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

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1、高中化学选必2年年 级:高二级:高二 学学 科:化学(人教版)科:化学(人教版)课时课时2 2.2 2 分子的结构分子的结构与性质与性质科第二节分子的空间结构2.2.3杂化轨道理论简介高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质1.1.知道杂化轨道理论的基本内容知道杂化轨道理论的基本内容.2.2.能根据杂化轨道理论确定简单分子的空间结构能根据杂化轨道理论确定简单分子的空间结构.1.1.通过认识分子结构以及杂化轨道理论通过认识分子结构以及杂化轨道理论,分析杂化类型与分子空分析杂化类型与分子空间结构的关系间结

2、构的关系,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。培养宏观辨识与微观探析的核心素养。2.2.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用杂化轨并可运用杂化轨道理论进行解释道理论进行解释,培养证据推理与模型认知的核心素养。培养证据推理与模型认知的核心素养。高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质 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CHCH4 4,而不是,而不是CHCH2 2?按照按照

3、我们已经学过的价键理论,甲烷的我们已经学过的价键理论,甲烷的4 4个个CHCH单键都应该是单键都应该是键键,然而然而,碳原子的碳原子的4 4个价层原子轨道是个价层原子轨道是3 3个个相互垂直的相互垂直的2p 2p 轨道和轨道和1 1个个球形的球形的2s2s轨道,用它轨道,用它们跟们跟4 4个氢原子的个氢原子的1s1s原子轨道重叠,原子轨道重叠,不可能得到正四面体构型不可能得到正四面体构型的甲烷分子的甲烷分子如何解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论如何解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子

4、结构和性质原子结构和性质【主干知识梳理】【主干知识梳理】一、杂化轨道理论简介一、杂化轨道理论简介 1 1、杂化轨道理、杂化轨道理论的提出论的提出用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成 CH4分子呈正四面体形,4个CH的键长相同,HCH的键角为10928。碳原子的价电子排布图为 ,根据共价键的饱和性,碳原子只有2个未成对电子,只能形成2个共价键,而实际上碳原子都是形成了4个共价键,只能是2s2上面的1个电子激发到2p2上面,形成了,此时有4个未成对电子,满足形成4个共价键,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1

5、s原子轨道重叠,不可能得到正四面体形的甲烷分子。为解决这一问题,鲍林提出了鲍林提出了杂化轨道理论杂化轨道理论:当碳原子与当碳原子与4 4个氢原子形成个氢原子形成CHCH4 4分子时,碳原子的分子时,碳原子的2s2s轨道和轨道和3 3个个2p2p轨道发生混杂,混杂时保持轨道发生混杂,混杂时保持轨道总数不变轨道总数不变,却,却得到得到4 4个新的能量相同、个新的能量相同、方向不同的轨道方向不同的轨道,各指向正四面体的,各指向正四面体的4 4个顶角,夹角为个顶角,夹角为1092810928,称为,称为sp3sp3杂化轨道,杂化轨道,表示这表示这4 4个轨道个轨道由由1s1s轨道和轨道和3 3个个p

6、p轨道杂化形成的轨道杂化形成的。当碳原子跟。当碳原子跟4 4个氢原子结合时,碳个氢原子结合时,碳原子以原子以4 4个个sp3sp3杂化轨道分别与杂化轨道分别与4 4个个H H原子的原子的1s1s轨道重叠形成轨道重叠形成4 4个个CHCH键,所以键,所以4 4个个CCH H键是键是等同等同的的。高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质C1s22s22p2H 1s1H 1s1H 1s1H 1s1原子轨原子轨道重叠道重叠CHCH4 4不可能得到正四面体形不可能得到正四面体形杂化轨道理论杂化轨道理论用杂化轨道

7、理论解释甲烷分子的形成用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成sp3CHCH4 4分子(分子(spsp3 3杂化)杂化)高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质2 2、杂化轨道理论、杂化轨道理论杂化轨道理论是一种杂化轨道理论是一种价键价键理论,是鲍林为了理论,是鲍林为了解释分子的立解释分子的立体构型体构型提出的提出的(1)(1)轨道的杂化:轨道的杂化:在形成多原子分子时,中心原

8、子价电子层上的某些能量相近能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道重新组合成一组新的轨道的过程,叫做轨道的轨道的杂化杂化(2)(2)杂化轨道:杂化轨道:原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道,叫做杂化原子轨杂化原子轨道,道,简称杂化轨杂化轨道道3 3、杂化轨道理论的要点、杂化轨道理论的要点(1)(1)能量相近:能量相近:原子在成键时,同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道如:如:2s轨道与3p轨道不能形成sp3杂化轨道,因为2s与3p不在同一能级,能量相差较大(2)(2)数目不变:数目不变:杂化前后原子轨道数目不变原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),

9、且杂化轨道的能量相同杂化轨道的能量相同高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质(3)(3)成键能力增强:成键能力增强:杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中,例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小,如图 ,成键时根据最大重叠原理,使它的大头与其他原子轨道重叠,重叠程度更大,形成的共价键更牢固(4)(4)排斥力最小:排斥力最小:杂化轨道为使相互间的排斥力最小,故在空间取最大夹最大夹角分布,同一组杂化轨道的伸展方向不同

10、,但形状完全相同【微点拨】【微点拨】双原子分子中,不存在杂化过程 杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对未参与杂化的p轨道可用于形成键 杂化轨道呈“对称”分布,确保相互间斥力最小【对点训练【对点训练1 1】高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质杂化杂化理论轨道简介理论轨道简介原子轨道杂化原子轨道杂化杂化杂化轨道轨道在外界条件影响下,在外界条件影响下,中心中心原子原子能量相能量相近近的原子轨道发生混杂,重新组合成的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程。一组新的轨道的过程。原子轨道

11、原子轨道杂化杂化后形成的一组新的后形成的一组新的原子轨道,叫做原子轨道,叫做杂化轨道杂化轨道。杂化轨道数杂化轨道数等于等于参与杂化的原子轨道数参与杂化的原子轨道数杂化改变了原子轨道的形状和方向杂化改变了原子轨道的形状和方向杂化使原子的成键能力增强杂化使原子的成键能力增强杂化轨道用于构建分子的杂化轨道用于构建分子的轨道轨道和和孤电子对轨道孤电子对轨道1.1.概念:概念:2.2.要点:要点:高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质对杂化过程的对杂化过程的理解理解 高中化学选必2高中化学选必高中化学选必2

12、2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质xyzxyz zxyzxyz10928由由1 1个个s s轨道和轨道和3 3个个p p轨道轨道混杂混杂并并重新组合成重新组合成4 4个能量与形状完全个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道相同的轨道。我们把这种轨道称之为称之为 spsp3 3杂化轨道杂化轨道。高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质 价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型H H2 2O O和和NHNH3 3的的VSEPRVSEPR

13、模型与模型与CHCH4 4一样,四面体形一样,四面体形H H2 2O O和和NHNH3 3的中心原子采取的中心原子采取spsp3 3的杂化的杂化2 2个杂化轨道个杂化轨道被被电子对占据电子对占据2 2个杂化轨道被孤电子对占据个杂化轨道被孤电子对占据3 3个杂化轨道个杂化轨道被被电子对占据电子对占据1 1个杂化轨道被孤电子对占据个杂化轨道被孤电子对占据杂化轨道用于构建分子的杂化轨道用于构建分子的轨道轨道和和孤电子对轨道孤电子对轨道高中化学选必2高中化学选必2高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质xyz

14、xyz zxyzxyz120120sp ppsp2 一一个个s s轨轨道道与与两两个个p p轨轨道道杂杂化化,得得三三个个spsp2 2杂杂化化轨轨道道,三三个个杂杂化化轨轨道道在在空空间分布是在同一平面上,互成间分布是在同一平面上,互成120120,呈呈平面三角形平面三角形.SOSO2 2、BFBF3 3高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质120FFFBB B:1s1s2 22s2s2 22p2p1 1 没有没有3 3个单电子个单电子sp2sp2杂化例如:例如:SpSp2 2 杂化杂化BFBF3

15、 3分子的形成分子的形成高中化学选必2高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质C2s2基态原子:基态原子:H1s1激发态原子:激发态原子:C2p32s1杂化后:杂化后:HHHH2p2CH2=CH2高中化学选必2高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质x xy yz zx xy yz z z zx xy yz zx xy yz z180180s sp p p pp pspsp 一一个个s s轨轨道道与与一一个个

16、p p轨轨道道杂杂化化后后,得得两两个个spsp杂杂化化轨轨道道,杂杂化化轨轨道道之之间间的的夹角为夹角为180180度。度。COCO2 2 BeClBeCl2 2高中化学选必2高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质180ClClBe BeCl BeCl2 2分子的形成分子的形成Be原子:原子:1s22s2 没有单个电子,没有单个电子,spsp杂化杂化ClClsppxpx高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和

17、性质C2p22s2基态原子:基态原子:H1s1激发态原子:激发态原子:C2p32s1杂化后:杂化后:CH CHCH CH高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质未参与杂化的未参与杂化的p p轨道轨道可用于形成可用于形成键键点拨:点拨:spsp、spsp2 2两种杂化两种杂化形式中还有未参与杂化的形式中还有未参与杂化的p p轨轨道,可用于形成道,可用于形成键,而杂化键,而杂化轨道只用于形成轨道只用于形成键或者用来键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。容纳未参与成键的孤电子对。高中化学选必高中化学选必2 2

18、 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质2 2、判断中心原子杂化轨道类型的方法、判断中心原子杂化轨道类型的方法杂化轨道只能用于形成键或者用来容纳未参与成键的孤电子对,而两个原子之间只能形成一个键,故有下列关系:杂化轨道数目价层电子对数目杂化轨道数目价层电子对数目键电子对数目中心原子的孤电子对数目键电子对数目中心原子的孤电子对数目,再由杂化轨道数目确定杂化类型(1)(1)根据中心原子价层电子对数根据中心原子价层电子对数(杂化轨道数目杂化轨道数目)判断:杂化轨道数判断:杂化轨道数=价层电子对数价层电子对数=键电子对数键电子对数孤电子对

19、数孤电子对数 A A的价电子对数的价电子对数2 23 34 4A A的杂化轨道数的杂化轨道数杂化类型杂化类型A A A A的价电子空间构型的价电子空间构型的价电子空间构型的价电子空间构型(VSEPRVSEPRVSEPRVSEPR模型)模型)模型)模型)A A的杂化轨道空间构型的杂化轨道空间构型ABmABm型分子或离子空间构型型分子或离子空间构型2 23 34 4spspspsp2 2spsp3 3直线型直线型平面三角形平面三角形正四面体正四面体直线型直线型平面三角形平面三角形正四面体正四面体直线型直线型平面三角形或平面三角形或V V形形正四面体三角正四面体三角锥形或锥形或V V形形高中化学选必

20、高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质杂化轨道数杂化轨道数=中心原子孤对电子对数中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数中心原子结合的原子数杂化轨道理论解释微粒的立体构型杂化轨道理论解释微粒的立体构型=中心原子的价层电子对数中心原子的价层电子对数代表物代表物杂化轨杂化轨道数道数杂化轨杂化轨道类型道类型VSEPRVSEPR模型模型名称名称分子的分子的立体构型立体构型COCO2 2CHCH2 2O OCHCH4 4SOSO2 2NHNH3 3H H2 2O O0+2=20+2=2spsp直线形直线形 0+3=30+

21、3=3spsp2 2平面三角形平面三角形0+4=40+4=4spsp3 3正四面体形正四面体形1+2=31+2=3spsp2 2V V形形1+3=41+3=4spsp3 3三角锥形三角锥形2+2=42+2=4spsp3 3V V形形 直线形直线形 平面三角形平面三角形正四面体形正四面体形平面三角形平面三角形四面体形四面体形四面体形四面体形 高中化学选必2高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质(3)(3)根据杂化轨道的空间分布判断根据杂化轨道的空间分布判断若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形,则

22、中心原子发生sp3杂化若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则中心原子发生sp2杂化若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则中心原子发生sp杂化(4)(4)根据杂化轨道之间的夹角判断根据杂化轨道之间的夹角判断若杂化轨道之间的夹角为10928,则中心原子发生sp3杂化若杂化轨道之间的夹角为120,则中心原子发生sp2杂化若杂化轨道之间的夹角为180,则中心原子发生sp杂化(5)(5)根据分子或离子中根据分子或离子中有无有无键及键及键数目判断键数目判断没有键为sp3杂化,含一个键为sp2杂化,含两个键为sp杂化(6)(6)有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法饱和碳原子均

23、采取sp3杂化;连接双键的碳原子均采取sp2杂化;连接三键的碳原子均采取sp杂化【对点训练【对点训练2 2】高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质三、三、杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型VSEPR模型和杂化轨道的立体构型是一致的,略去VSEPR模型中的孤电子对,就是分子(或离子)的立体构价层电价层电子对数子对数杂化轨杂化轨道数道数杂化杂化类型类型杂化轨道立杂化轨道立体构型体构型VSEPRVSEPR模型模型孤电子孤电子对数对数分子构型分子构型实例实例22sp直线形直

24、线形0直线形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正四面体形 正四面体形0正四面体形CH4正四面体形 四面体形1三角锥形NH3正四面体形 四面体形2V形H2O【对点训练【对点训练3 3】【课后作业】【课后作业】高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质本节小结本节小结价电子对数价电子对数中心原子的杂中心原子的杂化轨道类型化轨道类型VSEPRVSEPR模型名模型名称称孤电子孤电子对数对数分子的空间分子的空间构型构型实例实例2 2spsp直线形直

25、线形0 0直线形直线形BeClBeCl2 2、COCO2 23 3spsp2 2平面三角形平面三角形 0 0V V形形SOSO2 23 3spsp2 21 1平面三角形平面三角形SOSO3 34 4spsp3 3正四面体形正四面体形 0 0V V形形H H2 2O O4 4spsp3 31 1三角锥形三角锥形NHNH3 34 4spsp3 32 2正四面体形正四面体形CHCH4 4、CClCCl4 4高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质VSEPRVSEPR模型模型 价层电子对数价层电子对数 对应对

26、应预测预测立体空间结构立体空间结构 解释解释决定决定物质的性质物质的性质 =(a-xb)a-xb)+键键电子对电子对高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质价电子价电子对之间的夹角越小对之间的夹角越小,排斥力越小。排斥力越小。()NHNH3 3分子的分子的VSEPRVSEPR模型与分子空间结构不一致。模型与分子空间结构不一致。()五五原子分子的空间结构都是正四面体形。原子分子的空间结构都是正四面体形。()杂化轨道杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同但能量不同

27、。()凡是凡是中心原子采取中心原子采取spsp3 3杂化轨道成键的分子杂化轨道成键的分子,其空间结构都是正四面体形。其空间结构都是正四面体形。()凡凡ABAB3 3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 A均采用均采用spsp3 3杂化轨道成键杂化轨道成键。()1 1判断正误判断正误(正确的打正确的打“”“”,错误的打,错误的打“”)“”)高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质2 2根据价层电子对互斥模型及原子杂化轨道理论判断根据价层电子对互斥模型及原子杂化轨道理论判断NFNF3 3分

28、子的空间结构分子的空间结构和中心原子的杂化方式为和中心原子的杂化方式为()A.A.直线形直线形spsp杂化杂化B.B.平面三角形平面三角形spsp2 2杂化杂化C.C.三角锥形三角锥形spsp2 2杂化杂化D.D.三角锥形三角锥形spsp3 3杂化杂化解析解析:判断分子的杂化方式要根据中心原子的孤电子对数以及与中心原子相连判断分子的杂化方式要根据中心原子的孤电子对数以及与中心原子相连的原子个数。在的原子个数。在NFNF3 3分子中分子中N N原子的孤电子对数为原子的孤电子对数为1,1,与其相连的原子数为与其相连的原子数为3,3,根根据原子杂化轨道理论可推知中心原子的杂化方式为据原子杂化轨道理论

29、可推知中心原子的杂化方式为spsp3 3杂化杂化,NF,NF3 3分子的空间结分子的空间结构为三角锥形构为三角锥形,类似于类似于NHNH3 3。D D高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质3.3.在在BrCH=CHBrBrCH=CHBr分子中分子中,CBr,CBr键采用的成键轨道是键采用的成键轨道是()A.sp-pA.sp-p B.sp B.sp2 2-s-sC.spC.sp2 2-p-p D.sp D.sp3 3-p-p解析解析:分子中的两个碳原子都是采取分子中的两个碳原子都是采取spsp2 2杂

30、化杂化,溴原子的价电子排布式为溴原子的价电子排布式为4s4s2 24p4p5 5,4p,4p轨道上的一个未成对电子与碳原子的一个轨道上的一个未成对电子与碳原子的一个spsp2 2杂化轨道成键。杂化轨道成键。C C高中化学选必高中化学选必2 2 永远不要低估你改变自我的能力!永远不要低估你改变自我的能力!第一章第一章 原子结构和性质原子结构和性质4.4.指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式及空间结构。指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式及空间结构。(1)CS(1)CS2 2分子中的分子中的C C为为杂化杂化,分子的结构式为分子的结构式为,空间结构为空间结构为;(2)CH(2)CH2 2O

31、 O中的中的C C为为杂化杂化,分子的结构式为分子的结构式为,空间结构为空间结构为;(3)CCl(3)CCl4 4分子中的分子中的C C为为杂化杂化,分子的结构式为分子的结构式为,空间结构为空间结构为;(4)H(4)H2 2S S分子中的分子中的S S为为杂化杂化,分子的结构式为分子的结构式为,空间结构为空间结构为。解析解析:轨道杂化所用原子轨道的能量相近轨道杂化所用原子轨道的能量相近,且杂化轨道只能用于形成且杂化轨道只能用于形成键键,未参与未参与杂化的杂化的p p轨道还可以形成轨道还可以形成键。杂化轨道类型决定了分子键。杂化轨道类型决定了分子(或离子或离子)的空间结构的空间结构,如如spsp2 2杂化轨道之间的夹角为杂化轨道之间的夹角为120120,空间结构为平面三角形。因此空间结构为平面三角形。因此,也可根据分子的也可根据分子的空间结构确定分子空间结构确定分子(或离子或离子)中杂化轨道的类型中杂化轨道的类型,如如COCO2 2为直线形分子为直线形分子,因此分子中因此分子中C C原子的杂化轨道类型为原子的杂化轨道类型为spsp杂化。杂化。

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