1、第二节 分子的空间结构 第2课时 杂化轨道理论简介 鲍林1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖，1962年因反对核弹在地面测试的行动获得诺贝尔和平奖，成为获得不同诺贝尔奖项的两人之一。鲍林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一，他所撰写的化学键的本质被认为是化学史上最重要的著作之一。他所提出的许多概念：电负度、共振理论、价键理论、杂化轨道理论、蛋白质二级结构等概念和理论，如今已成为化学领域最基础和最广泛使用的观念。1.了解杂化轨道理论的基本内容。2.在理解杂化轨道理论的基础上，对分子的空间构型进行解释和预测。1.通过杂化轨道理论的学习,能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结
2、构的影响。(宏观辨识与微观探析)2.通过杂化轨道理论的学习,掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法,建立分子空间结构分析的思维模型。(证据推理与模型认知)体会课堂探究的乐趣，汲取新知识的营养，让我们一起吧！进走课堂 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CH4，而不是CH2？C原子 电子排布图（轨道表示式）1s22s22p2H 电子排布图1s1【思考与讨论】按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C H单键都应该是键，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。CC如何解决
3、这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论电子激发s2p2p2s2杂化3spsp3C：2s22p2 由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道。【思考】为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型?四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的S-SP3 键，从而构成一个正四面体形的分子。四、杂化理论简介 1.概念：外界条件下，能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，杂化后的新轨道就称为杂化轨道。2.要点：
4、（1）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）（2）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；杂化改变了原子轨道的形状方向，成键时更有利于轨道间的重叠。（3）杂化前后原子轨道在空间取最大夹角分布，能使相互间排斥力最小。3.杂化的条件：(1)只有在形成化学键时才能杂化(2)只有能量相近的轨道间才能杂化 4.杂化轨道的特征(1)杂化前后轨道数不变(2)杂化过程中轨道的形状发生变化(3)杂化后形成的化学键更稳定(4)杂化后的新轨道能量、形状都相同(5)杂化后的轨道之间尽可能远离(6)杂化轨道只用于形成 键和容纳孤电子对原子轨道杂化与杂化轨道轨道的杂化 杂
5、化 轨道 特点 原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成与原轨道相等的一组新轨道的过程 杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道 杂化轨道等于参与杂化的原子轨道数 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强 对杂化过程的理解 sp杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 180 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 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。5.杂化类型及分子的空间构型 sp杂化 中心原子的1个_轨道和1个_轨道杂化得到夹角为_的_
6、杂化轨道。s p p p sp p p sp sp p p s p 180 直线形 180ClClBe例如：Sp 杂化 BeCl2分子的形成Be原子：1s22s2没有单个电子，激发s2p2p2s2spsp杂化ClClsppxpx【学以致用】分析C2H2的杂化方式C2p22s2基态原子：H1s1激发态原子：C2p32s1杂化后：sp2杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 120 每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为120，呈平面三角形sp2杂化：1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化,形成
7、3个sp2 杂化轨道。SP2杂化 中心原子的1个_轨道和2个_轨道杂化得到夹角为_的_杂化轨道。s p 120 平面三角形 s p p p sp2 p 点拨：sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成键，而杂化轨道只用于形成键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。FFFB例如：Sp2 杂化 BF3分子的形成 B：1s22s22p1 没有3个单电子 激发s2p2p2s2sp2sp2杂化【学以致用】分析C2H4的杂化方式C2s2基态原子：H1s1激发态原子：C2p32s1杂化后：HHHH2p2【学以致用】请结合价键理论分析BH3的分子结构BH2p12s21s1基态原子：激发态原子：B
8、2p22s1杂化后：HHHsp3杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 10928 sp3杂化：1个s 轨道与3个p 轨道进行的杂化,形成4个sp3 杂化轨道。每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有 1/4 s 轨道和 3/4 p轨道的成分每两个轨道间的夹角为109.28，空间构型为正四面体形 中心原子的1个_轨道和3个_轨道杂化得到夹角为_的_杂化轨道。sp3杂化 s p 10928 正四面体形 s p p p sp3 例如：Sp3 杂化 CH4分子的形成激发s2p2p2s2杂化3spsp3C：2s22p2109.28杂化轨道类型及分子的空间结构 杂
9、化类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原 子轨道及数目 1个s轨道和 1个p轨道 1个s轨道和 2个p轨道 1个s轨道和 3个p轨道 杂化轨道的数目 2 3 4 杂化轨道间的夹角 180 120 10928 空间结构名称 直线形 平面三角形 正四面体形 实例 CO2、C2H2 BF3、CH2O CH4、CCl4 在形成多原子分子时,中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程,叫做轨道的杂化(双原子分子中,不存在杂化过程)。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下:提示:杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同,杂化后,形成的一
10、组杂化轨道的能量相同。【思考与讨论】提示: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3p轨道不在同一能层,能量相差较大。(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?(2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道?提示:N原子的价电子排布式为2s22p3,在形成NH3分子的过程中,N原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另1个杂化轨道中是成对电子,未与H原子形成共价键,4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形;NH3分子中,由于N原子上的孤电子对的排斥作用,使3个N
11、H键的键角变小,成为三角锥形的空间结构。O原子的价电子排布式为2s22p4,在形成H2O分子的过程中,O原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另2个杂化轨道中是成对电子,未与H原子形成共价键;4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形,但由于2对孤电子对的排斥作用,使2个OH键的键角变得更小,使H2O分子成为V形的空间结构。【思考与讨论】(3)用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构。提示:CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化,中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。由于孤电子对对共用电子
12、对的排斥作用使键角变小,孤电子对数越多排斥作用越大,键角越小。比较键角时,先看中心原子杂化类型,杂化类型不同时:键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小;杂化类型相同时,中心原子孤电子对数越多,键角越小。(4)CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都是sp3,键角为什么依次减小?从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法?6.杂化类型判断：A的价电子对数 2 3 4 A的杂化轨道数 杂化类型 A的价电子空间构型（VSEPR模型）A的杂化轨道空间构型 ABm型分子或离子空间构型 对于ABm型分子或离子，其中心原子A的杂化轨道数恰好与A的价电子对数相等。2 3 4 sp sp2 sp3 直线
13、形 平面三角形 正四面体 直线形 平面三角形 正四面体 直线形 平面三角形或V形 正四面体或三角锥形或V形 分子的空间结构 形形色色的分子 价层电子对互斥理论 杂化轨道理论 直线形、V形 三角锥形、平面三角形 四面体形 理论概述 中心原子价层电子对数的计算 根据VSEPR模型判断分子的空间结构 中心原子价层电子对数的计算 根据VSEPR模型判断分子的空间结构 模型观 微粒观 1.在BrCH=CHBr分子中,CBr键采用的成键轨道是()A.sp-p B.sp2-s C.sp2-p D.sp3-p C2.在乙烯(CH2CH2)分子中有5个 键、一个 键，它们分别是（）Asp2杂化轨道形成 键、未杂
14、化的2p轨道形成 键 Bsp2杂化轨道形成 键、未杂化的2p轨道形成 键 CCH之间是sp2形成的 键，CC之间是未参加杂化的2p轨道形成 的 键 DCC之间是sp2形成的 键，CH之间是未参加杂化的2p轨道形成的 键 A3(双选)下列说法中正确的是()ANCl3分子中各原子的最外层均满足8电子稳定结构 BP4和CH4都是正四面体形分子且键角都为10928 CNH4+的电子式为 ，离子呈平面正方形结构 DNCl3分子中有一个未成键的孤电子对，它对 键电子对的排斥作用较强 AD4.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)CS2分子中的C为 杂化,分子的结构式为 ,空间结构为 ;(2)CH2O中的C为 杂化,分子的结构式为 ,空间结构为 ;(3)CCl4分子中的C为 杂化,分子的结构式为 ,空间结构为 ;(4)H2S分子中的S为 杂化,分子的结构式为 ,空间结构为 。sp S=C=S 直线形 sp2 平面三角形 sp3 正四面体形 sp3 V形 不能从自己的失败中吸取教训的人是愚者，仅能从自己的失败中总结经验教训的人是庸者，还能从别人的失败中得到升华的人是智者。
