甲烷分子的形成sp3CH4分子（sp3雜化）2、雜化軌道理論——雜化軌道理論是一種價(jià)鍵理論，是鮑林為了解釋分子的立體構(gòu)型提出的(1)軌道的雜化：在形成多原子分子時(shí)，中心原子價(jià)電子層上的某些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，叫做軌道的雜化(2)雜化軌道：原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡(jiǎn)稱(chēng)雜化軌道3、雜化軌道理論的要點(diǎn)(1)能量相近：原子在成鍵時(shí)，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道如：2s軌道與3p軌道不能形成sp3雜化軌道，因?yàn)?s與3p不在同一能級(jí)，能量相差較大(2)數(shù)目不變：雜化前后原子軌道數(shù)目不變(參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目)，且雜化軌道的能量相同(3)成鍵能力增強(qiáng)：雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。雜化軌道在角度分布上比單純的s或p軌道在某一方向上更集中，例如s軌道與p軌道雜化后形成的雜化軌道一頭大一頭小，如圖

，成鍵時(shí)根據(jù)最大重疊原理，使它的大頭與其他原子軌道重疊，重疊程度更大，形成的共價(jià)鍵更牢固(4)排斥力最?。弘s化軌道為使相互間的排斥力最小，故在空間取最大夾角分布，同一組雜化軌道的伸展方向不同，但形狀完全相同【微點(diǎn)撥】①雙原子分子中，不存在雜化過(guò)程

②雜化軌道只用于形成σ鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對(duì)③未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵

④雜化軌道呈“對(duì)稱(chēng)”分布，確保相互間斥力最小【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】雜化理論軌道簡(jiǎn)介原子軌道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。原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，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雜化軌道用于構(gòu)建分子的σ軌道和孤電子對(duì)軌道1.概念：2.要點(diǎn)：對(duì)雜化過(guò)程的理解

xyzxyzzxyzxyz109°28′由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道混雜并重新組合成4個(gè)能量與形狀完全相同的軌道。我們把這種軌道稱(chēng)之為sp3雜化軌道。

價(jià)層電子對(duì)互斥模型H2O和NH3的VSEPR模型與CH4一樣，四面體形H2O和NH3的中心原子采取sp3的雜化2個(gè)雜化軌道被σ電子對(duì)占據(jù)2個(gè)雜化軌道被孤電子對(duì)占據(jù)3個(gè)雜化軌道被σ電子對(duì)占據(jù)1個(gè)雜化軌道被孤電子對(duì)占據(jù)雜化軌道用于構(gòu)建分子的σ軌道和孤電子對(duì)軌道xyzxyzzxyzxyz120°spppsp2

一個(gè)s軌道與兩個(gè)p軌道雜化，得三個(gè)sp2雜化軌道，三個(gè)雜化軌道在空間分布是在同一平面上，互成120o,呈平面三角形.SO2、BF3120°FFFBB：1s22s22p1沒(méi)有3個(gè)單電子sp2sp2雜化例如：Sp2

雜化—BF3分子的形成C2s2基態(tài)原子：H1s1激發(fā)態(tài)原子：C2p32s1雜化后：HHHH2p2CH2=CH2xyzxyzzxyzxyz180°spppsp

一個(gè)s軌道與一個(gè)p軌道雜化后，得兩個(gè)sp雜化軌道，雜化軌道之間的夾角為180度。CO2

BeCl2180°ClClBeBeCl2分子的形成Be原子：1s22s2

沒(méi)有單個(gè)電子，spsp雜化ClClsppxpxC2p22s2基態(tài)原子：H1s1激發(fā)態(tài)原子：C2p32s1雜化后：CHCH未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵點(diǎn)撥：sp、sp2兩種雜化形式中還有未參與雜化的p軌道，可用于形成π鍵，而雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。2、判斷中心原子雜化軌道類(lèi)型的方法雜化軌道只能用于形成σ鍵或者用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)，而兩個(gè)原子之間只能形成一個(gè)σ鍵，故有下列關(guān)系：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(1)根據(jù)中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)(雜化軌道數(shù)目)判斷：雜化軌道數(shù)=價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ鍵電子對(duì)數(shù)＋孤電子對(duì)數(shù)

A的價(jià)電子對(duì)數(shù)234A的雜化軌道數(shù)雜化類(lèi)型A的價(jià)電子空間構(gòu)型（VSEPR模型）A的雜化軌道空間構(gòu)型ABm型分子或離子空間構(gòu)型234spsp2sp3直線型平面三角形正四面體直線型平面三角形正四面體直線型平面三角形或V形正四面體三角錐形或V形雜化軌道數(shù)=中心原子孤對(duì)電子對(duì)數(shù)＋中心原子結(jié)合的原子數(shù)雜化軌道理論解釋微粒的立體構(gòu)型=中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)代表物雜化軌道數(shù)雜化軌道類(lèi)型VSEPR模型名稱(chēng)分子的立體構(gòu)型CO2CH2OCH4SO2NH3H2O0+2=2sp直線形0+3=3sp2平面三角形0+4=4sp3正四面體形1+2=3sp2V形1+3=4sp3三角錐形2+2=4sp3V形直線形平面三角形正四面體形平面三角形四面體形四面體形(3)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(4)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雜化②若雜化軌道之間的夾角為120°，則中心原子發(fā)生sp2雜化③若雜化軌道之間的夾角為180°，則中心原子發(fā)生sp雜化(5)根據(jù)分子或離子中有無(wú)π鍵及π鍵數(shù)目判斷沒(méi)有π鍵為sp3雜化，含一個(gè)π鍵為sp2雜化，含兩個(gè)π鍵為sp雜化(6)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【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】三、雜化軌道的立體構(gòu)型與微粒的立體構(gòu)型VSEPR模型和雜化軌道的立體構(gòu)型是一致的，略去VSEPR模型中的孤電子對(duì)，就是分子(或離子)的立體構(gòu)價(jià)層電子對(duì)數(shù)雜化軌道數(shù)雜化類(lèi)型雜化軌道立體構(gòu)型VSEPR模型孤電子對(duì)數(shù)分子構(gòu)型實(shí)例22sp直線形直線形0直線形CO233sp2平面三角形平面三角形0平面三角形SO3平面三角形平面三角形1V形SO244sp3正四面體形正四面體形0正四面體形CH4正四面體形四面體形1三角錐形NH3正四面體形四面體形2V形H2O【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3】【課后作業(yè)】本節(jié)小結(jié)價(jià)電子對(duì)數(shù)中心原子的雜化軌道類(lèi)型VSEPR模型名稱(chēng)孤電子對(duì)數(shù)分子的空間構(gòu)型實(shí)例2sp直線形0直線形BeCl2、CO23sp2平面三角形

0V形SO23sp21平面三角形SO34sp3正四面體形

0V形H2O4sp31三角錐形NH34sp32正四面體形CH4、CCl4VSEPR模型價(jià)層電子對(duì)數(shù)

對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)立體空間結(jié)構(gòu)解釋決定物質(zhì)的性質(zhì)=

?（a-xb)+σ鍵電子對(duì)①價(jià)電子對(duì)之間的夾角越小,排斥力越小。(

)②NH3分子的VSEPR模型與分子空間結(jié)構(gòu)不一致。(

)③五原子分子的空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形。(

)④雜化軌道與參與雜化的原子軌道的數(shù)目相同,但能量不同。(

)⑤凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子,其空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形。(

)⑥凡AB3型的共價(jià)化合物,其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵。(

)1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)√√××××2．根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型及原子雜化軌道理論判斷NF3分子的空間結(jié)構(gòu)和中心原子的雜化方式為(

)A.直線形sp雜化B.平面三角形sp2雜化C.三角錐形sp2雜化D.三角錐形sp3雜化解析:判斷分子的雜化方式要根據(jù)中心原子的孤電子對(duì)數(shù)以及與中心原子相連的原子個(gè)數(shù)。在NF3分子中N原子的孤電子對(duì)數(shù)為1,與其相連的原子數(shù)為3,根據(jù)原子雜化軌道理論可推知中心原子的雜化方式為sp3雜化,NF3分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形,類(lèi)似于NH3。D3.在BrCH=CHBr分子中,C—Br鍵采用的成鍵軌道是(

)A.sp-p B.sp2-sC.sp2-p D.sp3-p解析:分子中的兩個(gè)碳原子都是采取sp2雜化,溴原子的價(jià)電子排布式為4s24p5,4p軌道上的一個(gè)未成對(duì)電子與碳原子的一個(gè)sp2雜化軌道成鍵。C4.指出下列原子的雜化軌道類(lèi)型、分子的結(jié)構(gòu)式及空間結(jié)構(gòu)。(1)CS2分子中的C為

雜化,分子的結(jié)構(gòu)式為

,空間結(jié)構(gòu)為

;

(2)CH2O中的C為

雜化,分子的結(jié)構(gòu)式為

,空間結(jié)構(gòu)為

;

(3)CCl4分子中的C為

雜化,分