2.2.2雜化軌道理論簡介課件高二下學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修2

學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.認(rèn)識(shí)雜化軌道理論的要點(diǎn)2.進(jìn)一步了解有機(jī)化合物中碳的成鍵特征3.根據(jù)雜化軌道理論判斷簡單分子或離子的構(gòu)型第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間構(gòu)型第2課時(shí)雜化軌道理論簡介問題與思考甲烷分子呈正四面體形，4個(gè)C—H的鍵長相同，H—C—H的鍵角為109°28′。按照價(jià)健理論，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)H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。

為此，鮑林提出了雜化軌道理論，雜化軌道理論是一種價(jià)健理論模型。思考：為什么碳原子與氫原子結(jié)合形成CH4，而不是CH2？觀察與思考觀察如下可視化視頻，思考sp3雜化軌道是怎么形成的？2p↑↓↑↑C↑↑↑↑Csp3↑↑↑↑Cs、px、py、pz雜化激發(fā)2s2s2p解決方法：碳原子的一個(gè)2s電子受外界影響躍遷到2p的空軌道上，使碳原子價(jià)層有四個(gè)單電子，因此碳原子與氫原子結(jié)合生成CH4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。我們把這種軌道稱之為sp3雜化軌道。為了四個(gè)雜化軌道在空間盡可能遠(yuǎn)離，使軌道間的排斥最小，4個(gè)雜化軌道的伸展方向成什么立體構(gòu)型?4個(gè)軌道斥力最小sp3雜化軌道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。1、概念：原子在成鍵過程中，由于原子間的相互影響，同一原子（中心原子）中幾個(gè)能量相近的不同類型的原子軌道可以重新組合，組成數(shù)目相等的新原子軌道，這種軌道重新組合的方式稱為雜化，雜化后形成的新軌道稱為雜化軌道。一、雜化軌道理論：2、雜化軌道理論要點(diǎn)只有能量相近的軌道間才能雜化（同一能級(jí)組或相近能級(jí)組的軌道）軌道的雜化只有在形成化學(xué)鍵時(shí)才會(huì)發(fā)生，只發(fā)生在多原子分子(原子數(shù)>2)中，單獨(dú)原子無法發(fā)生雜化(雙原子分子也沒有雜化過程)參與雜化的原子軌道數(shù)等于形成的雜化軌道數(shù)。雜化改變了原子軌道的形狀、方向、能量、成分，雜化使原子的成鍵能力增加，有利于軌道間的重疊。滿足最小排斥，最大夾角分布。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。雜化軌道用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對。未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。分子的空間結(jié)構(gòu)主要取決于原子軌道的雜化類型。雜化軌道數(shù)=中心原子上的孤電子對數(shù)+與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。3、軌道雜化的過程：激發(fā)→雜化→軌道重疊。價(jià)層電子空軌道激發(fā)雜化軌道軌道重新組合成對電子中的一個(gè)與激發(fā)電子臨近能量相近、類型不同的原子吸收能量(1)sp3雜化軌道特點(diǎn)：以CH4為例根據(jù)參加雜化的原子軌道的類型和數(shù)目，把雜化軌道分成不同的類型。4.雜化軌道的類型：xyzxyzzxyzxyz109°28′①1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。②每個(gè)sp3雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有1/4s

軌道和3/4p

軌道的成分。③每兩個(gè)軌道間的夾角為109.28°，空間構(gòu)型為正四面體形。H2O和NH3的中心原子也是采用sp3雜化的，因此H2O和NH3的VSEPR模型也是四面體形的，但水分子氧原子的sp3雜化軌道有2個(gè)被孤電子對占據(jù)，而氨分子的氮原子的sp3雜化軌道有1個(gè)被孤電子對占據(jù)。105°又如：107°2s2p↑↓↑↓↑↑Osp3↑↓↑↓↑↑O孤電子對σ鍵單電子2s2p↑↓↑↑↑Nsp3↑↓↑↑↑N孤電子對σ鍵單電子注：雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。NH3分子中氮原子的4個(gè)sp3雜化軌道1個(gè)被孤電子對占據(jù)，3個(gè)與氫原子的1s軌道重疊，形成3個(gè)C-Hs-sp3σ鍵。H2O分子中氧原子的4個(gè)sp3雜化軌道2個(gè)被孤電子對占據(jù)，2個(gè)與氫原子的1s軌道重疊，形成2個(gè)C-Hs-sp3σ鍵。2s2psp3不等性雜化sp3NNH3H2Osp3不等性雜化sp32p2sO雜化軌道理論簡介學(xué)生活動(dòng)CH4、NH3、H2O中心原子的雜化類型都為sp3，鍵角為什么依次減小？從雜化軌道理論的角度比較鍵角大小時(shí)有什么方法？CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3雜化，中心原子的孤電子對數(shù)依次為0個(gè)、1個(gè)、2個(gè)。由于孤電子對對共用電子對的排斥作用使鍵角變小，孤電子對數(shù)越多排斥作用越大，鍵角越小。比較鍵角時(shí)，先看中心原子雜化類型，雜化類型不同時(shí)：一般鍵角按sp、sp2、sp3順序依次減?。浑s化類型相同時(shí)，中心原子孤電子對數(shù)越多，鍵角越小。雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對，當(dāng)沒有孤電子對時(shí)，能量相同的雜化軌道彼此遠(yuǎn)離，形成的分子為對稱結(jié)構(gòu)；當(dāng)有孤電子對時(shí)，孤電子對占據(jù)一定空間且對成鍵電子對產(chǎn)生排斥，形成的分子的空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。觀察與思考觀察如下可視化視頻，思考sp2雜化軌道是怎么形成的？2s2p↑↓↑↑C↑↑↑↑Csp2↑↑↑↑Cs、px、py雜化激發(fā)2pZ乙烯CH2=CH2xyzxyzxyzxyz120°：：：：：：(2)sp2雜化軌道特點(diǎn)：以C2H4為例2s2p↑↓↑↑C↑↑↑↑Csp2↑↑↑↑Cs、px、py雜化激發(fā)2pZ乙烯CH2=CH2乙烯中的每個(gè)碳原子的3個(gè)sp2雜化軌道有一個(gè)相互重疊形成σ鍵，另外2個(gè)雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個(gè)σ鍵，未參與雜化的2P軌道相互重疊形成π鍵。②每個(gè)sp2雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，含有1/3s

軌道和2/3p

軌道的成分。①1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。③每兩個(gè)軌道間的夾角為120°，呈平面三角形。④

3個(gè)sp2雜化軌道用于形成σ鍵，未參與雜化的p軌道用于形成π鍵。xyzxyzzxyzxyz180°BeCl2分子的形成Be原子：1s22s2

沒有單個(gè)電子，spsp雜化(3)sp雜化軌道特點(diǎn)：乙炔中每個(gè)碳原子的2個(gè)sp雜化軌道有一個(gè)相互重疊形成σ鍵，另外1個(gè)雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個(gè)σ鍵，未參與雜化的2個(gè)2P軌道相互重疊形成2個(gè)π鍵。②每個(gè)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。①1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。③兩個(gè)軌道間的夾角為180°，呈直線型。④

2個(gè)sp雜化軌道用于形成σ鍵，未參與雜化的2個(gè)p軌道形成2個(gè)π鍵。（4）其他雜化類型：如sp3d雜化：三角雙錐如sp3d2雜化：正八面體SF6

：二、怎么判斷中心原子的雜化軌道類型方法一：利用雜化軌道數(shù)判斷(2)形成π鍵的電子只能位于未雜化的原子軌道上。(1)雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。(3)中心原子σ鍵電子對數(shù)+孤電子對數(shù)＝價(jià)層電子對數(shù)＝雜化軌道數(shù)價(jià)層電子對數(shù)=雜化軌道數(shù)中心原子的雜化軌道類型VSEPR模型234spsp2sp3直線形平面三角形四面體形軌道雜化類型

模型成鍵電子對數(shù)孤對電子對數(shù)電子對的排列方式分子的空間結(jié)構(gòu)實(shí)例

直線形20

直線形

、

、

平面三角形30

平面三角形

、

21

形

、

軌道雜化類型

模型成鍵電子對數(shù)孤對電子對數(shù)電子對的排列方式分子的空間結(jié)構(gòu)實(shí)例

四面體40

正四面體形

、

31

三角錐形

、

22

形

續(xù)表VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型典型例子價(jià)層電子對數(shù)VSEPRVSEPR名稱雜化軌道數(shù)中心原子的雜化軌道類型直線形平面三角形平面三角形四面體四面體正四面體spsp2sp3sp2sp3sp3CO2SO2SO3H2ONH3CH42+0＝22+1＝33+0＝32+2＝43+1＝44+0＝42334441.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，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。2.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。方法二：根據(jù)雜化軌道的空間分布或雜化軌道之間的夾角判斷高中階段，影響鍵角大小的因素主要有三：一是中心原子的雜化類型；二是中心原子的孤電子對數(shù)；三是中心原子的電負(fù)性大小等。1.中心原子雜化類型不同的粒子，鍵角大小為：sp雜化＞sp2雜化＞sp3雜化如鍵角：CH≡CH＞CH2==CH2＞CH4。2.中心原子雜化方式相同的粒子，由于斥力：孤電子對與孤電子對之間＞孤電子對與成鍵電子對之間＞成鍵電子對與成鍵電子對之間，孤電子對數(shù)越多，對成鍵電子對的斥力越大，鍵角越小。如鍵角：CH4＞NH3＞H2O。3.中心原子雜化方式相同且孤電子對數(shù)目也相同時(shí)，中心原子的電負(fù)性越大，鍵角越大。如H2O、H2S中，電負(fù)性：O＞S，即鍵角：H2O(105°)＞H2S(92.3°)。鍵角的判斷與比較另外：同一粒子中不同共價(jià)鍵的鍵角，由于斥力：雙鍵間＞雙鍵與單鍵間＞單鍵間，則鍵角大小不同。如甲醛中：

，鍵角α＞β。拓展延伸方法三：用取代法判斷以常見的物質(zhì)分子為基礎(chǔ)，用其他原子或原子團(tuán)取代分子中的部分原子或原子團(tuán)，得到的新分子的中心原子與原分子對應(yīng)的中心原子的雜化類型相同。方法四：利用等電子原理

等電子體具有相同的結(jié)構(gòu)特征,一般來說,等電子體的中心原子的雜化類型相同，等電子體粒子間具有相同的空間結(jié)構(gòu)。對于結(jié)構(gòu)模糊或復(fù)雜的分子、離子,可將其轉(zhuǎn)化成熟悉的等電子體,然后進(jìn)行判斷。常見的等電子體往往是同族不同元素或同周期相近元素構(gòu)成的微粒。等電子類型實(shí)例空間構(gòu)型2個(gè)原子10個(gè)價(jià)電子直線形3個(gè)原子16個(gè)價(jià)電子直線形3個(gè)原子18個(gè)價(jià)電子V形4個(gè)原子8個(gè)價(jià)電子三角錐形4個(gè)原子24個(gè)價(jià)電子平面三角形4個(gè)原子26個(gè)價(jià)電子三角錐形5個(gè)原子8個(gè)價(jià)電子正四面體5個(gè)原子32個(gè)價(jià)電子4個(gè)σ鍵，正四面體7個(gè)原子48個(gè)價(jià)電子6個(gè)σ鍵，正四面體NH3、H3O＋CH4、NH4＋PO33－、SO32－、ClO3－方法五：有機(jī)物中碳原子的雜化類型判斷沒有形成π鍵，為SP3雜化

形成一個(gè)π鍵

，為SP2雜化形成兩個(gè)π鍵，為SP雜化（乙炔，CO2）

σ鍵電子對數(shù)價(jià)層電子對數(shù)

VSEPR模型孤電子對數(shù)雜化軌道類型分子空間結(jié)構(gòu)預(yù)測解釋價(jià)電子互斥理論雜化軌道理論思考與討論確定BF3和H3O+的中心原子的雜化軌道類型,并與同學(xué)討論。第一步計(jì)算中心原子孤電子對數(shù)：BF3H3O+第二步計(jì)算價(jià)層電子對數(shù)：3+0＝33+1＝4第三步確定VSEPR模型：第四步確定雜化軌道類型：sp2sp3第三步確定雜軌道數(shù)：34學(xué)習(xí)評價(jià)：1．下列對sp3、s